The effect of low-intensity laser radiation on the healing of microbial-contaminated soft tissue and bone wounds in an open fracture (experimental study)

Full Text

Открытые переломы костей, как правило, сопровождаются микробным загрязнением костной и мягкотканной раны. В условиях нарушения трофики, повреждения структур происходит бурное размножение микроорганизмов. Инфекция, являясь одним из наиболее тяжелых осложнений, оказывает отрицательное влияние на репарацию кости и мягких тканей.

Известно, что низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ), особенно инфракрасного диапазона, стимулирует восстановительные процессы, в том числе и репарацию кости, активизирует фагоцитоз микроорганизмов нейтрофильными полиморфно-ядерными лейкоцитами — микрофагами [1-5, 7]. Однако морфологические проявления действия инфракрасных магнитолазеров на процесс репарации кости после открытого перелома в плане влияния лазерного излучения на фагоцитоз и взаимодействие микроорганизмов с клетками мягких тканей и кости не исследовались.

Материал и методы

Исследования проведены на 42 крысах Вистар массой 180-220 г, у которых под эфирным наркозом без соблюдения правил асептики после хирургического разреза кожи в области голени воспроизводили перелом костей. Отломки фиксировали металлической пластиной с помощью шовного материала. Животные 1-й (основной) группы подвергались воздействию НИЛИ (аппарат «Милта») ежедневно, начиная со 2-х суток после воспроизведения перелома. Частота излучения составляла 1000 Гц, интенсивность магнитного поля — 35 Тл, время облучения — 2 мин. Животные 2-й (контрольной) группы не подвергались воздействию НИЛИ. Забор материала после мгновенной декапитации животных производили на 3, 5, 7 и 14-е сутки после перелома. Соответственно животные 1-й группы получали 2, 4, 6 и 13 сеансов лазеротерапии.

Для светооптического исследования образцы фиксировали в 10% растворе формалина по Лилли. Декальцинировали в растворе трилона Б [6]. Парафиновые срезы окрашивали гематоксилином и эозином. Для трансмиссионной электронной микроскопии (ТЭМ) декальцинированные после фиксации глютаровым альдегидом на фосфатном буфере образцы дополнительно фиксировали 1% раствором четырехокиси осмия на аналогичном буфере. После обезвоживания в спирте-ацетоне образцы заливали в эпон-аралдит. Ультратонкие срезы, полученные на ультратоме Ultracut Reichert-lung, контрастировали в Ultrastainer LKB. Препараты просматривали и фотографировали в трансмиссионном электронном микроскопе «Hitachi»-H600.

Результаты

Из 42 использованных в эксперименте крыс инфицирование ран констатировано у 40.

Во 2-й (контрольной) группе животных на 3-и сутки после перелома у поверхности отломков кости определялась выраженная полиморфно-клеточная инфильтрация с доминированием нейтрофильных лейкоцитов и лимфоцитов (рис. 1). Отмечалось появление крупных остеобластов. В мягких тканях, окружающих отломки кости, имелись признаки кровоизлияния. При ТЭМ среди клеток крови, где доминировали эритроциты, на 3-и сутки определялось большое количество микроорганизмов, которые располагались между эритроцитами, не пе-нетрировали их и сами не претерпевали видимых изменений (рис. 2). Максимальное количество микроорганизмов в зоне перелома и окружающих отломки кости мягких тканях определялось на 3-и сутки после перелома. В местах наибольшего скопления микроорганизмов, среди которых различались как палочки, так и кокки, выявлялись многочисленные фрагменты деструктивно-измененных клеток. В этих участках фагоциты (как макро-, так и микрофаги) не обнаруживались (рис. 3).

На 5~7-е сутки количество микробных тел уменьшалось за счет их усиленного фагоцитоза нейтрофильными полиморфно-ядерными лейкоцитами. Некоторая часть фагоцитированных микробов под
вергалась структурным изменениям, свидетельствовавшим об их лизисе. Однако при этом отмечалось разрушение многих нейтрофилов, в цитоплазме которых было сосредоточено значительное число микробных тел. Общее количество микроорганизмов, свободно располагавшихся на поверхности отломков кости и в межклеточных пространствах, значительно уменьшалось (рис. 4, 5).

В 1-й (основной) группе воздействие на зону перелома НИЛИ приводило к существенному улучшению светооптической картины в области перелома уже на 3-и сутки. Плотность полиморфноклеточной инфильтрации была значительно меньше, чем в контроле. Увеличивалось число крупных остеобластов с гиперхромными ядрами и отмечалось образование новых костных трабекул (рис. 6), что свидетельствовало о стимуляции остеогенеза.

Это подтверждалось и результатами ТЭМ. Количество микроорганизмов на поверхности костных отломков было существенно меньше, чем в контроле. Наблюдалась и лучшая сохранность ультраструктуры костной ткани. В нейтрофильных лейкоцитах определялось множество фагоцитированных микроорганизмов (рис. 7). При этом сами нейтрофилы не подвергались деструкции, как это отмечалось в аналогичные сроки у животных контрольной группы.

 

Рис. 1. Выраженная полиморфно-клеточная инфильтрация на поверхности кости и в межтрабекулярных пространствах, нарушение архитектоники кости. 3-и сутки после перелома, контрольная группа (окраска гематоксилином и эозином, об. 10, ок. 10).

 

Рис. 2. Многочисленные микроорганизмы (МО) среди эритроцитов (Эр) из зоны кровоизлияния. 3-и сутки после перелома, контрольная группа (ТЭМ, ув. 12000).

 

Рис. 3. Скопления микроорганизмов у поверхности кости и фрагменты распавшихся клеток. 3-и сутки после перелома, контрольная группа (ТЭМ, ув. 7500).

 

Рис. 4. Уменьшение количества внеклеточно расположенных микроорганизмов, их фагоцитоз нейтрофильными полиморфно-ядерными лейкоцитами (ПЯЛ). 5-е сутки после перелома, контрольная группа (ТЭМ, ув. 7500).

 

Рис. 5. Фагоцитоз микроорганизмов нейтрофильными лейкоцитами, частичное разрушение их цитоплазмы. 7-е сутки после перелома, контрольная группа (ТЭМ, ув. 7500).

 

Рис. 6. Уменьшение полиморфно-клеточной инфильт-рации на поверхности кости, многочисленные остеобласты с гиперхромными ядрами вокруг новообразованных трабекул. 3-и сутки после перелома при лазеротерапии (окраска гематоксилином и эозином, об. 10, ок. 10).

 

Рис. 7. Незначительное количество свободных микроорганизмов, их фагоцитоз полиморфно-ядерными нейтрофильными лейкоцитами. 3-и сутки после перелома при лазеротерапии (ТЭМ, ув. 7500).

 

На 7-е сутки у животных, подвергнутых лазеротерапии, определялось формирование мозоли. При ТЭМ выявлялось наличие грубоволокнистой («плетеной») кости. На поверхности вновь сформированной грубоволокнистой кости встречались единичные микроорганизмы, которые не вызывали видимых изменений волокнистых структур в местах контакта. В нейтрофильных лейкоцитах определялось значительное количество микроорганизмов, что указывало на продолжающееся фагоцитирование их (рис. 8).

 

Рис. 8. Грубоволокнистая «плетеная» кость. Единичные микроорганизмы, их фагоцитоз полиморфно-ядерными нейтрофильными лейкоцитами. 7-е сутки после перелома при лазеротерапии (ТЭМ, ув. 7500).

 

На 14-е сутки у животных основной группы формирование костной мозоли завершалось. Во вновь образованной кости отмечались морфологические признаки ремоделирования в виде появления многочисленных остеокластов (рис. 9). В мягких тканях, окружающих кость, доминирующими клетками становились молодые фибробласты.

 

Рис. 9. Многочисленные остеокласты вновь образованной кости, доминирование фибробластов в мягких тканях у ее поверхности. 14-е сутки после перелома при лазеротерапии (окраска гематоксилином и эозином, об. 10, ок. 10).

 

У животных контрольной группы в этот срок формировалась лишь небольшая первичная мозоль, отмечалось наличие хрящевой ткани, обнаруживались многочисленные остеобласты (рис. 10).

 

Рис. 10. Новообразованная костная и хрящевая ткань костной мозоли. 14-е сутки после перелома, контрольная группа (окраска гематоксилином и эозином, об. 10, ок. 10).

 

При ТЭМ микроорганизмы не выявлялись, практически не встречались и нейтрофильные лейкоциты.

В настоящее время способность НИЛИ оказывать противовоспалительное действие, стимулировать восстановительные процессы, активизировать микроциркуляцию общепризнана [1, 3~5, 7, 9, 11]. Эти свойства обусловили использование лазеротерапии и для стимуляции заживления переломов длинных костей. НИЛИ как средство, стимулирующее фагоцитоз и обладающее антимикробным действием, изучено в меньшей степени. Ранее было показано, что НИЛИ интенсифицирует фагоцитоз микробов нейтрофильными лейкоцитами [1]. Изучены также некоторые структурные аспекты стимуляции заживления переломов длинных костей лазерным излучением [1].

Результаты проведенного нами исследования свидетельствуют, что НИЛИ оказывает противо-микробное действие при инфицированных открытых переломах. Структурно-функциональной основой этого является элиминация микроорганизмов за счет усиления фагоцитоза нейтрофильными лейкоцитами в зоне повреждения. Не исключено, что антимикробное влияние НИЛИ — наряду с непосредственной стимуляцией пролиферативных процессов и микроциркуляции — является составной частью его воздействия, способствующего ускорению заживления переломов. Это дает основания рекомендовать применение НИЛИ в комплексном лечении открытых переломов длинных костей.

About the authors

M. J. Azizov

Institute of Traumatology and Orthopedics

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Tashkent

W. H. Khanaiiyaev

Scientific Center of Surgery. V. Vakhidova

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Tashkent (Republic of Uzbekistan)

I. M. Baibekov

Scientific Center of Surgery. V. Vakhidova

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Tashkent (Republic of Uzbekistan)

References

Supplementary files