В. Г. Гололобов Репаративная регенерация костной ткани



Дата27.04.2016
Размер55.5 Kb.
Просмотров54
Скачиваний0
В.Г. Гололобов
Репаративная регенерация костной ткани
Репаративная регенерация - это восстановление ткани после того или иного повреждения. Механизмы физиологической и репаративной регенерации качественно едины, осуществляются на основе общих закономерностей. Репаративная регенерация есть в той или иной мере усиленная физиологическая (Клишов А.А., 1984). Репаративная регенерация каждого вида тканей имеет свои особенности, но всегда включает процессы распада поврежденных клеток и межклеточного вещества, пролиферацию сохранивших жизнеспособность клеток, их дифференцировку, установление межклеточных связей - интеграцию, адаптационную перестройку регенерата. Репаративная регенерация может быть полной и неполной. Полная регенерация (реституция) характеризуется возмещением дефекта тканью, полностью идентичной погибшей. Неполная репаративная регенерация (субституция) - дефект замещается плотной волокнистой соединительной тканью - рубцом. Костная ткань является уникальной тканью, в которой даже большие по протяженности дефекты могут быть восстановлены полностью.
Клеточные источники репаративной регенерации костной ткани
Поскольку для костной ткани характерен клеточный тип регенерации, то вопрос об источниках восстановления костной ткани является весьма актуальным. Так как дифференцированные остеобласты утрачивают способность к делению, то источником для формирования регенерата в случае повреждения костной ткани являются малодифференцированные клетки-предшественники, у которых функция размножения еще не блокирована. К ним относятся ССК, локализованные в строме костного мозга и экстраскелетных кроветворных органов, остеогенные клетки, находящиеся в составе внутреннего слоя периоста, каналах остеонов, входящие в состав эндоста, периваскулярные клетки.
Исходя из того, откуда происходит тот или иной участок костного регенерата в нем выделяют периостальную часть, являющуюся результатом деятельности клеток надкостницы, эндостальную часть, стабилизирующую перелом со стороны костномозговой полости и интермедиарную часть, формирующуюся непосредственно в зоне между отломками.
Репаративная регенерация костной ткани после механического перелома
Консолидация механического перелома может происходить двумя путями. Первичное сращение возможно при плотном сопоставлении отломков, чтобы расстояние между ними было порядка 0,1 мм [Лаврищева Г.И., Оноприенко Г.А., 1996]. В этом случае в условиях незначительно нарушенного кровоснабжения остеогенные клетки пролиферируют и дифференцируются в остеобласты, которые образуют в конечном итоге пластинчатую костную ткань. Именно к этому стремятся тавматологи-ортопеды, выполняя репозицию и надежную фиксацию перелома. При любом переломе участки кости, прилегающие к линии перелома, неизбежно гибнут вследствие гипоксии из-за нарушенного кровоснабжения. Чем меньше зона такого посттравматического некроза, тем лучше прогноз для первичного сращения перелома.
В случае наличия диастаза между отломками, многооскольчатых переломов консолидация происходит путем вторичного сращения с образованием массивного костного регенерата (костной мозоли). Динамика остеорепарации в этом случае проходит ряд последовательных фаз [Хэм А., Кормак Д., 1983].
Фаза ранних посттравматических изменений. В момент перелома наблюдаются прямые и непрямые повреждения тканей. Разрываются кровеносные сосуды, пересекающие линию перелома. Чем больше смещение отломков, тем больше поврежденных сосудов, следовательно больше крови изливается в межотломковую зону, формируя гематому.
На некотором расстоянии по обе стороны от линии перелома нарушенное кровообращение при-водит к гибели остеоцитов в составе остеонов, о чем свидетельствуют пустые остеоцитарные лакуны, которые на границе с живой костью можно обнаружить уже через 2 суток.
Фаза регенерации. Уже к концу вторых суток, клетки, представляющие собой рассредоточенный камбий костной ткани - ССК в составе стромы костного мозга, остеогенные клетки периоста, остеонов и эндоста начинают пролиферировать. В результате активного размножения камбиальных клеток надкостницы значительно утолщается её внутренний слой, постепенно формируется периостальная часть костного регенерата (рис. 1).
Рис. 1. Регенерационный периостальный остеогистогенез. 10 суток. Окраска: гематоксилин-эозин; x 280. 1 - остеобласты; 2 - поверхность отломка; 3 - ретикулофиброзная костная ткань регенерата; 4 - кровеносные сосуды.
К седьмым суткам вокруг перелома образуется отчетливая манжетка вокруг костных отломков. Биологический смысл её формирования заключается в том, чтобы стабилизировать перелом. Клиницистам хорошо известно, что при неудовлетворительной иммобилизации формируются гипертрофические регенераты.
Параллельно пролиферации клеток периоста происходит врастание кровеносных капилляров в регенерат, однако этот процесс значительно отстает от стремительного увеличения клеточной массы. В условиях недостаточной оксигенации клетки центральных участков регенерата дифференцируются в относительно брадитрофные ткани - гиалиновую и/или волокнистую хрящевую (рис. 2).
Рис. 2. Волокнистая хрящевая ткань регенерата. 30 суток. Окраска: гематоксилин-эозин; x 100.
Остеогенные клетки, расположенные ближе к кровеносной сети периоста, то есть ближе к поверхности в условиях оптимального кислородного обеспечения дифференцируются в остеобласты (рис. 3). Последние формируют ветвящиеся балки ретикулофиброзной костной ткани.
Рис. 3. Интенсивная васкуляризация интермедиарной части костного регенерата. 30 суток. Окраска: по Румянцеву и Овчарову; x 100. 1 - костные трабекулы; 2 - кровеносные сосуды.
По мере роста сосудов внутрь костного регенерата улучшается кровоснабжение его глубоких частей. Перекладины костной ткани подрастают все глубже. Граничащие с ними участки хряща обызвествляются и гибнут. Их место занимает вновь образованная костная ткань (рис. 4). Происходит т.н. регенерационный энхондральный остеогистогенез [Гололобов В.Г., 1997; Гололобов В.Г., 2001]. Постепенно сектора занятые хрящевой тканью суживаются, пока не исчезают. Вся периостальная часть костного регенерата состоит из ретикулофиброзной костной ткани.
Рис. 4. Сложный тканевый регенерат. 60 суток. Окраска: по Румянцеву-Овчарову. x 100. 1 - ретикулофиброзная костная ткань; 2 - соединительная ткань; 3 - гиалиновая хрящевая ткань.
Клетки эндоста также пролиферируют, но выраженность этого процесса в костномозговом канале несколько меньше. Постепенно два отломка оказываются прочно связанными балками новой костной ткани. Существенно дополняется костный регенерат и со стороны отломков. Здесь, из периваскулярных клеток разрушенных остеонов берут начало остеобласты, которые активно строят трабекулы грубоволокнистой костной ткани.
Фаза функциональной адаптации. Для окончания костного сращения необходимо чтобы в поврежденном участке кости была восстановлена органоспецифическая структура. Процесс ремоделирования костного регенерата может продолжаться до года и более. В ходе этого процесса уменьшается выраженность периостального регенерата, губчатая кость замещается на компактную, восстанавливаются сообщения остеонов проксимального и дистального отломков, эндостальная часть регенерата резорбируется и восстанавливается проходимость костномозгового канала.
Процесс остеорепарации значительно оптимизируется при использовании стабильной фиксации костных отломков. В случае, когда сохраняется подвижность отломков, незначительные их смещения вызывают микротравматизацию регенерата и капиллярной сети, образуются новые очаги кровоизлияний. При этом активно пролиферируют клетки тканей нетребовательных к кислородному насыщению - волокнистая соединительная и хрящевые. Это обстоятельство не только увеличивает сроки сращения, но и может привести к формированию рубца в зоне перелома, образованию ложного сустава. Ускорению фазы функциональной адаптации и перестройки костного регенерата способствует дозированная нагрузка на кость.
Репаративная регенерация костной ткани после огнестрельного перелома
Репаративная регенерация костной ткани после огнестрельного повреждения характеризуется рядом особенностей и проходит несколько последовательных фаз [Гололобов В.Г., 1997; Гололобов В.Г., 2001; Гололобов В. Г. 2003].
Фаза ранних посттравматических изменений. Непосредственно после ранения в области перелома выявляется зона раневого канала, зона посттравматического некроза и перинекротическая зона. В результате воздействия ранящего снаряда диафиз оказывается разрушенным на множество костных осколков. Часть из них может быть выбита из сегмента конечности, а часть остается в мышечном массиве. Осколки могут быть как связаны с надкостницей, так и располагаться свободно. При гистологическом исследовании на третьи сутки установлено, что раневой канал заполнен гематомой, тканевым детритом, мелкими костными осколками. В зоне посттравматического некроза кости в отломках и осколках встречаются как погибшие остеоциты, так и клетки в состоянии парабиоза. К шестым суткам регистрируется выраженная макрофагальная реакция. Под действием их цитокинов в очищающийся от детрита канал врастают многочисленные пролиферирующие фибробласты, формирующие реактивно измененную соединительную ткань - грануляционную.
Фаза регенерации. К концу первой недели после повреждения в перинекротической зоне отломков начинается периостальный остеогенез. Малодифференцированные предшественники остеобластов активно пролиферируют в камбиальном слое периоста и синтезируют межклеточное вещество. Остеобласты формируют ажурные трабекулы ретикулофиброзной костной ткани. Одним из основных условий успешного образования костной ткани является адекватная оксигенация [Михайлов С.В., Дулаев А.К., Гололобов В.Г., 1999]. Наблюдается большое количество сосудов микроциркуляторного русла. Клетки, окружающие врастающие сосуды (периваскулярные клетки), являются полипотентными элементами, обладают высокой пролиферативной активностью и служат одним из источников образования сложного тканевого регенерата [Гололобов В.Г., 2001].
Особый интерес представляет состояние костных осколков. Крупные осколки, имеющие связь с периостом, сохраняют свою остеонную организацию. Часть остеогенных клеток в каналах остеонов, периосте остаются жизнеспособными и служат источником формирования костного регенерата. В них, равно как и в свободные костные осколки способны врастать сосуды гемомикроциркуляторного русла. Таким образом, все костные осколки интегрируются в единый костный регенерат (рис. 5).
Рис. 5. Костный регенерат формирующийся от свободного костного осколка. 10 суток. Окраска: по Румянцеву-Овчарову; ? 60. 1 - пластинчатая костная ткань осколка; 2 - балки ретикулофиброзной костной ткани регенерата.
Научное подтверждение данного факта стало фундаментальным обоснованием концепции сберегательной первичной хирургической обработки огнестрельной костно-мышечной раны [Брюсов П.Г., Шаповалов В.М., Артемьев А.А. и др., 1996; Гололобов В.Г., 1997; Дулаев А.К., 1991; Шаповалов В.М., Дулаев А.К., Ерохов А.Н., 2000], практическое применение которой, позволило существенно улучшить анатомо-функциональные исходы лечения раненых.
Интермедиарный остеогенез проявляется к 15 суткам от момента перелома. Формируется тонкопетлистая сеть трабекул костного регенерата, связанная с краями отломков. К 30 суткам тканевый регенерат носит гетероморфный характер, включающий неравномерно расположенные участки ретикулофиброзной костной ткани, гиалиновой хрящевой и волокнистой соединительной тканей. Обширные поля гиалиновой хрящевой ткани являются плацдармом для регенерационного энхондрального остеогенеза.
Фаза функциональной адаптации. Эта фаза характеризуется пролонгированным течением. Через 60 - 90 суток образовавшаяся в ходе регенерации в т.ч. энхондрального остеогенеза костная ткань подвергается перестройке - ремоделированию. Формируются первичные остеоны. Начало восстановления костномозгового канала отмечается через 120 суток. Еще через 2 месяца сформированный канал заполняется элементами кроветворного и жирового костного мозга.
Таким образом, процесс посттравматической регенерации костной ткани длинных костей конечностей характеризуется выраженной стадийностью. В фазу регенерации происходит максимальная по интенсивности пролиферация предшественников костных клеток в периосте, эндосте, каналах остеонов перинекротической зоны, периваскулярном окружении. Особое значение в процессе формирования костного регенерата принадлежит костным осколкам, клетки которых способны сохранить жизнеспособность и участвовать в формировании полноценного костного регенерата [Гололобов В.Г., 1997]. Указанное обстоятельство позволяет рассматривать их как свободные посттравматические аутотрансплантаты.
Следует указать, что полноценный остеогенез возможен лишь при обеспечении целого ряда условий, основными из которых являются - коррекция циркуляторных расстройств, борьба с раневой инфекцией, стабильная фиксация и максимальная оксигенация области перелома. В фазу функциональной адаптации необходимым условием для восстановления первоначальной гистоархитектоники кости как органа является типичная для неё функциональная нагрузка.
Реакция костной ткани на имплантат
Реакцию костной ткани на имплантат можно рассматривать как частный случай репаративной регенерации. Поскольку ортопедические имплантаты имеют разное назначение, следовательно, различную конструкцию и материал, из которого они изготовлены, то и реакция ткани на их присутствие не будет стереотипной.
По современным представлениям любой материал для изготовления имплантатов следует оценивать с учетом основных характеристик. К ним относятся биоактивность, биосовместимость, биорезистентность [Орлов В.П., 2002]. Биоактивность - это действие, оказываемое на процессы жизнедеятельности клетки (дыхание, мембранный транспорт, пролиферация, дифференцировка и др.) продуктами разрушения материала в зоне контакта с тканями организма. Степень выраженности этого действия простирается в диапазоне от биорезистентности до цитотоксичности. Биосовместимость - способность материала поддерживать гистотипическую дифференцировку клеток, обеспечивающую полноценную репаративную регенерацию костной ткани. Следовательно, современный материал должен минимизировать или исключать развитие вокруг себя соединительнотканной капсулы. Биорезистентность - это способность материала противостоять в расчетном интервале времени комплексу воздействий организма и сохранять при этом заданные физико-химические, конструкционные и др. свойства.
Как правило, любое инородное тело, находящееся в организме, заключается в соединительнотканную капсулу. Такой исход для ортопедических имплантатов не приемлем. Исследователи модернизируют свойства внутренних фиксаторов за счет напыления инертных металлов, придания особого рельефа поверхности имплантата. Остеоинтеграция материала, использующегося для изготовления имплантата, может происходить в нескольких вариантах [Лысенок Л.Н., 2001]. Как показали исследования, можно выделить ряд типов контактов "костная ткань - имплантат". Так сплавы стали, содержащие кобальт, хром, молибден и др., находясь in vivo, покрываются соединительнотканной капсулой, что ведет за собой снижение жесткости конструкции, надежности её фиксации в организме. Титан, тантал, корундовая керамика непосредственно контактируют с костной тканью и на границе не удается обнаружить ни признаков разрушения кости, ни интеграции с материалом. Биокерамикам на основе гидроксиапатитов, биоситаллам присуща химическая связь с костью. Показано проникновение ионов различных элементов из имплантатов в ткань, что обеспечивает надежную связь с костью с одной стороны и постепенное замещение костной тканью с другой. Титан с текстурированной поверхностью, напыленный минеральными фракциями кости, обладает физико-химическим контактом с костью. Проникновение кровеносных сосудов и трабекул вновь образованной костной ткани в структуру имплантата возможно, когда размеры его пор не меньше 120 мкм. Таким образом, использованию каждого имплантата с учетом его биологических свойств должен предшествовать точный анализ показаний, исходя как из той патологии, которую он призван коррегировать, так и общего статуса конкретного больного.
Металлические имплантаты, используемые для внутреннего остеосинтеза, могут существенно замедлять ход репаративных процессов в костном органе не только благодаря своей химической природе, но и вследствие нарушения кровоснабжения в зоне перелома. При интрамедуллярном остеосинтезе разрушается не только богато кровоснабжаемый костный мозг, но и камбиальные элементы кости в составе его стромы и эндоста, что существенно тормозит процессы репаративного остеогенеза [Оноприенко Г.А., 1995]. Длительное механическое воздействие на кость вызывает в месте контакта явления атрофии, истончения, остеопороза, что может стать причиной повторного перелома. В настоящее время разработчики фиксирующих систем идут по пути ограничения контакта имплантата с элементами костного органа, несущего камбиальные элементы костной ткани и кровеносные сосуды.
Современные положения материаловедения гласят, что "идеальный" биоматериал для изготовления ортопедических имплантатов характеризуется рядом свойств: остеогенностью - содержит клеточные источники для остеогенеза; остеоиндукцией - инициирует остеогенез; остеокондукцией - служит матрицей для образования новой кости в ходе репаративного остеогенеза, обладает способностью направлять её рост; остеопротекцией - заменяет кость по механическим свойствам.
Проблема костных имплантатов далека от своего полного разрешения, имеет серьезные биоматериаловедческие аспекты, требует тесного сотрудничества травматологов, химиков-технологов, остеоморфологов, специалистов в области клеточной биологии.

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал