CC BY
98
№ 2 - 2014 г.
14.00.00 медицинские и фармацевтические науки УДК 611-018.4-003.93:615.281
РЕГЕНЕРАЦИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ НА ФОНЕ МЕСТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ХИТОЗАНА
Р. К. Арзыматов1, А. А. Бейсембаев1, П. А. Елясин2
1Кыргызско-Российский Славянский университет (г. Бишкек, Кыргызстан) 2ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава
России (г. Новосибирск, Россия)
В статье представлены результаты исследования влияния хитозана на стимуляцию репаративного остеогенеза в эксперименте. Показано, что при местном применении хитозанового геля наблюдалась оптимизация репаративного остеогенеза после перелома большеберцовой кости крыс, ускорение сроков образования и созревания костной мозоли.
Ключевые слова: хитозан, регенерация, остеогенез.
Арзыматов Руслан Кемелович — ассистент кафедры анатомии человека, оперативной хирургии и топографической анатомии Кыргызско-Российского Славянского университета, г. Бишкек, Кыргызстан, рабочий телефон: (996-312) 63-54-06, e-mail: [email protected]
Бейсембаев Анвар Акулкеримович — кандидат медицинских наук, доцент кафедры анатомии человека, оперативной хирургии и топографической анатомии Кыргызско-Российского Славянского университета, г. Бишкек, Кыргызстан, рабочий телефон: (996-312) 63-54-06, e-mail: [email protected]
Елясин Павел Александрович — кандидат медицинских наук, доцент кафедры анатомии человека ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», рабочий телефон: 8 (383) 225-15-24, e-mail: [email protected]
Актуальность. Лечение больных с повреждениями опорно-двигательной системы занимает одно из наиболее важных мест среди нерешенных проблем современной травматологии. Особенно сложно решается этот вопрос при переломах длинных костей, которые характеризуются увеличенной зоной травматизации мягких тканей с нарушением микроциркуляции, развитием стойкого отека и сниженной жизнеспособностью тканей [1, 6].
Уровень репаративной регенерации костной ткани во многом зависит от степени травматизации тканей в области перелома: чем больше повреждены источники костеобразования, тем медленнее протекает процесс образования костной мозоли.
Учитывая последнее обстоятельство, при лечении пострадавших с переломами предпочтительны методы, не связанные с нанесением дополнительной травмы в области перелома, а оперативные вмешательства не должны быть травматичными [2, 3, 5].
В связи с вышеизложенным целью нашей работы явилось изучение морфологии костной ткани на фоне применения хитозана.
Материал и методы исследования. Экспериментальная часть работы выполнена на 90 белых беспородных половозрелых лабораторных крысах-самцах, весом 180-200 г. Животные получали режимное, сбалансированное по белкам и углеводам питание, при свободном доступе к воде. Все животные были разделены на три группы: I группа — интактные животные (10 крыс), II группа — контрольная, животным моделировался перелом голени, и заживление происходило без применения каких-либо препаратов (40 крыс), и III группа — опытная, животные с экспериментальным переломом голени, которым проводили аппликации хитозана по всей поверхности голени по 0,2 мл 3 раза в сутки, ежедневно, в течение 15-ти дней (40 крыс).
Закрытый перелом голени моделировали в асептических условиях экспериментальной операционной путем остеотомии на уровне средней трети диафиза большеберцовой кости слева, а малоберцовая кость служила естественной шиной. На 3, 7, 15 и 30-е сутки после травмы животных забивали декапитацией в условиях общего эфирного наркоза. Объектом исследования служил регенерат большеберцовой кости крыс и прилежащие участки костной ткани. Продольные и поперечные срезы после соответствующей обработки окрашивали гематоксилином и эозином, пикрофуксином по Ван-Гизон.
Иммунологическое обследование включало определение в крови Т- и В-лимфоцитов.
Результаты исследования и их обсуждение. При посттравматической регенерации трубчатой кости в контрольной группе в мягких тканях, окружающих кость в зоне травмы, воспалительные процессы наблюдались на 3, 7 и 15-е сутки. Между мышечными волокнами и в соединительной ткани была хорошо видна лимфоцитарная инфильтрация, отек и активация всех клеток и особенно фибробластов в соединительной ткани. При этом в группе с применением хитозанового геля наблюдалось стихание воспалительной реакции уже к 15-му дню опыта.
В межотломковой зоне на 3-и сутки в контрольной группе выявлялась гематома с клеточным инфильтратом. Костные отломки имели неровные края с пустыми костными лакунами. Отмечалась гибель части клеток костного мозга, появление небольших очагов кровоизлияний в костномозговом канале и окружающих кость мягких тканях. Похожая картина наблюдалась и в группе с применением хитозанового геля, но к 3-м суткам в гематоме обнаруживались клетки, похожие на остеобласты, расположенные вдоль зоны травмы и прилежащими к свободному краю костных отломков. На отдельных микропрепаратах уже на этот срок формировались примитивные костные балки.
На 7-е сутки, как и в предыдущий срок наблюдения в контрольной и опытной группах, волокнистый слой периоста был разрыхлён и сливался с соединительной тканью параоста. Чёткая граница между ними появлялась к 15-30-м суткам, когда стали хорошо различимы наружный и внутренний слои (рис. 1).
Рис. 1. Динамика изменений толщины периоста
На 7-е сутки применения хитозанового геля на гистопрепаратах стали видны интенсивно формирующиеся мелкопетлистые остеоидные балочки, чередующиеся с грануляционной тканью, кровеносными сосудами и остеогенными клетками. Периостальная костная мозоль состояла из грубоволокнистой костной ткани. Щель между отломками заполнена фиброретикулярной тканью. В контрольной группе отмечены нарушения репаративного остеогенеза.
На 15-е сутки исследования на микропрепаратах контрольной группы осталась лимфоцитарная инфильтрация мышечной ткани и параоста, менее выраженная в опытной группе. В периосте уже более чётко прослеживался волокнистый слой с расположенным под ним остеогенным слоем, а ниже — остеоидные трабекулы с промежутками, заполненными грануляционной тканью. В компактное вещество со стороны пери-и эндоста из межбалочных пространств прорастала грануляционная ткань, разрушая его.
В группе с применением хитозанового геля на 15-е сутки выявлялась густая сеть костных балок пери- и эндостальной мозолей, имеющих более крупные размеры по сравнению с недельным сроком и контрольной группой животных, располагающихся в различных направлениях и находящихся на небольшом расстоянии друг от друга, что указывает на образование ими плотной сети. Поверхность всех трабекул является активно формирующейся, а области резобции встречаются редко. На границе с переломом формируется жировой костный мозг.
На 30-е сутки эксперимента в обеих группах в тканях параоста отмечено стихание воспалительного процесса: между мышечными волокнами и из соединительной ткани исчезли лимфоциты, фибробласты уменьшились в размерах. В половине наблюдений у животных контрольной группы развилась грубая костно-хрящевая периостальная мозоль без образования интермедиарной мозоли.
В группе с применением хитозанового геля костная мозоль построена преимущественно из пластинчатой костной ткани с небольшими прослойками грубоволокнистой кости. Контуры концов отломков были мало различимы вследствие отложения на их поверхности новой пластинчатой костной ткани с базофильно окрашивающимися ядрами остеоцитов. Отмечено начало формирования интермедиарной мозоли.
Пожалуй, одним из самых решающих условий в процессе репаративной регенерации костной ткани является кровоснабжение зоны травмы и тип местного тканевого метаболизма, обусловленного оксигенацией тканей, что, впрочем, характерно и для многих других тканей. Для начальной стадии сращения перелома необходим период
«гиперваскуляризации», ибо остеобласты, обладающие высоким энергетическим обменом, могут выполнять свою функцию только при достаточном развитии капиллярной сети [4].
Рис. 2. Диаметр сосудов периоста
Практически все сосуды костной ткани на 3, 7 и 15-е сутки были расширены по сравнению с костной тканью интактных животных. Но в то же время их диаметры волнообразно менялись (рис. 2). Так сосуды периоста, Гаверсовых каналов в обеих группах эксперимента максимально расширены к 7-м суткам, сосуды костномозгового канала — к 30-м в контрольной группе и к 15-м в опытной группе. Необходимо отметить, что диаметр сосудов периоста в контрольной группе, уменьшаясь к 15-м суткам, вновь увеличивался к 30-м суткам. Сосуды Гаверсовых каналов были расширены на все сроки наблюдения, а к 30-м суткам достигали значений группы интактных животных (рис. 3).
Диаметр сосудов костномозговых каналов в контрольной группе, постепенно увеличиваясь на 3-и, 7-е сутки, к последующим срокам опыта максимально превышал контрольный уровень. Это, по-видимому, связано с улучшением питания остеобластов на эти сроки.
Рис. 3. Диаметр сосудов Гаверсовых каналов
Иммунологическое обследование включало определение в крови Т- и В- лимфоцитов. У крыс с переломом голени и с применением хитозанового геля снижение Т-клеточного звена иммунитета происходит на протяжении всего срока наблюдений. Тем не менее, в группе животных с местностимулирующей терапией количество Т-лимфоцитов на 7-е и 30-е сутки незначительно, но достоверно превышало показатели сравниваемой группы.
Показатели В-лимфоцитов у подопытных крыс обоих групп меньше в сравнении с интактными животными во все сроки исследования, но к 30-м суткам в группе с применением хитозанового геля достоверно ближе к значениям интактного контроля.
Выводы. Местностимулирующее действие хитозанового геля в эксперименте приводило к оптимизации процессов репаративного остеогенеза, что проявлялось купированием к 15-м суткам воспалительной реакции параоста и формированием преимущественно пластинчатого костного регенерата.
Таким образом, при местном применении хитозанового геля наблюдалась оптимизация репаративного остеогенеза после перелома большеберцовой кости крыс и ускорение сроков образования и созревания костной мозоли, по сравнению с контрольной группой.
Список литературы
1. Перспективы нанотехнологий в решении актуальных проблем военно-полевой хирургии / В. В. Бояринцев, С. В. Полковов, Р. С. Баширов [и др.] // Воен.-мед. журн.
- 2009. - № 5. - С. 33-36.
2. Гулюк А. Г. Взаимосвязь маркеров остеогенеза и процессов посттравматической регенерации альвеолярной кости у крыс / А. Г. Гулюк, Е. В. Желнин // Фундаментальные исследования. — 2013. — № 7 (ч. 3). — С. 534-539.
3. Дьячкова Г. В. Особенности перестройки костной ткани и состояние мышц при переломах дистального отдела бедренной кости, проксимального отдела большеберцовой кости / Г. В. Дьячкова, Р. В. Степанов, Л. В.Суходолова // Врач-аспирант. — 2007. — Т. 3, № 18. — С. 213-218.
4. Павлова Л. А. Современное представление об остеоиндуктивных механизмах регенерации костной ткани : обзор состояния проблемы / Л. А. Павлова, Т. В. Павлова,
A. В. Нестеров // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия : Медицина. Фармация. — 2010. — Т. 10, № 10. — С. 5-11.
5. Хирургическое лечение переломов мыщелков большеберцовой кости / В. М. Шаповалов,
B. В. Хоминец, О. В. Рикун, Р. В. Гладков // Травматология и ортопедия России. — 2011.
— Т. 59, № 1. — С. 53-60.
6. Encyclopedia of Surgery Bone Grafting [Electronic resource]. — URL : http://www.surgeryencyclopedia.com/A-Ce/Bone-Grafting.html (date of access : 02.02.2009).
OSTEANAGENESIS AGAINST ^H^SAN
LOCAL APPLICATION
R. K. Arzymatov1, А. А. Beysembayev', P. А. Elyasin2
1Kyrgyz-Russian Slavic University (Bishkek, Republic of Kyrgyzstan) 2SBEIHPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health» (Novosibirsk c.,
Russia)
Results of research of chitosan influence on stimulation of reparative osteogenesis in experiment are presented in article. It is shown that optimization of reparative osteogenesis after fracture of tibial bone of rats, acceleration of terms of development and maturing of osteal callositas was observed at local use of chitosan gel.
Keywords: chitosan, neogenesis, osteogenesis.
About authors:
Arzymatov Ruslan Kemelovich — assistant of human anatomy, operational surgery and topographical anatomy chair at Kyrgyz-Russian Slavic University the Republic of Kyrgyzstan, office phone: (996-312) 63-54-06, e-mail: [email protected]
Beysembayev Anvar Akulkerimovich — candidate of medical science, assistant professor of human anatomy, operational surgery and topographical anatomy chair at Kyrgyz-Russian Slavic University the Republic of Kyrgyzstan, office phone: (996-312) 63-54-06, e-mail: [email protected]
Elyasin Pavel Aleksandrovich — candidate of medical science, assistant professor of human anatomy chair at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», contact phone: 8 (383) 215-15-24, e-mail: [email protected]
List of the Literature:
1. Prospects of nanotechnologies in solution of actual problems field medical surgery / V. V. Boyarintsev, S. V. Polkovov, R. S. Bashirov [etc.] // Army medical journal. — 2009. — № 5.
— P. 33-36.
2. Gulyuk A. G. Interrelation of markers of osteogenesis and processes of posttraumatic neogenesis of alveolar bone at rats / A. G. Gulyuk, E. V. Zhelnin // Basic researches. — 2013.
— № 7 (p. 3). — P. 534-539.
3. Dyachkova G. V. Features of reorganization of osteal tissue and state of muscles at fractures of distal department of femur, proximal department of tibial bone / G. V. Dyachkova,
R. V. Stepanov, L. V. Sukhodolova // Doctor the graduate student. — 2007. — V. 3, № 18.
— P. 213-218.
4. Pavlova L. A. Modern idea of osteoinductive mechanisms of osteanagenesis: review of the issue / L. A. Pavlova, T. V. Pavlov, A. V. Nesterov // Scientific bulletin of the Belgorod state university. Series: Medicine. Pharmaceutics. — 2010. — V. 10, № 10. — P. 5-11.
5. Surgical treatment of fractures of condyles of tibial bone / V. M. Shapovalov, V. V. Hominets, O. V. Rikun, R. V. Gladkov // Traumatology and orthopedics of Russia. — 2011. — V. 59, № 1.
— P. 53-60.
6. Encyclopedia of Surgery Bone Grafting [Electronic resource]. — URL :
http://www.surgeryencyclopedia.com/A-Ce/Bone-Grafting.html (date of access : 02.02.2009).
