Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

REACTION OF NEURAL STRUCTURES FOR DOSATED NERVOUS TISSUES SPRAIN DURING LIMB LENGTHENING

Kudryavtseva I.P. 2 Safonova G.D. 1 Berdyugin K.A. 2
1 Ural Scientfic Research Institute of Dermatovenerology Health Ministry of Russia
2 Ural Scientific Research Institute of Traumatology and Orthopaedics n.a. V.D. Chaklin
The presented overview concerns to the literature analysis of topical issues in the modern traumatology and orthopedics, namely the reaction of motor analyzer’s nervous structures to the long measured strain under transosseous osteosynthesis by Ilizarov technique for lengthening limb segments at the treatment of musculoskeletal system diseases and injuries consequences. It is shown that in the studied tissues there was observed pronounced reaction of the nerve endings, peripheral and spinal nerves fibers, the first sensory neurons, motoneurons and glial cells. The article presents information about modifying morphofunctional state of the spinal ganglia nerve cells in response to various intensity, granularity and duration of the measured stretching. The presence of structural changes in the period after removal external fixation device evidenced the duration adaptive processes in the lengthened limb segment.
limb lengthening
nerve fibers and endings
sensory neurons
motoneurons
1. Granit R. Osnovy reguljacii dvizhenij: per. s angl. / pod red. V.S. Gurfinkelja. M.: Mir, 1973. 367 р.
2. Dinamika izmenenij v myshcah, ih vnutriorgannyh krovenosnyh sosudah i nervah pri udlinenii goleni distrakcionno-kompressionnym apparatom / Ju.Ju. Kolontaj. L.I. Smirnova, V.I. Stecula, V.M. Jakovlev // Teoreticheskie i prakticheskie aspekty chreskostnogo kompressionnogo i distrakcionnogo osteosinteza. Kurgan, 1976. рр. 60–62.
3. Kochutina L.N., Kudrjavceva I.P. Izmenenija nervnyh provodnikov i ih koncevyh apparatov v myshcah i kozhe pri bol’shih odnojetapnyh udlinenijah konechnosti po Ilizarovu // Arhiv anatomii, gistologii i jembriologii. 1990. T.98, no. 4. рр. 24–31.
4. Karymov N.R. Izmenenija nervov udlinjaemogo segmenta konechnosti pri raznoj drobnosti distrakcii (morfofunkcional’noe issledovanie): avtoref. dis. … kand. med. nauk. Perm’, 1995. 24 р.
5. Kudrjavceva I.P. Morfologicheskie izmenenija nejrostruktur jefferentnoj chasti reflektornoj dugi pri odnojetapnom udlinenii goleni metodami mono- i bilokal’nogo distrakcionnogo osteosinteza apparatom Ilizarova: avtoref.dis. … kand.med.nauk. Cheljabinsk, 1995. 24 р.
6. Kuznecova A.B., Berko V.G. Vlijanie distrakcii po metodu Ilizarova na sostojanie nervnogo apparata myshc v jeksperimente // Teoreticheskie i prakticheskie aspekty chreskostnogo kompressionnogo i distrakcionnogo osteosinteza. Kurgan, 1976. рр. 62–64.
7. Mazhara N.N. Izmenenija nervnyh stvolov i krovenosnyh sosudov goleni pri ee udlinenii: avtoref.dis. … kand.med.nauk. Dnepropetrovsk, 1974. 22 р.
8. Morfologicheskie izmenenija krupnyh nervnyh stvolov i nervno-myshechnogo apparata goleni pri ee dozirovannom udlinenii / L.A. Smirnova, L.I. Belenko, N.N. Mazhara. V.M. Jakovlev // Ortopedija, travmatologija i protezirovanie. 1972. no. 8. рр. 37–44.
9. Rojtbak A.I. Glija i ee rol’ v nervnoj dejatel’nosti. SPb.: Nauka, 1993. 352 р.
10. Safonova G.D., Kaljakina V.I. Vlijanie raznyh rezhimov distrakcii na sostojanie nejrocitov chuvstvitel’nyh uzlov pri bol’shih udlinenijah goleni v jeksperimente po Ilizarovu // Distrakcionnyj osteosintez v klinike i jeksperimente: sb.nauch.tr. Kurgan, 1988. рр. 100–104.
11. Safonova G.D., Kovalenko A.P. Harakteristika morfofunkcional’nogo sostojanija nejrocitov spinnomozgovyh gangliev sobak v postdistrakcionnom periode // Morfologija. 2005. T. 127, Vyp.2. рр. 44–47.
12. Safonova G.D., Kovalenko A.P. Dinamika strukturnyh izmenenij nejrocitov spinnomozgovyh gangliev posle udlinenija konechnosti sobak apparatom Ilizarova s primeneniem intramedulljarnyh spic // Rossijskie morfologicheskie vedomosti. 2006. no. 1-2. Prilozhenie no. 1. рр. 258–260.
13. Safonova G.D., Chikorina N.K. Vlijanie dlitel’nyh distrakcionnyh vozdejstvij pri udlinenii konechnosti na sostojanie receptornogo apparata ikronozhnoj i bol’shebercovoj myshc // Sistemnye i kletochnye mehanizmy v fiziologii myshechnoj dejatel’nosti: sb. nauch. tr. RAN, fakul’tet fundamental’noj mediciny MGU im. M.V. Lomonosova, 1–4 fevralja 2011 g. M., Rossija, 2011 g. рр. 86.
14. Safonova G.D. Harakteristika troficheskih vzaimodejstvij v sisteme «nejron-glija» pojasnichnyh spinnomozgovyh gangliev pri razlichnyh uslovijah udlinenija goleni v jeksperimente: materialy nauch.-prakt. konf. s mezhd. uchastiem «Ilizarovskie chtenija», posvjashh. 90-letiju so dnja rozhdenija akademika G.A. Ilizarova, 40-letiju RNC «VTO», 8–10 ijunja 2011 g. Kurgan, 2011. рр. 498.
15. Smirnova L.A. Travma kostnyh nervov i reparativnaja regeneracija. Kiev: Zdorov’ja, 1970. 215 р.
16. Shein A.P., Sajfutdinov M.S., Krivoruchko G.A. Lokal’nye i sistemnye reakcii sensomotornyh struktur na udlinenie i ishemiju konechnostej. Kurgan: DAMMI, 2006. 284 р.

Изучение проблемы опосредованного воздействия дозированного растяжения при увеличении длины конечности на мягкотканные компоненты удлиняемого сегмента представляет значительный научный и практический интерес. В монографии Р. Гранит «Основы регуляции движений» (1973) подробно представлены сведения из области морфологии и физиологии экстрафузальной мускулатуры, мышечных веретен и сухожильных рецепторов, а также вопросы участия спинного мозга, мозгового ствола, мозжечка и сенсомоторной коры, механизмы центральной регуляции чувствительности мышечных рецепторов [1]. В регуляции импульсной активности спинальных мотонейронов непосредственное участие принимают различные структурные компоненты конечности, включающие сенсорный аппарат кожного покрова, скелетных мышц, надкостницы. Механорецепторы функционально и морфологически тесно связаны с системой экстрафузальных мышечных волокон, сухожилий, соединительнотканных перегородок и фасций. Особенно важная роль в восприятии происходящих изменений в процессе удлинения конечности принадлежит первым сенсорным нейронам в составе двигательного анализатора – чувствительным клеткам спинномозговых ганглиев. При этом наблюдаемые изменения морфофункционального состояния нейроцитов спинномозговых ганглиев, непосредственно получающих проприоцептивную, болевую и прочие виды информации от анатомических компонентов удлиненного сегмента конечности, является адекватным отражением происходящих регенераторных и адаптационных процессов, наличия дополнительной нагрузки в периодах до снятия аппарата, а также вследствие изменения двигательного режима в процессе удлинения конечности [11]. Механизмы формирования постдистракционной сенсомоторной недостаточности, связанной с глубокими перестройками в периферической части двигательных единиц, обусловлены возникновением и развитием несоответствия генетически предопределенных и сформированных в онтогенезе центральных моторных программ исполнительным возможностям эффекторов при хроническом дозированном растяжении мягких тканей, а также формированием дефицита адекватного сенсорного обеспечения движений с участием удлиненной конечности [16]. Прослеживается корреляция между нейрофизиологическими характеристиками выраженности неврологических расстройств, возникающих в процессе дистракционного остеосинтеза, величиной удлинения и темпами дистракции. В начале становления метода Илизарова (1972–1978), наряду с изучением строения костного регенерата, формируемого в процессе дистракции, проведены исследования нервных структур, расположенных в параоссальных тканях [2, 6, 7, 8]. Установлено, что в мышцах беспородных собак и их структурных компонентах развивается комплекс реактивных изменений и микротравматизации с явлениями гетерогенной деструкции и новообразования мышечных волокон [2]. Известно, что различные типы мышечных волокон неодинаково реагируют на дозированное растяжение. Наиболее чувствительны к механическому воздействию и ишемии толстые мякотные волокна, соответствующие афферентам мышечных веретен и сухожильных рецепторов Гольджи, а также эфферентам быстрых двигательных единиц [1]. При удлинении конечности в зоне синаптических бляшек наблюдается как деструкция, так и реактивные изменения, прослеживаются аналогичные изменения претерминалей и мышечных веретен [2, 6, 8, 12]. При этом присутствуют и репаративные процессы в зоне терминального ветвления аксонов с образованием синапсов эмбрионального типа [14]. Наиболее подробно изучено состояние периферических нервов удлиняемого сегмента конечности при различных режимах дистракции. В большей части нервных волокон прослеживались умеренные изменения контуров, однако уже в конце периода дистракции наблюдались проявления варикозности в части нервных волокон стволов периферических нервов, вплоть до формирования четкообразности [2, 3, 5, 6, 7]. Известно, что высокая чувствительность нервов к растяжению обусловлена их слабыми эластическими свойствами. В нервных стволах в процессе дистракции изменение проводниковой функции прослеживается не только в зоне непосредственного растяжения, но в дистальном и в проксимальном направлениях. Морфометрические исследования позволили выявить удлинение интернодальных интервалов в процессе дистракции [4]. С точки зрения подбора режима дистракции особенно важно изучение морфофункционального состояния чувствительных нейроцитов спинномозговых ганглиев, принимающих участие в иннервации конечности [11, 12]. Так, в составе дорсальных корешков спинномозговых нервов, состоящих преимущественно из центральных отростков первых сенсорных клеток, в периоде дистракции прослеживались изменения функционального характера. В периоде фиксации наблюдалось некоторое усиление данных проявлений как в ипси-, так и контралатеральных корешках, частично нивелировавшееся в периоде после снятия аппарата с конечности экспериментального животного. Г.Д. Сафоновой и В.И. Калякиной (1991) показаны изменения морфофункционального состояния нейроцитов спинномозговых ганглиев взрослых беспородных собак при удлинении голени на 5 см – до 30 % от исходной длины. Выявлено, что в процессе удлинения до 3 см изменения состояния нейронов носят функциональный характер, в последующем, при использовании постоянного режима дистракции в перикарионе части нейронов прослеживаются необратимые преобразования [10]. В экспериментально-морфологических исследованиях Л.Н. Кочутиной (1992) и И.П. Кудрявцевой (1992) отражены вопросы регенерации мышц и сухожилий, состояния эфферентной части рефлекторной дуги при больших удлинениях методами моно– и билокального дистракционного остеосинтеза по Илизарову. Отмечено, что в процессе увеличения голени до 50 % от исходной длины выявляются значительные изменения структуры мотонейронов, нервных волокон большеберцового нерва, отражена роль гипокинезии и недостаточности кровообращения в условиях чрезмерного растяжения нервных стволов, показаны преимущества билокального остеосинтеза [3, 5]. Дистрофические изменения мотонейронов сопровождались признаками внутриклеточной регенерации, которые появлялись в начале растяжения голени, нарастали к середине периода дистракции в обеих сериях эксперимента и были наиболее выражены в периоде фиксации, после прекращения растяжения. Они проявлялись в виде большого количества рибосом на мембранах эндоплазматической сети, обнаруживались свободно лежащие рибосомы, формирующие полисомы, отмечалась гиперплазия митохондрий, конденсация хроматина на отдельных участках под оболочкой ядра, гипертрофия пластинчатого комплекса Гольджи. Наблюдалась и клеточная форма регенерации (увеличение количества эпендимоцитов, скопление клеток микроглии вокруг нейронов). Нейрогистологические и количественные исследования, выполненные с использованием материала экспериментов, в которых выполнено удлинение конечности на 16–18 % с применением различных режимов дистракции, позволили установить, что морфофункциональное состояние сенсорных нейроцитов, воспринимающих информацию от различных анатомических компонентов удлиненного сегмента конечности, изменяется в течение эксперимента. Наиболее значительные преобразования структуры большинства чувствительных нервных клеток прослеживаются после выполнения дистракции, при этом наблюдается снижение в 2–3 раза количества нейроцитов различных популяций, имеющих нормальную структуру, в сочетании с соразмерным увеличением количества клеток с наиболее выраженными структурными преобразованиями, функционирующих в режиме напряжения. Они отражают последовательность и нарастание изменений – от возникновения признаков аксональной реакции в периоде дистракции (смещение ядерно-ядрышкового аппарата при нормохромии) до появления максимального количества крупных клеток с умеренным периферическим хроматолизом и центральным положением ядерно-ядрышкового аппарата в периоде фиксации, что связано функционированием клеток в режиме напряжения длительный период времени. Наличие сочетанных структурных изменений в 33–38 % сенсорных нейроцитов свидетельствует о максимальной нагрузке на рецепторный аппарат данных клеток в периодах дистракции и фиксации. Присутствие описанных морфофункциональных изменений в периоде после снятия аппарата также является свидетельством подвижности структуры нейрона в соответствии с выраженностью и временем воздействия на рецепторный аппарат, обусловлено длительностью адаптационных процессов и изменением двигательного режима с необходимостью использования конечностей неравной длины, о чем свидетельствует, в частности, некоторое увеличение количества данных клеток в популяции крупных, проприорецептивных нейронов [11, 12]. Установлено, что глиальная реакция на дозированное растяжение тканей прослеживается во все периоды эксперимента – дистракции, фиксации, после снятия аппарата, как на стороне удлинения конечности, так и контралатерально [14]. Наиболее значительные преобразования обнаружены в ипсилатеральных ганглиях при темпе удлинения 3 мм в сутки через 30 суток фиксации конечности в аппарате, включающие изменения компенсаторного характера и максимально выраженную глиальную реакцию. Достоверное увеличение количества глиоцитов выявлено как в составе капсулы, так и в межнейрональных пространствах, что свидетельствует о возможности деления глиоцитов и перемещения их к нервным клеткам, функционирующим в режиме усиления трофических взаимодействий [11]. Имеются единичные исследования, в которых показано, что при переломах костей в спинномозговых ганглиях, иннервирующих поврежденный сегмент конечности, изменения в состоянии нейроцитов сопровождаются увеличением количества сателлитов [15]. Наряду с проявлением компенсаторных и регенераторных процессов на уровне клетки прослеживается увеличение количества перинейрональных глиоцитов в сочетании с изменением либо сохранением структуры нейронов. Усиление глиальной реакции происходит в условиях, требующих повышенного трофического взаимодействия в системе «нейрон - глия», связанного с увеличением функциональной активности нейроцита [9].

Таким образом, при удлинении конечности прослеживаются морфофункциональные изменения в единой системе двигательного анализатора, отражающие как воздействие длительного дозированного растяжения тканей, так и компенсаторные возможности нервных клеток при необходимости усиления трофических взаимодействий.

Рецензенты:

Герасимов А.А., д.м.н., профессор, зав. кафедрой медицины катастроф, ГБОУ ВПО «Уральская государственная медицинская академия» Минздрава РФ, г. Екатеринбург;

Борзунов И.В., д.м.н., зам. декана лечебно-профилактического факультета, ГБОУ ВПО «Уральская государственная медицинская академия» Минздрава РФ, г. Екатеринбург.

Работа поступила в редакцию 09.09.2014.