ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.01.2020
Просмотров: 37161
Скачиваний: 1832
2 2 4 ПЕРЕЛОМЫ
ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ
Физиологическая регенерация костной ткани подразумевает её постоянное
обновление, связанное с «износом» или накоплением микроповреждений в
каких-либо участках при физиологических нагрузках. В этом случае вновь фор
мируемая костная структура должна быть идентичной утраченной. Если при
замене одной костной структуры на другую происходят определённые изменения
архитектоники, новообразованная структура отличается количественно или кон-
формационно от исходной, этот процесс следует называть ремоделированием,
т.е. перестройкой. Однако в литературе ремоделированием называют практичес
ки все процессы замены костной ткани. Очевидно, это связано с тем, что физио
логическая регенерация и ремоделирование костной ткани имеют одинаковые
механизмы:
• подготовка места будущей резорбции на поверхности кости путём освобожде
ния её от остеогенных клеток и их предшественников, а также неминерализо
ванного костного матрикса;
• миграция остеокластов и их фиксация на подготовленной костной поверх
ности;
• растворение костного минерала путём закисления среды и ферментативный
лизис освободившегося органического костного матрикса остеокластами;
• после завершения резорбции костного матрикса начинаются пролиферация и
дифференцировка остеогенных клеток-предшественников в эндосте, окружа
ющем резорбционную лакуну, и последующая их миграция в эту лакуну;
• синтез органических компонентов межклеточного матрикса (коллагеново-
го белка, гликозаминогликанов, гликопротеидгз) и их структурирование в
межклеточном пространстве, т.е. образование надмолекулярных агрегатов:
коллагёновых микрофибрилл, фибрилл, волокон, структурированных проте-
огликанов.
Вышеописанный механизм резорбции и остеогенеза возможен в губчатом
веществе костей, где могут происходить частичное или полное рассасывание кос
тных балок, построение новых или отложение нового костного вещества на час
тично резорбированных балках. Новообразованное костное вещество отделено от
прежнего базофильной линией склеивания. При многократных перестройках эти
линии указывают на их количество и придают данной костной балке мозаичный
вид.
Также резорбция и остеогенез протекают на периостальной поверхности
кости и стенках центральных каналов остеонов в компактном костном веществе.
Резорбция костных пластинок, образующих стенки остеонов, приводит к увеличе
нию их диаметра. В расширенных каналах на сохранившихся стенках происходит
новообразование костного вещества. При этом форма и направление перестраива
ющихся остеонов может несколько измениться.
Кроме представленного механизма резорбции и остеогенеза с участием мигри
рующих остеокластов и остеогенных клеток периоста, эндоста и костного мозга,
возможен ещё один механизм обновления костной ткани в толще компактного
костного вещества, куда недоступны остеокласты и где невозможен остеогенез за
счёт пролиферации и дифференцировки остеобластов. Очевидно, в этих местах
обновление костного вещества осуществляется остеоцитами, сохранившими спо
собность к растворению костного матрикса и последующему его образованию.
О возможности выполнения той и другой функции указано выше при описании
клеточных дифферонов кости. Безусловно, эти функциональные возможности
ограничены, но учитывая равномерность распределения остеоцитов в костном
веществе и площадь их поверхности (с учётом отростков), можно предположить,
что этот механизм поддержания структуры костного вещества достаточно эффек
тивен.
ПЕРЕЛОМЫ 225
РЕПАРАТИВНАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ
Общие закономерности репаративной костной регенерации
Репаративная регенерация костной ткани — образование костной ткани на
месте повреждения кости, направленное на её полноценное структурно-функцио
нальное восстановление.
Особенность костной репаративной регенерации — многоэтапность её течения,
при котором каждый последующий этап бывает следствием предыдущего. От
момента повреждения кости до завершения репарации, т.е. образования морфо
логически зрелой костной ткани, заполняющей дефект и соединяющей костные
отломки, и достижения полноценного восстановления функций кости как само
стоятельного органа проходит достаточно много времени. При этом отчётливо
прослеживаются общие закономерности течения репаративного процесса костной
ткани и специфические особенности, зависящие от условий его течения, потенций
остеогенных клеточных элементов, а также от состояния всего организма.
Общие закономерности репаративного процесса в повреждённой кости и его
завершения, происходящих в оптимальных условиях, представлены в виде своеоб
разного «собирательного образа». Оптимальные условия подразумевают простой
закрытый перелом длинной трубчатой кости, правильную репозицию и хорошую
фиксацию костных отломков.
Стадия повреждения,
или первичной деструкции, обычно бывает кратковре
менной, но её обширность зависит от травмирующего фактора (в рассматриваемом
случае — механического характера): его силы, продолжительности и площади кон
такта. При наиболее часто встречаемом закрытом переломе длинной трубчатой
кости происходит нарушение её целостности с разделением на два костных отлом
ка (дистальный и проксимальный). При этом разрываются надкостница, эндост,
костная ткань и все элементы, в них присутствующие и с ними связанные: волок
нистые (коллагеновые и эластические) и клеточные (фибробласты, остеобласты,
остеоциты, клетки-предшественники) элементы, костный мозг, кровеносные и
лимфатические сосуды, нервы, ткани, окружающие кость.
Таким образом, травма вызывает деструкцию тканевых элементов в области
повреждения, нарушение взаимосвязи сохранившихся тканевых элементов и
изменение тканевой пространственной архитектоники. За этим следуют физико-
химические и биохимические изменения среды в зоне повреждения, инициирую
щие новые (другие) структурные изменения.
Стадия последствий первичной деструкции, вторичная деструкция.
В результате альтерации в очаге повреждения развивается воспалительная реак
ция. Её первый признак — расстройство кровотока и лимфообращения, связанное
с вазодилатацией и сопровождающееся повышением проницаемости сосудистой
стенки, в результате чего происходит экссудация, т.е. выход из сосудов в ткани
воды, белков, солей и клеток крови. Вследствие этого возникает отёк окружающих
тканей. В очаге воспаления обнаруживают продукты обмена веществ, токсины. За
этим следует лейкодиапедез, т.е. миграция лейкоцитов и инфильтрация ими тка
ней, окружающих очаг воспаления. Развивается воспалительная гиперемия, изме
няются реологические свойства крови, возникают стазы, местные кровоизлияния,
тромбоз мелких сосудов, фибринозный выпот. В результате нарушения обмена
веществ в очаге воспаления развиваются ацидоз, гипоксия и гиперосмия. В резуль
тате лейкоцитарной реакции в очаге появляется большое количество ферментов,
что вызывает распад повреждённых тканей. Между костными отломками обра
зуется кровяной сгусток. При переломе кортикальной части диафиза происходит
разрыв сосудов, проходящих в центральных каналах остеонов, что приводит к пре
кращению кровотока по ним на некоторую глубину от границы повреждения до
места их ближайшего разветвления или анастомоза с сосудами смежных остеонов.
226 ПЕРЕЛОМЫ
В связи с этим на обоих костных отломках, обращенных в рану, появляется слой
костной ткани, где отсутствует кровоток. В этих слоях происходит гибель остеоци-
тов и запустевание их лакун, а следовательно — омертвение костной ткани в облас
ти погибших остеоцитов. Именно по этому признаку отличают отмирающую кость
от живой кости. Повреждение кровеносных сосудов приводит к отмиранию части
надкостницы и части костного мозга в обоих костных отломках. Однако эти ткани
кровоснабжаются лучше, и поэтому их некроз распространяется менее обширно,
чем в кости. Следует отметить, что разрушение и резорбция нежизнеспособной
костной ткани продолжается достаточно долго и идёт параллельно с формирова
нием ретикулофиброзного костного регенерата (костной мозоли).
Стадия очищения костной раны, формирование грануляционной ткани.
Дальнейший распад и утилизация тканевого детрита происходит путём его фаго
цитоза гранулоцитами и макрофагами или лизиса без фагоцитоза за счёт фермен
тов, освобождающихся при гибели гранулоцитов. Макрофаги завершают этот про
цесс. Во время предыдущих стадий и очищения костной раны появляется большое
количество различных веществ (например, факторы роста), стимулирующих про
лиферацию и дифференцировку соединительнотканных клеток — фибробластов.
Их предшественники присутствуют в соединительной ткани, окружающей кость,
надкостнице и костном мозге. В результате активной жизнедеятельности фибро
бластов образуется волокнистая рыхлая неоформленная соединительная ткань.
Она легко адаптируется и развивается в создавшихся неблагоприятных условиях
(гипоксия и др.). Вслед за волокнистой рыхлой неоформленной соединительной
тканью в очаге воспаления начинают образовываться сосуды, в результате чего
появляется грануляционная ткань.
Стадия образования первичного ретикулофиброзного костного регене
рата, восстановление целостности (непрерывности) повреждённой кости.
Во время образования рыхлой неоформленной волокнистой соединительной
ткани и грануляционной ткани начинается пролиферация остеогенных клеток и
их предшественников в местах их присутствия: в надкостнице и эндосте вблизи,
но не в непосредственной близости от краёв костных отломков, в сохранившемся
костном мозге (и жировом в том числе). Очевидно, к этому времени происходит
более интенсивная резорбция нежизнеспособной костной ткани, составляющей
концевые участки костных отломков, освобождение костных морфогенетических
белков, служащих сильными стимуляторами остеогенеза, а точнее — пролифе
рации и дифференцировки остеогенных клеток. В результате этих процессов и
синтетической деятельности остеобластов на поверхности надкостницы и эндоста
вблизи края костного отломка появляются первичные костные балки (трабекулы) —
коллагеновые волокна, основу которых составляет коллагеновый белок III типа.
Новые трабекулы достаточно прочно соединены с костным матриксом отломка.
Дифференцировка клеток-предшественников в остеобласты напрямую зависит от
степени их кровоснабжения. В связи с этим формирование ретикулофиброзного
костного регенерата будет происходить до тех пор, пока будет обеспечен опре
делённый уровень кровоснабжения области пролиферации и дифференцировки
клеток-предшественников. Одновременно с этими процессами происходит неоан-
гиогенез. Однако капилляры растут значительно медленнее, чем пролиферируют
клетки-предшественники. В связи с этим возникает несоответствие между сущест
вующими и требуемыми условиями для дифференцировки клеток-предшествен
ников в остеогенные, т.е. в остеобласты. При недостаточном кровоснабжении
будет проходить дифференцировка клеток-предшественников в хондробласты
и далее — в хондроциты. Так образуется трёхслойный регенерат, состоящий из
ретикулофиброзной костной ткани, хрящевой гиалиново-волокнистой и волок
нистой соединительной ткани. По мере прорастания капилляров в ретикулофиб-
розный костный регенерат хрящевая ткань будет замещаться ретикулофиброзной.
ПЕРЕЛОМЫ 227
Продвигаясь навстречу друг другу, периостальные и эндостальные регенераты
от обоих костных отломков соединяются, восстанавливая целостность повреж
дённой кости. Ретикулофиброзные регенераты от надкостницы и эндоста запол
няют также и пространство между кортикальными частями костных отломков.
Нарушенное кровоснабжение в повреждённых остеонах компактного костного
вещества «кортикалов», как было указано ранее, делает его нежизнеспособным, в
связи с чем клетки-предшественники, находящиеся в эндосте центральных кана
лов, также погибают. Происходит постепенная резорбция омертвевших частей
компактного костного вещества «кортикалов» и замещение их новообразованной
регенераторной ретикулофиброзной костной тканью. Следует обратить внимание,
что эта резорбция, или рассасывание, проходит в большей степени без участия
остеокластов, т.е. происходит «гладкая», или химическая резорбция.
Репаративное и адаптационное ремоделирование первичного ретикуло
фиброзного костного регенерата.
Образование ретикулофиброзного костного
регенерата в виде муфты вокруг костных отломков и прослойки между ними не
только соединяет их, восстанавливая целостность повреждённой кости, но и доста
точно прочно фиксирует их положение относительно друг друга. В то же время
этот регенерат нельзя считать органоспецифичным, он не соответствует по своей
прочности нативной кости. Поэтому он подвергается постепенной резорбции, а на
его месте образуется регенерат из компактной костной ткани. Этот процесс назы
вают репаративным ремоделированием (генетически запрограммированным), без
этого процесса репарация будет неполноценной. При этом восстанавливаются кос
тный канал и костный мозг в области повреждения. Следует обратить внимание
на то, что объём регенерата из компактной костной ткани меньше замещённого
ретикулофиброзного и незначительно выступает за анатомические границы как с
внутренней, так и с наружной части кости. Однако, несмотря на полное единство
новообразованного регенерата из компактной костной ткани с костными отлом
ками, чётко прослеживается граница между ними. Это связано с несоответствием
ориентации остеонов регенерата (в том числе их центральных каналов и сосудов)
и остеонов компактной костной ткани костных отломков. Тем не менее, на этом
этапе завершается генетически запрограммированный процесс репаративной кос
тной регенерации, при отсутствии соответствующей нагрузки ремоделирование
остановится. В связи с этим последующее ремоделированние костного регенерата,
происходящее под влиянием постепенно возрастающих механических нагрузок,
называют адаптационным. Эта перестройка в конечном счете завершится не толь
ко тканевым единством, но и конструкционной однородностью, что сделает ново
образованную кость идентичной и по биомеханическим показателям нативной
костной ткани соответствующей топографии. Этот последний этап может продол
жаться достаточно долго — в течение месяцев или лет, что зависит от характера
бывшего повреждения, топографии, разновидности кости и др. Вышеуказанная
морфофункциональная перестройка показывает, что костная ткань может регене
рировать без остаточных структурных несоответствий, т.е. без рубцов.
Особенности репаративной костной регенерации, зависящие от условий
её течения
Вышеописанный обобщённый вариант течения репаративной костной регене
рации встречают наиболее часто, однако при определённых отличиях в услови
ях течения структурная динамика регенераторного процесса также может быть
отличной. Так, при точном сопоставлении и плотном контакте костных отломков
в условиях стабильной (жёсткой) фиксации и достаточного кровоснабжения
зоны перелома периостальный ретикулофиброзный костный регенерат невелик
по объёму, но эндостальный — более выражен и занимает значительную часть
костномозгового канала. Интермедиарный регенерат не выражен. Наблюдают
228 ПЕРЕЛОМЫ
размножение и дифференцировку остеогенных клеток внутри центральных кана
лов остеонов костной ткани контактирующих поверхностей костных отломков.
Центральные каналы расширяются с помощью остеокластов, вслед за этим начи
нается образование новых остеонов, которые, проходя плоскость перелома, т.е.
через межотломковую щель, внедряются в костную ткань противоположного кос
тного отломка. Таким непосредственным образом восстанавливается пластинчатая
костная ткань. Образовавшиеся периостальный, эндостальный и интермедиарный
ретикулофиброзные регенераты в течение относительно короткого срока (около 2
нед) ремоделируются в пластинчатую костную ткань. Такой вариант заживления
переломов встречают достаточно редко, его называют первичным сращением.
При менее благоприятных условиях (нестабильность фиксации костных отлом
ков, недостаточность кровоснабжения и др.) образование ретикулофиброзного
костного регенерата может идти параллельно с образованием хрящевой гиалино-
подобной ткани, которая в дальнейшем не будет замещаться ретикулофиброзной
костной тканью. Эта хрящевая ткань станет своеобразной прокладкой между кос
тными отломками и будет препятствовать полноценному морфофункциональному
восстановлению повреждённой кости, что потребует дополнительного хирурги
ческого вмешательства (рис. 5-31, см. цв. вклейку).
Оптимальной моделью для исследования репаративной костной регенерации
служат дистракционные костные регенераты. Метод дистракционного остеосин-
теза позволяет распределить в пространстве и во времени структурные элементы
вновь образованной костной ткани по степени их зрелости, т.е. по этапам форми
рования в пределах одного костного регенерата, что особенно информативно при
его морфологическом исследовании.
Как было указано ранее, репаративной костной регенерации предшествует вос
паление, протекающее в области повреждения кости и приводящее к следующим
изменениям:
• очищение этой области от разрушенных некротизированных тканей;
• заполнение костного дефекта рыхлой неоформленной соединительной тка
нью с сосудами (неспецифическая репарация), что обеспечивает среду для
жизнедеятельности остеогенных клеток и их предшественников;
• появление стимуляторов или активаторов механизмов восстановления
повреждённой кости, т.е. её репаративной регенерации.
Первый этап собственно костной регенерации — пролиферация коммитиро-
ванных предшественников остеогенных клеток в периосте, эндосте, сохранённом
костном мозге костных отломков и их миграция в костный дефект с последующей
дифференцировкой. В дистракционных регенератах этот процесс происходит в
центральной части диастаза — зоне роста. Предшественники остеогенных клеток
имеют различную форму: шаровидную, веретенообразную, вытянутую, уплощён
ную. Их размеры варьируют от 4 до 8 мкм. Они располагаются бессистемно, не
имея закономерной взаимосвязи друг с другом. В результате жизнедеятельнос
ти клеток остео-, хондро- и фибробластического дифферонов дефект (диастаз)
заполняется межклеточным матриксом, структурными формами которого служат
гранулярный материал и волокнистые элементы. Очевидно, гранулярный матери
ал — коллагеново-протеогликановый продукт синтетической деятельности соеди
нительнотканных клеток, в нём происходит спонтанная самосборка волокнистых
элементов регенерата (рис. 5-32).
Наличие протеогликанов, с одной стороны, является обязательным условием
формирования коллагеновых фибрилл, а с другой — обеспечивает метаболичес
кую среду для клеточных элементов. В междистракционный период, т.е. между
моментами удлинения, в центральной части регенерата (зона роста) вновь син
тезированные волокнистые структуры не имеют какой-либо преимущественной
ориентации. Сразу после очередной дистракции эти структуры ориентируются