Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ИЗМЕНЕНИИ МИНЕРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ КОСТЕЙ СКЕЛЕТА ПОСЛЕ ТРАВМ И УРАВНИВАНИЯ ДЛИНЫ КОНЕЧНОСТЕЙ

Свешников А.А. 1
1 Федеральное государственное учреждение «Российский научный центр «Восстановительная травматология и ортопедия» им. академика Г.А. Илизарова Минздравсоцразвития РФ», Курган
На протяжении 35 лет в процессе лечения методом чрескостного остеосинтеза 40000 больных с переломами конечностей, а также при уравнивании длины укороченной конечности установлено, что причинами замедленного течения репаративного костеобразования и деминерализации скелета являются: а) повышенная концентрация паратиреоидного гормона, так как формируется регенерат, а не кость. В силу циркуляции гормона в крови происходит деминерализация трабекулярной ткани во всем скелете; б) сниженная двигательная активность и поэтому существенное ослабление микровибрации мышечных волокон в месте травмы и во всем сегменте. В силу этого затруднена доставка питательных веществ к костным клеткам; в) ослаблен микровибрационный фон всего тела, что ухудшает питание клеток печени, почек, спинного мозга и снижает образование всех необходимых для репаративного процесса ингредиентов; г) функциональная напряженность сердечно-сосудистой системы особенно в процессе старения; д) уменьшенная концентрация половых гормонов при нарушениях менструального цикла; г) меньшее, чем в норме, потребление белка с пищей, а также минеральных веществ. Пришли к суждению, что при учете всех вышеуказанных факторов возможно формирование полноценной кости, а не регенерата. Регенерат формируется только в силу неполноценного обеспечения репаративного процесса необходимыми ингредиентами.
переломы
остеопороз
уравнивание длины конечности
1. Свешников А.А. Изменение минерального компонента кости при переломах // Пат. физиол. – 1984. – № 3. – С. 53–57.
2. Sveshnikov А.А. Mineralstoffwechsel bei Knochenbruchen nach den Ergebnissen der Photonen Absorptionsmessung // Radiol. Diagn. (Вег1.). – 1985. – Bd 26. – S. 407–412.
3. Свешников А.А. Материалы к разработке комплексной схемы корректировки функционального состояния внутренних органов при чрескостном остеосинтезе // Гений ортопедии. – 1999. – № 1. – С. 48–53.
4. Свешников А.А., Шутов Р.Б., Попков А.В. Минеральная плотность удлиняемого сегмента и костных регенератов в условиях удлинения нижних конечностей // Материалы IV съезда физиологов Сибири. – Новосибирск: СО РАМН, 2002. – С. 309–310.
5. Свешников А.А., Карасев А.Г. Минеральная плотность костей скелета, масса мышечной, соединительной и жировой тканей при множественных переломах костей нижних конечностей // Остеопороз и остеопатии. – 2005. – № 2. – С. 34–36.
6. Свешников А.А., Парфенова И.А. Взаимосвязь соматотипа с минеральной плотностью костей скелета, массой мышечной, соединительной и жировой тканями // Гений ортопедии. – 2007. – № 2. – С. 79–83.
7. Свешников А.А., Каминский А.В. Репаративное костеобразование при лечении чрез- и межвертельных переломов по Илизарову // Гений ортопедии. – 2007. – № 2. – С. 18–25.
8. Свешников А.А., Патраков В.В. Гормональная регуляция репаративного костеобразования // Гений ортопедии. – 2008. – № 2. – С. 22–27.

Сейчас во многих странах мира реализуются задачи совершенствования лечения множественных переломов, особенно проксимальной трети бедренной кости, которые приводят не только к высоким показателям летальности, но и социальной дезадаптации. Остро стоит вопрос об улучшении тактики лечения переломов. Говоря в целом, патология костно-мышечной системы относится к ряду наиболее значимых медицинских проблем с выраженным влиянием на экономику общества во всем мире. Поэтому важно выяснить основные закономерности в изменении минеральной плотности костей после травм и уравнивания длины конечностей.

Материл и методы исследований

На протяжении 35 лет в процессе лечения методом чрескостного остеосинтеза 40000 больных с переломами конечностей в возрасте 18-55 лет, а также при уравнивании длины укороченной конечности (возраст больных - 14,9 ± 1,5 года, анатомическое укорочение сегмента составляло 5,9 ± 2,1 см) проводилось всестороннее обследование больных. Минеральную плотность костей (МПК) определяли на двухэнергетическом костном денситометре фирмы «GE/Lunar Corp.» (США) серии DPX, модель NT. Магистральное кровообращение исследовали с альбумином человеческой сыворотки (фирма «CIS», Франция), меченным по 99мТс, на эмиссионном фотонном компьютерном томографе (гамма-камера) - «Фо-гамма 3ЛЦ-75» фирмы «Nuclear Chicago» (США) Тканевой кровоток изучали с 133Хе. Состояние костеобразования изучали на гамма-камере после внутривенного введения 99мТс-пирофосфата.

Изучали концентрацию гормонов стресс-группы (АКТГ, кортизол, альдостерон), остеотропных (паратирин, кальцитонин), а также соматотропина, кальцитонина, половых гормонов, инсулина и гастрина. Их концентрации определяли методом радиоиммунологического анализа с использованием стандартных наборов. Расчет концентраций проводился на гамма-счетчике. Концентрацию циклических нуклеотидов определяли методом радиоконкурентного анализа с использованием наборов фирмы «Amersham» (Англия). Расчет концентрации проводился на бета-счетчике.

В нашем Центре разработано большое количество методик и способов уравнивания длины нижней конечности, основанных на щадящем оперативном вмешательстве и сохранении оптимального уровня кровообращения [4]. В частности, были предложены флексионная остеоклазия и частичная кортикотомия, наибольшую известность получила последняя. Она более проста в исполнении, сохраняет целостность периоста, эндоста и костного мозга. Подобное вмешательство, не повреждая кровообращение внутри кости, обеспечивает быструю перестройку костной ткани [3]. Уравнивали конечности после перенесенного полиомиелита, костно-суставного туберкулеза, а также врожденного укорочения в стандартном режиме удлинения. Исследуя МПК в зонах уравнивания, удается объективно оценить активность репаративного процесса в динамике на различных уровнях удлинения. Эти данные давали возможность планировать величины удлинения, рассчитать оптимальный темп дистракции, предупреждать такие грозные осложнения после снятия аппарата, как переломы и трансформации регенерата.

Статистическая обработка данных проводилась с применением пакета прикладных программ «Statistica 6.0» возможностей Microsoft Excel. Достоверность полученных результатов обеспечивалась применением стандартных диагностических методик и t-критерия Стьюдента.

Результаты исследований и их обсуждение

1. МПК при монолокальном чрескостном остеосинтезе места перелома.

1.1. МПК в месте перелома. В первые 7 дней отмечена лишь тенденция к уменьшению МПК у концов костных отломков, а в последующие дни она снижалась статистически достоверно вплоть до 28-го дня: у мужчин - за каждую неделю на 3,7 ± 0,15 %, у женщин - 2,0 ± 0,10 %. Затем постепенно увеличивалась и на 60 день после перелома уже составляла 91 % от нормы. На расстоянии 3 см от места перелома МПК была уменьшена на 12 % по сравнению с 28 днем (р < 0,05).

1.2. Изменение массы минеральных веществ во всей травмированной конечности. В конце фиксации количество минеральных веществ было уменьшено на 23 % (р < 0,001), через 1,5 месяца после снятия аппарата - на 7,7 % (р < 0,05). Через 1,5 года - на 3,8 % (р > 0,05).

1.3. МПК в других участках поврежденного сегмента представлена в табл. 1. В смежных сегментах (бедренная и пяточная кости) во время фиксации изменения в 2,5-2,8 раза меньшие, чем в месте перелома.

Таблица 1

Изменение минеральной плотности ( %)
в скелете при лечении косых, винтообразных и поперечных переломов большеберцовой кости у лиц трудоспособного возраста (20-50 лет)

Место исследования

Дни после перелома

45

120

Поврежденный сегмент:

метафиз проксимальный

место перелома

метафиз дистальный

 

-11

-22

-17

 

-7

-9

-10

Пяточная кость:

-9

-6

Бедренная кость:

метафиз дистальный

диафиз

межвертельная область («пространство» Варда)

шейка

 

-8

-3

-7

-5

 

-5

-2

-4

-3

Позвоночник:

поясничный отдел

 

-13

 

-6

Плечевая кость:

хирургическая шейка

 

-6

 

-3

Лучевая кость:

метафиз дистальный (0,5 см от сустава)

диафиз

 

-8

-3

 

-5

-1

Фаланга II пальца -

средняя

-6

-3

-4

-1

1.4. Изменения массы минералов во всем скелете. В конце фиксации она была уменьшена на 15 % (р < 0,01). Через 1,5 месяца после снятия аппарата дефицит минералов составлял 7 % (р < 0,05), а через 1,5 года - 4 % (р > 0,05).

Таким образом, при лечении больных методом монолокального чрескостного остеосинтеза максимальное снижение МПК наблюдалось на 45 день после перелома. При лечении традиционными методами ‒ через 4-5 месяцев [2]. Подобное различие с нашими результатами обусловлено тем, что при компрессионном остеосинтезе больной начинает нагружать конечность и передвигаться с первых дней после перелома. С помощью наружных фиксаторов (они нагружали конечность) также обнаружена тенденция к более быстрому восстановлению минералов.

2. Локальные изменения МПК в местах множественных переломов.

2.1. Двойные переломы бедра. Через 1,5 месяца фиксации у конца проксимального костного фрагмента, где лучше кровообращение, чем в дистальном, МПК была равна 68 % (р < 0,001), у дистального - 80 % (р < 0,01) (табл. 2), в промежуточном фрагменте - 74 % (р < 0,01). Через 4 месяца фиксации в местах переломов МПК составляла 80-85 % (р < 0,05), а в промежуточном фрагменте - 70 % (р < 0,01). Через 21 день после снятия аппарата МПК была равна в местах сращения 95-99 % (р > 0,2), а в промежуточном фрагменте - 73 % (р < 0,01). Через 3 месяца эти величины составили соответственно 118 и 82 %. В местах переломов накопление минералов продолжалось очень долго. Наибольшая МПК (153-162 %) была через 5 лет, в промежуточном фрагменте только в это время приближалась к нормальным значениям (105 %, р > 0,2).

2.2. Переломы бедра и голени. В процессе фиксации аппаратом в области перелома происходило уменьшение МПК (табл. 3). Наиболее низкие величины были через 2,5 месяца фиксации: на бедре 72 % (р < 0,001), на голени - 69 % (р < 0,001). Через 4 месяца МПК на бедре составляла 87 % (р > 0,05), на голени - 83 % (р < 0,01). Через 21 день после снятия аппарата МПК находилась в пределах нормы, но минерализация продолжалась и дальше: через 1,5 года МПК составляла 134-139 % (р < 0,001), через 5 лет - 145-149 % (р < 0,001).

2.3. Перелом бедра и двойной перелом голени. Через 1,5 месяца фиксации в месте перелома на бедре МПК составляла 59 % (р < 0,001) от значений в норме (табл. 4). На голени у проксимального фрагмента - 61 % (р < 0,001), у дистального - 67 % (р < 0,001), в промежуточном фрагменте - 75 % (р < 0,001). Через 2,5 месяца фиксации на бедре отмечена тенденция к увеличению МПК, на голени оставалась без изменений. Отчетливое увеличение плотности в местах переломов произошло через 4 месяца. На бедре МПК через 1 месяц после снятия аппарата нормальная, на голени оставалась ниже нормы. Спустя 1,5 года МПК в местах переломов больше, чем в норме, на 126-141 %, аналогичные значения отмечены и через 5 лет.

2.4. Двойной перелом костей голени. Через 1,5 месяца фиксации у конца проксимального костного фрагмента МПК была равна 68 % (р < 0,001), у дистального - 75 % (р < 0,001), в промежуточном фрагменте - 77 % (р < 0,001). Спустя 2,5 месяца МПК начинала увеличиваться в проксимальном фрагменте (табл. 5), а в дистальном достигала наименьших значений (70 %, р < 0,001). Спустя 4 месяца фиксации отмечена отчетливая тенденция к увеличению МПК (83 %, р < 0,001). К концу первого месяца после снятия аппарата в местах сращения переломов МПК близка к норме, а через 1,5 года значительно больше ее (125-137 %), в промежуточном фрагменте - 97 % (р > 0,2).

3. МПК при уравнивании длины врожденно укороченной конечности.

3.1. МПК в регенератах.

МПК во всем регенерате зависит от длины регенерата и при 28-30 мм составляла 0,283 г/см2. В отдельных его участках МПК разная: у проксимального она выше - 0,350 г/см2, в срединной зоне просветления - 0,167 г/см2, у дистального - 0,307 г/см2.

При длине регенерата 57-60 мм МПК у его концов продолжала возрастать, но вместе с тем увеличивалась высота зоны просветления (см. табл. 2). МПК в ней становилась меньше на 11,8 %, чем на 30 день, и поэтому плотность регенерата в целом меньше на 8 %.

Через 1 месяц фиксации высота зоны просветления уменьшалась, МПК в ней возрастала в 2,3 раза. Плотность регенерата в целом была больше в 1,6 раза. Через 3 месяца фиксации МПК составляла 0,944 г/см2 - 59 % от величины в симметричном участке неповрежденной 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 отличалась по величине от данных в противоположной здоровой кости.

При большей длине регенерата (80 мм) увеличивался размер зоны просветления и уменьшалась её плотность - МПК в ней - 7 % по сравнению с 30 днем (табл. 2).

Таблица 2

Минеральная плотность ( %) разных участков регенерата
в зависимости от его длины (М ± SD)

Участок регенерата

Длина регенерата (мм)

28-30

57-60

80

Срок дистракции и фиксации (сутки)

30

60

90

На дистракции

Проксимальный (на расстоянии 0,5 см от костного фрагмента)

35,1 ± 1,75

43,0 ± 2,58

45,2 ± 2,72

Срединная зона просветления: высота (мм)

9,1 ± 0,64

15,3 ± 0,92

20,4 ± 1,43

Минеральная плотность

32,3 ± 2,27

20,5 ± 1,23

7,0 ± 0,35

Дистальный (на расстоянии 0,5 см от костного фрагмента)

31,7 ± 2,54

34,5 ± 2,42

42,7 ± 2,99

На фиксации

Проксимальный

55,6 ± 3,90

62,8 ± 4.40

72,5 ± 5,08

Срединная зона просветления

47,2 ± 2,36

61,4 ± 3,69

75,3 ± 5,29

Дистальный

52,6 ± 4,21

57,4 ± 4,60

65,8 ± 4,61

В процессе уравнивания длины врожденно укороченной конечности МПК изменялась и в смежных сегментах: в дистальном метафизе бедренной и пяточной костей (табл. 3). К концу фиксации деминерализация уменьшалась и наиболее заметна лишь в области удлиняемого сегмента. Восстановление МПК в удлиняемом сегменте происходило через 12 месяцев, в костях скелета - через 6 месяцев.

4. Причины замедленного течения репаративного костеобразования и деминерализации скелета

а) повышенная концентрация паратиреоидного гормона (ПТГ), предназначенная природой для обнажения концов костных фрагментов и соприкосновения органической основы. Если формирование кости, как таковой, не происходит, а формируется органическая основа ее - регенерат, концентрация ПТГ повышена длительно и поэтому происходит деминерализация трабекулярной ткани во всем скелете;

б) имеет значение уменьшенное содержание соматотропина, катехоламинов, тиреостимулирующего гормона и увеличение концентрации кортизола. Эти изменения сопровождаются генерализованной потерей минералов в скелете.

Таблица 3

Изменение минеральной плотности ( %)
в скелете при удлинении укороченной голени (М ± SD)

Место измерения

Дистракция 60 дней

Фиксация 90 дней

Удлиняемый сегмент:

проксимальный метафиз

-34,3 ± 1,7

-20,0 ± 1,20

диафиз

-12,1 ± 0,61

-6,1 ± 0,43

дистальный метафиз

-37,4 ± 2,25

-24,3 ± 1,22

Пяточная кость

-29,3 ± 2,06

-18,0 ± 1,08

в) сниженная в результате травмы или в процессе уравнивания длины конечностей двигательная активность. Существенно ослабленная микровибрация мышечных волокон, которые, как и кости, фиксированы спицами не только в месте травмы, но и во всем сегменте. Микровибрация всех мышечных клеток образует так называемый микровибрационный фон человека. Микровибрация - главная энергия транспорта веществ и клеток в организме. В силу того, что она ослаблена, затруднена доставка питательных веществ к костным клеткам, ухудшается питание клеток печени, почек, спинного мозга, что снижает образование всех необходимых для репаративного процесса ингредиентов. Снижается прочность костей;

г) уменьшенная концентрация половых гормонов в силу расстройств менструального цикла у женщин, у мужчин ослаблено функциональное состояние клеток Лейдига;

д) меньшее, чем в норме, потребление белка с пищей, а также минеральных веществ, особенно у пожилых и старых людей;

е) функциональная напряженность сердечно-сосудистой системы - одна из основных приспособительных реакций на травму;

ж) высокая ситуационная тревожность, изменяющая функциональное состояние органов и систем организма;

з) то, что некоторым врачам удается сокращать сроки лечения больных при чрескостном остеосинтезе, дает основание считать, что при учете вышеуказанных факторов, можно вплотную подойти к решению вопроса формирования полноценной кости, а не регенерата. Регенерат формируется в силу недостаточного обеспечения ингредиентами для репаративного костеобразования. В нашем Центре (Центр Г.А. Илизарова) есть такие примеры: комбайнер в начале уборки урожая сломал кости голени, ему в клинике наложили аппарат, а ночью он сбежал, приехал к себе и продолжил работу на комбайне. Для снятия аппарата он приехал только через 2 месяца - после окончания уборки. Когда врачи посмотрели на снимок, то удивились тому, что никаких следов перелома нет, а есть полноценная кость. Были и больные, которые на следующий день после перелома ходили по территории маршевым шагом, и перелом сросся очень быстро.

Первоначально при травмах и уравнивании длины конечностей преобладают изменения корково-гипофизарного происхождения: импульсация из места травмы ведет к тому, что больные ощущают боль, порой сильную, которая нарушает сон, отрицательно воздействует на психику больных. О наличии стрессовой реакции свидетельствует повышенная концентрация АКТГ, кортикостероидов и циклических нуклеотидов [1, 3].

В условиях лечебного процесса и на начальных этапах инволюционного остеопороза основная причина деминерализации состоит в снижении двигательной активности, отсутствии микрофибрилляций мышц в поврежденном сегменте. Сильное их напряжение при уравнивании длины конечностей также оказывает аналогичное действие. Изменение механического влияния мышц на кость приводит к тому, что кристаллы минералов, функционирующие как пьезоэлектрические датчики, меньше или больше генерируют энергии, в результате чего изменяется просвет кровеносных сосудов конечности и улучшается кровообращение.

В многочисленных наших исследованиях [3, 5, 6] выявлена четкая количественная взаимосвязь между МПК и концентрацией половых гормонов, а также состоянием эндокринных органов [7, 8].

Данная работа впервые выполнена применительно к задачам чрескостного остеосинтеза. Обнаружено, что деминерализация при монолокальном остеосинтезе места переломов продолжается в течение 1,5 месяцев. Наиболее выражена она в костях с большим содержанием трабекулярной кости. При множественных переломах уменьшение МПК происходит в течение 2,5 месяцев, в то время как при традиционных методах лечения - в течение 4 месяцев [2, 4].

Заключение

Впервые проведено многоплановое исследование процессов, протекающих в конечности после множественных переломов и уравнивания длины конечноостей, а также изучены опосредованные изменения МПК во всем скелете. Обнаружена деминерализация не только в месте перелома, во всей конечности, но и во всем скелете. Подтверждением этого положения является то, что через 2,5 месяца фиксации количество минеральных веществ во всей конечности уменьшалось на 28-32 %. Затем медленно начинался процесс накопления минеральных веществ. Через 4 месяца фиксации МПК в месте перелома находится в пределах нормы, но перестроечные процессы в костной мозоли продолжаются до 5 лет, когда МПК достигала 153-162 % от значений в норме. Через 10-12 лет МПК несколько уменьшалась и составляла уже 138-152 %. Во всем скелете масса минералов оставалась меньше нормы на 10 % даже через 1,5 года после завершения лечения.

Есть основание считать, что в основе формирования регенерата при лечении, а не кости, лежит меньшая, чем в норме, двигательная активность больных, сниженная микрофибрилляция мышечных волокон, уменьшенное употребление с пищей белка, кальция, уменьшенная концентрация половых гормонов, отсутствие энергии для перемещения их из интерстициального пространства в костные клетки. При учете всех этих факторов должна формироваться полноценная кость.

Рецензенты:

Бордуновский В.Н., д.м.н., профессор, зав. кафедрой хирургических болезней и урологии ГОУ ВПО «Челябинская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития РФ, г. Челябинск;

Колпаков В.В., д.м.н., профессор, зав. кафедрой нормальной физиологии ГОУ ВПО «Тюменская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию», г. Тюмень.

Работа поступила в редакцию 15.08.2011.


Библиографическая ссылка

Свешников А.А. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ИЗМЕНЕНИИ МИНЕРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ КОСТЕЙ СКЕЛЕТА ПОСЛЕ ТРАВМ И УРАВНИВАНИЯ ДЛИНЫ КОНЕЧНОСТЕЙ // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 11-1. – С. 126-130;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=28959 (дата обращения: 17.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074