Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема реактивности и регенерации тканей и органов, разработка вопросов оптимизирующего воздействия на процессы заживления ран - актуальная проблема современной гистологии и медицины. В настоящее время, кроме важного теоретического, она приобретает особое прикладное значение в сфере медицины катастроф, военной медицины, локальных вооруженных конфликтов, в условиях резко возросшего травматика тканей и органов опорно-двигательнсго аппарата человека, а также для накопления опыта медицинского обеспечения подобных экстремальных ситуаций (Чиж И.М. и соавт., 1993).
Известно, что среди боевых огнестрельных повреждений опорно-двигательного аппарата, переломы трубчатых костей верхних и нижних конечностей у раненых достигают около 50%. Масштабы и характер разрушения костной ткани при поражающих свойствах современного огнестрельного оружия, особенности ее регенерации в этих условиях обусловливают необходимость проведения гистологического исследования с учетом теоретических и клинико-морфологических аспектов этого процесса.
Целостный анализ остеогистогенеза после механических и огнестрельных повреждений представляется перспективным с позиций общих закономерностей гистогенеза (Максимов А.А., 1926; Заварзин А.А., 1947; Хлопин Н.Г., 1946; Румянцев А.В., 1958) и гистогенетической концепции регенерации тканей (Клишов А.А., 1984). Большой вклад в разработку клинических аспектов проблемы огнестрельных переломов внесли ученые Военно-медицинской академии (Гирголав С.С., 1956; Беркутов А.Н., 1978; Ткаченко С.С., 1981; 1992; Дедушкин B.C. и соавт., 1990; 1992), существенное значение имеют научные труды, в которых дана патологоанатоми-ческая характеристика боевой травмы кости (Давыдовский И.В., 1952; Смольян-ников А.А., 1952). Однако по этой проблеме отсутствуют систематические исследования с общегистологическим анализом регенерации костной ткани, других тканей в составе регенерата при огнестрельных переломах.
Трактовка данных по регенерационному остеогистогенезу связана с ключевыми вопросами происхождения остеогенных клеток, их пролиферации, дифферєнцирозки и специфической функции. В связи с вопросами об источниках регенерации следует отметить исследования, способствующие идентификации стволовых стромальных и остеогенных клеток в костном мозге (Фриденштейн А.Я. и соавт., 1986; Михайлова Л.Н., 1988; Ashton В.А. et а!., 1984). При большом объеме фактических данных по заживлению механических переломов кости имеются противоречивые мнения ученых по поводу обозначений и гистологической природы тканей, образующихся в зоне дефекта, а также допускается возможность метаплазии одних тканей в другие в этом процессе.
Актуальными для развития остеогистологии являются исследования межклеточного вещества. Архитектоника межклеточного вещества костной ткани человека, его строение в связи с возрастом, нагрузкой, взаимоотношение с костными клетками показаны с использованием современных методов анализа (Денисов-Никольский Ю.И., Докторов А.А., 1987; 1991). Назрела необходимость целенаправленного изуче-
ния формирования межклеточного вещества костной ткани после огнестрельного перелома, так как при этом виде травмы образуются крупные дефекты кости.
Особую актуальность приобретает оценка полученных результатов по остеогистогенезу с учетом теоретических положений о гистогенетических рядах, или дифферонах, внутритканевых взаимоотношениях клеток в ходе их дифференциации (Зазарзин А.А., 1938; Хрущов Н.Г., 1976; Клишов А.А. и соавт., 1981; Катинас Г.С., 1986), использование которых способствует вскрытию клеточных механизмов заживления костных переломов, ультраструктурных основ клеточно-дифферонной организации регенерационного гистогенеза. Способность тканей к регенерации обоснованно выделяется в качестве основного критерия оценки жизнеспособности поврежденных тканей (Данилов Р.К., 1993).
Исключительно важными для теоретической и практической медицины являются данные о морфологии костеообразования после механических переломов, полученные на материале от человека (Саркисов Д.С. и соавт., 1984; 1985). Наблюдений гистологов, касающихся пролиферации остеобластов, регенерационного остоогистогенеза при огнестрельных переломах длинных трубчатых костей у раненых, в литературе не имеется. Комплексная разработка вопросов данной проблемы позволит составить целостное представление о закономерных процессах посттравматической регенерации костной ткани, представит теоретические обоснования для клиницистов при внедрении новых лечебных мероприятий по восстановлению морфофункциональных свойств кости как органа человека.
Цель и задачи исследования - выявить закономерные процессы регенерации костной ткани в условиях заживления механических и огнестрельных переломов длинных трубчатых костей в экспериментальных и клинических условиях, а также возможности оптимизации регенерационного остеогистогенеза.
Для выполнения указанной цели поставлены задачи:
-
Изучить клеточно-дифферонную организацию и закономерности регенерационного остеогистогенеза при механическом переломе трубчатой кости.
-
Провести изучение регенерации костной ткани при механических переломах на фоне применения препаратов тафцин (низкомолекулярный тетра-пептид) и ЭБФ-5 (производное бензимидазола).
-
Дать комплексную ультраструктурную, радиоавтсграфическую и морфо-метрическую характеристику клеточного и тканевого состава регенерата при заживлении огнестрельного перелома трубчатой кости.
-
Изучить динамику показателей поляризационно-оптических свойств, количества суммарных белков и минеральных компонентов в межклеточном веществе новообразованной костной ткани, костных отломков и осколках при огнестрельной травме.
-
Исследовать регенерацию костной ткани при огнестрельном переломе на фоне применения препарата даларгин (синтетический аналог энкефалинов).
-
Характеризовать реактивные изменения и проявления регенерации костной ткани после огнестрельного повреждения трубчатых костей у человека.
Научная новизна. Впервые в рамках одного исследования проведена целостная морфофункциональная характеристика регенерации костной ткани после механического и огнестрельного переломов длинных трубчатых костей с позиций концепции клеточно-дифферокной организации тканей и регенерационного гистогенеза. С помощью современных методических подходов (электронная микроскопия, радиоавтография, количественная гистохимия, сканирующая поляризационная микроскопия, морфометрия, дихроматическая рентгеновская абсорбциометрия) выявлены закономерности регенерационного остеогистогенеза, формирования тканевого регенерата в условиях заживления переломов, вызванных механической и огнестрельной травмой. Представлены данные по ультраструктурным основам клетс^но-дифферонной организации посттравматического гистогенеза при заживлении переломов после действия указанных повреждающих факторов.
Получены нозые данные о пролиферативных свойствах детерминированных тканевых элементов - фибробластов, остеобластов, хрящевых клеток, а также пери-васкулярных клеток.
В работе дано систематизированное общегистологическое описание регенерации костной ткани после огнестрельного перелома. Представлена динамика формирования цито- и гистоархитектоники тканевого регенерата, количественных показателей оптической плотности суммарных белков, оптичесхой анизотропии и минерализации межклеточного вещества костных отломков, осколков и костного регенерата, а также его ремоделяции. Дана количественная характеристика элементов различных диффероноо в тканевом регенерате, выявлены корреляционные связи, позволяющие судить о взаимодействии клеток разных гистогенетических типов, их дифференцировке и степени междифферонной гетероморфии.
При восстановлении костной ткани после огнестрельной травмы выявлен ре-генерационный эндоссальный остеогенез, вскрыт его механизм, показаны значение для обновления поврежденных костных пластинок в отломках и осколках и возможность формирования новой генерации остеонов. Получены новые данные, свидетельствующие о том, что для адаптивной фазы регенерационного остеогистогенеза характерно уменьшение внутридифферонной и междифферонной гетероморфии.
Показано, что сепаративный хондро- и десмогенеэ имеют важное значение для заживления огнестрельного перелома и рассматриваются как регенерационные гистогенетические рекапитуляции.
Впервые проведена комплексная гистологическая характеристика биопсий-ного материала, полученного в условиях клиники от людей с огнестрельными переломами длинных трубчатых костей. Исследование биоптатов, полученных от раненых, и материала от экспериментальных животных с огнестрельной травмой позволило убедиться в том, что основные закономерности регенерации костной ткани сходны по своим базисным признакам.
Впервые установлено, что при огнестрельном переломе в костных осколках, обеспеченных трофикой и реваскуяяризацией, сохранившие жизнеспособность остеогенные элементы надкостницы, эндоста, гаверсовых и фолькмановских каналов способны к пролиферации, дифференцировке и формированию
грубоволокнистой костной ткани, являясь дополнительным и существенным источником образования костного регенерата. Осколки также рассматриваются как посттразматический костный аутотрансплантат, частично заполняющий дефект в зоне перелома, и как своеобразная посттравматическая органная культура in vivo, которая за счет гистотипического роста обеспечивает соединение осколков друг с другом, с отломками и различными тканями регенерата.
Выявлено оптимизирующее действие на остеогенез примененных препаратов. ЭБФ-5 оказывал действие на процессы, проявляющиеся в дифференцировке клеток. Тафцин способствовал межклеточным внутри- и междифферонным взаимодействиям. Даларгин влиял на адаптационные реакции, вероятно, через нейро-эндокринный ответ организма на огнестрельную травму.
Практическое значение работы. В результате проведенного исследования подтверждена важность гистогенетичэского и экспериментально-гистологического подходов в разработке учения о тканях.
Полученные данные по ультраструктурным основам клеточно-дифферонной организации посттравматического гистогенеза, количественные показатели клеточного и тканевого состава регенерата, оценка гистохимических и поляризационных свойств регенерирующей костной ткани способствуют гистологическому определению фазы и прогнозированию исхода регенерации, а также адекватному выбору средств для оптимизации этого процесса.
Результаты исследования жизнеспособности остеогенных клеток в костных осколках, образовавшихся при огнестрельном переломе, их пролиферации, диффе-ренцировки и специализированной функции показали, что остеобласты костных фрагментов являются дополнительным источником продукции фубоволокнистой костной ткани, которая входит в состав общего костного регенерата. Резорбирую-щиеся осколки проявляют свойства деминерализованного костного матрикса, индуцирующего регенерационный остеогистогенез.
На основании обобщения данных экспериментов, гистологического анализа биопсийного материала, полученного от раненых с огнестрельными переломами, наблюдений клиницистов создана оригинальная профамма хирургической обработки огнестрельной костной раны. В процессе медицинской реабилитации раненых с огнестрельными переломами длинных трубчатых костей достигнуто увеличение частоты сращения переломов на 28.2%, полного анатомо-функционального восстановления поврежденных сегментов у пострадавших на 39.4%, снижение показателей огнестрельного остеомиелита на 14.6%.
Результаты работы целесообразно учитывать в преподавании разделов гистологии костных тканей, органов опорно-двигательного аппарата в соответствующи) курсах учебных заведений медицинского и биологического профилей.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. В регенерационном остеогистогенезе основным клеточным дифферонол является остеобластический, включающий такие элементы с остеогенной детерми нацией как преостеобласты, различной степени дифференцировки остеобласты і остеоциты.
В условиях заживления костного перелома периваскулярные клетки, сопровождающие растущие кровеносные сосуды и обладающие высокой пролифератив-ной активностью, реализуют свои цитогенетические потенции путем дивергентной дифференцировки, давая начало фибробластическому, остеобластическому и хондробластическому клеточным дифферонам. Последние формируют волокнистую соединительную, костную и гиалинозую хрящевую ткани в составе регенерата.
2. Восстановление костной ткани сопровождается репаративным десмогене-
зом и хондрогенезом, а также энхондральным остеогистогенезом, выраженность
этих процессов связана с характером и тяжестью травмы. Регенерационный
остеогистогенез при тяжелых травмах и обширных дефектах, примером которых
является огнестрельный перелом кости, проходит в условиях, не способствующих
полной реализации потенций элементов остеобластического дифферона и
дефицита последних.
В заживлении костной раны участвуют волокнистая соединительная и хрящевая ткани, являющиеся эволюционно более древними, чем костная. С филогенетических позиций репаративный хондро- и десмогенез при заживлении костного перелома оцениваются как регенерационные гистогенетические рекапитуляции.
-
Сохранившие жизнеспособность остеогенные клетки костных осколков не утрачивают способность к синтезу ДНК, делению, дифференцировке и специализации. Продуцируемая остеобластами осколков грубоволокнистая костная ткань является составной частью костного регенерата. Осколки инкорпорированы в тканевый регенерат, проявляют при этом свойства аутотрансплантата или органной культуры пссттравматического происхождения. Резорбирующиеся и подвергающиеся деминерализации осколки рассматриваются как костный матрикс, индуцирующий остеогистогенез. Регенерационный эндоссальнкй остеогенез обеспечивает в осколках и отломках замещение поврежденных остеонов новыми гаверсовыми системами.
-
Динамика пролиферативной активности тканевых клеточных элементов, степень выраженности внутридифферснной и междифферонной клеточной гетеро-морфии, количественные показатели тканевого спектра регенерата, характеристика межклеточного вещества новообразованной костной ткани, отломкоа и осколков по содержанию суммарных белков, минеральных компонентов, поляризационным свойствам позволяют объективно диагностировать фазу и состояние регенераторного процесса, прогнозировать его исход, обоснованно проводить выбор средств для его оптимизации.
-
Использованные в работе препараты ЭБФ-5, тафцин и даларпин оказали оптимизирующее влияние на заживление костных переломов, их действие существенно не сказалось на скорости этого процесса. Применение тафцина способствовало преобладанию в регенерате костной ткани; использование ЭБФ-5 отразилось на морфофункциональном состоянии клеток хондробластического дифферона и объеме в регенерате хрящевой ткани; даларпин способствовал адаптационно-компенсаторным реахциям, проявляющимся в регуляции кровоснабжения зоны перелома, что создавало благоприятные условия для регенерэционного остео-гистогенеза.
6. Гистологические и ультраструктурные основы формирования регенерата после огнестрельных переломов трубчатых костей у человека согласуются с общими закономерными процессами регенерации костной ткани, выявленными в эксперименте с огнестрельной травмой. Полученные результаты по гистологии заживления огнестрельных переломов длинных трубчатых костей в эксперименте, роли осколков в регенерационном остеогистогенезе явились теоретическим обоснованием разработки сберегательной методики хирургической обработки костных ран и новых лечебных мероприятий при оказании помощи раненым.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на научной конференции ВМедА (Л., 1985); на научных совещаниях по фундаментальным и прикладным проблемам гистологии, проведенных в ВМедА совместно со Всесоюзным, Всероссийским и Ленинфадским научными обществами АГЭ (Л., 1986; 1987; 1990; СПб., 1992; 1993; 1995); конференции морфологов "Эпителий и соединительная ткань в нормальных, экспериментальных и патологических условиях" (Тюмень, 1988); I республиканской конференции "Управление морфогенезом тканей и органов в процессе адаптации" (Иркутск, 1989); Всесоюзной научной конференции "Огнестрельная рана и раневая инфекция" (Л., 1991); научно-практической конференции "Специализированная медицинская помощь при боевой патологии" (М., 1991); Всероссийских конференциях "Влияние антропогенных факторов на структурные преобразования клеток, тканей и органов человека и животных" (Саратов, 1993; Волгофад, 1995); Российской научной конференции "Антигипоксан-ты и актопротекторы" (СПб., 1994); II Всероссийском съезде АГЭ (М., 1988); XI съезде АГЭ РФ (Тюмень, 1994); Международном симпозиуме "Проблемы саноген-ного и патогенного эффектов экологических воздействий на внутреннюю среду организма" (Чолпон-Ата, 1993); 6 съезде травматологов-ортопедов СНГ (Ярославль, 1993); Санкт-Петербургском научном обществе травматологов-ортопедов (1991; 1994); хирургическом обществе Пирогова (СПб., 1992); диссертация в цепом апробирована на совместном заседании кафедры гистологии и эмбриологии с кафедрами нормальной анатомии, патологической анатомии, военной травматологии и ортопедии и НИЛ-12 Военно-медицинской академии в 1995 году.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 работ, получены удостоверения на 2 рационализаторских предложения, зарегистрирована заявка на изобретение (патент РФ N 94027755 от 20.07.94 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, 4-х глав результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы, представлена в одном томе объемом 332 страницы (текст диссертации -182 стр.).