Переломы костей черепа у взрослых в обычных условиях, как правило, не заживают или заживают очень медленно. Это в равной мере относится к трещинам и линейным переломам. В течение длительного времени не наступает костного сращения также между костным лоскутом и краями трепанационного отверстия после костно-пластической трепанации. Исключение составляют дети, у которых трещины и линейные переломы, при отсутствии смещения, исчезают бесследно. Однако и у них, в некоторых случаях, возможно длительное (до 2–3 лет) существование линии трещины [2]. Доказано, что в дефектах костей черепа без проведения костной пластики восстановления гисто- и органотипической структуры не происходит [3].
Для стимуляции регенерации костей свода черепа в настоящее время предлагаются различные методики, в частности, остеостимулирующие вещества [1], мезенхимальные [10] и аутогенные периостальные клетки, стволовые клетки [8] белковые костные фракции [7], ультразвук [4] и др. Ранее нами показана возможность стимулирования регенерации костей свода черепа путем перемещения в их дефекте костного лоскута [6]. Положительный результат экспериментальных исследований по применению дистракционного остеосинтеза при замещении дефектов костей черепа отмечен и в зарубежных работах [5]. Однако поиск оптимальных условий для заживления переломов костей черепа остается актуальным.
Цель исследования – изучить влияние компрессии на репаративный остеогенез на модели приживления резецированных лоскутов костей свода черепа.
Материалы и методы исследования
Для изучения регенерации костей черепа под влиянием компрессии и определения возможностей компрессионного остеосинтеза при приживлении резецированных костных лоскутов свода черепа проведена серия экспериментов на 20 собаках, разделенных на 2 группы. В первой из них в условиях операционной разрезали мягкие ткани головы по сагиттальной линии, слева отслаивали мягкие ткани и резецировали участок костей прямоугольной формы размерами в среднем 1,9х1,5 см. Затем каудальнее полученного дефекта резецировали еще один участок кости такого же размера, сохраняющий связи с окружающими мягкими тканями. Этот, а также ранее удаленный свободный костный фрагмент укладывали на прежнее место и фиксировали посредством чрескостного остеосинтеза с использованием внешней конструкции из деталей аппарата Илизарова с помощью тонких спиц с упорными площадками с компрессией к медиальному краю дефекта. Компрессию создавали натяжением фиксирующих спиц с усилием 40 кгс тарированным спиценатягивателем. Животных выводили из опыта внутривенным введением летальных доз тиопентала натрия через 7, 14 и 28 суток. Во второй, контрольной, группе опытов, аналогично формировали два полнослойных костных фрагмента и укладывали их без фиксации в полученный дефект. Собак выводили из опыта в те же сроки, что и в первой группе экспериментов. Рентгенографические исследования осуществляли аппаратом «VEP X Technology Premium Vet» (Испания) каждую неделю до момента выведения животных из эксперимента.
После эвтаназии животного выделяли участок свода черепа с костными лоскутами и обрамляющей их костью материнского ложа. Фиксацию выделенного материала осуществляли в 10 % растворе нейтрального формалина. После этапа декальцинации в смеси соляной и муравьиной кислот вырезали фрагмент зон стыка каждой из сторон лоскута и прилегающего к нему материнского костного ложа, а также межлоскутной зоны. После дегидратации вырезанных кусочков в спиртах восходящей концентрации их заливали в целлоидин. Гистологические срезы готовили на санном микротоме фирмы «Riechard» (Германия), окрашивали гематоксилином и эозином и пикрофуксином по Ван-Гизону. Исследования проводили при помощи большого исследовательского фотомикроскопа фирмы «Opton» (Германия). Оцифровку изображений гистологических препаратов осуществляли с применением аппаратно – программного комплекса «ДиаМорф» (Россия).
Уход, оперативные вмешательства, эвтаназию животных осуществляли в соответствии с требованиями «Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей». На проведение данного экспериментального исследования предварительно было получено разрешение этического комитета ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России.
Результаты исследования и их обсуждение
В настоящем сообщении представлены результаты изучения регенерации костей черепа при компрессии к краю дефекта свободного (краниального) костного лоскута.
В опытной группе на 7 день после операции рентгенологически и морфологически обнаруживались проявления репаративной регенерации костей свода черепа.
На рентгенограммах (рис. 1, А) щель между медиальными краями фрагментов костей и материнским ложем была практически неразличима, но хорошо прослеживалась на других участках дефекта. В ней обнаруживались слабые рентгенконтрастные тени.
Гистологически диастаз между медиальными краями материнского ложа и краниального лоскута был слабо различим, между латеральным краем ложа и краниальным фрагментом обнаруживался диастаз шириной до 3 мм, заполненный грануляционной тканью. В костном лоскуте часть остеоцитов была лишена ядер. Клетки эндоста проявляли остеогенную активность. На дорсальной поверхности фрагмента формировалась рыхлая волокнистая соединительная ткань с высокой клеточной плотностью.
А Б
Рис. 1. Рентгенограммы костей свода черепа собак через 7 дней после операции: А – опытная группа животных, Б – контрольная
А Б В
Рис. 2. Гистоструктурная характеристика тканевого состава в зоне стыка костного лоскута и краем материнской кости через 7 суток эксперимента в опытной (А) и контрольной (Б, В) сериях. А – соединительная ткань, врастающая со cтороны твердой мозговой оболочки в диастаз. Трабекулы ретикулофиброзной костной ткани на поверхности опила. Б – новообразованная трабекулярная кость вблизи от медиального края дефекта. В – эндостальная реакция в свободном фрагменте. Окраска гематоксилином и эозином. Об. 6,3х; ок. 10х
Между твердой мозговой оболочкой и фрагментом кости обнаруживалась организующаяся гематома. Со стороны твердой мозговой оболочки в диастаз врастали микрососуды и рыхлая соединительная ткань (рис. 2, А). В параоссальных тканях выявлены отечность и разрыхление волокнистого остова, мелкие кровоизлияния.
На 7 день эксперимента на рентгенограммах черепа собак контрольной группы (рис. 1, Б), между краями фрагментов и материнским ложем четко определялись щели, заполненные легкими тенями.
Изучение гистологических препаратов показало, что пространство между краниальным фрагментом и медиальным краем ложа шириной 1–2,5 мм было заполнено рыхлой соединительной тканью с высокой клеточной плотностью и участками грануляционной ткани. В диастазе между фрагментом и латеральным краем дефекта (около 1 мм) также формировалась рыхлая соединительная ткань, сливающаяся с твердой мозговой оболочкой.
Вблизи от линии остеотомии в материнской кости отмечен эндостальный остеогенез (рис. 2, Б). Под фрагментом обнаруживалась организующаяся гематома. Значительная часть фрагмента была аваскулярна. В пластинчатой костной ткани фрагмента выявляли остеоциты с пикнотичными ядрами. Со стороны эндоста отмечено формирование тяжей ретикулофиброзной слабоминерализованной костной ткани (рис. 2, В).
Между краниальным и каудальным фрагментами сохранялся диастаз протяженностью 1–1,2 мм, который был заполнен рыхлой соединительной тканью, васкуляризированной сосудами капиллярного типа.
На 14 день эксперимента в опытной группе на рентгенограммах щель между медиальными краями фрагментов и материнского ложа была более выражена, чем в срок 7 дней компрессии, что связано с резорбцией костной ткани в результате давления на их стыке. В других участках диастаз между краем дефекта и фрагментом сохранялся, тени в нем усиливались.
При микроскопическом исследовании в диастазе между свободным фрагментом и медиальным краем дефекта шириной 0,5–0,7 мм выявлена рыхлая соединительная ткань с тяжами ретикулофиброзной костной ткани. На поверхности опила материнской кости образовывался слой костного вещества толщиной 1–1,5 мм, представленного трабекулярной крупноячеистой костью ретикулофиброзного строения (рис. 3, А).
Между фрагментом и твердой мозговой оболочкой наблюдали широкий слой хорошо васкуляризированной соединительной ткани с большими очагами кровоизлияний.
Промежуток в 0,7–2 мм, заполненный соединительной тканью, отделял краниальный фрагмент от каудального.
В контрольной группе через две недели после операции на рентгенограммах сохранялись хорошо видимые щели между краями материнской кости и фрагмента.
В пространстве между свободным фрагментом и передним краем ложа (0,2–0,6 мм) к данному периоду эксперимента формировались ретикулофиброзная костная и, преимущественно, соединительная ткани (рис. 3, Б). Часть остеоцитов фрагмента по-прежнему была лишена ядер, в нем отмечались слабо выраженная эндостальная и периостальная (на вентральной поверхности) реакции.
А Б
Рис. 3. Гистоструктурная характеристика тканевого состава в зоне стыка костного лоскута и краем материнской кости через 14 суток эксперимента в опытной (А) и контрольной (Б) сериях. А – костный регенерат на поверхности опила материнской кости (передний край дефекта). Б – костный регенерат на поверхности опила материнской кости (передний край дефекта). Окраска гематоксилином и эозином. Об. 6,3х; ок. 10х
А Б
Рис. 4. Рентгенограммы костей свода черепа через 28 дней эксперимента: А – опытная группа; Б – контрольная
А Б
Рис. 5. Гистоструктурная характеристика тканевого состава в зоне стыка костного лоскута и краем материнской кости через 28 суток эксперимента в опытной (А) и контрольной (Б) сериях. А – трабекулярная кость в диастазе между краниальным фрагментом и медиальным краем дефекта. Б – соединительная ткань в аналогичной области. Окраска гематоксилином и эозином. Об. 6,3х; ок. 10х
Между краниальным и каудальным фрагментами сохранялся диастаз шириной 0,3–1 мм, заполненный соединительной тканью. В перикраниальных тканях (в области стыка) наблюдались участки геморрагий и признаки воспаления. На вентральной поверхности фрагмента и окружающей материнской кости определялся тонкий слой новообразованного костного вещества. Пространство между фрагментами и твердой мозговой оболочкой заполняла богато васкуляризованная соединительная ткань, спаянная с твердой мозговой оболочкой.
К 28 суткам эксперимента (рис. 4, А) щель между медиальным краем материнского ложа и фрагментами костей черепа в опытной группе рентгенологически еще прослеживалась, однако в ней уже были видны четко выраженные тени формирующегося регенерата.
Методом световой микроскопии установлено, что диастаз между краниальным фрагментом и медиальным краем дефекта в опыте был заполнен трабекулярной костью (рис. 5, А). В пространстве между фрагментом и латеральным краем ложа преобладала соединительная ткань, связывающая перикраниальные ткани с твердой мозговой оболочкой.
Вблизи от места стыка с латеральным краем ложа отмечали резорбцию наружной поверхности костной пластинки. Под фрагментом образовывался слой богато васкуляризованной соединительной ткани, спаянной с твердой мозговой оболочкой.
На передней поверхности каудального фрагмента формировался слой ретикулофиброзной костной ткани.
В контрольной группе на рентгенограммах через 28 суток эксперимента между краями дефекта хорошо прослеживалась щель с легкими тенями. Края фрагмента и материнской кости были нечеткими, сглаженными (рис. 4, Б).
При микроскопическом исследовании установлено, что диастаз между краниальным фрагментом и медиальным краем ложа протяженностью до 6 мм содержал тонковолокнистую соединительную ткань с сосудами венозного типа (рис. 5, Б).
Промежуток между фрагментом и латеральным краем ложа также заполняла соединительная ткань, связывающая параоссальные ткани с твердой мозговой оболочкой. На краях материнской кости наблюдался тонкий слой костного вещества. На дорсальной поверхности фрагмента определялись прикрепленные остеокласты. В диастазе между фрагментами содержалась соединительная ткань.
В проведенных исследованиях выявлено, что в процессе приживления костных лоскутов принимали участие камбиальные остеогенные клетки периоста, эндоста, малодифференцированные периваскулярные клетки, индуцируемые резорбирующимися краями кости материнского ложа костей черепа и костного фрагмента к дифференцировке по остеогенному пути. Отличия морфогенеза костной и соединительной ткани, постепенно формирующихся в диастазе между костными лоскутами и окружающей костью материнского ложа, четко выявляемые у животных опытной и контрольной групп на всех этапах эксперимента по нашему мнению были обусловлены влиянием механического воздействия (жесткостью фиксации отломков, силовой нагрузкой в зоне их стыка), что отражалось на качестве новообразованной кости и скорости неоостеогенеза [9].
В группе с применением чрескостного компрессионного остеосинтеза усиление остеокластической резорбции способствовало началу репаративных процессов со стороны надкостницы и эндоста, что выражалось в формировании трабекулярных тяжей ретикулофиброзной костной ткани на поверхности костных опилов уже к 14 суткам эксперимента. В контроле в этот период периостальная и эндостальная реакция проявлялись только в костном лоскуте.
Большее содержание сосудов капиллярного типа, наблюдаемое в диастазе опытной серии, способствовало более раннему (к 28 суткам эксперимента) формированию в данном участке ретикулофиброзной костной ткани.
Таким образом, проведенные исследования показали, что компрессия, создаваемая на стыке краев костных фрагментов и дефекта плоских костей свода черепа, способствует формированию костной ткани в более ранние сроки.