Morphologic Changes of Articular Cartilage after Surgical Affect by Laser Ray

Full Text

Механизм действия лазерного луча на биологические ткани основан на том, что энергия светового пучка резко повышает температуру на небольшом участке. В облучаемом месте температура при необходимости может быть повышена до тысячи градусов, что приводит к мгновенному сгоранию и испарению тканей на данном участке. При этом в окружающих тканях тепловое воздействие распространяется на очень небольшое расстояние (1— 3 мм).

В 1963 г. А.А. Вишневский и С.Н. Брайнес впервые определили показания к применению лазерного излучения в хирургии; в 1967 г. С.Н. Брайнес и С.Ш. Харнас сообщили об использовании лазерной установки при хирургических вмешательствах на внутренних органах грудной и брюшной полостей [1].

В ортопедии современные хирургические СО₂-лазеры впервые были применены для артроскопических процедур [4—6]. При этом свободный луч СО₂-лазера доставляли к намеченным тканям, используя троакар большого диаметра, что осложняло манипулирование в полости сустава. В последующем для работы на кости были предложены эксимерные лазеры, но их излучение не может передаваться длительное время через существующие сейчас световоды [2].

Особенности биологического действия лазерного луча зависят от длины волны, длительности импульсов, мощности излучения, а также от структуры и свойств облучаемых тканей. В этом плане суставной хрящ и субхондральная кость изучены мало.

Нами была предпринята попытка использовать отечественную лазерную установку «Ламин-1» для нанесения локального повреждения на суставной хрящ и субхондральную кость. Данная установка имеет существенные преимущества перед другими отечественными и иностранными АИГ-неодимовыми хирургическими лазерами, так как дает возможность подводить к объекту как импульсное, так и непрерывное лазерное излучение, что обеспечивает эффективное рассечение тканей.

Целью настоящей работы было изучение влияния лазерного излучения на суставной хрящ и субхондральную кость.

Материалы и методы. Объектом исследования служил коленный сустав половозрелых кроликов породы шиншилла массой 2 кг. В работе использованы 24 кролика. На суставной хрящ коленного сустава и субхондральную кость дистального конца бедра с помощью установки «Ламин-1» наносили повреждающее воздействие лазерным лучом. Воздействию подвергали нагружаемую поверхность внутреннего мыщелка и ненагружаемую пателлофеморальную область. Все процедуры проводили в воздушной среде. Для определения степени повреждающего действия лазерного луча на окружающие ткани использовали максимальную рабочую мощность установки — 70 Вт. Животных выводили из опыта через 1, 2 и 3 нед после воздействия. При взятии на секции дистального конца бедренной кости ткани послойно рассекали до капсулы коленного сустава.

Для гистологического исследования материал фиксировали в нейтральном 12% формалине. Обезвоживание и заливку в целлоидин производили по общепринятой методике. Гистологические срезы окрашивали гематоксилином и эозином и по Ван-Гизону.

Результаты и обсуждение. У всех кроликов мягкие ткани, окружающие сустав, имели обычные цвет, плотность и эластичность, капсулы суставов также не были изменены. Вскрытие сустава сопровождалось выделением небольшого количества (0,5 мл) неизмененной синовиальной жидкости. При ревизии сустава в синовиальной оболочке, связочном аппарате и менисках патологических изменений не отмечалось.

При гистологическом изучении препаратов, полученных через 7 дней после лазерного воздействия, выявлено следующее. В нагружаемых участках образовавшийся дефект проходит через всю толщу суставного хряща до субхондральной кости (рис. 1, а). По внутренним краям дефекта имеются обуглившиеся остатки тканей. На дне его определяются скопления фибрина. В пограничных с дефектом зонах поверхность суставного хряща неровная и разрыхленная, находящиеся здесь хондроциты не обнаруживают привычного для них горизонтального расположения. В средних слоях хрящевой пластинки значительная часть хондроцитов подвергается дегенеративным изменениям: определяются некроз ядер, отсутствие хондроцитов в лакунах. В нижней части хрящевой пластинки выявляются пролиферирующие клеточные элементы.

 

 

Рис. 1. Нагружаемый (а) и ненагружаемый (б) участки суставного хряща через 7 дней после воздействия лучом лазера.

Здесь и на рис. 2, 3: окраска гематоксилином и эозином, окуляр 7, объектив 8.

 

В субхондральной костной ткани также имеются обуглившиеся участки. Сосудистые каналы костных балочек заполнены плазмоподобной жидкостью и эритроцитами. Часть просветов сосудистых каналов пуста. В непосредственной близости к месту повреждения сосудистые каналы сильно расширены, а в костной ткани лакуны не содержат остеоцитов. Костномозговые пространства в этих местах расширены, в них обнаруживаются эритроциты, нити фибрина, обилие малодифференцированных клеток соединительнотканного характера.

В пограничных с дефектом зонах суставного хряща его ненагружаемые участки подвергаются тем же изменениям, что и нагружаемые. При этом количество изогенных групп хрящевых клеток в них несколько больше, чем в нагружаемых участках. Сам дефект заполнен грануляционной тканью, выходящей в виде клинообразных разрастаний на суставную поверхность. Субхондральная костная ткань имеет сходную морфологическую картину (рис. 1, б).

На 14-й день после лазерного воздействия в нагружаемых участках хряща по внутренним краям дефекта сохраняются небольшие остатки обуглившихся тканей. Дефект заполнен кровяным сгустком, в котором определяются фибриновые нити, эритроциты, малодифференцированные клетки соединительнотканного характера. Среди скоплений фибрина видны различной величины кисты, стенки которых формируются волокнистыми структурами фибрина. В пограничной зоне лазерного воздействия поверхность хряща такая же неровная, как и на 7-й день. На некотором расстоянии от пограничной зоны в среднем слое хрящевой пластинки видны округлые крупные хрящевые клетки. В нижних отделах суставного хряща определяются хондроциты с хорошо окрашенными ядрами. В субхондральной кости сохраняются деструктивные изменения (рис. 2).

 

 

Рис. 2. Нагружаемый участок суставного хряща через 14 дней после воздействия лучом лазера.

 

В ненагружаемых участках по внутренним краям дефекта также видны немногочисленные мелкие обуглившиеся остатки тканей. Дефект заполнен грануляционной тканью, тонкие выросты которой выходят на поверхность суставного хряща.

Пограничные зоны хряща содержат изогенные группы клеток, ядра которых хорошо окрашены. В субхондральной костной ткани сохраняются участки безостеоцитной кости. Сосудистые каналы костных балочек расширены, заполнены плазмоподобной жидкостью и клеточными элементами.

Через 21 день после лазерного воздействия в нагружаемых участках хряща в дефекте продолжают сохраняться небольшие остатки обуглившихся тканей (рис. 3). Полость дефекта заполнена клеточными элементами и волокнистыми структурами фибрина. В пограничной с областью воздействия зоне поверхность суставного хряща в основном ровная, неровность ее отмечается лишь по краю дефекта. Поверхностные слои суставного хряща содержат округлой формы хондроциты с хорошо окрашенными ядрами. В удаленных от пограничной зоны участках хондроциты имеют удлиненную форму и горизонтальное расположение. В нижних слоях пограничной зоны еще сохраняются единичные клеточные капсулы, не содержащие хондроцитов. Средние и нижние слои суставного хряща имеют крупные лакуны, в которых находятся молодые хондроциты. Ближе к субхондральной зоне наблюдается колончатое вертикальное расположение хрящевых клеток. Здесь же обнаруживаются изогенные группы хрящевых клеток.

 

 

Рис. 3. Нагружаемый участок суставного хряща через 21 день после воздействия лучом лазера.

 

В ненагружаемых участках в дефекте сохраняются частицы обуглившихся тканей. Полость дефекта заполнена клеточными элементами и волокнистыми структурами фибрина. Поверхность суставного хряща на всем протяжении от пограничной зоны воздействия ровная. Поверхностный слой содержит уплощенные клетки, расположенные горизонтально. В среднем и базальном слоях находятся крупные изогенные группы клеточных элементов. Костная ткань субхондральной зоны имеет такую же структуру, как и в нагружаемых участках.

Таким образом, лазерное облучение в воздушной среде с использованием максимальной мощности установки «Ламин-1» (70 Вт) обеспечивает эффективное рассечение суставного хряща и субхондральной кости. При этом зона термического поражения вокруг дефекта ограничивается 0,8—1 мм. За пределами пограничной зоны все слои суставного хряща и субхондральная кость сохраняют нормальную архитектонику. Морфологические исследования свидетельствуют также, что наряду с деструктивными изменениями отмечается пролиферация клеточных элементов, знаменующая собой процессы репарации. Подобные результаты были получены и другими авторами [3, 7, 8], использовавшими различные типы контактных лазеров, способных работать в импульсном или непрерывном режиме.

Наши исследования позволяют считать, что лазерное воздействие при мощности установки 70 Вт является малотравматичным и дает широкие возможности при хирургических вмешательствах в травматологии и ортопедии.

About the authors

L. N. Mikhailova

Priorov Central Institute of Traumatology and Orthopedics

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

S. V. Ivannikov

Priorov Central Institute of Traumatology and Orthopedics

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Moscow

N. P. Omelyanenko

Priorov Central Institute of Traumatology and Orthopedics

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files