Рефераты по медицине
Влияние низкочастотных акустических колебаний на остеорепарацию длинных трубчатых костей при комбинированных радиационно-механических поражениях

Скачать реферат [168 Кб]   Информация о работе

Оглавление

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Особенности репаративной регенерации костной ткани после изолированного перелома кости

1.2 Способы оптимизации остеорепарации

1.3 Особенности репаративной регенерации костной ткани при комбинированных радиационно-механических поражениях

1.4 Способы и особенности лечения переломов кости при комбинированных радиационно-механических поражениях

Глава 2. Методы и материалы

Глава 3. Результаты экспериментального исследования

Выводы

Практические рекомендации

Список литературы

Введение

Проблема стимуляции репаративного остеогистогенеза в травматологии мирного и военного времени является весьма актуальной вследствие массовой распространенности травматизма, протекающего с поражением опорно-двигательного аппарата. В случае вооруженного конфликта с применением ядерного оружия и авариях на предприятиях с атомными энергетическими установками медицинской службе придется оказывать помощь пораженным с комбинированными радиационно-механическими поражениями (КРМП). Изучение этих поражений, отличающихся сложным патогенезом, особой тяжестью клинического течения и исходов, представляется весьма актуальной задачей практической медицины. По данным отчетов о последствиях ядерных взрывов в Японии, в зоне несмертельных поражений механические травмы практически в 100% случаев наносились вторичными снарядами или были обусловлены отбрасыванием людей взрывной волной. Закрытые переломы встречались чаще, чем открытые [4], в связи с чем проблема полноценной консолидации переломов приобрела особое значение. Несмотря на тщательное выполнение всех основных требований современного хирургического и консервативного лечения, иногда переломы костей скелета не срастаются, и тогда причины неудач приходится искать в особенностях репаративных возможностей организма, изыскивать новые пути стимуляции этих сложных процессов [30]. Информация об эффективности применения различных видов стимуляции остеорепарации при лечении переломов костей весьма противоречива. В качестве возможных способов влияния на процессы остеорепарации рассматривают применение низкочастотных акустических колебаний (НАК). Это и послужило основанием для проведения данного экспериментального исследования.

Цель исследования.Оценить влияние низкочастотных акустических колебаний на процессы остеорепарации у лабораторных животных при комбинированных радиационно-механических поражениях.

Для достижения цели исследования были определены следующие задачи:

1. Провести анализ информационных источников, посвященных остеорепарации при изолированных переломах и КРМП.

2. Разработать адекватную экспериментальную модель повреждения длинной трубчатой кости у крысы и провести экспериментальную оценку влияния различных низкочастотных акустических колебаний на процессы остеорепарации при комбинированных радиационно-механических поражениях.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Особенности репаративной регенерации костной ткани после изолированного перелома кости

Костная ткань, согласно классификации, в основу которой положена ее способность к физиологической регенерации, относится к растущим тканям, содержащим в своем составе так называемый рассредоточенный камбий - малодифференцированные остеогенные клетки. В случае необходимости эти клетки могут быть мобилизованы для пролиферации и дифференцировки в костеобразующие клетки - остеобласты. Следует отметить, что значительное влияние на представления исследователей о регенерации костной ткани оказало учение А.А. Максимова о мезенхимальном резерве полипотентных клеток во взрослом организме, за счет которых происходят восстановительные процессы в опорных, соединительных и других тканях [44].

Для костной ткани возможна регенерация с восстановлением изначальной гистоархитектоники. По выражению С.Т. Зацепина костная ткань обладает “памятью формы” [14], которая проявляется в морфогенезе при регенерации. Благодаря этому уникальному свойству возможна полная регенерация - реституция костного органа, что позволяет возвращать к полноценной жизни большую часть раненых и пострадавших с повреждениями костей скелета [9].

В ходе онтогенеза индивидуума в тканях происходит постоянное изнашивание и гибель клеток – физиологическая дегенерация и замена их новыми – физиологическая регенерация [9]. Этот динамический процесс биологически направлен на восстановление анатомической целостности и обеспечение функции кости [31].

Под репаративной регенерацией костной ткани (остеорепарацией) понимают сложный процесс, вызванный разрушением костных структур, количественно превосходящим допустимые пределы физиологической регенерации. Этот динамический процесс биологически направлен на восстановление анатомической целостности и обеспечение функции кости [31]. Механизмы физиологической и репаративной регенерации качественно едины, осуществляются на основе общих закономерностей. Репаративная регенерация есть в той или иной мере усиленная физиологическая [11, 16]. Репаративная регенерация каждого вида тканей имеет свои особенности, но всегда включает процессы распада поврежденных клеток и межклеточного вещества, пролиферацию сохранивших жизнеспособность клеток, их дифференцировку, установление межклеточных связей – интеграцию, адаптационную перестройку регенерата. Репаративная регенерация может быть полной и неполной. Полная регенерация (реституция) характеризуется возмещением дефекта тканью, полностью идентичной погибшей. Неполная репаративная регенерация (субституция) - дефект замещается плотной волокнистой соединительной тканью – рубцом [9].

Консолидация механического перелома может происходить двумя путями [9]. Cращение переломов костей по первичному типу наблюдается при наличии диастаза 50…100мкм и полном обездвиживании костных отломков. В регенерате преобладает оксибиотический обмен, и консолидация происходит в ранние сроки путем формирования костной ткани в интермедиарном пространстве [31].

В случае наличия диастаза между отломками более 100 мкм, многооскольчатых переломов консолидация происходит путем вторичного сращения с образованием массивного костного регенерата (костной мозоли). Динамика остеорепарации в этом случае проходит ряд последовательных фаз, характерных для регенерационного гистогенеза [11]: Фаза ранних посттравматических изменений, фаза регенерации, фаза функциональной адаптации.

Время протекания репаративного остеогистогенеза после травмы костного органа строго детерминировано и зависит от многих причин. Оптимальным по времени является первичное костное сращение, однако происходит оно только при благоприятных условиях. Обеспечение таких условий и есть элемент влияния на скорость остеорепарации. В случае переломов, консолидирующихся через образование мультитканевого регенерата, вступают в действие иные временные константы [9].

Костная ткань активно участвует в обменных процессах и живо реагирует на различные механические, химические и физические факторы. Ответная реакция костной ткани может проявляться как повышением, так и понижением регенераторных процессов [26]. Этим объясняются многочисленные поиски путей активного воздействия на репаративную регенерацию костной ткани для ее стимуляции.

1.2 Способы оптимизации остеорепарации

По мнению С.С. Ткаченко и В.В. Руцкого (1989), остеорепарация как динамический биологический процесс определяется во времени и пространстве, имеет в конечном итоге однонаправленную многофазность и в то же время цикличность и обратимость реакций каждой из стадий. Начавшуюся в момент травмы репарацию можно считать завершенной, если активность метаболизма достигнет физиологического уровня, когда закончится тканевая и органная, анатомическая и функциональная реституция. Из этого следует, что:

1. оценить остеорепарацию можно на основе анализа отдельных реакций, ее фаз и стадий, но лишь с использованием объективных критериев конечного результата целостного процесса;

2. стимулировать, обусловленную филогенезом остеорепарацию в период онтогенетического развития принципиально возможно, но в соответствии с эволюционным учением о наследственности она носила бы аномальный патологический характер. Известные способы воздействия на репарацию правомочно расценивать как оптимизацию условий для остеорепарации;

3. необходимо согласиться с ранним применением стимуляции. При переломах она должна быть направлена на профилактику замедленной консолидации, а при нарушениях остеорепарации - на их коррекцию;

4. независимо от вида стимуляции, показания и ее применение должны учитывать особенности патологического процесса и фазность регенерации [31].

Методы лечения переломов разделяют на консервативные (неоперативные), оперативные и комбинированные [10]. К консервативным относят лечение переломов гипсовыми повязками, повязками на основе полимерных материалов – полиуретановых смол (целлакаст, скочкаст, софткаст) и скелетное вытяжение. К оперативным относят внутренний остеосинтез металлическими конструкциями и наружный остеосинтез аппаратами с чрескостной фиксацией отломков спицами и стержнями. К комбинированным методам лечения переломов костей относят одновременное или последовательное сочетание оперативных и консервативных методов.

На сегодняшний день в арсенале травматолога имеются способы оптимизации сращения костной ткани, которые можно разделить на местные и общие. К общим относят парентеральное введение анаболических препаратов, адаптогенов, витаминов и других средств, проявляющих активность в отношении костной ткани (остеогенон, кальциферол, кальцитонин лосося и т. п.). Местные мероприятия нацелены на улучшение состояния костной раны и оптимизацию местного кровотока. К ним следует отнести сберегательную первичную хирургическую обработку раны (по показаниям) [5], точную репозицию, стабильную фиксацию, применение различных способов костной пластики. С этой же целью парентерально применяют препараты, улучшающие реологические свойства крови, дезагреганты, активизирующие микроциркуляцию средства, а также корригирующие объем циркулирующей крови [1].

Особым способом местного влияния на репаративный остеогистогенез является дозированная дистракция и компрессия. Указанные способы механического управления репаративной регенерацией используются строго по показаниям и сопряжены с длительным периодом перестройки дистракционного регенерата [9].

Несмотря на значительный арсенал современных средств лечения больных с переломами костей, не всегда удается создать условия для благоприятного восстановления поврежденной кости во всех фазах репаративной регенерации.

Известны методы склеивания костей с помощью «остеопласта» [6, 21], этоксилиновых смол, циакрина [21], метод «ультразвуковой сварки» костей с помощью костной гомостружки и циакрина [3, 21]. Данные методы лечения переломов костей имеют скорее исторический интерес.

В настоящее время в литературе имеются публикации, посвященные интраоперационному применению различных остеоиндуцирующих веществ – в частности костных морфогенетических белков [53]. Так в процессе резорбции трансплантата (костно-надкостничного лоскута) в окружающие ткани выделяется ряд биологически активных веществ, среди которых ведущая роль в стимуляции остеогистогенеза принадлежит костному морфогенетическому белку (КМБ). Показано, что КМБ регулирует дифференцировку стволовых стромальных и остеогенных клеток в остеобласты путем экспрессии некоторых генов, отвечающих за синтез остеоспецифических белков. Кроме различных фракций КМБ из резорбируемой кости высвобождаются и другие неколлагеновые белки костного матрикса (трансформирующие факторы роста -, остеокальцин, остеопонтин, остеонектин, костный сиалопротеин) [12].

В последнее время проводится широкий спектр исследований в области клеточной и тканевой инженерии костной ткани [8, 13].

По современным представлениям, «идеальный» костно-замещающий материал характеризуется рядом свойств: остеогенностью– содержит клеточные источники для остеогенеза; остеоиндукцией – запускает остеогенез; остекондукцией– служит матрицей для образования новой кости в ходе репаративного остеогенеза, обладает способностью направлять ее рост; остеопротекцией– заменяет кость по механическим свойствам [20, 33, 38].

Целесообразно разделить предложенные исследователями имплантаты по принципу необходимой для их введения степени хирургической агрессии. Материалы, требующие открытых хирургических вмешательств - это композиции на основе гидроксиапатита, трикальцийфосфата, коралла и др. Доказано, что только пористая структура позволит избежать развития соединительнотканной капсулы на границе с имплантатом и обеспечит непосредственную остеоинтеграцию. Подобные имплантаты, по мнению ряда авторов, наиболее перспективны для сочетания их с культивированными клетками [37, 43].

В опытах на животных показано образование костной ткани при имплантации таких образцов вместе с культивированными клетками не только в скелетных органах, но и в мышцах, подкожной жировой клетчатке [37]. В качестве пористой матрицы может быть использован гидроксиапатит. Заселение его культивированными костномозговыми стромальными клетками с последующим имплантированием подкожно сингенным крысам приводило к новообразованию коллагеновых волокон и миниролизации матрикса в имплантате через 4 недели. Описано использование пористого имплантата из трикальцийфосфата, заселенного выращенными in vitro клетками остеогенного слоя надкостницы [33], причем часть клеток культивировали в присутствии трансформирующего фактора роста I. Полученные результаты оценивали с помощью гистологических, гистохимических и иммуноцитохимических методов, выявляя щелочную фосфатазу, коллаген I типа, остеокальцин. Было показано, что через 40 дней в отсутствии фактора роста дефект в основном был заполнен остеоидом, в то время как при добавлении фактора роста формировалась зрелая костная ткань. Перспективным представляется использование в качестве носителя пористых имплантатов из стеклокристаллических материалов, в том числе биоситалла [42]. Получены положительные результаты по основным биологическим свойствам имплантатов из этого материала [23].

Другая категория методов внесения культуры остеогенных клеток не требует «открытых» операций, а осуществляется через точечные проколы. Для этого можно использовать либо микрогранулированный полимерный материал, либо различные гели, например, коллагеновый или на основе желатина [12].

Применение оперативных (хирургических) способов воздействия на остеорепарацию сочетают с консервативными, что оправдано, если учесть, что консервативные методы воздействия при неблагоприятных условиях в месте перелома кости лишены смысла. Главной целью хирургического лечения раненых и пострадавших с повреждением костей скелета можно определить, как создание благоприятных условий для реализации закономерностей репаративной регенерации костной ткани, приблизив ее к биологической константе [12].

Первую систематизированную классификацию, охватывающую почти за 80 лет все рекомендуемые способы воздействия на процесс регенерации костной ткани, предложил в 1939 г. А.И. Эльяшев. Автор разделяет следующие виды стимулирующей терапии:

1. Механические способы (поколачивание, трение отломков друг о друга, механическое вызывание застоя).

2. Лучистая терапия (гелиотерапия, ультрафиолетовая терапия, рентгенотерапия).

3. Электротерапия (гальванизация, ионтофорез, диатермия, ультракоротковолновая терапия).

4. Грязелечение.

5. Инъекция раздражающих химических веществ (йодная настойка, кальций, силиций, хинин, осмиевая кислота, молочная кислота).

6. Инъекции веществ, имеющих нутритивное, гормональное и специфическое значение (глюкоза, инсулин, оссофит, кровь, эмульсин, экстракты, аутолизаты и лизаты тканей, продукты жизнедеятельности микробов, витамины) [6].

За последние годы проблема стимуляции остеорепарации обогатилась новыми достижениями.

Прогресс медицинской техники и использование в клинической практике физиотерапевтических (стимулирующих) способов лечения переломов костей связаны с введением в организм человека энергии. Изучение механизмов ее воздействия необходимо для совершенствования аппаратуры, развития оперативной техники и для создания эффективных способов активного управления регенерацией. Среди таких способов наиболее актуальными являются применение ультразвука (диапазон колебаний более 20000 Гц), электрического поля, излучения ОКГ (оптический квантовый генератор), гальваноэлектростимуляция, инфракрасное лазерное излучение, диатермия.

Электростимуляция остеорепарации. Костная ткань относится к гетерогенным или анизотропным системам и характеризуется поляризационными свойствами. Результаты изучения пассивных электрических свойств кости позволили отнести ее к полупроводникам. Имеются данные, что при напряжении меньше 1,0…1,2 В электрическое сопротивление в мозговом канале равнялось 200 кОм, кортикального слоя – 3…5 МОм, а после высушивания кости превышало 10№є Ом. Под действием тока в костной ткани наблюдается поверхностная поляризация у электродов, увеличивается импенданс и соответственно снижается сила электрического тока, падение которого замедляется по мере возрастания объемной емкостной поляризации и достигает относительно установившегося уровня. Включаются механизмы электрофореза и электроосмоса, происходит перемещение зарядов в электрическом поле. Стимулирующий эффект проявляется в дифференцировке молодых костных клеток и минерализации регенерата. В экспериментах установлено стимулирующее остеогенез действие катодной поляризации постоянным током за счет повышения циркуляторно-метаболической активности тканей в зоне повреждения. Ставя в зависимость от качества репозиции и стабильности фиксации костных отломков, успех электростимуляции объясняют раздражением и реакцией остеогенных клеток, ориентацией новообразующихся структур в электрическом поле, изменением рН с оптимумом для дифференцировки остеогенных клеток и кальцификации, с изменением полярности в соответствии с фазами регенерации, нормализацией микроциркуляции и с повышением энергетического обеспечения. Стимуляция постоянным током была оптимальной в фазе перестройки и минерализации костного регенерата. Воздействие импульсным током активизировало остеорепарацию на всех ее этапах с преобладанием в ранние периоды. При стимуляции переменным током – в стадии формирования остеогенной ткани и первичной костной мозоли. Механизмы воздействия электростимуляцией можно условно разделить на локальные и опосредованные. Локальные проявляются непосредственно в околоэлектродном пространстве. Изменения в тканях при первичных локальных эффектах (поляризация, электролиз, электрофорез, электроосмос, электрохимия, изменение стереометрии потенциалов, сдвиг кислотно-основного состояния) и вызванные ими вторичные процессы (перераспределение зарядов, изменение активности ферментов, образование остеоиндукторов и ингибиторов, образование и утилизация макроэргов) индуцируют опосредованные механизмы электростимуляции остеорепарации, которые через вторичные специфические (индукция потенциалов, вегетотрофическая репекуссия) и неспецифические (гуморальные, нейрорефлекторные, иммунологические) реакции инициируют остеорепарацию не только у электродов, но и в других локализациях [31].

Ультразвук. В основе биологического действия ультразвуковых волн лежит их способность поглощаться тканями человека и животных. Энергия поглощенного ультразвука претерпевает в организме ряд превращений, главными из которых являются образование тепла, возникновение механических сил и связанных с ними физико-химических явлений- изменение ионной структуры клетки, проницаемости клеточных мембран, конфигурации и энергии биоколлоидов, усиление ферментативных процессов [27]. Также влияние ультразвука проявляется посредством рефлекторного действия через вегетативную нервную систему и систему гипофиз - кора надпочечников [27,29]. Таким образом, ультразвук можно рассматривать как мощный лечебный фактор, усиливающий крово- и лимфообращение [26], путем ускорения диффузии жидкостей, уменьшения вязкости крови, разрушения тромбов, повышения давления кислорода в тканях, очищения кровеносных сосудов от атероматозных наложений [24]; уменьшающий сосудистый и мышечный спазмы; повышающий клеточную проницаемость и тканевой обмен, оказывающий противовоспалительное и обезболивающее действие [26].

Вопрос о влиянии ультразвука на процессы регенерации костной ткани освещен в литературе крайне противоречиво, а выводы большинства экспериментальных работ зачастую несут эмпирический характер. Расхождение мнений о действии ультразвука на костную ткань можно объяснить применением различных методик экспериментальных исследований, разными условиями воздействия ультразвуковой энергии, ее режима и интенсивности, неодинаковой оценкой величины применяемых доз и т. д. Так, например, описано вредное влияние ультразвука на кости и костную мозоль [17, 29]. Авторы применяли преимущественно высокие дозы ультразвука и наблюдали целую шкалу поражения костей - от дегенерации до переломов. Напротив, Г. Кнох и К. Кнаут (1975), А.З. Амелин и Е.И. Лоцова (1980) в результате эмпирического подхода, применяя низкие дозы ультразвука, ускоряли образование костной мозоли.

В эксперименте К.Хилла в 1989 году было обнаружено, что ультразвуковое воздействие во время воспалительной и ранней пролиферативной фаз ускоряет и улучшает выздоровление. Костная мозоль содержала больше костной ткани и меньше хрящевой. Однако ультразвуковое воздействие в поздней пролиферативной фазе привело к негативным явлениям - усиливался рост хрящевой ткани и задерживалось образование костной массы [22].

Применение низкочастотных и импульсных колебаний для оптимизации процессов остерепарации.

Известен факт, что состояние косной ткани (её плотность, степень минерализации) связана со скоростью распространения акустической волны через неё [35]. Исследователями обнаружено на различных моделях, что акустические колебания диапозоном 35 - 40 Гц увеличивают прочность костной ткани [51].

Процессы остеорепарации зависят от множества условий, таких как характер перелома, особенности кровообращения (условие «лакунарности» Адамара), жесткости фиксации и нагрузки. На рис. 1 представлены возможные механизмы влияния различных факторов на процессы консолидации кости.

Еще в 1955 году Yasuda открыл феномен «электирической мозоли» (Electric Callus) и сформулировал постулат, что “динамическая энергия, оказываемая на кость, трансформируется в костную мозоль”.

Оптимальная механическая стимуляция выступает в качестве анаболического стимула для качественной остеорепарации кости [47]. На рис.2 графически отображена экспериментальная зависимость прочностных характеристик кости от количества энергии переданной в результате физической стимуляции костной ткани.

Давно известно, что механическая стимуляция может индуцировать процессы остерепарации или изменять их [46, 36]. Повторяющаяся нагрузка незначительной силы и высокой частоты или перегрузка избыточными упражнениями может быть причиной гипертрофии костной ткани [39, 47]. Большое влияние на процессы остеорепарации оказывает сила прилагаемой нагрузки, ее частотная характеристика, а также направление воздействия. На рис.3 приведены возможные пути репарации костной ткани в зависимости от характеристик, прилагаемых физических влияний.

Рис. 1. Пути регуляции остеорепарации под влиянием биологической и физической стимуляции.

Рис.2. Зависимость прочностных характеристик кости от количества энергии, переданной кости при физической стимуляции.

Рис.3. Предположительные пути трансформации кости под влиянием различных типов физических влияний.

Разными исследователями для стимуляции остеорепарации были использованы физические влияния различных амплитудно-частотных характеристик. Были использованы пульсовой ультразвук низкой интенсивности [41, 54], пульсовое электромагнитное поле [49], стимуляция ударной волной [52], низкоинтенсивная высокочастотная вибрация [51, 50], механическая низкочастотная стимуляция (диапазоном 1 Гц) [40, 45] – в аппарате внешней фиксации и др. В большинстве экспериментальных работ наблюдали процессы стимуляции остеорепарации. Пульсовой ультразвук низкой интенсивности ускорял заживление переломов путём стимуляции раннего синтеза внеклеточного матричного протеина [54]. Пульсовое электромагнитное поле индуцировало синтез могфогенетического протеина 2 и 4 в остеобластах [34]. Применение ударной волны вызывало микротравматизацию, и вследствие этого активировало процессы неоваскуляризации и трансформации гематомы, что в свою очередь увеличило активность остеобластов и фибробластов [52]. В случае использования низкочастотной механической стимуляции наблюдали уменьшение воспалительных реакций и активацию остеобластов.

Скачать полную версию реферата [168 Кб]   Информация о работе