CC BY
50
УДК 611.718.4-092.4
П.Ф. Переслыцких
РЕАКЦИЯ ТКАНЕЙ РАСТУЩИХ ЭПИФИЗОВ АЦЕТАБУЛЯРНОЙ ВПАДИНЫ И БЕДРЕННОЙ КОСТИ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
Научный центр реконструктивной и восстановительной хирургии СО РАМН (Иркутск)
Цель исследования — изучить реакцию растущего хряща на действие вибрации. Работа выполнена на 24 хомячках в возрасте 15 дней. Ежедневно им. в течение 5—30 дней проводили сеансы, механических колебаний по 1,5—5 мин с частотой l0o Гц, амплитудой 0,2 мм. и давлением, вибратора на латеральную поверхность верхнего конца бедренной и края нижнего конца подвздошной, костей силой до 0,5 кг. Найдено, что разнообразие параметров вибрации, экспозиции и. силы, давления на кости может, положительно или. отрицательно влиять на их развитие. Это выражается, в их удлинении за счёт, более активного роста хряща и. замедлении, формирования костного ядра. Активизация, роста хряща связана в основном, с пролиферацией, клеток дистальной столбчатой, зоны.. Указанные изменения наблюдаются, при. экспозиции вибрации в 1,5 и. 2,2—5 мин. Увеличение веса вибратора ведёт, к более глубокому расположению головки в ацетабулярной впадине. Ключевые слова: кость, вибрация, хондрогенез, остеогенез
RESPOND OF TISSUES OF GROWING EPIPHYSIS OF ACETABULAR CAVITY AND THIGH-BONE ON THE INFLUENCE OF MECHANIC VIBRATION
P.F. Pereslytskikh
Scientific Center of Reconstructive and Restorative Surgery SB RAMS, Irkutsk
The aim. of the research was to study response of growing cartilage on the vibration's effect. The experiment is realized, in 24 hamsters in the age of 15 days. Every day during 5—30 days they underwent sessions of mechanic vibrations of 1,5—5 minutes, with frequency 100 Hz, amplitude 0,2 mm. and pressure of vibrator on lateral surface of superior end of thigh-bone and. edge of inferior end. of huckle-bone with weight up to 0,5 kg. It was found, that variety of vibration's parameters, exposure and. force of pressure on the bones can influence in the positive or in the negative on their development. It is expressed, in their lengthening due to more active cartilage growth, and. slowing down of forming of bone core. Activation, of cartilage growth is mainly connected, with proliferation of cells of distal columnar zone. This changes are observed at the vibration exposure 1,5 and. 2,2—5 minutes. Increase of weight of vibrator leads deeper position of head in acetabular cavity. Key words: bone, vibration, chondrogenesis, osteogenesis
Известно, что вибрация как один из приёмов массажа способствует улучшению кровообращения и активизации репаративных процессов в тканях. В то же время эти явления для своей реализации требуют больших затрат механической и биохимической энергии в единицу времени, оптимальная поставка которой связана с определёнными параметрами механических колебаний, которые должны быть отрегулированы в зависимости от степени роста и развития костей, их участия в осуществлении того или иного объёма движений, от количества сеансов вибрации, частоты механических колебаний, их амплитуды, экспозиции и т.д.
Всё это требует более детального изучения характеристик данного вида массажа при использовании направленных механических колебаний для активизации биологических процессов. Исходя из изложенного, следует учитывать, что при частоте механических колебаний 1 — 100 Гц у человека не отмечено развития патологических изменений в тканях органов [2, 3]. Однако в работах некоторых авторов высказывается иногда и противоположное мнение по поводу использования ряда параметров частоты вибрации, которые отрицательно влияют на сосудистые и нервные окончания, начиная с 35 Гц [1, 4, 5] и даже после 5 Гц [6]. Это вызывает необходимость повторных исследований влияния
некоторых параметров механических колебаний на указанные элементы тканей в зоне костей, и логично начать изучение реакции тканей с наиболее высокой частоты вибрации из её допустимых параметров, например, 100 Гц, амплитуды колебаний 0,2 мм и давления массы вибратора 0,5 кг на ткани в зоне тазобедренного сустава, и определить при этом изменения в развитии хрящевой и костной тканей эпифизов костей этого сустава у растущих золотистых хомячков.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для проведения экспериментов было использовано 24 золотистых хомячка в возрасте 15 дней после рождения. Они составили 3 серии опытов по 12, 6 и 6 особей в каждой серии. При этом в 1-й серии опытов для изучения влияния вибрации частотой 100 Гц, амплитудой 0,2 мм изучалась реакция внутрикостных сосудов при приложении рабочего конца вибратора диаметром 9 мм и массой 0,075 кг к латеральной поверхности бедренной кости в проекции проксимальной ростковой пластинки и части диафиза в зависимости от длительности экспозиции. При этом длинная ось вибратора располагалась под углом 90° к длинной оси бедра. Таким образом, действие механических колебаний передавалось на поверхность бедренной кости через тонкий слой
кожи при давлении на неё только массы вибратора. При этом данная серия опытов была разделена на 2 группы по 6 особей в каждой. У 6 особей вибрация выполнялась ежедневно по 1,5 мин, у 6 — от 2,2 до 5 мин в течение 5 — 30 дней, что позволяло проследить влияние длительности сеансов на развитие внутри-костных сосудов и костных ядер в проксимальных и дистальных эпифизах бедренных костей и сравнить их состояние с таковым в контрлатеральных одноименных костях задних конечностей.
Во 2-й серии опытов на 6 хомячках в возрасте 15 дней после рождения изучалось развитие хряща крыши впадины при действии вибрации, направленной с латеральной поверхности проксимального конца бедренной кости и действующей в течение 2 мин так, чтобы сила давления от вибратора и закрепленного на нем груза массой 0,425 кг совпадала с прохождением вдоль длинной оси шейки бедра и приходилась на суставную поверхность головки бедра. Таким образом, вес вибратора и закрепленного на нем груза воздействовали на хрящевую головку бедренной кости, и в условиях их действия, сопровождаемого вибрацией, можно было оценить состояние хряща впадины, охватывающего головку бедра.
В 3-й серии опытов проводилось наблюдение за развитием хряща впадины и головки бедра в условиях давления веса вибратора и закрепленного на нем груза массой 0,425 кг в течение 2 мин вибрации, при этом рабочий конец вибратора был представлен тонкой дугообразной пластинкой длиной 1 см,
окаймляющей поверхность подвздошной кости в зоне верхней части латеральной поверхности дис-тальной пластинки роста. Длинная ось вибратора и его металлической пластинки располагается под углом 45° к длинной оси подвздошной кости, что позволяет воздействовать на ткани дистального конца подвздошной кости и изучать их реакцию на действие вибрации.
Эксперименты выполнены в соответствии с правилами гуманного обращения с животными, регламентированные «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу Министерства здравоохранения СССР № 755 от 12.08.1977 г.).
Все манипуляции на животных проведены под общим обезболиванием раствором кетамина, введенного внутрибрюшинно, в количестве 0,25 мг.
После проведения опытов в заданные сроки осуществлялась эвтаназия животных парами эфира. Затем выполнялось вычленение костей тазового пояса и помещение их на 7 дней в 10% раствор нейтрального формалина. Далее осуществляли их декальцинацию, обезвоживание и заливку в целлоидин с дальнейшим изготовлением продольных срезов костей, окраской их гематоксилином и эозином и заключением в канадский бальзам. Изучение срезов осуществляли с помощью светового микроскопа, содержащего микронасадку для измерения элементов бедренных костей.
ш о н .0 с о Возраст животных (дни) Кол-во сеансов вибрации г 1 ё! 3 * Длина бедренных костей Толщина проксимальных ростковых пластинок Толщина дистальных ростковых пластинок Диаметр сосудистой сети бедренных головок Площадь костных ядер головок
а Ф о О! г »£ Ё & ц ю ^ ш опыт. контр. опыт. контр. опыт. контр. опыт. контр. опыт. контр.
20 5 1,5 14,5 14,5 0,50 0,30 0,90 0,70 - - - -
25 10 1,5 15,0 15,0 0,90 0,60 0,40 0,25 0,2 0,6 - -
30 15 1,5 20,0 19,0 0,25 0,20 0,42 0,275 - - 0,45 0,63
35 20 1,5 20,5 19,0 0,22 0,20 0,50 0,40 - - 1,6 1,80
40 25 1,5 21,0 20,0 0,20 0,15 0,45 0,40 - - 1,64 1,96
1 45 30 1,5 22,0 20,0 0,15 0,15 0,50 0,40 - - 3,92 4,65
20 5 3,0 14,0 14,0 0,50 0,20 0,90 0,70 - - - -
25 10 2,2 17,0 16,5 0,45 0,30 0,60 0,40 0,7 0,8 - -
30 15 2,7 21,0 20,0 0,35 0,20 0,50 0,35 - - 1,55 1,92
35 20 3,0 20,0 20,0 0,20 0,15 0,42 0,40 - - 2,86 3,25
40 25 3,3 20,5 20,0 0,15 0,12 0,45 0,30 - - 2,50 2,90
45 30 3,4 22,0 21,0 0,15 0,11 0,60 0,30 - - 2,12 2,25
2 30 40 2,0 21,0 20,0 0,20 0,15 0,33 0,28 - - 1,52 2,84
35 50 2,0 22,0 21,0 0,15 0,13 0,30 0,26 - - 1,31 2,93
3 30 40 2,0 19,5 19,5 0,18 0,16 0,27 0,22 - - 1,24 2,72
35 50 2,0 20,5 20,5 0,16 0,12 0,26 0,21 - - 1,12 2,80
Таблица 1
Размеры бедренных костей хомячков (мм), подвергнутых вибрации правого тазобедренного сустава
РЕЗУЛЬТАТЫ МОРФОЛОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
Данные о состоянии бедренных костей отражены в таблице 1. Анализ гистологических срезов 1-й серии опытов выявил не только удлинение опытных бедренных костей от 0,5 до 2 мм и увеличение толщины их ростковых пластинок от 20 до 200 мкм, но и уменьшение площади костных ядер опытных головок бедер в сравнении с контрлатеральными одноименными костями. При этом следует отметить, что во 2-й группе данной серии опытов длительность вибрации двух первых сеансов составила 5 мин, затем длительность сеансов варьировала от 1,5 до 4 мин. Для определения средней длительности сеанса вибрации подсчитывали общее время вибрации, и оно делилось на количество сеансов у того или иного хомячка, что отмечено в таблице 1.
Особенностью развития костей тазового пояса во 2-й серии опытов стали изменения в соотношении между высотой головки бедра и крыши впадины. Если в контрольных костях хрящевой край впадины не доходил до основания головки на 300 — 400 мкм, то при действии вибрации на головку бедра через большой вертел и шейку это расстояние сокращается на 100 — 200 мкм, а также определяется уменьшение площади костных ядер опытных головок бедер.
При вибрации подвздошных костей на расстоянии до 0,7 мм вверх от щели тазобедренного сустава, основания головки и лимба могут располагаться в одной горизонтальной плоскости (3-я серия опытов). При этом может наблюдаться недостаточное развитие костного ядра опытной головки бедра.
ОБСУЖДЕНИЕ
Исходя из морфологической картины проведенных опытов на золотистых хомячках с учётом продолжительности вибрации на концах костей в зоне тазобедренного сустава в течение 1,5 — 5 мин, при частоте механических колебаний 10 Гц, амплитуде 0,2 мм и силе давления до 0,5 кг можно говорить о том, что данные параметры вибрации оказывают как положительное, так и отрицательное влияние на растущий хрящ длинных костей. Воздействие вибрации на кожу тазобедренного сустава в течение 1,5 — 2 мин не вызывает раздражения у 15-дневных хомячков. При экспозиции от 2 до 4 мин животные начинают беспокоиться и поджимают под себя опытную ногу. После 4-й мин воздействия вибрации хомячков требуется слегка фиксировать в ладони пальцами. Исходя из поведения животных, можно сделать вывод о том, что комфортный период действия частоты механических колебаний в 100 Гц составляет около 2 мин.
Анализ гистологических срезов при действии вышеуказанных параметров вибрации позволил выявить реакцию растущего хряща в виде повышения пролиферативной активности клеток столбчатой зоны, увеличения толщины пузырчатой зоны и более глубокое проникновение гипертрофированных хондроцитов между костными балками диафиза, особенно в зоне дистальной ростковой пластинки (рис. 1—4). При этом наблюдается удлинение опыт-
ной бедренной кости на 0,5 — 2 мм в течение 30 дней использования механических колебаний. Наряду с этим отмечено менее активное формирование костной ткани в ядрах эпифизов и более выраженной толщины суставного хряща в опытных головках бедра. В то же время в дистальных концах опытных бедренных костей отмечено активное утолщение ростковой пластинки и высоты эпифиза. При этом указанные явления хондро- и остеогенеза были выражены одинаково при длительности вибрации в течение 1,5 и 2 — 5 мин. Исходя из этого был сделан вывод о том, что для более активного влияния на головку бедра с целью внедрения её в полость ацетабулярной впадины, например, после вывиха бедра, необходимо увеличение давления на неё через шейку и большой вертел за счёт массы вибратора, увеличив её до 0,5 кг при продолжительности вибрации до 2 мин.
Рис. 1. Опытная головка бедра. Срок опыта - 19 дней, частота колебаний 5 Гц. Стрелка указывает на сосудистое образование. Окраска гематоксилин-эозином. Ув. х 4.
Рис. 2. Контрольная головка бедра. Срок опыта - 19 дней. Сосудистых образований нет. Окраска гематоксилин-эозином. Ув. х 4.
При изучении срезов препаратов тазобедренных суставов после увеличения массы вибратора до 0,5 кг отмечено, что вершина головки бедра стала глубже лежать относительно края впадины, то есть основание головки стало располагаться в одной горизонтальной плоскости с основанием лимба. Это говорит об активности образования хряща дистального эпифиза подвздошной кости под влиянием вибрации, способствующей усилению давления головки бедра на хрящевой эпифиз. Одновременно с этим отмечена деформация поверхности головки за счёт образования микроямок и микровыступов.
Рис. 3. Опытная головка бедра. Срок опыта - 20 дней, частота колебаний - 10 Гц. Стрелка указывает на сосудистое образование. Окраска гематоксилин-эозином. Ув. х 4.
Рис. 4. Контрольная головка бедра. Срок опыта - 20 дней. Сосудистых образований нет. Окраска гематоксилин-эозином. Ув. х 4.
При воздействии вибрации на дистальный латеральный край правой подвздошной кости в течение
15 дней выявлен более активный рост хрящевой ткани эпифиза, что обусловило более глубокое расположение головки бедра ацетабулярной впадине.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, проведенные эксперименты по изучению реакции растущего хряща костей тазового пояса золотистых хомячков позволили установить как активизацию, так и угнетение развития хрящевой и костной ткани под влиянием механических колебаний частотой 100 Гц. При этом выраженность реакции, по-видимому, в большей степени связана с зависимостью между морфогенезом тканей и параметрами вибрации. Использование вибрации приводит к удлинению кости, а увеличение массы вибратора способствует более глубокому расположению головки бедра в ацетабулярной впадине за счёт разрастания её стенки, край которой может располагаться в одной горизонтальной плоскости с основанием головки бедренной кости. Исходя из известных данных по изучению влияния параметров частоты механических колебаний на биологические ткани [1—6] и данных выполненной работы, частоту колебаний 100 Гц можно условно использовать как разделительный показатель для оценки изменений роста хрящевой и костной тканей в период развития костей с учётом при этой частоте амплитуды и силы давления массы вибратора, а также длительности их воздействия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вибротравма. Малая медицинская энциклопедия. — М.: Изд-во «Советская энциклопедия», 1966. - Т. 2. - С. 239-240.
2. Вибротравма. Большая медицинская энциклопедия. — М.: Изд-во «Советская энциклопедия», 1976. - Т. 4. - С. 540.
3. Кисленко А.К., Веретенников П.Д., Архила-ев М.А. Влияние акустических факторов трудового процесса на организм работника // Вестник Алтайского гос. аграр. ун-та. - 2007. - № 7 (33). -С. 54-58.
4. Орлов Е.В., Фёдоров С.М., Селинский Г.Д. и др. Синдром воздействия на кожу высокочастотной вибрации и звукового поля // Вестник дерматологии и венерологии. - 1988. - № 14. - С. 27-28.
5. Сухаревская Т.М., Ефремов А.В., Непомнящих Г.И. и др. Микроангио- и висцеропатии при вибрационной болезни. - Новосибирск, 2000. -238 с.
6. Kurozawa Y., Nasu Y. Current perception thresholds in vibration-induced neuropathy // Arch. Environ. Health. - 2001. - Vol. 56, N 3. - P. 254256.
Сведения об авторе
ПереслыцкихПетр Федорович - доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник лаборатории патоморфологии Научного центра реконструктивной и восстановительной хирургии СО РАМН (664003, г. Иркутск, ул. Борцов Революции, 1; тел.: 8 (3952) 29-03-69)
