К вопросу о морфогенезе и патогенезе травматического инфаркта длинной кости (экспериментальное исследование)

Полный текст

По сравнению с такими аспектами посттравматической регенерации длинной кости, как морфологическая динамика формирования регенератов, их сращения и перестройки, вопрос о состоянии кровоснабжения отломков в ранние сроки после перелома и в клинике, и в эксперименте исследован недостаточно.

При травме кости наиболее важным фактором нарушения кровоснабжения является непосредственное повреждение сосудов, питающих кость. Как известно, при любом переломе происходит разрыв сосудов разного калибра в кости и костном мозге, что приводит к образованию гематомы вокруг отломков. Существуют, однако, значительные количественно-топографические различия в состоянии кровоснабжения отломков длинной кости после травмы, сопровождающейся и не сопровождающейся нарушением целости крупных внутрикостных ветвей диафизарных питающих сосудов [8]. Так, если кровоснабжение диафизарных отделов отломков по главной питающей артерии сохраняется, как это бывает при закрытых переломах без смещения, то очаг ишемии тканей обычно связан с местом непосредственной травмы; в случаях же, когда внутрикостные ветви диафизарных питающих сосудов пересечены, пережаты и/или тромбированы (это может происходить при открытом либо закрытом переломе со значительным смещением отломков), внутрикостное кровообращение оказывается нарушенным в значительно большей степени и очаги ишемического некроза тканей отломков могут быть весьма протяженными [5, 8].

Поскольку состояние кровоснабжения тканей отломков при диафизарном переломе в клинике определить весьма трудно, эти вопросы в основном изучались в эксперименте с применением различных физиологических и ангиоморфологических методов. Наиболее известны исследования в данном направлении Gothman [15, 16], Rhinelander и соавт. [18, 19], Wang Yun Chao и соавт. [20], К.С. Соловьевой [12], И.С. Амосова и соавт. [1], Г.А. Оноприенко [9, 10]. Все авторы в сроки наблюдения до 2 нед, а иногда и дольше ангиоморфологически регистрировали в концах отломков довольно обширные очаги выключения (незаполнения инъекционным красителем) микроцирку ляторного русла, что подтверждают и наши исследования последнего времени [2, 4]. В упомянутых работах не ставилась цель комплексного изучения состояния кровоснабжения отломков длинной кости в ранние сроки после травмы. Вместе с тем такое исследование позволило бы установить количественные и временные зависимости поражения и раскрыть неизвестные еще стороны патогенеза острых нарушений кровоснабжения тканей отломков.

Нами предпринята попытка на основании экспериментальных гистологических, ангиоморфологических, морфометрических и физиологических данных о состоянии кровоснабжения отломков длинных костей после остеотомии рассмотреть морфогенез и патогенез ранних стадий посттравматического периода.

Материал и методы. Проведены две группы экспериментов.

1. В экспериментах на 45 крысах-самках массой 200—230 г под гексеналовым наркозом в средней трети большеберцовой кости дисковой пилой выполняли поперечную остеотомию и затем специальным распатором циркулярно отсепаровывали надкостницу от кортикального слоя диафиза в свободных концах отломков на протяжении 3 мм от линии остеотомии. После гемостаза свободные концы отломков сопоставляли, но не фиксировали, мягкие ткани и кожу над местом остеотомии послойно ушивали. Использованная нами модель соответствовала открытому перелому длинной кости у человека со значительным смещением отломков, сопровождающемуся пересечением внутрикостных ветвей главной питающей артерии и отрывом надкостницы от кортикального слоя на концах отломков. Крыс выводили из опыта в сроки 3, 6, 12, 24 ч, 3, 7, 14, 30 и 60 сут введением гексенала, при сохранении функции сердца инъецировали сосуды конечностей тушь-желатиновой контрастной массой [10].

2. У 8 взрослых беспородных собак массой от 9 до 25 кг в остром опыте под гексеналовым наркозом измеряли в четырех точках большеберцовой кости (двух — в диафизе на расстоянии 2—2,5 см одна от другой и двух — в метафизах) физиологические показатели внутрикостной гемодинамики: стабилизированный уровень внутрикостного давления (ВКД) и временные отрезки гемодинамической функциональной пробы (ГФП) с искусственным повышением (ГФП-плюс) и понижением (ГФП-минус) давления в герметизированной системе измерения ВКД (эксперименты проводили совместно с В.А. Боером). Эти показатели позволяли получить интегральное представление о состоянии внутрикостной гемодинамики (ВКД), потенциальных возможностях путей оттока (ГФП-плюс) и путей притока (ГФП-минус) крови и жидкости в точках измерения [3, 4, 13, 14, 17].

Поперечную остеотомию большеберцовой кости выполняли пилой Джильи на границе средней и дистальной трети, между диафизарными точками измерения ВКД, при этом всегда пересекали костный мозг с крупными ветвями диафизарных питающих сосудов. Синхронную многоточечную регистрацию ВКД проводили непрерывно в течение 30 мин после остеотомии, а затем в конце каждого часа на протяжении 6 ч (2 собаки) или 8 ч (5 собак), у одной собаки продолжительность записи после остеотомии составила 1 ч. Показатели внутрикостной гемодинамики в разных точках регистрации для определенных сроков после остеотомии обрабатывали статистически. Перед выведением животных из опыта под гексеналовым наркозом инъецировали сосуды задних конечностей коллоидным раствором берлинской лазури [7].

Удаленные голени крыс и большеберцовые кости собак подвергали рентгенографии, фиксировали, декальцинировали, заливали в целлоидин и разрезали на микротоме в нескольких парасагиттальных плоскостях, т.е. вдоль длинной оси кости (крысы), либо разделяли на продольные и поперечные фрагменты с приготовлением соответствующих блоков, которые разрезали на микротоме в разных плоскостях (собаки). Срезы толщиной 10 мкм окрашивали гематоксилином и эозином, по Ван-Гизону, импрегнировали серебром-золотом по Гомори, а срезы толщиной 200 мкм (крысы) и 500—2000 мкм (собаки) просветляли метилсалицилатом по Шпальтегольцу [11].

После тщательного гистологического и ангиоморфологического исследования для морфометрии пораженных костей крыс был выделен и квантифицирован ряд показателей, которые в совокупности многосторонне характеризуют в количественном аспекте поражение большеберцовых костей, подвергнутых остеотомии:

1) длина очага ишемического повреждения и геморрагической инфильтрации костного мозга вдоль оси отломка, начиная от линии остеотомии (в миллиметрах); 2) ширина зоны реактивных изменений костного мозга, где наблюдались отек, обеднение клеточными элементами, пролиферация фибробластов и рост грануляционной ткани в направлениях, радиальных по отношению к границе поврежденной и жизнеспособной гемопоэтической ткани (в миллиметрах); 3) ширина зоны костного мозга, занимаемой эндостальным костным регенератом, в свободных концах отломков (в миллиметрах); 4) общая площадь, занимаемая костным компонентом периостального регенерата на периостальной поверхности компактной кости (в квадратных миллиметрах); 5) длина очага выключения (незаполнения инъекционной массой) микроциркуляторного русла костного мозга вдоль оси отломка, начиная от линии остеотомии (в миллиметрах); 6) длина очага выключения (незаполнения инъекционной массой) микроциркуляторного русла компактного вещества вдоль оси отломка, начиная от линии остеотомии (в миллиметрах).

Для определения морфометрических параметров использовали оптико-визуальные средства измерения, полученные параметры обрабатывали статистически, отдельно для проксимальных и дистальных отломков строили временные ряды средневзвешенных величин, которые сравнивали между собой по срокам наблюдения с использованием критерия Стьюдента [6].

Результаты гистологического и ангиоморфологического исследования. При гистологическом исследовании костей крыс в сроки 3, 6, 12, 24 ч после остеотомии в костном мозге и компактном веществе свободных концов отломков регистрировались в разной степени выраженные признаки ишемического повреждения клеток кроветворного костного мозга и костной ткани с нечеткими границами очагов ишемии. Ангиоморфологически в свободных концах отломков выявлялись обширные очаги выключения микроциркуляторного русла, прилежащие к линии остеотомии (рис. 1), причем в расположенных в них отрезках центральных и регионарных вен обнаруживалось смешанное заполнение клеточными агрегатами, мелкими тромбами и инъекционной массой.

Рис. 1. Обширный очаг выключения микроциркуляторного русла костного мозга и кортикального слоя (указан стрелками) в проксимальном отделе большеберцовой кости крысы. Срок наблюдения 12 ч. Ув. 20.

Здесь и на рис. 2—4 просветление по Шпальтегольцу.

В сроки 3 и 7 сут в свободных концах отломков костей крыс гистологически определялись обширные очаги свежего ишемического некроза костного мозга и костной ткани, по периферии которых располагалась зона серозной экссудации и расплавления, в перифокальном костном мозге отломков отмечалась гиперемия микроциркуляторного русла с отеком стромы, уменьшением числа миелокариоцитов, появлением юных стромальных фибробластов. На 7-е сутки в зоне организации инфаркта выявлялись новообразованные сосуды капиллярного типа, врастающие в некротизированный костный мозг (рис. 2). При ангиоморфологическом исследовании в свободных концах отломков обнаруживались крупные очаги выключения микроциркуляторного русла, особенно протяженные в дистальных отломках (см. результаты морфометрии).

Рис. 2. Врастание капилляров в очаг некроза костного мозга (указан стрелками) в проксимальном отломке большеберцовой кости крысы. Срок наблюдения 7 сут. Ув. 25.

На 14-е сутки в костномозговых полостях отломков костей крыс выявлялись признаки продолжающейся организации очагов инфаркта костного мозга, иногда с полным замещением некроза (в проксимальных отломках); в дистальных отломках очаги инфаркта сохранялись, хотя размеры их уменьшались по сравнению с предыдущими сроками (рис. 3). Костные регенераты компактизировались, наблюдались признаки затухания репаративной реакции; межотломковые сращения имели характер фиброзно-хрящевых.

Рис. 3. Продолжающаяся реваскуляризация очагов некроза костного мозга (указаны стрелками) в отломках большеберцовой кости крысы. Срок наблюдения 14 сут. Ув. 15.

На 30-е и 60-е сутки очаги ишемического некроза костного мозга в свободных концах отломков в большинстве наблюдений отсутствовали, в компактном веществе встречались участки некроза, подвергающиеся очаговой перестройке, причем в передних отделах кортикального слоя дистального отломка некрозы имели наибольшую протяженность. Ангиоморфологически зоны организации, костные части регенератов, регенерировавший костный мозг в свободных концах отломков представлялись хорошо васкуляризованными, причем в компактизированных костных регенератах отмечалась некоторая редукция микроциркуляторного русла, аваскулярность наблюдалась в очагах остеонекроза, хрящевых компонентах регенератов, гиповаскулярность — в зрелой фиброзной ткани, образующей наружные слои капсулы патологического очага вокруг места остеотомии (рис. 4).

Рис. 4. Васкуляризация костно-хрящевого регенерата большеберцовой кости крысы; аваскулярный участок компактной кости дистального отломка (указан стрелкой). Срок наблюдения 30 сут. Ув. 15.

Результаты морфометрического исследования. Патологические изменения, регистрируемые в посттравматическом периоде, и соответствующие морфометрические показатели могут быть разделены на две группы (рис. 5).

Рис. 5. Динамика морфометрических показателей патологических изменений в проксимальных (а) и дистальных (б) отломках большеберцовых костей крыс после остеотомии.

По оси абсцисс — срок после остеотомии, по оси ординат — величина показателя; I — площадь периостального регенерата, II — ширина эндостального регенерата, III — ширина зоны реактивных изменений, IV — длина очага ишемии костного мозга, V, VI — длина очага выключения микроциркуляторного русла компактной кости (V) и костного мозга (VI).

1. «Ранние» изменения, вызванные острой травмой тканей кости, их микроциркуляторного русла и крупных внутрикостных ветвей главных питающих сосудов. Это очаги выключения микроциркуляторного русла костного мозга и кортикального слоя, выявляемые инъекционным методом, геморрагии, а также ишемическое повреждение клеток кроветворной и костной ткани. Выключение микроциркуляторного русла определялось уже в самый ранний срок (3 ч после остеотомии) и было довольно протяженным: в 1-е сутки — 2—6 мм (считая от линии остеотомии) в проксимальных отломках и 6—11 мм в дистальных (при длине большеберцовой кости крысы 33—35 мм). Средние величины длины очагов выключения микроциркуляторного русла и ишемического повреждения костного мозга в обоих отломках увеличивались к 24 ч после остеотомии, затем несколько уменьшались и в проксимальных отломках стабилизировались на 3—14-е сутки, после чего вновь резко уменьшались; в дистальных отломках после 24 ч эти показатели неуклонно понижались, причем в отдаленные сроки здесь сохранялись более протяженные некрозы кортикального слоя, чем в проксимальных отломках.

2. «Отсроченные» — реактивные и регенераторные изменения: пролиферация стромальных фибробластов костного мозга, ангиогенез, формирование эндостального и периостального регенератов с последующим их сращением. Морфометрически эти явления удается оценить лишь на 3-й сутки после остеотомии, хотя начало их относится к концу 1-х—2-м суткам наблюдения. Динамика показателей: протяженности зоны реактивных изменений, эндостального регенерата, площади периостального регенерата — в обоих отломках в принципе идентична, с небольшими количественными вариациями.

Статистическое сравнение средних морфометрических параметров патологических изменений в отломках по срокам обнаружило достоверно большую протяженность «ранних» ишемических изменений в дистальных отломках по сравнению с проксимальными. Процесс организации очагов инфаркта костного мозга и перестройки кортикальных остеонекрозов протекает в проксимальных отломках весьма активно, и на 14-е сутки некроз костного мозга в их свободных концах определяется не в каждом наблюдении данной серии, так как уже в этот срок очаг некроза частично либо полностью замещен фиброзно-костным эндостальным регенератом.

Результаты физиологического исследования. Сразу после остеотомии большеберцовых костей собак средний показатель ВКД в диафизарных отделах обоих отломков резко снижался. Однако в проксимальном отломке (рис. 6, а) уже через несколько минут ВКД начинало восстанавливаться, через 10 мин приближалось к среднему уровню перед остеотомией, а со 2-го часа незначительно превышало его. Средний показатель притока крови в диафизарной части проксимального отломка на протяжении 8 ч опыта был понижен, особенно значительно в период до 3 ч включительно, а показатель оттока — резко повышен в первые 2 ч (в сроки 10, 30 мин и 2 ч различия с исходным уровнем достоверны).

Рис. 6. Динамика физиологических показателей внутрикостного кровообращения в проксимальных (а) и дистальных (б) отломках большеберцовых костей собак после остеотомии.

По оси абсцисс — срок после остеотомии (Исх. — исходный уровень), по оси ординат — величина показателя (в % от исходного уровня); I — показатель оттока, II — показатель притока, III — ВКД.

В дистальном отломке средние параметры внутрикостной гемодинамики обнаруживали более существенные сдвиги, чем в проксимальном (рис. 6, б). Наиболее значительное снижение ВКД отмечалось в диафизарном отделе: оно уменьшалось более чем в 2 раза и в сроки 10, 30 мин, 1, 2, 6, 7, 8 ч оставалось достоверно ниже, чем в диафизарном отделе проксимального отломка. Показатель притока в диафизе в некоторые сроки наблюдения был уменьшен в 2 с лишним раза по сравнению с исходным, при этом его индивидуальные значения у разных животных сильно варьировали. Отток в диафизе дистального отломка вначале резко нарастал (в сроки 10, 30 мин и 4 ч — достоверно), но через 6—7 ч замедлялся более чем вдвое по сравнению с исходным, что свидетельствовало о его ухудшении.

Средняя величина относительного уровня ВКД (соотношение показателей после остеотомии и до остеотомии) в диафизарном отделе дистального отломка в сроки 10, 30 мин, 1, 2, 5, 7, 8 ч была достоверно меньше, чем в диафизе проксимального отломка. Между величинами относительного уровня ВКД и притока крови в диафизарных отделах отломков установлена положительная корреляция средней силы (r = 0,623; p < 0,001).

Обсуждение результатов. Динамика сроков и топография выключения микроциркуляторного русла компактной кости и костного мозга в нашем исследовании в основном соответствуют данным тех авторов, которые моделировали у разных видов животных переломы со значительным смещением отломков и повреждением крупных внутрикостных ветвей главной питающей артерии. Оценка наблюдавшихся при этом патологических изменений различна. Пожалуй, лишь Wang Yun Chao и соавт. [20] указывают, что в концах отломков длительно сохраняются очаги ишемии. В других работах не была прослежена ранняя ангиоморфологическая динамика поражения отломков в сопоставлении с патогистологической картиной и физиологическими показателями внутрикостной гемодинамики [3, 4, 8, 10]. Наши исследования показали, что размеры очагов выключения микроциркуляторного русла и очагов ишемического повреждения в раннем посттравматическом периоде не остаются стабильными и поэтому нельзя утверждать, что имеются очаги «аваскулярности» в отломках в 1—2-е сутки после перелома (остеотомии).

Состояние кровоснабжения концов отломков при диафизарном переломе длинной кости определяется фактом повреждения крупных внутрикостных ветвей главных питающих сосудов, а также структурно-функциональными параметрами потенциальных коллатералей (в данном случае — метафизарных артерий и вен). Пересечение основных стволов питающих артерий как один из компонентов травмы кости — главный фактор практически обязательного появления очагов необратимого выключения кровоснабжения костного мозга и костной ткани в свободных концах отломков, которое в пределах критического периода потенциально обратимых ишемических расстройств микроциркуляции так полностью и не компенсируется из коллатералей; отсутствие же компенсации к концу 1-х суток приводит к обширным инфарктам в концах отломков.

Результаты настоящего исследования с применением морфометрических оценок патологических изменений в отломках позволяют выдвинуть положение об очагово-зональном характере ишемического поражения кости при переломе, что обусловлено пространственно-временными особенностями нарушения и восстановления кровоснабжения отломков. Формирование зоны отсроченной компенсации (рециркуляции) относится ко 2—3-м суткам после остеотомии, причем рециркуляция здесь, очевидно, сочетается с регенерацией костномозговых клеток (и/или репопуляцией их) в зоне потенциально обратимого выключения кровоснабжения. Центр очага ишемии костного мозга к концу 1-х суток после травмы образован необратимо поврежденными костномозговыми клетками. Что касается костной ткани, где невозможна ранняя регенерация и репопуляция клеток, то в ней также отмечается постепенное сокращение размеров зон выключения микроциркуляторного русла. Наблюдаемое с 3-х суток (и позднее) прогрессирующее уменьшение размеров очагов инфаркта в концах отломков, несомненно, связано с процессами организации и реваскуляризации.

Патогенез острого ишемического поражения (инфаркта) отломков длинной кости при переломе (остеотомии) диафиза со значительным смещением свободных концов отломков можно представить в виде последовательных этапов:

1) острое повреждение (разрыв, пересечение, пережатие) крупных внутрикостных ветвей главных питающих сосудов;

2) внезапное падение ВКД и уменьшение объема перфузии сосудов костного мозга и костной ткани, обусловленные нарушением артериального притока в концах отломков, приводят к резкому замедлению кровотока, гипоксии стенок микроциркуляторного русла, внутрисосудистой агрегации эритроцитов и незрелых миелокариоцитов, плазматизации, спаданию и ишемическому стазу в капиллярах и синусоидах. Объем сосудистого русла кости и костного мозга, в котором происходит ишемический стаз, нарастает по крайней мере до 24 ч после остеотомии (перелома);

3) на периферии очагов выключения внутрикостной микроциркуляции тем не менее сохраняется зона потенциально обратимых расстройств, где возможно постепенное восстановление кровотока на 2—3-й сутки после перелома из коллатералей (метафизарные сосуды);

4) реактивные изменения в перифокальном по отношению к очагу некроза костном мозге — гиперемия микроциркуляторного русла, экссудация с плазматическим пропитыванием, отек и расплавление ткани, а затем регенерация костного мозга и костной ткани ведут к рассасыванию, резорбции и замещению очагов травматического инфаркта отломков.

В клиническом плане проведенное исследование позволяет сделать следующие выводы:

— диафизарные переломы длинных костей со значительным смещением отломков (боковым, по длине) могут сопровождаться повреждением костного мозга и костномозговых ветвей питающих сосудов и возникновением в концах отломков обширных очагов травматического инфаркта;

— топография и размеры очагов травматического инфаркта кости зависят от уровня повреждения питающих сосудов, что следует учитывать при клинической оценке тяжести перелома и перспектив сращения: наличие обширных инфарктов кости является одной из главных причин замедленной консолидации, фиброзных сращений, формирования ложных суставов, а также способствует развитию травматического остеомиелита;

— для минимизации размеров очагов травматического инфаркта кости в раннем посттравматическом периоде целесообразно применять средства, улучшающие микроциркуляцию (вазодилататоры, дезагреганты, антикоагулянты).

Об авторах

В. В. Григоровский

Автор, ответственный за переписку.
Email: info@eco-vector.com
Украина, Киев

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Обширный очаг выключения микроциркуляторного русла костного мозга и кортикального слоя (указан стрелками) в проксимальном отделе большеберцовой кости крысы. Срок наблюдения 12 ч. Ув. 20.

Скачать (745KB)

Метаданные

3. Рис. 2. Врастание капилляров в очаг некроза костного мозга (указан стрелками) в проксимальном отломке большеберцовой кости крысы. Срок наблюдения 7 сут. Ув. 25.

Скачать (637KB)

Метаданные

4. Рис. 3. Продолжающаяся реваскуляризация очагов некроза костного мозга (указаны стрелками) в отломках большеберцовой кости крысы. Срок наблюдения 14 сут. Ув. 15.

Скачать (541KB)

Метаданные

5. Рис. 4. Васкуляризация костно-хрящевого регенерата большеберцовой кости крысы; аваскулярный участок компактной кости дистального отломка (указан стрелкой). Срок наблюдения 30 сут. Ув. 15.

Скачать (709KB)

Метаданные

6. Рис. 5. Динамика морфометрических показателей патологических изменений в проксимальных (а) и дистальных (б) отломках большеберцовых костей крыс после остеотомии.

Скачать (1MB)

Метаданные

7. Рис. 6. Динамика физиологических показателей внутрикостного кровообращения в проксимальных (а) и дистальных (б) отломках большеберцовых костей собак после остеотомии.

Скачать (1MB)

Метаданные