Влияние дистракционного костного регенерата на кровообращение в конечности (экспериментальное исследование)
- Авторы: Шевцов В.И.1, Бунов В.С.1, Гордиевских Н.Н.1
-
Учреждения:
- Российский научный центр «Восстановительная травматология и ортопедия» им. Г.А. Илизарова
- Выпуск: Том 9, № 4 (2002)
- Страницы: 45-48
- Раздел: Статьи
- Статья получена: 01.02.2022
- Статья одобрена: 01.02.2022
- Статья опубликована: 02.02.2022
- URL: https://journals.eco-vector.com/0869-8678/article/view/99987
- DOI: https://doi.org/10.17816/vto99987
- ID: 99987
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В эксперименте на 23 взрослых собаках проведены этапные исследования кровотока при удлинении голени по Илизарову. С помощью электромагнитной флоуметрии выявлено, что растяжение тканей голени способствовало снижению объемной скорости кровотока в бедренной артерии, а образование дистракционного костного регенерата — ее повышению. Удлинение голени сопровождалось ускоренным перемещением крови из артериального в венозное русло, которое поддерживалось сосудистой сетью костного регенерата. На основании изменений градиента давления крови сделан вывод, что стимуляция кровообращения в конечности определялась реакцией сердечно-сосудистой системы в целом.
Ключевые слова
Полный текст
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 + [(Рс Рд) : 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.
Об авторах
В. И. Шевцов
Российский научный центр «Восстановительная травматология и ортопедия» им. Г.А. Илизарова
Автор, ответственный за переписку.
Email: info@eco-vector.com
Россия, Курган
В. С. Бунов
Российский научный центр «Восстановительная травматология и ортопедия» им. Г.А. Илизарова
Email: info@eco-vector.com
Россия, Курган
Н. Н. Гордиевских
Российский научный центр «Восстановительная травматология и ортопедия» им. Г.А. Илизарова
Email: info@eco-vector.com
Россия, Курган
Список литературы
- А.С. 1061803 СССР, МКИ3, А 61 В 17/00. Способ лечения хронической ишемии конечности /Илизаров Г.А., Зусманович Ф.Н. //Бюл. изобрет. — 1983. — N 47. — С. 22.
- Илизаров Г.А., Грачева В.И., Щуров В.А., Мальцев В.Д., Сайфутдинов М.С. //Проблемы чрескостного остеосинтеза в ортопедии и травматологии. Закономерности регенерации и роста тканей под влиянием напряжения растяжения. — Курган, 1982. — Вып. 8. — С. 143-152.
- Корж А.А., Белоус А.М., Панков Е.Я. Репаративная регенерация кости. — М., 1972. — С. 130.
- Наумов А.Д., Гордиевских Н.И., Ерофеев С.А., Свешников А.А., Офицерова Н.В. //Гений ортопедии. — 1996. — N 1. — С. 34-36.
- Оноприенко Г.А. Васкуляризация костей при переломах и дефектах. — М., 1993.
- Стецула В.И., Боер В.А., Мудрый С.П., Торбенко Г.Г. //Экспресс-информация. Новости медицины и медицинской техники. — 1979. — Вып. 6. — С. 1~25.
- Шевцов В.И., Бунов В.С., Гордиевских Н.Н. //Син- гральная хирургия. — 2000. — N 4. — С. 36~41.
- Щуров В.А., Шеин А.П., Калякина В.И., Левитина Л.Х. //Чрескостный компрессионный, дистракционный и компрессионно-дистракционный остеосинтез в травматологии и ортопедии. — Челябинск, 1976. — Вып. 2. — С. 96-99.
- Физиология кровообращения: Физиология сосудистой системы /Под ред. Б.И. Ткаченко. — Л., 1984. — С. 108-109, 127-129.
- Физиология человека: Пер. с англ. /Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. — М., 1986. —Т. 3. —С. 113, 118, 128-130, 249