Рассуждение о морфомеханике. 6.1.12 Инициаторы остеогенеза

 

6.1.12 Инициаторы остеогенеза

Оригинальные работы Kirchner (1916), Bier (1918), Putti (1918), Кромпхера (1937), Anderson (1939), Г.А.Илизарова и его последователей убедительно продемонстрировали, что одним из инициаторов остеогенеза является напряжение. Считается доказанным «…стимулирующее влияние напряжения при растяжении тканей на генез и рост последних» (Омельяненко Н.П. и соавт., 1997).

Согласно созданной Вирховым теории метаплазии, «соединительная ткань, с которой генетически тесно связана костная ткань, при определенных условиях может превращаться в костную» (Корж А.А., 1963). Известно, что соединительная ткань между фрагментами удлиняемой кости, под влиянием растяжения, а затем фиксации, замещается костной тканью (Борзунов Д.Ю. и соавт., 2000). В настоящее время в этом уже никто не видит нечто необычное. Этот эффект каждодневно используется в обыденной клинической практике.

«Дозированная микродеформация оптимизирует условия для остеорепарации, активизирует репаративные процессы и дифференцирование костной ткани, ускоряя завершение перестройки костной мозоли» (Руцкий В.В. и соавт., 1989). Считается экспериментально доказанным и «…оптимизирующий характер воздействия повышенной гравитационной нагрузки на репаративный остеогенез» (Яшков А.В. и соавт., 1997).

Остеогенез многоэтапный процесс, имеющий регуляторные факторы (химические) в т.ч. и гормоны… «…отдельные трабекулы, соединяясь между собой, образуют пространственную решетку с характерной концентрацией трабекул вдоль линий напряжений». В условиях невесомости отмечается меньший прирост костной массы преимущественно за счет губчатого вещества. Наблюдалось возрастание порозности, атрофия губчатого вещества кости. В период реадаптации происходило восстановление показателей поперечных размеров кости. Остеопороз в губчатом веществе не сопровождается изменением степени минерализации резкое снижение сопротивляемости деформации и разрушению губчатого вещества в период реадаптации происходит восстановление измененных свойств. Искусственно созданная гравитация предотвращает атрофические изменения в костях. При гипокинезии и гиподинамии повышается хрупкость костной ткани истончение и уменьшение количества трабекул истончение кортикального слоя и появление каналов резорбции в местах прикрепления мышц. Вместо термина «остеопороз» предлагается использовать термин «остеодистрофия». «Отсутствие силового воздействия на кость в условиях весовой разгрузки вызывает изменение собственного внутреннего напряжения соответственно новым функциональным условиям. Наиболее быстро и эффективно это может произойти за счет ослабления ионных и гидроксильных связей между органическими и минеральными компонентами и как следствие, уменьшения жесткости кости как композита и выравнивания напряжений». «Ослабление связей между органическим и минеральным компонентами может сопровождаться сниженной прочностью костной ткани за счет уменьшения напряженного состояния кости. В таком случае губчатые структуры с меньшим исходным напряженным состоянием будут утрачивать прочность в меньшей степени, чем компактные структуры с более высоким напряжением». Распространенной гипотезой является то, что пусковым механизмом местной регуляции костного метаболизма является генерация костного электрического потенциала, связанного с многочисленными циклами ее деформации при механической нагрузке и управляющей, в конечном счете, клеточной активностью. Может играть роль и изменение кровоснабжения кости в невесомости. Плотная структура более инертна, скорость ее рассасывания меньше она может отражать интенсивность общих метаболических процессов в организме (Ступаков Г.П., Воложин А.И., 1989).

C.Johnson в 1951 году высказал мысль о том, что кость обладает пьезоэлектрическими свойствами. Позднее, в 1956 г., автор продемонстрировал, возникновение электрических потенциалов в динамически деформированной кости. Независимо от него Yasuda (1953) сообщил о сходных результатах. Исследования Yasuda позволили ему заявить, что механическое, химическое, или электрическое «раздражение» вызывают остеогенез. Первые эксперименты, связывающие электрические потенциалы, порожденные физиологической деформацией, с остеогенезом были поставлены Bassett et al. (1964). С тех пор, многочисленные сообщения подтвердили и расширили эти представления. Теперь ясно, что слабые постоянные токи могут стимулировать остеогенез в области катода, и животных и у больных (Friedenberg, Kohanim 1966; Брайтоне et al. 1981; Bassett 1983). Позднее обрела доказательства мысль Goodman et al. (1987), о воздействии на клетки электрического поля (Bassett C.A.L., 1992).

Friedenberg et al., (1970) нашли, что остеогенез стимулируется около катода, а рассасывание кости стимулируется около анода. Это позволяет выдвинуть гипотезу, что моделирование или перемоделирование активизированы электрическими потенциалами, вызванными градиентами электрического напряжения. Как показали эксперименты Williams, Breger (1974), положительный электрический потенциал связан с положительным градиентом напряжения, и наоборот (Martin R.B. et al., 1998).

Как можно заметить, ряд исследователей в качестве инициатора остеогенеза видят электрический фактор. Зачастую прямо указывается - «воздействие электрического тока может активизировать остеогенез». «Стимуляция остеогенеза наблюдается при постоянном токе у катода и в межэлектродном пространстве – при переменном». У анода отмечается некроз и угнетение остеорепарации. «Импульсный ток усиливает клеточную пролиферацию и дифференциацию с повышением образования остеобластов и увеличением активности, но только на ранних стадиях репаративной регенерации». «Экспериментально установлена принципиальная возможность индукции остегенеза в высокодифференцированных опорных тканях, таких как мышечная, фиброзная и хрящевая». Анодная поляризация вызывает некроз, а затем формирование грануляционной ткани. «Последующая катодная поляризация активизирует остеогенез из мезенхимальных плюрипотентных элементов». На поверхности сжатия костной ткани образуется отрицательный заряд, а на растягиваемой положительный. В области сжатия кости наблюдается ее гипертрофия, а при растяжении ее резорбция. «Электрические потенциалы независимо от их природы и происхождения могу являться тем неизвестным звеном, которое осуществляет прямую и обратную связь между структурой и функцией» (Ткаченко С.С., Руцкий В.В., 1989).

«Под воздействием электростатического поля, индуцируемого электретами, остеорепарация отличается более активным формированием костной мозоли, ее завершенностью, ранней перестройкой и восстановлением механической прочности костного регенерата» (Хомутов В.П. и соавт., 1995). «Воздействие электростатического поля электрета на остеорепарацию обусловлено влиянием на рост и ориентацию остеогенных структур, степень их минерализации, раннее ремоделирование костной мозоли» (Хомутов В.П. и соавт., 1997).

Электрические процессы нормализуют и стимулируют остеорепарацию, отмечает С.С.Ткаченко и соавт. (1985).

По мнению А.Н.Челнокова и соавт. (1995), «импульсное сложномоделированное электромагнитное поле в диапазоне 50-90 Гц способствует более быстрому ремоделированию кости в области перелома».

«Дифференцировка костной ткани и формирование опорно-двигательного аппарата невозможны без механических нагрузок». «Под нагрузкой сдавления костные структуры гипертрофируются, при растяжении – резорбируются». «Деформация костной ткани при механических нагрузках и перемещении электрических зарядов сопровождается образованием динамических электрических потенциалов …, во-первых, они … управляют активностью костных клеток; во-вторых, … играют роль генератора электрической энергии для поддержания статического электрогенеза». При иммобилизации он нарушается, а «нарушения статического и динамического репаративного электрогенеза искажают остерепарацию» (Руцкий В.В., 1987).

Многочисленные эксперименты выше цитированных авторов по электростимуляции остерепарации все-таки недостаточно убедительны, так как не исключен полностью механический фактор, иммобилизация практически всегда присутствовала в той или иной форме.

Вместе с тем по данным S.R.Pollack (1984), «биологические потенциалы не требуют приложения нагрузки, и ни один из приведенных экспериментов не определил физиологического смысла эндогенных электрических сигналов в кости». «Соблазнительно, однако поразмышлять о том, что позитивные электрические эффекты на выгнутой стороне и отрицательные на вогнутой могут вносить вклад в стимуляцию или активность соответственно остеокластов и остеобластов на этих двух сторонах» (Ревелл П.А., 1993). Здесь сложно, что-либо еще добавить…

««назад || СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ || вперед»»

                                                                     

Автор:

Архипов С.В. – С.В. Архипов-Балтийский является псевдонимом, который использовался до начала 2006 года с целью более точной дифференцировки на научном поле.

Цитирование:

Архипов-Балтийский СВ. Рассуждение о морфомеханике. Норма. В 2 т. Т. 1. Гл. 1-4. - Испр. и доп. изд. Калининград, 2004. [aleph.rsl.ru]

Архипов-Балтийский СВ. Рассуждение о морфомеханике. Норма. В 2 т. Т. 2. Гл. 5-6. - Испр. и доп. изд. Калининград, 2004. [aleph.rsl.ru]

Примечания:

Первая крупная публикация автора, посвященная морфомеханике живых систем, биомеханике пояса нижних конечностей и связки головки бедра, ligamentum capitis femoris (LCF).

Ключевые слова

ligamentum capitis femoris, ligamentum teres, связка головки бедра, анатомия, морфомеханика, биомеханика

СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Биомеханика и морфомеханика