Influence of distraction bone regenerate on blood circulation in limbs (experimental study)

Full Text

Известно, что перелом кости активизирует процессы репаративной регенерации и приводит к появлению гиперемии, продолжающейся не менее 6~ 8 нед. После сращения костных отломков локальную гиперемию поддерживают процессы структурной перестройки кости [3, 5].

Исследования, выполненные в РНЦ «ВТО» им. Г.А. Илизарова, показали, что остеотомия и образование дистракционного костного регенерата обеспечивают увеличение количества сосудов и сосудистых взаимосвязей в окружающих кость тканях. Исходя из этого разработан способ лечения недостаточности кровообращения, основанный на дистракционном остеосинтезе [1].

В процессе клинических наблюдений было также выявлено, что дистракционный остеосинтез может привести к развитию путей коллатерального кровотока, способствующих при облитерирующих поражениях артерий включению в кровообращение участков магистральных артерий, не подвергшихся окклюзии. Поскольку локальное увеличение количества сосудов и сосудистых взаимосвязей не объясняет причину эффекта на протяжении конечности, были изучены изменения регионарного кровообращения при удлинении голени.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Эксперименты проведены на 23 взрослых беспородных собаках с длиной большеберцовой кости от 12 до 18 см. Оперативные вмешательства и исследования выполнялись в условиях операционной и наркотического сна животных. Для удлинения голени использовали аппарат Илизарова, включающий 4 кольцевые опоры. Перекрещивающиеся спицы проводили через метафизы большеберцовой кости, фиксировали с натяжением. В средней трети большеберцовой и в верхней трети малоберцовой кости осуществляли закрытую флексионную остеоклазию — путем натяжения огибающих в поперечнике диафиз костей спиц создавали поднадкостничные винтообразные переломы [4]. Голень удлиняли с 6-х суток по 1 мм за четыре раза в течение 28 дней, затем фиксировали на протяжении 30 сут.

Для определения объемной скорости кровотока поверхностную бедренную артерию и бедренную вену выделяли в средней трети бедра, накладывали датчик, охватывающий исследуемый сосуд на протяжении 0,5 см, и с помощью электромагнитного расходомера крови РКЭ-2 производили флоуметрию [9]. Параметры флоуграмм рассчитывали с помощью компьютера — цитофотометра МОР Videoplan.

Давление крови определяли прямым методом. Иглы для внутривенных инъекций вводили в просвет сосудов против направления кровотока. Среднее артериальное давление (Рср) вычисляли по формуле: Рср = Рд + [(Р_с Р_д) : 3], где Рс — систолическое артериальное давление, Рд — диастолическое артериальное давление [10].

Для определения внутрикостного давления в полость диафиза большеберцовой кости, отступив от центра остеотомии выше и ниже на 2,5 см, вводили с помощью электродрели две канюли, изготовленные из игл для переливания крови, которые соединяли посредством коротких ригидных полиэтиленовых трубок с датчиком давления прибора Мингограф^_82. Регистрацию осуществляли при движении ленты прибора со скоростью 50 и 100 мм/с. При расшифровке записей использовали калибровочные сигналы.

Для исследования напряжения газов крови брали шприцем пробы из бедренной вены и большой подкожной вены на голени. На микроанализаторе ВМЕ-33 с объемом измерительной камеры 75 мкл определяли РСО₂ и РО₉. Время ответа РСО₂ — электрода Е 5037/Sj и РО₂ — электрода Е 5047 не превышало соответственно 30 и 50 с.

Контролем служили показатели, зарегистрированные перед оперативным вмешательством. В опыте исследования проводили по окончании дистракциии и фиксации. Дополнительно брали пробы крови из большой подкожной вены перед началом и через каждые 7 сут дистракции. Из полученных данных составляли невзвешенные вариационные ряды, определяли средние, ошибку, достоверность средних и их различий по Стьюденту. Все средние приведены с уровнем достоверности не менее 95%. Данные по срокам сравнивали с контрольными значениями.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В процессе эксперимента нарушений опорной функции оперированных конечностей не отмечалось. По данным рентгенографии, удлинение голени приводило к образованию «типичного» дистракционного костного регенерата высотой 27 28 мм и увеличению длины большеберцовой кости на 17,5-23%.

Артериальные флоуграммы имели один систолический максимум повышения объемной скорости кровотока с ее постепенным снижением в течение диастолы. Случаев обратного тока крови не было (рис. 1, а). Венозные флоуграммы свидетельствовали о постоянной скорости кровотока в бедренной вене, на которую накладывались слабо выраженные волновые колебания (рис. 1, б).

После периода дистракции объемная скорость кровотока в поверхностной бедренной артерии недостоверно уменьшилась до 76%, а после периода фиксации увеличилась до 135%. Следовательно, растяжение тканей голени способствовало снижению ее на  24%, а костеобразование в периоде фиксации — увеличению на 35% (табл. 1).

 

Рис. 1. Артериальная (а) и венозная (б) флоуграммы.

 

В контроле объемная скорость кровотока в бедренной вене была меньше, чем в поверхностной бедренной артерии, в 3 раза. После периодов дистракции и фиксации достоверных различий между ними не было. Увеличение объемной скорости кровотока в бедренной вене при уменьшении ее в поверхностной бедренной артерии, а также соответствие этих показателей после периодов дистракции и фиксации позволяет сделать вывод, что удлинение голени привело к ускорению перемещения крови из артериального в венозное русло.

Напряжение кислорода и углекислоты в крови в большой подкожной вене на голени и в бедренной вене достоверно не различалось, поэтому мы объединили эти данные. Оперативное вмешательство не приводило к достоверным изменениям напряжения кислорода и углекислоты в венозной крови. В периоде дистракции напряжение кислорода было ниже на 20~14%, а через 30 сут фиксации соответствовало контрольным показателям. Напряжение углекислоты в течение эксперимента достоверно не отличалось от контрольных значений (табл. 2). Из сопоставления полученных данных следует, что в периоде дистракции при увеличении экстракции кислорода из крови интенсивность дыхания тканей достоверно не изменялась. В периоде фиксации содержание кислорода в венозной крови восстанавливалось.

Удлинение голени приводило к повышению давления крови в поверхностной бедренной артерии (рис. 2). После периода дистракции систолическое артериальное давление возрастало на 6%, после периода фиксации — на 14%. Диастолическое давление повышалось соответственно на 27 и 23%. В результате среднее артериальное давление увеличивалось на 18 и 19%. Достоверных изменений давления крови в бедренной вене не выявлено. Следовательно, дистракционный остеосинтез способствовал повышению среднего артериального давления, характеризующего движущую силу кровотока, и градиента артериально-венозного давления.

 

Табл. 1. Объемная скорость кровотока (в мл/мин) в поверхностной бедренной артерии и бедренной вене (М±п)

Объемная скорость кровотока	Контроль (п=23)	Дистракция, 28-е сутки (п=21)	Фиксация, 30-е сутки (п=18)
Бедренная артерия: абс.	34,5±3,1	26,3±2,6	46,6=1=4,8
%	100	76	135
Р		<0,5	<0,5
Бедренная вена: абс.	11,0=4=2,1	31,0±3,1	41,3±4,5
%	100	282	380
Р		<0,001	<0,001

 

Табл. 2. Напряжение кислорода и углекислоты (в мм рт. ст.) в венозной крови (М±т)

Показатель	Контроль (п=43)	До дистракции (п=23)	Дистракция				Фиксация, 30-е сутки (п=21)
			7-е сутки (п=21)	14-е сутки (п=21)	21-е сутки (п=21)	28-е сутки (п=40)
Ро2:
абс.	65,4±2,3	65,2±7,7	53,1±4,7	52,0±6,6	55,8±3,3	56,5±3,7	64,3±3,4
%	100	99	81	80	85	86	98
Р		>0,5	<0,5	<0,5	<0,5	<0,5	>0,5
Рсо2:
абс.	54,6±3,1	58,8±4,9	48,1±3,8	54,6±3,2	56,1±2,6	53,9+1,7	62,4+2,9
%	100	108	90	100	103	98	114
Р		>0,5	>0,5	>0,5	>0,5	>0,5	>0,5

 

Рис. 2. Изменения артериального давления и внутрикостного давления в диафизарной полости проксимального и дистального отломков большеберцовой кости.

 

Внутрикостное давление в верхней и нижней трети диафиза большеберцовой кости достоверно не различалось. После периода дистракции оно было снижено в проксимальном костном отломке на 40%, в дистальном — на 53%, после периода фиксации -— соответственно на 63 и 61%. Изменения внутрикостного давления не коррелировали с изменениями артериального и венозного давления. Следовательно, величину внутрикостного давления определяли местные условия, связанные с аппаратом Илизарова и дистракционным костным регенератом.

ОБСУЖДЕНИЕ

В периоде дистракции основным фактором влияния служило растяжение тканей голени, способствующее образованию и включению в кровообращение микроциркуляторных систем в «зоне роста» дистракционного костного регенерата. Костеобразование шло после дифференциации новообразованных клеток регенерата вблизи от костных отломков. Через 28 дней дистракции выявлено снижение объемной скорости кровотока в поверхностной бедренной артерии.

В периоде фиксации длина голени не менялась. Продолжались включение в кровообращение микроциркуляторных систем в соединительнотканной прослойке и костеобразование, прогрессировала перестройка костных отделов дистракционного костного регенерата. Через 30 сут фиксации выявлено повышение объемной скорости кровотока в поверхностной бедренной артерии.

Таким образом, растяжение тканей голени способствовало ограничению кровотока в поверхностной бедренной артерии, а регенерация участка кости — его увеличению.

Как известно, при открытых артериовенозных анастомозах кровоток через капилляры уменьшается и ускоряется перемещение артериальной крови в венозное русло, что приводит к увеличению объемной скорости кровотока в венах и оксигенации венозной крови [10]. На основании выполненных ранее клинических исследований считали, что удлинение голени приводит к раскрытию артериовенозных анастомозов, которое сохраняется до образования органотипического участка кости — 1-2 года [2, 8].

Полученные нами в эксперименте данные указывают на то, что объемная скорость кровотока в бедренной вене повышалась вследствие роста дистракционного костного регенерата, достигла скорости объемного кровотока в артерии и сохранялась на достигнутом уровне. Так как интенсивное образование специализированных тканевых элементов и перестройка регенерата кости прямо зависят от кровотока по капиллярам, приходим к заключению, что ускорение перемещения артериальной крови в венозное русло определялось сосудистым руслом зоны дистракционного костного регенерата, а не «сбросом» крови через артериовенозные анастомозы, уменьшающим «нутритивный» кровоток.

Выявлено, что содержание кислорода в крови в большой подкожной и бедренной венах уменьшалось в периоде дистракции — во время стимулируемого образования тканевых элементов регенерата и восстанавливалось в периоде фиксации. Изменения выявлены при увеличении объемной скорости кровотока в бедренной вене в 2 и 3 раза. Следовательно, ускоренное перемещение крови в венозную систему происходило через ткань, активно потребляющую кислород.

Сброс крови в венозную систему через артериовенозные анастомозы сопровождается уменьшением содержания углекислоты в венозной крови. Отсутствие такового подтверждает, что кровоток осуществлялся через «нутритивное» капиллярное русло.

В периоде дистракции уменьшение артериального притока ограничивало доставку кислорода, вследствие чего компенсаторно увеличивалась его экстракция из крови. При этом дыхание клеток дистракционного костного регенерата сохранялось на прежнем уровне — содержание углекислоты в венозной крови достоверно не изменялось. Увеличение притока крови в периоде фиксации приводило к увеличению доставки кислорода, и его содержание в венозной крови восстанавливалось.

Известно, что внутрикостное давление создает жидкая среда, а его величина зависит от соотношения артериального и венозного давления в условиях ограничения пространства жесткими стенками полости кости. Повышение артериального или венозного давления приводит к повышению внутрикостного давления [6, 7]. Исследования показали, что независимо от изменений объемной скорости кровотока и давления крови в магистральных сосудах конечности давление в костных отломках снижалось. Следовательно, дистракционный костный регенерат способствовал оттоку жидкой среды из диафизарной полости отломков кости, ограничивал влияние кровообращения в конечности на внутрикостное давление.

Движущей силой кровотока служит градиент давления [10]. Наши исследования показали, что увеличение объемной скорости кровотока в магистральных сосудах конечности происходило вследствие повышения систолического и диастолического артериального давления, приведшего к увеличению среднего артериального давления. При этом венозное давление не менялось. Повышение давления в поверхностной бедренной артерии и отсутствие его повышения в бедренной вене в сочетании с увеличением объемной скорости кровотока в сосудах указывает на то, что усиление кровообращения в конечности связано с реакцией системы кровообращения. Данные литературы позволяют полагать, что этот эффект может быть следствием усиления сократительной функции левого и присасывающей функции правого желудочков сердца [9].

Таким образом, изменения кровотока в магистральных сосудах конечности были связаны с особенностями кровообращения в зоне дистракционного костного регенерата. Из этого следует, что сохранение эффекта стимуляции кровообращения возможно до перестройки костного регенерата в участок «зрелой» кости.

Проведенные исследования свидетельствуют о том, что местные изменения кровообращения, возникающие при дистракционном остеосинтезе, оказывали стимулирующее влияние на кровообращение в конечности. Данный эффект определяется ускоренным перемещением крови из артериального в венозное русло, связанным с функцией сосудистого русла зоны дистракционного костного регенерата.

About the authors

V. I. Shevtsov

Russian Research Center "Restorative Traumatology and Orthopedics" G.A. Ilizarov

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

V. S. Bunov

Russian Research Center "Restorative Traumatology and Orthopedics" G.A. Ilizarov

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

N. N. Gordievsky

Russian Research Center "Restorative Traumatology and Orthopedics" G.A. Ilizarov

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

References

Supplementary files