Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПСИХОФИЗИОЛОГИЯ СТРЕССОВЫХ СОСТОЯНИЙ ПРИ ТРАВМАХ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Хвостова С. А.,

Глава 5. МИНЕРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ КОСТЕЙ ПРИ УРАВНИВАНИИ ДЛИНЫ ВРОЖДЕННО УКОРОЧЕННОЙ НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ

Удлинение нижних конечностей, в частности, голени – актуальная проблема ортопедии. Среди всех пациентов, в том числе, обратившихся во ФГУН РНЦ «ВТО», более 50 % составляют больные с укорочением конечностей различной этиологии. Сроки лечения этих больных значительны. Средний срок фиксации составляет 22,4 дня/см.

Во ФГУН РНЦ «ВТО» разработано большое количество методик и способов удлинения голени, основанных на щадящем оперативном вмешательстве, и сохранении оптимального уровня кровообращения в большеберцовой кости. Несмотря на это в костях голени обнаруживаются признаки деминерализации (А.А. Свешников. 1999, 2000). Актуальным поэтому является выяснение причин локальной остеопении, в частности, зависимость ее от характера, уровня остеотомии, темпа удлинения при монолокальном дистракционном остеосинтезе. Данные наблюдения основаны на результатах лечения 156 больных. Анализ обменных процессов в кости в зависимости от уровня и методики остеотомии ранее не проводился.

При расшифровке изменений, происходящих в костях голени, следует учитывать особенности выполнения остеотомии: чем меньше травматичность оперативного вмешательства, тем короче сроки фиксации. Поэтому в нашем Центре была предложена флексионная остеоклазия и частичная кортикотомия, из которых наибольшую известность получила последняя. Она более проста в исполнении, сохраняет целостность периоста, эндоста и костного мозга. Подобное вмешательство, не повреждая внутреннее кровообращение кости, обеспечивает быструю перестройку костной ткани в соответствии с требованиями меняющихся условий остеосинтеза.

Результаты исследований последних лет показали, что врожденное укорочение занимает первое место (около 36 %) среди причин неравной длины нижних конечностей [1, 2, 3]. Давно отмечено, что врожденное укорочение конечности сопровождается дисплазией сосудистой системы укороченного сегмента. У таких пациентов отмечаются более низкие показатели артериальной осциллографии в сегментах укороченной конечности [4]. Поэтому у таких больных особую актуальность приобретает применение современных методик удлинения конечностей и контроля за процессом костеобразования.

В нашем Центре разработаны и совершенствуются методики удлинения конечностей, позволяющие сократить сроки лечения. Значительные величины удлинения требуют создания способов ускорения реабилитации пациентов, что может быть достигнуто путем формирования регенератов на двух уровнях.

В процессе удлинения конечностей исключительно важное значение имеют адекватные методики диагностики репаративного процесса, в частности, измерения плотности минеральных веществ (МПК), от которой зависят механические свойства кости.

Задача исследования состояла в изучении состояния костеобразования (по плотности минеральных веществ) в проксимальном и дистальном регенератах при билокальном дистракционном остеосинтезе голени у пациентов с врожденным укорочением.

Под наблюдением находилось 19 больных с врожденным укорочением нижних конечностей. Возраст пациентов – 14,9 ± 1,5 года. Анатомическое укорочение пораженного сегмента составляло 5,9 ± 2,1 см. Возможность удлинения зависела от анатомического укорочения сегмента и возраста пациента. Величина удлинения голени составила 7,3 ± 1,1 см. Срок дистракции – 75,4 ± 16,5 дня, фиксации – 100,7 ± 25,5 дня.

МПК в регенератах измеряли на дихроматическом костном денситометре фирмы «GE/Lunar Corp.» (США) на уровне их проксимальной, дистальной и средней частей. Плотность «материнской» кости исследовали, на расстоянии 1 см выше или ниже от краев проксимального, промежуточного и дистального фрагментов. Ошибка измерения не превышала ±2 %.

Статистическую обработку материала проводили по критерию Стьюдента.

Мы проанализировали проявления остеопении в диафизе, проксимальном и дистальном метафизах большеберцовой кости после ее кортикотомии в верхней трети, отступив 0,4–0,5 см. от гребня большеберцовой кости, и малоберцовой в нижней трети. Данная методика позволяет прочно удерживать отломки костей голени в правильном
положении в течение всего периода дистракции и фиксации (Г.А. Илизаров, А.А. Девятов,1969). Она – основополагающиая на сегодняшний день. Это положение помогает выбрать оптимальный уровень остеотомии большеберцовой кости, позволяет сократить период фиксации, а, значит, и сроки лечения больных. Но подробного исследования остеопении, сочетающее изучение сроков фиксации в зависимости от взаимного расположения остеотомии и уровня вхождения a. nutricia не проводилось.

Увеличение плотности минералов происходило интенсивнее во всех участках проксимального регенерата (рис. 5.1). В срединной зоне просветления показатели плотности в проксимальном регенерате выше, чем в дистальном. В период фиксации эта зона интенсивно минерализуется (рис. 5.2). Восстановление плотности до исходного во всех участках проксимального регенерата наступало к моменту завершения периода фиксации, в дистальном – в конце 1-го месяца после снятия аппарата. Через 1,5 года после завершения лечения плотность минералов в участке проксимального регенерата, прилежащего к «материнской» кости превышало исходное значение на величину 78,4 ± 12,1 %, в срединной зоне просветления – на 69,2 ± 11,4 %, в участке прилегающем к промежуточному фрагменту – на 27,9 ± 8,6 % (рис. 5.3).

Рис. ٥.١. Плотность минеральных веществ в участках регенератов, прилежащих к «материнской» кости при билокальном удлинении голени. Примечание: здесь, а также на рис. ٢–٥, сплошная вертикальная линия указывает на период обследования, когда МПК достигало исходного значения (١٠٠ ٪) в проксимальном регенерате, пунктирная линия – в дистальном

Рис. ٥.٢. Изменение плотности минералов
на уровне срединной зоны просветления регенератов большеберцовой кости в процессе билокального удлинения голени

Рис. ٥.٣. Изменение плотности минеральных веществ в участках регенератов, прилежащих к промежуточному фрагменту большеберцовой кости
при билокальном удлинении голени

В дистальном регенерате процентное содержание минералов в участке, прилежащем к промежуточному фрагменту, достигало исходного уровня, в остальных участках – превышало исходную плотность на 27 %. На момент снятия аппарата МПК в «зоне роста» проксимального регенерата достигала исходного уровня, а дистальном – составляло 60 %.

Плотность минералов в ближайших к регенератам фрагментах большеберцовой кости претерпевало изменения на протяжении всего периода обследования (рис. 5.4). С момента операции наблюдалось снижение плотности во всех исследуемых участках кости, которое более интенсивно проявлялось в проксимальном и дистальном фрагментах, где к 60-му дню снижалась до 44–46 %.

Рис. ٥.٤. Плотность минеральных веществ в участках фрагментов большеберцовой кости, прилежащих к регенератам

В промежуточном фрагменте плотность минералов к моменту окончания дистракции – началу фиксации снижалась до 60–64,5 % (рис. 5.5). После максимального снижения плотности начинался процесс накопления минералов, причем более интенсивно он протекал в участках кости, формирующих проксимальный регенерат, где отличия достоверны с 30-го дня фиксации для проксимального фрагмента «материнской» кости и с 60-го дня фиксации для проксимального отдела промежуточного фрагмента. Исходного уровня плотность минералов достигала к моменту снятия аппарата в участках кости, близких к проксимальному регенерату. В участках кости, формирующих дистальный регенерат, этот показатель приближался только к окончанию периода обследования. Следует отметить, что к 1,5 годам после снятия аппарата в участках кости, прилегающих к проксимальному регенерату, плотность минералов превышала исходные показатели на 35–40 %.

Рис. ٥.٥. Деминерализация промежуточного фрагмента
большеберцовой кости в процессе удлинения голени методом билокального дистракционного остеосинтеза

В наших наблюдениях процесс репаративного костеобразования контролировался с помощью метода фотонной абсорбциометрии, что обеспечивало высокую степень точности измерения плотности минералов. Установлено, что при билокальном удлинении голени у пациентов с врожденным укорочением во всех отделах проксимального регенерата на протяжении всего периода обследования репаративный процесс протекает активнее, чем в дистальном регенерате, что обусловлено меньшей плотностью трабекулярной кости и поэтому большей интенсивностью кровообращения. В силу того, что в проксимальном костном фрагменте кровообращение лучше, прилежащие к нему участки проксимального регенерата формируются быстре, чем участки дистального регенерата, прилежащие к дистальному фрагменту. Срединная «зона просветления» проксимального регенерата также минерализуется быстрее. Снижение МПК в участках перемещаемого фрагмента большеберцовой кости происходило менее активно, чем в костных фрагментах, в силу нарушенного кровообращения. По мере прорастания сосудов накопление минералов приближалось исходным значениям, что отмечено в проксимальном участке в более ранние сроки, чем в дистальном.

2 месяца дистракции

4 месяца фиксации

6 месяцев после
снятия аппарата

Дистракционный регенерат в верхней трети большеберцовой кости

2 месяца дистракции

4 месяца фиксации

6 месяцев после снятия аппарата

Дистракционный регенерат в нижней трети большеберцовой кости

Рис. ٥.٦. Сканограммы, отражающие плотность минеральных веществ в дистракционных регенератах при удлинении голени на двух уровнях. Примечание: цифры справа указывают плотность минеральных веществ
(г/см٢) на соответствующем уровне

Установлено, что между состоянием кровообращения и величиной плотности минералов в регенерате существует взаимосвязь [7]. Наиболее ранняя и интенсивная минерализация органической основы происходила в тех местах регенератов, которые прилежат к костным фрагментам. В «зоне роста» во время дистракции непрерывно протекает синтез коллагена и длительно сохраняется низкая плотность минеральных веществ в обоих регенератах, что поддерживает пластичность в зоне роста и делает возможным растяжение во время дистракции. Более быстрое накопление минералов в срединной зоне в проксимальном отделе во время фиксации обусловлено более интенсивным кровообращением как в прилежащих костных фрагментах, так и в регенерате [8].

Однако при ускорении кровообращения время нахождения минеральных веществ в сосудах уменьшается. Поэтому увеличение накопления минералов возможно лишь при условии открытия и образования большого числа новых сосудов и коллатералей между ними. Именно такое строение имеет срединная зона [9]. Повышенное накопление РПФ в местах усиленного остеогенеза обусловлено тем, что меченый технефор накапливается в слабо минерализованных тканях. Усвоение его находится в прямой зависимости от уровня кальция в тканях. РФП накапливается в костном межклеточном пространстве, окружая сеть вновь образовавшихся капилляров, и на прилежащих поверхностях остеоида. Определенное значение имеет и большая поверхность кристаллов фосфата кальция. Увеличение поверхности является результатом образования незрелого апатита, то есть до конца не сформированной кристаллической решеткой. По мере завершения костеобразования включение минералов уменьшается [10]. Вот почему использованные нами методы исследования позволили контролировать активность репаративного процесса и, следовательно, важны с клинической точки зрения.

Состояние кровообращения влияет и на образование электрического потенциала кости, необходимого для отложения солей. Он создается следующим образом. Белки стенки капилляров и протекающей крови обладают свойством полупроводимости. В капиллярах растущего конца кости заряд отрицательный. В месте перехода артерий в вены – положительный. Венулы каналов остеона также заряжены положительно [11]. В процессе микроциркуляции формируется электрохимический потенциал электронной проводимости.
Ускоренный кровоток при росте кости повышает потенциал до значений, при которых возможна преципитация солей. Поэтому в зоне венозной части капилляра образуется очаг кальцификации. Роль инициальных факторов играют также пептиды костного коллагена, богатые отрицательно заряженными аминокислотами и органический фосфор, которые отсутствуют в коллагене мягких тканей. В месте соединения гидроксиапатита и коллагена также образуется электрический потенциал. Кристаллы начинают функционировать как пьезоэлектрические датчики, усиливающие отложение солей. Электрические потенциалы оказывают влияние на движение ионов и заряженных молекул [12].

Проводя удлинение конечности, мы ясно понимали, что растяжение тканей является своеобразным длительно действующим стрессором, гормональный эффект от которого наиболее обстоятельно впервые изучен в нашей радионуклидной лаборатории [13].

Ведущее место в реакции эндокринных желез на действие различных сильных раздражителей отводится гипофизу. Незамедлительный ответ приводил к увеличению концентрации АКТГ, стимулирующего продукцию гормонов надпочечников. Вследствие этого существенно увеличивалась концентрация альдостерона и кортизола [14]. Реакция наиболее ярко выражена в ближайшие часы после операции (остеотомии). К концу суток наблюдалось снижение содержания гормонов, а на 7-е наступала нормализация. Дистракция вновь предъявляла повышенные требования к надпочечникам и только на фиксации отмечена нормализация.

При дистракции длительное время повышено содержание и гормона передней доли гипофиза – соматотропина, стимулирующего анаболические процессы. Во время удлинении укороченной конечности наибольшая продукция приходилась на конец дистракции – начало фиксации.

Соматотропин стимулирует синтез инсулиноподобного фактора роста, усиливающего биосинтез матрикса, обмен веществ в кости и мышцах, их массу, оказывает влияние на минеральный обмен, активнее происходит процесс минерализации регенерата [15]. У концов костных фрагментов уменьшалась остеопения.

Под влиянием одновременного действия этого гормона и паратирина активируется пролиферация костномозговых элементов, в том числе и остеогенных, превращение клеток-предшественников в остеобласты, усиливается биосинтетическая активность для образования кости [16].

Таким образом, результаты исследования плотности минеральных веществ в различных участках большеберцовой кости позволяют утверждать, что при билокальном дистракционном остеосинтезе врожденно укороченной голени процессы деминерализации и накопления минералов протекают в проксимальном отделе кости активнее, чем в дистальном, что вероятнее всего связано с особенностью кровообращения при данной патологии.

Результаты проведенных исследований показали, что хотя при удлинении на двух уровнях вначале имеется тенденция к ослаблению скорости костеобразования, все-таки жесткая фиксация фрагментов стабилизирует репаративные процессы.

Важным является изучение остеопении в автоматическом режиме удлинения голени, так как оно максимально приближено к естественному. В настоящее время используется высокодробный ритм с темпом 1,0 мм в сутки (А.В. Попков, С.О. Мурадисинов 1995). Вместе с тем, в экспериментальных исследованиях было показано, что в условиях применения частичной кортикотомии, т.е. сохранения кровоснабжения кости, а также стабильной фиксации, автоматическая высокодробная дистракция позволяет использовать суточный темп удлинения, увеличенный до 2 мм. При этом активность остеогенеза не снижается, что свидетельствует о больших регенераторных возможностях костной ткани (С.А. Ерофеев, 1994). В результате увеличения скорости удлинения и выбора оптимального уровня остеотомии, прогнозируется значительное сокращение сроков лечения больных. Есть основание полагать, что при таком темпе будут менее выражены и прявления остеопении. Но, возможно, что она зависит и от гормонального фона, меняющегося в результате импульсации из растягиваемых тканей.

Проявления остеопении во время дистракционного остеосинтеза изучают разными методами: высокоэффективны меченые остеотропные соединения, дающие объективную и полную информацию о состоянии костной ткани на уровне атомов, так как откладываются на местах, не занятых минералами (Свешников А.А. и соавт., 2002, 2008).

Кровоснабжение голени изучается также с помощью окклюзионной плетизмографии, которая характеризуется следующими показателями: объемная скорость кровотока, показатели пикового кровотока и индекс пикового кровотока.

Нарушение целостности кости и удлинение её аппаратом Илизарова у больных всех групп приводит к существенному увеличению ОСК голени, а ПК не увеличивается, ИПК снижается. Нормализация кровотока начинается в период фиксации. Предполагается выяснить изменение ОСК голени в зависимости от скорости дистракции.

Измерения минеральной плотности (МПК) регенерате и кости выполнены при удлинении конечностей после перенесенного полиомиелита, костно-суставного туберкулеза, а также врожденного укорочения в стандартном режиме удлинения.

При длине регенерата 22 мм МПК во всем регенерате – 0,283 г/см2. В отдельных его участках разная: у проксимального она выше – 0,360, в срединной зоне просветления 0,167, у дистального конца – 0,320. У концов костных фрагментов – 0,707 г/см2.

На 54-й день дистракции (длина регенерата 54 мм) МПК у его концов продолжала возрастать, но вместе с тем увеличивалась высота зоны просветления. МПК в ней становилась меньше, чем на 22-й день, на 8,3 % и поэтому плотность регенерата в целом меньше на 8 %. На фиксации (1 месяц) высота зона просветления уменьшалась, МПК в ней возрастала в 2,3 раза. Плотность регенерата в целом увеличивалась в 1,6 раза. Через 3 месяца фиксации МПК 0,944 г/см2 – 59 % от величины в симметричном участке здоровой конечности. Для суждения о возможности снятия аппарата и исключения последующих искривлений мы просматривали распределение минералов по всему поперечнику кости. Через 2 месяца после снятия аппарата МПК не отличалось от данных в противоположной здоровой кости. Таковы данные при длине регенерата 54 мм. При большей длине (80–120 мм) увеличивался размер зоны просветления и уменьшалась её плотность: при длине 85–90 мм – 7 %, при 120 мм – до 1 % (табл. 5.1).

В табл. 5.2 представлены сведения об изменении МПК в других участках удлиняемой кости и скелете в целом. Наиболее существенное снижение наблюдалось в удлиняемом сегменте, смежных, в частности, в дистальном метафизе бедренной, пяточной костей. Заметные сдвиги происходят в межвертельной области («пространство» Варда), позвоночнике, хирургической шейке плечевой, дистальном метафизе лучевой костей. Снижалась МПК и в противоположной здоровой кости. К концу фиксации изменения уменьшаются и наиболее заметны в области удлиняемого сегмента. Восстановление в костях скелета происходит через 6, в удлиняемом сегменте – через 12 месяцев.

Таблица 5.1

Минеральная плотность (%) в срединной зоне просветления регенератав зависимости от его длины

Таблица 5.2

Изменение минеральной плотности (%) в скелете при удлинении голени

Нами проведено обстоятельное изучение изменений МПК во всех костях скелета. Подобное исследование сделано впервые применительно к задачам чрескостного остеосинтеза (рис. 5.7).

а б

Рис. ٥.٧. Денситограмма пациентки С. ٢٢ года при анализе минеральной плотности костной ткани с использованием функции Custom:
а – системно в скелете; б – локально в проекции регенерата