Рассуждение о морфомеханике. 6.1.8 О влиянии на консолидацию костей

6.1.8 О влиянии на консолидацию костей

Подмечено, что нагрузка участвует и в сращении перелома. Выявлено, что механический фактор, оказывает непосредственное влияние на элементы костной мозоли. На основании этого был сформулирован «закон сращения кости»: «если при переломе произойдет образование фрагментарных остеогенных регенератов и будет достигнуто их слияние в единую костную мозоль, если при последующем лечении не будет допущены, а при возникновении устранены разъединение, разрушение и деминерализация образованной костной мозоли, то сращение наступит в обязательном порядке» (Кузьминых Е.А., Штанаков О.Н., 1992).

В данном «законе сращения кости» влияние механического фактора подразумевается в виде «разъединения» и «разрушения». Оба воздействия можно охарактеризовать как запредельное повышение нагрузки на область костного сращения. В связи с этим, можно ожидать, что в отсутствии запредельного механического воздействия процесс трансформации костной мозоли в полноценную кость произойдет, несомненно. Однако, клиническая практика показывает, что не только внешнее воздействие имеет решающее значение для сращения… Отдельные исследователи с целью оптимизации репаративной регенерации кости интенсифицировали кровоснабжение (Губулов Ю.М. и соавт., 1997). В работе Н.П.Омельяненко и соавт., (1997) поддерживается точка зрения, что существует тесная связь между кровоснабжением и регенерацией кости, с позиции авторов именно кровоснабжение координирует течение репарации. «Влияние функциональной нагрузки и регионального кровообращения на репаративный процесс в тканях, «напряжение растяжения» - закономерность Г.А.Илизарова, являются важным и адекватным факторами возбуждения и поддержания генеза и роста тканей» (Арсентьева Н.И. и соавт., 1996). Известно и другое мнение - «при образовании остеоидной мозоли происходит ориентация остеонов, костных балочек и сосудов в соответствии с генетически обусловленной структурой кости. Наиболее оптимально она осуществляется при функциональных нагрузках» (Минеев К.П., 1990).

Достаточно большое число исследователей также отводят значительное место механическому фактору в процессе сращения переломов костей. Так М.И.Пустовойт и соавт. (1993) считают, что динамические механические нагрузки оптимизируют сращение сломанной кости, при этом образующиеся регенераты более массивны и плотные.

Согласно H.F.Boggiano (1985) сжатие между фрагментами костей способствует сращению. Растяжение или нестабильность костных отломков способствует несращению. За эти процессы ответственны клетки, которые действуют согласно стимулу, произведенному на них и их средой: механические силы, наличие биологических материалов, кислород и т.д. В зависимости от них стимулируется их остеокластическая или остеобластическая активность. Клетки при сжатии и наличии кислорода синтезируют кость. Клетки при сжатии в отсутствии кислорода производят хрящевую ткань. Клетки под растяжением и при наличии кислорода производят волокнистую ткань. На внеклеточном уровне, кристаллы изменят свою ориентацию, поляризацию и распределение согласно механическим силам и электрическому возбуждению. Аналогичные явления отмечаются в отношении коллагена и протеогликанов, которые становятся ориентируемыми, поляризованными и изменяют свое распределение. Таким образом, для консолидации необходимо - сжатие естественными или искусственными средствами, адекватное положение и стабильность фрагментов, биоматериал и клетки.

Формирование костного сращения «…непосредственно зависит от имеющихся напряжений». На начальных этапах костного сращения «…отломки соединяются выдерживающими значительную деформацию мягкими тканями, чья жесткость постоянно возрастает, и только на заключительных стадиях они фиксируются костью». Вместе с тем «…значительная механическая нагрузка может привести к секвестрации». «Образование кости индуцируется подвижностью в условиях растяжения … если растяжение превышает критический уровень, возникающая деформация делает процесс образования кости невозможным. По данным литературы, растяжение мягкотканого регенерата индуцирует формирование костной мозоли. Авторы определяют нижний уровень как «минимальное индуцирующее растяжение», в то время как верхний уровень называется «предел переносимого растяжения» (Перрен С.М., 1995).

«В области перелома образуется кровоизлияние, на месте которого через несколько дней формируется недифференцированная грануляционная ткань. В дальнейшем грануляционная ткань подвергается постепенному созреванию, которое в зависимости от вида механических сил, действующих в области перелома, может проходить в трех направлениях: при действии растягивающих сил образуется волокнистая ткань, при действии давления, скольжения и движения – хрящевая, при действии давления в одном направлении без каких-либо боковых движений – костная ткань» (Гудушаури О.Н., Оганесян О.В., 1968).

Кромпхер (1937) «посредством особого приспособления … сближал или удалял отломки кости. При сближении их получалось давление, и регенерация кости осуществлялась хондрально. При увеличении расстояния между фрагментами происходила регенерация десмального типа». «Давление обуславливает «хондральный» тип окостенения, а растяжение десмальный тип остеогенных процессов» (Николаев Л.П., 1947). Следует отметить, что означенные явления Кромпхер наблюдал и инициировал задолго до наших современников, развивавших методы лечения аппаратами внешней фиксации…

По мнению А.К.Попсуйшапка (1992) «…надкостница, а также прилежащая мышечная ткань, содержащие продольно расположенные коллагеновые волокна, являются уже готовым матриксом, на основе которого при присутствии реакции воспаления и под влиянием напряжений на растяжение, строится периостальный регенерат». Автор считает, что повышение напряжений в регенерате индуцирует образование костной ткани в его центральной части.

Olivo (1937), Olivo et al. (1937) возможно были первыми, кто постулировали, что ориентация волокон коллагена костной ткани определяется механическим напряжением. По мнению R.B.Martin et al. (1980) и Ashman et al. (1983), посредством переориентации коллагеновых волокон и минерализацией, внутренняя структура кости приспосабливается к функциональным напряжениям. Lanyon (1973, 1974) изучая напряжения в пяточной кости овцы продемонстрировал, что ориентация трабекул, в основном, совпадает с основными сжимающими и основными растягивающими напряжениями. Rubin и Lanyon (1982) изучали напряжения в скелете животных при их высокой физической активности. Авторами было отмечено, что напряжения обычно лежат между 2000 и 3000 µε, и были почти эквивалентны на различных костях, и у различных животных. Этот факт свидетельствует о том, что скелеты всех животных приспособлены контролировать напряжения. Вместе с тем известны и исключения, вероятнее всего, относящиеся к молодым животным (Martin R.B. et al., 1998).

По мнению J.Currey (1984) трабекулы спонгиозной кости расположены так, чтобы противостоять изгибающим нагрузкам. Вместе с тем исследования Galante et al. (1970) показали, что толщина трабекул кости в продольном направлении больше, чем толщина трабекул с дрзо-вентральной ориентацией. Последние скрепляют продольные трабекулы и сопротивляются касательным напряжениям. Hayes и Snyder (1981) исследуя архитектонику надколенника, нашли, что ориентация трабекул, довольно хорошо соответствует направлению основных напряжений, а их плотность наивысшая в тех областях, где напряжения самые большие.

«Компрессия … спаивает костные балки отломков и способствует более быстрому завершению репаративных процессов» (Каплан А.В., Маркова О.Н., 1975). Вместе с тем В.А.Поляков (1980) писал «компрессионный остеосинтез не ускоряет и не может ускорить биологических процессов регенерации. Он просто создает лучшие условия для сращения вследствие плотного соприкосновения отломков, при которой полость между ними становится незначительной». Близкого мнения придерживался К.М.Сиваш и соавт. (1970) - при компрессионном остеосинтезе «…регенерация протекает в биологически обоснованные сроки, а не ускоряется». «Хотя остеогенез может усиливаться под влиянием компрессионных сил, чрезмерное напряжение может способствовать и резорбции кости» (Сельер К.Е., 1985).

В процессе регенерации костной ткани существенно возрастает поглощение подводимой к ней механической энергии (Федорова В.Н. и соавт., 1986). Низкий модуль упругости первичной костной мозоли равный 1000-1200 кгс/см² повышается по мере костного сращения (Пуритис Ю.П., Янсон Х.А., 1974). С течением времени при компрессионно-дистракционном остеосинтезе микроподвижность отломков костей, фиксированных аппаратом Г.А.Илизарова, уменьшается (Щуров В.А. и соавт., 1979). Это косвенно доказывает увеличение упругости костного сращения. Думается, что изменение механических свойств образующейся костной ткани связано с постепенным увеличением способности поглощать ею механическую энергию. Все это есть отражение процессов адаптации костной ткани к существующим нагрузкам и действующим в ней напряжениям.

«Перелом является следствием внутренних сил (напряжения), превышающих прочность кости» (Перрен С.М., 1995). Не это ли является инициаций процессов созидания кости на месте ее разрушения?

Frost в начале 1960-х годов, рассмотрел ремоделирование кости в дискретных ограниченных областях. По его мнению, все клетки, участвующие в процессе перемоделирования были названы – кость многоклеточная единица (BMU), которая, как думают, действует через активацию, рассасывание и формирование. Перемоделирование было предложено понимать, как метод предотвращения накопления усталостных повреждений и поддержания адекватного минерального гомеостаза. Недавно, Parfitt (1979, 1984) расширил квантовую теорию перемоделирования кости, включил в нее пять шагов: неподвижность, активация, рассасывание, аннулирование, и формирование. Предложенные механизмы контролирования включают: 1) усталостное микроповреждение, 2) потенциалы, произведенные напряжением, 3) гидростатическое давление во внеклеточных жидкостях под нагрузкой, и 4) распространения альтерации мембраны клетки вследствие действующей нагрузки. Согласно Carter, Hayes (1977) прочность трабекулярной кости пропорциональна нормальному напряжению. Результаты исследований Goodship (1979), Lanyon (1979, 1987), Rubin (1984) показали, что реакция перемоделирования чувствительна к четырем определенным параметрам: 1) достижению максимума величина напряжения, 2) изменения нормальных напряжений, 3) распределения напряжения и 4) количество циклов в день. Было обнаружено, что только несколько циклов нагрузки (на адекватном уровне напряжения) в день могут поддерживать структуру кости, было предположено, что перемоделирование может встречаться без усталостных микроповреждений. Carter et al. (1987) предложил модификацию теории, предположив, что оптимизация кости может быть достигнута относительно плотности энергии напряжения в ткани. Экспериментами на живых объектах было продемонстрировано, что ремоделирование коррелирует с механическими напряжениями. Однако гистологические исследования показали, что локальное механическое воздействие на кость приводит к ее перестройке только на глубине нескольких миллиметров. Замечено также, что более чувствительна спонгиозная костная ткань, ее перемоделирование происходит при достижении некого порога механической нагрузки (Goldstein S.A. et al., 1990).

««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