Дистракция - строго дозированное, стабилизированное в заданном направлении растяжение сопоставленных костных отломков является одним из специфических видов механического воздействия на репаративное костеобразование и широко используется при лечении повреждений и заболеваний костей аппаратами для чрескостного остеосинтеза.
Известно, что по организации костного матрикса и межклеточного вещества костная ткань классифицируется на два гистологических типа: незрелую и зрелую. Зрелая пластинчатая, тонковолокнистая костная ткань образует губчатое и компактное костное вещество большинства дефинитивных плоских и трубчатых костей. Ее строение, функция и химический состав изучены достаточно подробно. [6]. Незрелая костная ткань исследована значительно меньше. Она выявляется главным образом в эмбриогенезе и в раннем постнатальном онтогенезе, при энхондральном костеобразовании и формировании компактного слоя длинных трубчатых костей. У взрослых незрелая костная ткань располагается в зубных альвеолах, вблизи черепных швов, в костном лабиринте внутреннего уха, в участках прикрепления к костям сухожилий и связок, а также при заживлении переломов и в быстро растущих костных опухолях[10]. Единой, общепринятой классификации незрелой костной ткани в настоящее время не существует. Некоторые авторы полагают, что формируется только один тип незрелой костной ткани - ретикулофиброзная или грубоволокнистая [6], другие - выделяют два типа незрелой костной ткани: грубоволокнистую и сетчатую [10]. Ряд авторов различает три типа: незрелой костной ткани: грубоволокнистую или пучковую, сетчато-волокнистую и параллельно-волокнистую [5]. При чрескостном дистракционном остеосинтезе морфологические особенности незрелой костной ткани, формируемой индуцибельными и детерменированными остеогенными стромальными клетками костного мозга [2, 4], изучены недостаточно.
Цель работы - морфофункциональный анализ грубоволокнистой костной ткани, формирующейся в регенерате большеберцовой кости при удлинении голени методом чрескостного дистракционного остеосинтеза.
Материал и методы. 38 взрослым собакам под внутривенным тиопенталовым наркозом удлиняли голень методом чрескостного дистракционного остеосинтеза. Дистракцию осуществляли через 5 суток после флексионной остеоклазии берцовых костей с суточным темпом 0,75 - 1 мм за 3 - 4 приема. Животных эвтаназировали внутривенным введением летальных доз 5% тиопентала натрия. через 3 и 5 суток после операции (в преддистракционном периоде), через 3, 7, 14, 21 и 28 суток дистракции. Большеберцовые кости фиксировали 2 % растворами параформальдегида и глутаральдегида, кусочки регенератов дофиксировали в 1 % четырехокиси осмия и заливали в аралдит. На полутонких срезах проводили ШИК-реакцию с докрашиванием метиленовым синим. Для оценки пролиферативной активности преостеобластов определяли их митотический индекс (относительное число фигур митоза на 1000 ядер преостеобластов в 10 объектах) [9]. Ультратонкие срезы после контрастирования уранилацетатом и цитратом свинца изучали при помощи трансмиссионного электронного микроскопа «JEM-100B». По методу тестового точечного счета осуществляли ультраструктурометрию костных клеток [1]. После изготовления срезов аралдит с поверхности блоков удаляли 5% раствором этиолята натрия, блоки напыляли серебром в ионном напылителе «IB-6» и изучали в сканирующем электронном микроскопе «JSM-840». На рентгеновском электронно-зондовом микроанализаторе «LINK 860-500» определяли содержание в образцах костной ткани кальция, фосфора и серы. Количественные данные обрабатывали статистически.
Результаты и обсуждение. Проведенные исследования показали, что дистракционные регенераты большеберцовых костей приобретают характерную объемно-пространственную организацию и зональный тип строения, сохраняющийся до конца периода удлинения. В регенерате формируется пять зон: у концов костных фрагментов - зона сфероидальных костных трабекул, вокруг линии излома - слабоминерализованная срединная прослойка. Между ними образуется зона продольно ориентированных первичных остеонов, врастающих в прослойку навстречу друг другу со стороны проксимальной и дистальной зон сфероидальных трабекул..
На различных этапах эксперимента, в различных зонах регенератов выявлены три гистологических типа незрелой костной ткани: ретикулофиброзная (сетчато-волокнистая), грубоволокнистая (параллельно-волокнистая) и пучковая. Грубоволокнистая и ретикулофиброзная костные ткани образуются уже на 3 - 5-е сутки после операции. В этот период в регенерате отчетливо выявляются трабекулы двух типов: ретикулофиброзные, локализованные у эндостальной поверхности концов отломков, имеющие прямолинейную или сфероидальную форму и спиралевидно-ветвящиеся, заполняющие большую часть костномозговой полости отломков и медуллярное пространство регенератов, образованные грубоволокнистой костной тканью. Пучковая костная ткань появляется в регенерате значительно позднее, через 7 - 14 суток дистракции.
В преддистракционном периоде трабекулы грубоволокнистой костной ткани соединяют концы отломков слабоминерализованным костно-остеоидным сращением с содержанием кальция 1,45±0,01 %.
С конца первой недели дистракции и до конца периода удлинения спиралевидные трабекулы грубоволокнистой костной ткани врастают в дистракционный диастаз, образуют срединную прослойку и формируют первичные остеоны лакунарной или цилиндрической формы. Строение грубоволокнистой костной ткани в этот период эксперимента однотипно и не претерпевает существенных изменений. Фиброархитектоника характеризуется упорядоченной пространственной организацией, при которой коллагеновые фибриллы в волокнах и волокна в пучках ориентированы параллельно друг другу и располагаются циркулярно по периферии трабекул и продольными слоями в стенках первичных остеонов.
Остеогенные клетки грубоволокнистой костной ткани дистракционного регенерата относятся к индуцибельным стромальным клеткам костного мозга и являются фибробластоподобными периваскулоцитами, остеогенные свойства которых проявляются только после действия определенных индукторов [2, 12], в данном случае - дистракции. Преостеобласты грубоволокнистой костной ткани располагаются в радиусе 20-30 мкм от сосуда. Митотический индекс преостеобластов составляет 2,83±0,11 % на 7-е сутки дистракции и 3,86±0,15 % на 28-е сутки, что достоверно выше (Р<0,01) по сравнению с известными литературными данными, полученными при исследовании особенностей пролиферации остеогенных клеток в зонах эндостального и энхондрального остеогенеза в пренатальном и постнатальном онтогенезе [7], составляющими от 1,0±0,12 % до 2,1±0,1 %.
Остеобласты располагаются кластерами по 2-3 клетки, что характерно именно для индуцибельных остеогенных клеток [11]. Они имеют фибробластоподобную, полигональную форму и многочисленные цитоплазматические отростки, разветвляющиеся между пучками толстых (до 1-2 мкм в диаметре) коллагеновых волокон, ориентированных параллельно друг другу (рис.1 а, б). Данные трансмиссионной электронной микроскопии и ультраструктурометрии указывают на значительную биосинтетическую активность не только остеобластов, но и остеоцитов.. Объемные доли органоидов биосинтетического аппарата: гранулярной эндоплазматической сети и полисом составляют в остеобластах: 34,1±0,9 % и 19,7±0,7 % соответственно, а в остеоцитах незначительно меньше - 30,2±0,7 % и 15,6±0,7 %. Это свидетельствует о том, что рост грубоволокнистой костной ткани осуществляется не только за счет циркулярной и продольной аппозиции, но и по типу интерстициального процесса.
Рисунок 1. Трабекулы грубоволокнистой костной ткани. Стрелками отмечены остеобласты. 7 суток дистракции.
а - полутонкий срез, ШИК-реакция, метиленовый синий; б - электронограмма.
Увеличение: а - 500; б - 5000.
Перицеллюлярные пространства остеобластов ограничивают слой остеоида, где аккумулируются нейтральные гликопротеины и новообразованные коллагеновые фибриллы. В ходе дифференцировки остеобласты отдаляются от сосудов и располагаются слоями по периферии трабекул, примыкая вплотную к пучкам коллагеновых волокон. Остеоциты грубоволокнистой костной ткани сохраняют фибробластоподобную форму и связь друг с другом и с остеобластами при помощи системы цитоплазматических отростков, проходящих между пучками плотно упакованных коллагеновых волокон. В срединной прослойке регенерата остеоциты располагаются концентрическими слоями вокруг кровеносных капилляров синусоидного типа, а в первичных остеонах образуют изогеноподобные группы - кластеры, состоящие из 2-3 клеток, вертикальными колонками располагающиеся между пучками параллельно ориентированных коллагеновых волокон. Остеоциты сохраняют многие ультраструктурные признаки фибробластоподобных остеобластов, в том числе имеют хорошо выраженный биосинтетический аппарат. Морфологически они неоднородны. В вершинах первичных остеонов остеоциты сходны по своей ультраструктуре с коллагенобластами первого типа и содержат конденсированные митохондрии, многочисленные полисомы и свободные рибосомы. В вертикальных колонках остеоциты приобретают строение, характерное для коллагенобластов второго типа и аккумулируют в вакуолеподобных структурах комплекса Гольджи и расширенных цистернах гранулярного эндоплазматического ретикулума хлопьевидный или мелкозернистый ШИК-положительный материал.
Кальцификация грубоволокнистой костной ткани характеризуется рядом особенностей. Инициальная кальцификация осуществляется без участия матриксных везикул непосредственно в коллагеновых фибриллах, в тех участках волокон, где выявляется ШИК-положительное вещество (нейтральные гликопротеины). В кальцифицирующихся зонах концентрируются игловидные кристаллы костного минерала, скопления которых принимают форму звездчатых друз, располагающихся хаотично вдоль волокон. В участках, более удаленных от срединной прослойки, кальцифицирующиеся зоны постепенно сливаются, однако формирования сплошного фронта минерализации вокруг остеоцитов не наблюдается.
Результаты исследований минерального состава трабекул грубоволокнистой костной ткани свидетельствуют о слабой их минерализации в течение всего периода дистракции, что обеспечивает регенератам высокую степень пластичности. Так через 14 сутки дистракции содержание кальция, фосфора и серы в грубоволокнистой костной ткани составляет (в весовых процентах): 2,24±0,10, 1,40±0,06 и 0.22±0.01 соответственно. Слабая степень минерализации объясняется разобщенностью ядер кристаллизации гидроксилапатита, располагающихся изолированными группами по ходу цитоплазматических отростков остеобластов и остеоцитов и по периферии коллагеновых волокон, при этом центральная часть последних остается наименее минерализованной. При слиянии кальцифицирующихся зон вокруг остеоцитов в последних появляются признаки деструкции. Цитоплазма заполняется многочисленными вторичными лизосомами и аутофагосомами, отмечается пикноз ядер, уплотнение цитоплазмы, вакуолизация митохондрий. Остеоциты некротизируются и распадаются на нитевидные структуры, которые постепенно исчезают среди минерализованных пучков коллагеновых волокон. Лишенные остеоцитов зоны окружаются остеобластами следующих генераций.
Заключение. В дистракционном регенерате, формирующемся при удлинении конечности, значительное развитие получает грубоволокнистая костная ткань, которая образует первичные остеоны, а в периферических участках срединной прослойки - спиралевидные трабекулы. Грубоволокнистая костная ткань сохраняет слабую степень минерализации в течение всего периода дистракции, что обеспечивает регенерату высокую степень пластичности. Остеогенные клетки этого типа костной ткани - индуцибельные периваскулярные клетки с остеогенными потенциями обладают значительной пролиферативной и биосинтетической активностью. Остеобласты и остеоциты ориентированы в костных структурах по вектору дистракции, вдоль длинной оси кости и осуществляют костеобразование не только за счет циркулярной и продольной аппозиции, но и по типу интерстициального процесса, что способствует быстрому продольному росту регенерата и удлинению оперированной конечности.
Литература
- Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия. М.: Медицина, 1990. 384 с.
- Гололобов В.Г., Деев Р.В. //Морфология. 2003. Том 123. № 1. С. 9.
- Илизаров Г.А., Ирьянов Ю.М. //Бюлл. эксп. биол. и мед. 1991. Т. 111. № 2. С. 194.
- Ирьянов Ю.М. Репаративное костеобразование в условиях дистракционного остеосинтеза: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. Иркутск, 1996. 33 с.
- Микроскопическая техника: Руководство. /Под ред. Саркисова Д.С., Перова Ю.Л. М.: Медицина, 1996. 544 с.
- Ревелл П.А. Патология кости. М.: Медицина, 1993. 368 с.
- Родионова Н.В. Функциональная морфология клеток в остеогенезе. Киев: Наук. думка, 1989. 192 с.
- Шевцов В.И., Ирьянов Ю.М. //Бюлл. эксп. биол. и мед. 1995. Т. 63. № 7. С. 95.
- Хлопонин П.А., Патюченко О.Ю. //Морфология. 2003. Т. 123. № 1. С. 50.
- Хэм А., Кормак Д. Гистология. М.: Мир, 1983. Т. 3. 293 с.
- Long M.W., Robinson J.A., Ashcraft E.A. and Mann K.G. J. Clin. Invest. 1995 v. 95. № 2. Р. 881.
- Wlodarski K.N. Clin. Orthop. 1990. v. 252. P. 276.
Ирьянов Юрий Михайлович д.б.н., г.н.с. ГУН РНЦ «ВТО». 640020, Курган, ул. Куйбышева, 5, кв.34.
тел.; сл.(352-22)53-51-43; д. (352-22)46-63-16, e-mail: irianova@mail.ru
Ирьянова Татьяна Юрьевна м.н.с. ГУН РНЦ «ВТО»
Петровская Наталья Виловна к.м.н., в.н.с. ГУН РНЦ «ВТО».
Библиографическая ссылка
Ирьянов Ю.М., Ирьянова Т.Ю., Петровская Н.В. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОРФОЛОГИЯ ГРУБОВОЛОКНИСТОЙ КОСТНОЙ ТКАНИ В ДИСТРАКЦИОННОМ РЕГЕНЕРАТЕ БОЛЬШЕБЕРЦОВОЙ КОСТИ ПРИ УДЛИНЕНИИ ГОЛЕНИ // Современные наукоемкие технологии. – 2004. – № 1. – С. 37-40;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=21530 (дата обращения: 21.11.2024).