Дистракция — строго дозированное, стабилизированное в заданном направлении растяжение сопоставленных костных отломков является одним из специфических видов механического воздействия на репаративное костеобразование и широко используется при лечении повреждений и заболеваний костей аппаратами для чрескостного остеосинтеза.
Известно, что по организации костного матрикса и межклеточного вещества костная ткань классифицируется на два гистологических типа: незрелую и зрелую. Зрелая пластинчатая, тонковолокнистая костная ткань образует губчатое и компактное костное вещество большинства дефинитивных плоских и трубчатых костей. Ее строение, функция и химический состав изучены достаточно подробно. [6]. Незрелая костная ткань исследована значительно меньше. Она выявляется главным образом в эмбриогенезе и в раннем постнатальном онтогенезе, при энхондральном костеобразовании и формировании компактного слоя длинных трубчатых костей. У взрослых незрелая костная ткань располагается в зубных альвеолах, вблизи черепных швов, в костном лабиринте внутреннего уха, в участках прикрепления к костям сухожилий и связок, а также при заживлении переломов и в быстро растущих костных опухолях[10]. Единой, общепринятой классификации незрелой костной ткани в настоящее время не существует. Некоторые авторы полагают, что формируется только один тип незрелой костной ткани — ретикулофиброзная или грубоволокнистая [6], другие — выделяют два типа незрелой костной ткани: грубоволокнистую и сетчатую [10]. Ряд авторов различает три типа: незрелой костной ткани: грубоволокнистую или пучковую, сетчато-волокнистую и параллельно-волокнистую [5]. При чрескостном дистракционном остеосинтезе морфологические особенности незрелой костной ткани, формируемой индуцибельными и детерменированными остеогенными стромальными клетками костного мозга [2, 4], изучены недостаточно.
Цель работы — морфофункциональный анализ грубоволокнистой костной ткани, формирующейся в регенерате большеберцовой кости при удлинении голени методом чрескостного дистракционного остеосинтеза.
Материал и методы. 38 взрослым собакам под внутривенным тиопенталовым наркозом удлиняли голень методом чрескостного дистракционного остеосинтеза. Дистракцию осуществляли через 5 суток после флексионной остеоклазии берцовых костей с суточным темпом 0,75 — 1 мм за 3 — 4 приема. Животных эвтаназировали внутривенным введением летальных доз 5% тиопентала натрия. через 3 и 5 суток после операции (в преддистракционном периоде), через 3, 7, 14, 21 и 28 суток дистракции. Большеберцовые кости фиксировали 2 % растворами параформальдегида и глутаральдегида, кусочки регенератов дофиксировали в 1 % четырехокиси осмия и заливали в аралдит. На полутонких срезах проводили ШИК-реакцию с докрашиванием метиленовым синим. Для оценки пролиферативной активности преостеобластов определяли их митотический индекс (относительное число фигур митоза на 1000 ядер преостеобластов в 10 объектах) [9]. Ультратонкие срезы после контрастирования уранилацетатом и цитратом свинца изучали при помощи трансмиссионного электронного микроскопа «JEM-100B». По методу тестового точечного счета осуществляли ультраструктурометрию костных клеток [1]. После изготовления срезов аралдит с поверхности блоков удаляли 5% раствором этиолята натрия, блоки напыляли серебром в ионном напылителе «IB-6» и изучали в сканирующем электронном микроскопе «JSM-840». На рентгеновском электронно-зондовом микроанализаторе «LINK 860-500» определяли содержание в образцах костной ткани кальция, фосфора и серы. Количественные данные обрабатывали статистически.
Результаты и обсуждение. Проведенные исследования показали, что дистракционные регенераты большеберцовых костей приобретают характерную объемно-пространственную организацию и зональный тип строения, сохраняющийся до конца периода удлинения. В регенерате формируется пять зон: у концов костных фрагментов — зона сфероидальных костных трабекул, вокруг линии излома — слабоминерализованная срединная прослойка. Между ними образуется зона продольно ориентированных первичных остеонов, врастающих в прослойку навстречу друг другу со стороны проксимальной и дистальной зон сфероидальных трабекул..
На различных этапах эксперимента, в различных зонах регенератов выявлены три гистологических типа незрелой костной ткани: ретикулофиброзная (сетчато-волокнистая), грубоволокнистая (параллельно-волокнистая) и пучковая. Грубоволокнистая и ретикулофиброзная костные ткани образуются уже на 3 — 5-е сутки после операции. В этот период в регенерате отчетливо выявляются трабекулы двух типов: ретикулофиброзные, локализованные у эндостальной поверхности концов отломков, имеющие прямолинейную или сфероидальную форму и спиралевидно-ветвящиеся, заполняющие большую часть костномозговой полости отломков и медуллярное пространство регенератов, образованные грубоволокнистой костной тканью. Пучковая костная ткань появляется в регенерате значительно позднее, через 7 — 14 суток дистракции.
В преддистракционном периоде трабекулы грубоволокнистой костной ткани соединяют концы отломков слабоминерализованным костно-остеоидным сращением с содержанием кальция 1,45±0,01 %.
С конца первой недели дистракции и до конца периода удлинения спиралевидные трабекулы грубоволокнистой костной ткани врастают в дистракционный диастаз, образуют срединную прослойку и формируют первичные остеоны лакунарной или цилиндрической формы. Строение грубоволокнистой костной ткани в этот период эксперимента однотипно и не претерпевает существенных изменений. Фиброархитектоника характеризуется упорядоченной пространственной организацией, при которой коллагеновые фибриллы в волокнах и волокна в пучках ориентированы параллельно друг другу и располагаются циркулярно по периферии трабекул и продольными слоями в стенках первичных остеонов.
Остеогенные клетки грубоволокнистой костной ткани дистракционного регенерата относятся к индуцибельным стромальным клеткам костного мозга и являются фибробластоподобными периваскулоцитами, остеогенные свойства которых проявляются только после действия определенных индукторов [2, 12], в данном случае — дистракции. Преостеобласты грубоволокнистой костной ткани располагаются в радиусе 20-30 мкм от сосуда. Митотический индекс преостеобластов составляет 2,83±0,11 % на 7-е сутки дистракции и 3,86±0,15 % на 28-е сутки, что достоверно выше (Р
Грубоволокнистой костной ткани располагаются
Развитие костной ткани на месте хряща протекает несколько сложнее, чем остеогистогенез, совершающийся непосредственно в мезенхиме. В этом случае развитию костной ткани предшествует образование хрящевой модели трубчатой кости, выполняющей опорную функцию на докостной стадии формирования скелета. Исходными клетками являются камбиальные клетки надхрящницы — адвентициальные. При подрастании к надхрящнице кровеносных сосудов и улучшении условий трофики и оксигенации эти клетки дифференцируются не в хондробласты, а в остеобласты, вырабатывающие межклеточное вещество ретикулофиброзной костной ткани. Они образуют подобие костной манжетки, окружающей хрящевую модель будущей трубчатой кости. Так возникает перихондральная костная ткань и надкостница. Окруженные костной тканью хрящевые клетки, утратившие связь с источником питания, подвергаются дегенерации. В возникшие полости дегенерирующего хряща из надкостницы врастают кровеносные сосуды с расположенными вокруг них камбиальными клетками. Некоторые из них превращаются в остеобласты, обусловливающие энхондральное развитие ретикулофиброзной костной ткани. Клетки, которые замуровываются в межклеточное вещество, дифференцируются в остеоциты, а периферически расположенные клетки — остеобласты — размножаются и продолжают синтез и секрецию компонентов межклеточного вещества. Все эти процессы первоначально протекают в середине хрящевой модели трубчатой кости (диафизе) и распространяются в проксимальном и дистальном направлениях.
В зоне контакта хрящевой и костной тканей можно выделить зоны неизмененного хряща, размножающихся хондроцитов, формирующих клеточные колонки, зону дегенерации и замещения хряща костной тканью. Зона размножающихся хрящевых клеток определяет зону роста будущей кости и важна для формирования вектора роста кости.
Одновременно с формированием ретикулофиброзной костной ткани, содержащей остеобласты и остеоциты, возникает другой гистогенетический тип клеток — остеокласты. Это крупные многоядерные (до 20-100 ядер) клетки размером до 100 мкм в диаметре являются производными стволовой кроветворной клетки. Цитоплазма остеокластов оксифильна со слабо развитой эндоплазматической сетью. Хорошо развит комплекс Гольджи. В цитоплазме много лизосом, содержащих кислую фосфатазу, коллагеназу, карбоангидразу и другие ферменты. Особенно много лизосом в той части цитоплазмы остеокластов, которая обращена к разрушаемой ткани. На этой поверхности имеются многочисленные выросты цитоплазмы, образующие подобие «щеточной (гофрированной) каемки». Остеокласты специализированы на «внеклеточной работе» лизосом: гидролитические ферменты из них выходят и резорбируют межклеточное вещество. Методами микрокиносъемки показано, что остеокласты подвергают деминерализации и разрушению оссеиновые волокна и аморфное вещество, а затем макрофаги фагоцитируют остатки органического субстрата. Остеокласты разрушают хрящевую ткань и ретикулофиброзную костную ткань, формируя каналы для врастающих сосудов и проникновения остеобластов.
Последующие стадии гистогенеза складываются из процессов новообразования костной ткани, ее разрушения остеокластами и перестройки — ремоделирования. Важным фактором гистогенеза пластинчатой костной ткани, входящей в состав трубчатой кости, является вектор роста кости. Он определяет направление движения остеокластов, следовательно, формирования каналов и врастание в них кровеносных сосудов (по вектору роста). Кровеносный сосуд, в свою очередь, определяет упорядоченное (концентрическое) расположение остеобластов вокруг себя. При этом остеобласты синтезируют межклеточное вещество, оссеиновые волокна которого упорядоченно (параллельно) располагаются возле остеобласта и при минерализации формируют костную пластинку, толщиной 3-10 мкм. Соседняя костная пластинка содержит оссеиновые фибриллы, которые располагаются под углом по отношению к первым.
На протяжении гистогенеза и всей возрастной динамики костной ткани в ней происходит непрерывная перестройка благодаря согласованной деятельности остеобластов и остеоцитов, образующих межклеточное вещество, а также остеокластов, разрушающих костную ткань, что необходимо для процессов ее самообновления. Так происходит смена генераций костных пластинок и формирующихся структурно-функциональных единиц — остеонов, достигается упорядоченность расположения последних, следовательно, высокая механическая прочность костной ткани и кости как органа (см. кость).
Дентиноидная костная ткань отличается отсутствием тел костных клеток в толще межклеточного вещества. Дентин — это вещество, состоящее из коллагеновых волокон и основного аморфного вещества, пропитанного минеральными солями. Образующие дентин зуба клетки — одонтобласты (точнее — их ядросодержащая часть) — расположены вне дентина в пульпе зуба. Дентин пронизан дентинными канальцами, в которых проходят отростки одонтобластов. Сходное строение имеет цемент зуба.
Ретикулофиброзная (грубоволокнистая) костная ткань характеризуется беспорядочным расположением оссеиновых фибрилл в виде толстых, плотных пучков волокон и основного аморфного вещества. Такая костная ткань образует кости в зародышевом и раннем постнатальном периодах. У взрослого человека она сохраняется лишь на месте прикрепления сухожилии к кости, в зарастающих швах черепа, а также в составе тканевого регенерата на месте переломов костей.
Пластинчатая костная ткань отличается упорядоченным расположением оссеиновых фибрилл в составе костных пластинок. Последние образуют расположенные один за другим слои пропитанного солями кальция фибрилл, образованных остеобластами. Слои имеют толщину от 3-7 до нескольких сотен микрометров. Каждая костная пластинка состоит из параллельно ориентированных тонких оссеиновых (коллагеновых) волокон (коллаген 1-го типа). Но коллагеновые волокна двух прилежащих друг к другу костных пластинок ориентированы под разными углами. Костная пластинка соединяется с соседней пластинкой коллагеновыми фибриллами. Так создается прочная волокнистая основа кости. Костные пластинки располагаются концентрически вокруг сосудов, то есть формируют остеоны — структурно-функциональные единицы пластинчатой кости как органа. Кроме этого существуют наружные и внутренние окружающие и вставочные пластинки трубчатой кости (см. ниже).
Регенерация. В регенерации костной ткани участвуют детерминированные остеогенные элементы в составе надкостницы, механоциты костного мозга, которые размножаются и дифференцируются в остеобласты. Продуцируя межклеточное вещество, остеобласты дифференцируются в остеоциты и образуют ретикулофиброзную костную ткань. Кроме того, адвентициальные клетки волокнистой соединительной ткани надкостницы также принимают участие в регенерации костной ткани. Однако дифференцировка их во многом зависит от микроокружения, внетканевых и внеорганных факторов (например, от репозиции отломков, неподвижности отломков, оксигенации места перелома и др.).
Дифференцировка адвентициальных клеток возможна в трех направлениях: остеогенном, хондрогенном, фибробластическом. Этим определяется соотношение различных видов тканей в регенерате. При преимущественно остеобластическом гистогенезе формируется ретикулофиброзная костная ткань, которая постепенно ремоделируется с образованием костной ткани, напоминающей по своему строению пластинчатую.