Различают два вида регенерации: физиологическую и репаративную.
• Физиологическая регенерация выражается в постоянной перестройке костной ткани: гибнут, рассасываются старые и формируются новые структуры кости.
• Репаративная регенерация происходит при повреждении костной ткани и направлена на восстановление её анатомической целостности и функций.
Источники и фазы репаративной регенерации
Восстановление костной ткани происходит путём пролиферации клеток камбиального слоя надкостницы, эндоста, малодифференцированных клеток костного мозга и мезенхимальных клеток (клетки адвентиции врастающих сосудов).
Выделяют четыре фазы репаративной регенерации.
Первая фаза — катаболизм тканевых структур, пролиферация клеточных элементов
В ответ на травму кости и окружающих её тканей возникает типовой процесс заживления раны, первоначально в виде гидратации, направленный на расплавление и рассасывание погибших клеток. Возникает посттравматический отёк, который усиливается к 3-4-му дню, а затем медленно уменьшается. Включаются механизмы репродукции и пролиферации клеточных элементов.
Вторая фаза – образование и дифференцировка тканевых структур
Характеризуется прогрессирующей пролиферацией и дифференцировкой клеточных элементов, вырабатывающих органическую основу костного регенерата. При оптимальных условиях образуется остеоидная ткань, при менее благоприятных — хондроидная, которая впоследствии замещается костной. По мере развития и обызвествления костной ткани происходит резорбция хондроидных и фибробластических структур.
Третья фаза — образование ангиогенной костной структуры (перестройка костной ткани)
Постепенно восстанавливается кровоснабжение регенерата, происходит минерализация его белковой основы. К концу этой стадии из костных балок образуется компактное вещество кости.
Четвёртая фаза — полное восстановление анатомо-физиологического строения кости
Дифференцируются кортикальный слой, надкостница, восстанавливается костномозговой канал, происходит ориентировка костных структур в соответствии с силовыми линиями нагрузки, то есть кость практически принимает свой первоначальный вид.
Виды костной мозоли
Различают четыре вида костной мозоли (рис. 11-4):
Механизм образования всех перечисленных видов мозоли типовой, однако их функции разные.
Первые два вида мозоли образуются быстро, особенно периостальная, что связано с особенностью регенерации. Основная их функция — фиксация отломков в месте перелома. Оба этих вида мозоли являются приспособительным и временным процессом. Их образование ещё не свидетельствует о сращении костных отломков, а лишь подготавливает условия для этого. Истинное сращение отломков происходит за счёт интермедиарной мозоли, после чего ткани пери- и эндостальной мозолей подвергаются резорбции.
Рис. 11-4. Составные части костной мозоли: 1 — периостальная; 2 — эндостальная; 3 — интермедиарная; 4 — параоссальная
В связи с бурным развитием и разрастанием костной ткани в рубцовых тканях, образующихся в повреждённых вокруг сломанной кости, может происходить метаплазия соединительной ткани с трансформацией её в костную. Особенно выраженно это бывает тогда, когда повреждение окружающих тканей значительное. Эту часть костной мозоли называют параоссальной.
Регенерация костной ткани (сращение переломов)
Есть два вида регенерации – физиологическая и репаративная. Под физиологической регенерацией понимают восстановление тканевых структур здорового организма по мере их старения и отмирания. Наглядным примером этого является кожа — постоянное отслоение и отшелушивание эпидермиса. Физиологическая регенерация — это постоянный и очень медленный процесс, который не вызывает стрессовой ситуации в организме.
Регенерация костей: основные сведения
Репаративная регенерация — это восстановление поврежденной или потерянной ткани. Степень и качество регенеративного процесса в различных тканей различна. Чем выше дифференцировки ткани (нервная, мышечная), тем меньше у нее способность к восстановлению своей структуры. Поэтому анатомическое восстановление поврежденного участка происходит за счет замещения дефекта соединительной тканью — рубцом. Поврежденая костная ткань способна пройти ряд стадий репаративного процесса и восстановить свою анатомическую форму, гистологическую структуру и функциональную пригодность.
Перелом кости сопровождается повреждением прилежащих мягких тканей и вызывает стрессовую ситуацию, которая сопровождается местной и общей реакциями организма. В процессе восстановления костной ткани происходят сложные общие и местные биологические и биохимические изменения, которые зависят от кровоснабжения кости, возраста больного, общего состояния организма, а также качества лечения.
Источники регенерации
Восстановление целостности кости происходит путем пролиферации клеток остеогенного слоя надкостницы, эндоста, недостаточно дифференцированных плюрипотентных клеток костного мозга, а также вследствие метаплазии гиараосальних тканей.
Читайте также: Блузка из костюмной ткани своими
Современные представления о процессах регенерации костной ткани сочетают концепции неопластической и метапластическая теорий. Преостеогенными клетками считают остеобласты, фибробласты, остеоциты, перициты, гистиоциты, лимфоидные, жировые и эндотелиальные клетки, клетки миелоидного и эритроцитного рядов.
При сращения сломанных костей установлена стадийность репаративного остеогенеза, которая имеет условный характер. Деление на стадии не имеет принципиального значения, поскольку они в динамике перекрываются.
Даже при идеальной репозиции и фиксации отломков дифференцировки различных клеток происходит одновременно, и поэтому стадийность репаративного процесса трудно разграничить. Но для выбора оптимальной тактики лечения больных нужно иметь представление о закономерностях репаративного остеогенеза.
Стадии репаративного остеогенеза
Стадия катаболизма тканевых структур и клеточной инфильтрации. По сравнению с воспалением это стадия альтерации (разрушение). После травмы возникают омертвения поврежденных тканей и распад клеточных элементов гематомы.
Организм человека немедленно реагирует на травму местной фагоцитарной реакцией. Наряду с этим продукты распада, которые являются генетическими индукторами, вместе с гормонами обусловливают репродукцию и пролиферацию различных специализированных клеток (остеоциты, гистиоциты, фиброциты, лимфоидные, жировые и эндотелиальные клетки), то есть мелкоклеточная инфильтрацию, которая длится 6—10 дней.
Стадия дифференцировки клеток длится 10—15 дней. В основном ДНК и РНК, а также анаболические гормоны направляют дифференцировку клеток прогрессирующего мелкоклеточного инфильтрата. Одновременно происходит три типа дифференцировки клеток: фибробластические, хондроидные и остеогенные. Это зависит от условий, при которых происходит репаративный процесс.
При идеальных репозиции и фиксации отломков и достаточном кровоснабжении (применение аппаратного остеосинтеза т.д.) сращение происходит по типу первичного остеогенеза. Дифференцировка большинства клеток сразу направлена на образование остеоидной ткани. Когда фиксация ненадежна или недостаточное кровоснабжение отломков вследствие тяжелых повреждений, дифференцировки клеток происходит путем фиброгенеза с последующей метаплией в хрящевую и костную ткани.
Стадия формирования первичного остеона — образование ангиогенной костной структуры — происходит в течение 16—21 дней. Характеризуется она тем, что возникает полная реваскуляризадия первичной мозоли. Регенерат прорастает капиллярами и начинается минерализация его белковой основы. Появляется мелкопетличная, хаотично ориентирована сетка костных трабекул, которые постепенно сливаются с образованием первичного остеона и гаверсовых канальцев.
Стадия перестройки первичного регенерата или спонгиозации мозоли, — это та стадия, на которой формируется пластинчатая костная ткань. Во время перестройки первичного регенерата костный пластинчатый остеон набирает ориентации над силовыми линиями нагрузки, появляется корковое вещество кости, надкостницы и восстанавливается костно-мозговая полость. Части регенерата, которые за нагрузкой, рассасываются. Все это приводит к полному восстановлению структуры и функции переломанной кости. В зависимости от локализации перелома процесс перестройки и восстановления может длиться от нескольких месяцев до 2—3 лет.
Итак, из закономерностей репаративной регенерации костной ткани вытекают следующие практические выводы:
1) идеальной репозиции и фиксации костных отломков следует добиваться быстрее, к тому же не позднее, чем начнется стадия дифференцировки клеток;
2) поздняя репозиция, любое вмешательство с целью коррекции отломков ведут к повторному разрушению капилляров регенерата и нарушению репаративного остеогенеза;
3) стимулятором образования пластинчатой кости в процессе перестройки первичного регенерата является функциональная нагрузкп, о которой следует помнить при лечении больных.
Теоретически различают три вида репаративной регенерации костной ткани — первичная, первично-замедленная и вторичное сращение. Первичное сращение костей происходит в течение короткого времени первичным остеогенезом за счет образования интермедиарной мозоли. Но для этого следует создать все условия. Прежде всего это наблюдается при забойных и компрессионных переломах костей, часто после идеальной репозиции (диастаз между отломками 50—100 мкм) и надежной фиксации отломков.
Первично-замедленное сращение бывает тогда, когда между неподвижными отломками нет щелей, сращения проходит только по сосудистым каналам (интраканаликулярный остеогенез), т.е. возникает частичное сращение, а полному межкостному сращиванию предшествует резорбция концов отломков. Но с практической точки зрения этот вид репарации следует расценивать как положительный, и поэтому клиницисты придерживаются разделения на два вида восстановления кости — первичное и вторичное.
Читайте также: Основная функция почек выработка гормонов газообмен в тканях
Вторичное сращение переломанных костей происходит за счет образования менее полноценных видов мозоли — периостальной, эндостальной и параосальной (гематома, мягкие ткани).
Образованием избыточной периостальной и параосальной мозоли организм пытается компенсировать фиксацию отломков, которой не сделал врач. Это природный саногенез организма. В этом случае срок сращения кости значительно увеличивается. По характеру мозоли на рентгенограмме можно сразу оценить качество лечения больного. Чем больше мозоль, тем хуже была фиксация отломков.
Вторичное сращение кости сравнивают с заживлением ран мягких тканей. Но в заживлении поражения двух тканей принципиальная разница. Заживление раны мягких тканей, происходит вторичным натяжением, заканчивается образованием рубца, в то время как при переломе кости в процессе репарации все костные клетки проходят стадию метаплазии, что заканчивается образованием полноценной кости. Однако для того чтобы кость срослась вторично, необходима также надежная фиксация отломков. Если ее не будет, то клетки пройдут стадии фибро- и хондрогенеза, перелом заживет, но кость не срастется.
Вопрос о стимуляции репаративного остеогенеза в теоретическом плане остается нерешенным. Попытки ускорить регенерацию костной ткани уже были давно, и сейчас не уменьшается количество поисков.
Средства стимуляции остеорепарации
1) механические (раздражение периоста постукиванием молоточком по месту перелома, локальный массаж, дозированная нагрузка конечности, управляемое динамическая нагрузка сегмента конечности аппаратом Пустовойта т.п.);
2) физические (ИК, УВЧ—излучения, диатермия, электрофорез лекарств, ультразвуковая, лазерная, магнитная терапия, оксибаротерапия, электростимуляция и т.д.);
3) медикаментозные (метионин, цистеин, карбоксилин, витамины, нуклеиновые кислоты, ретаболил, тиреокальцитонин, кальцитрин, экзогенная гомологична РНК, мумие и т.д.);
4) биологические (локальные инъекции аутокрови, некрогормонотерапия, экстракты органов и тканей по И. Л. Зайченко, использование переходного эпителия мочевых путей, декальцинованого матрикса и молотой кости, костного трансплантата и т.д.).
Следует отметить, что некоторые средства стимуляции (лазерная, магнитная терапия и др.) И ныне еще не имеют полного теоретического обоснования, хотя эмпирически доказано их положительное влияние на срастание костей. Применение стимулирующих средств в зависимости от их целенаправленного действия следует связывать со стадией репаративного процесса в кости. Например, сначала назначают такие средства, которые способствуют обменным процессам, клеточной инфильтрации и дифференцировке клеток. На стадии формирования пластинчатой кости важен выбор оптимальной нагрузки костного сегмента.
Следует помнить, что сращиванию перелома кости помогает комплекс благоприятных факторов, но в условиях идеальной репозиции отломков, надежной их фиксации, полноценного питания и нормального обмена веществ. Если этого не будет, то репаративный процесс нарушается, и кость может не срастись независимо от вида стимулирования.
Регенерация костей: чем можно ей помочь
Новые материалы помогут при травмах и онкологических заболеваниях
Кости составляют основу опорно-двигательного аппарата. Под прочной защитой костей находятся ценные структуры организма — костный мозг, в котором в течение всей жизни идет образование всех клеток крови и иммунитета, а также головной и спинной мозг, осуществляющие регуляцию всех функций организма.
Долгая эволюция создала совершенный механизм образования костной ткани в нашем организме — механизм остеогенеза. Он обеспечивает как ее постоянное обновление (физиологическую регенерацию или так называемое ремоделирование), так и восстановление после травм (репаративную регенерацию).
Кость формально можно назвать композиционным материалом, в состав которого входят органические вещества (основной белок-коллаген) и неорганические вещества (основные соли — кальция и фосфора). Два главных вида клеток — разрушающие кость (остеокласты) и формирующие кость (остеобласты) — трудятся в течение всей нашей жизни, обеспечивая обновление костной ткани и ее восстановление после травм.
Биоминерализацию белков могли осуществлять организмы уже более 600 млн лет назад. Раковины моллюсков, иглы морского ежа, наружный скелет членистоногих — результат этого процесса. Процесс биоминерализации коллагена при образовании костной ткани (то есть инкрустация его солями кальция, фосфора и некоторыми микроэлементами) эволюционно древний, с одной стороны, а с другой — находящийся под контролем нервной и гуморальной (через кровь с помощью биологически активных веществ и гормонов) систем. Кроме того, в костной ткани и костном мозге находится глубокий резерв организма — центральное депо стволовых клеток, замещающих в течение жизни состарившиеся или погибшие клетки во многих органах и тканях.
Читайте также: Ткань для плетеных корзин
Изучение механизмов и процессов остеогенеза постепенно привело к пониманию того, какие материалы и конструкты на их основе нужно разрабатывать, чтобы осуществлять органотипическое (то есть с формированием типичного для этого органа структур) замещение костных дефектов. Этот подход называется биомиметическим.
Когда же может понадобиться помощь регенерационным процессам в костной ткани, если они такие совершенные, эволюционно древние? Есть такие ситуации. Во-первых, это так называемые костные дефекты, превосходящие по размерам критические, костные дефекты у пожилых людей с нарушениями кальциевого обмена и, наконец, костные дефекты у онкологических больных после химио- или лучевой терапии, когда регенерация затруднена.
То есть такие материалы востребованы при реконструктивно-пластических операциях в травматологии, челюстно-лицевой хирургии, стоматологии и, конечно, в онкологии.
Сегодня опухоли костей и метастазы в костную ткань не приговор. Их удаляют, замещая дефекты остеопластическими материалами. Полнота реабилитации у этой категории больных напрямую зависит от успехов в медицинском материаловедении.
История создания остеопластических биоматериалов насчитывает более 60 лет. Первое поколение таких материалов составляли биоинертные материалы, второе — биоактивные, биодеградируемые, третье — материалы для стимулирования специфических клеточных ответов на молекулярном уровне.
Золотым стандартом, тем не менее, остается использование аутологичной (собственной) костной ткани. Однако необходимость дополнительного оперативного вмешательства и недостаточное количество материала для закрытия крупных дефектов привели к идее использовать аллогенную (другого организма) костную ткань. Но при этом появилась опасность переноса от донора неидентифицированных инфекционных, а также аллергизирующих агентов. Материаловеды предложили использовать для этих целей синтетические кальций-фосфатные материалы, близкие по составу к неорганической составляющей костной ткани. Они широко применяются и сегодня, так как биосовместимы, обладают остеоиндуктивными (стимулирующими остеогенез) свойствами и используются клетками для построения новой кости. Однако оказалось, что они растворяются медленнее, чем образуется кость.
Неожиданный толчок в развитии биоматериалов дало изучение скелета кораллов. Он состоит из карбоната кальция, имеет особо прочную кристаллическую решетку-арагонит, сквозную пористость (что обеспечивает поток питательных веществ, газов, прорастание сосудов) и скорость биорезорбции сходную со скоростью остеогенеза. Он оказался блестящим материалом природного происхождения для замещения костных дефектов. Однако добыча кораллов ограниченна, и трудно стандартизировать их микроэлементный состав. Это привело к идее трехмерной печати для создания конструктов с целью замещения костных дефектов заданной формы, пористости и архитектоники поверхности, используя в качестве «чернил» кальций-фосфатные материалы.
Следующим этапом развития этого направления стала 3D-печать композиционных конструктов, содержащих как натуральную кость, так и органическую составляющую. В качестве таковой используют полимеры как природного (коллаген, альгинат, хитозан), так и синтетического происхождения. Еще более стимулировать остеогенез удалось при насыщении таких конструктов собственными стволовыми клетками из костного мозга, что открыло возможности изготовления персонализированных имплантатов заданной геометрии, пористости и архитектоники.
И, наконец, современные исследования в этой области посвящены разработке технологий функционализации таких 3D-конструктов биологически активными веществами (например, для пожилых людей или при крупных дефектах), антибиотиками (при открытых костных травмах, опасности инфицирования и развития воспалительных процессов) или противоопухолевыми препаратами. В последнем случае предполагается с помощью конструктов осуществлять адресную доставку химиопрепаратов с пролонгированным действием, что позволит снизить нагрузку системной (внутривенной) химиотерапии у онкологических больных.
Наталья Сергеева, доктор биологических наук, профессор, завлабораторией МНИОИ им. П. А. Герцена — филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом