Введение к работе
Актуальность проблемы : Теоретической предпосылкой настоящего исследования явилась докторская диссертация А. Б. Ходоса, защищенная 24 декабря 1970 в г. Краснодаре под названием "Микроваскуляризация скользящих оболочек нижней конечности в связи с учением о скользящих системах". Автор, ссылаясь на более раннюю работу Lang (1960) (цит.), обнаружившего в области ахиллова сухожилия между собственной фасцией и перитено-нием "скольжение" соединительной ткани и "скользящую ткань" (gleitgewebe), предположил и экспериментально доказал, что эффект скольжения присутствует между кожей и мышцами. Особое место в скольжении мышц А. Б. Ходос придаёт структурной организации фасций и межфасциальных пространств, их фибро- и ан-гиоархитектонике, а также агрегатному состоянию межуточного вещества, которое обусловлено количеством и составом гликоза-миногликанов, их вязкостью и способностью удерживать воду. Также мы обратили внимание на ряд разрозненных фактов, доказывающих, существование универсальной "системы скольжения". Так, обсуждается необходимость подвижности скелетных мышц в эмбриогенезе для нормального формирования суставных полостей и около суставных структур (Ruano - Gil D. et al., 1978). С другой стороны замечено, что у эмбрионов и новорожденных в образовании рельефа поверхности хряща участвуют клетки, над которыми по мере увеличения нагрузок на сустав нарастает кол-лагеновый слой, соответствующий степени нагрузки, которая выпадает на данный участок хряща (Puhl W., Hamacher P., 1978). Также мы обратили внимание на то, что тяжелейшее повреждение "системы скольжения" наблюдается при внутрисуставных переломах. Наиболее частой причиной возникновения патологического процесса в суставе является механическая травма. В тоже время, патогенез травматического процесса при повреждениях суставов — наименее изученная область в травматологии. Противоречивы сведения о его пусковых механизмах, закономерностях развития и влияния на течение репаративных процессов. Много разногласий и в вопросах тактического порядка. Так, например, точка зрения на лечение внутрисуставных переломов одного из самых крупных и сложных суставов — коленного весьма разноречива. Одни авторы предпочитают консервативное лечение, другие - оперативное, третьи считают операцию методом выбора. Несмотря на это, до
настоящего времени, не создана общая теория течения биологических процессов при внутрисуставных повреждениях. До конца не разрешена сложная дилемма, которая возникает перед травматологами и ортопедами при лечении внутрисуставных переломов. С одной стороны, для формирования адекватного сращения отломков, требуется достаточно длительная иммобилизация, с другой, во избежание развития посттравматических артрогенных контрактур и восстановления " системы скольжения " конечности требуется раннее начало движения. Восстановление анатомической целостности и конгруэнтности суставных поверхностей при внутрисуставных переломах является важным звеном в лечении этих повреждений и профилактике посттравматических дегенеративно - дистрофических процессов. В литературе нет работ по изучению состояния системы скольжения конечности при повреждениях суставов, а при внутрисуставных переломах максимально нарушаются скользящие поверхности, соответственно имея отражение на "феномене скольжения".
Несмотря на то, что вопросу внутрисуставных переломов посвящена обширная литература, нет четких критериев выбора тактики лечения. Недостаточно изученными остаются вопросы восстановления структуры межклеточного матрикса субхондральной кости и суставного хряща при внутрисуставных переломах. В неполной мере освещены вопросы взаимоотношения "системы скольжения" и "феномена скольжения" нижних конечностей при внутрисуставных переломах.
Несмотря на значительный массив литературы, посвященной проблеме регенерации кости, в котором рассмотрены лишь отдельные звенья посттравматического восстановления архитектоники кости или костной мозоли, со временем переходящей в тка-неспецифичные формы. К настоящему времени нет комплексной оценки влияния альтеративного воздействия механической травмы без коррекции и с таковой на способность к адекватному восстановлению кости. В большинстве работ не учитьшается тот факт, что как при переломе без коррекции, так и при переломах с репозицией и последующей иммобилизацией или при каком - либо виде остеосинтеза — во всех вариантах имеет место асептико -воспалительный процесс (в ряде случаев и раневая инфекция) с явлениями нарушения микроциркуляции и трофического обеспечения, дисфиксационным синдромом с развитием транзиторной нестабильности.
В литературе нет четких данных о количественной границе, которая определяет глубину дезорганизации межклеточного мат-рикса имплантированных аллотрансплантатов, ниже которой процессы, в биомеханическом аспекте решения вопроса, приобретают необратимый характер. Также не определены временные характеристики послеоперационного периода, в котором пересаженные аллогенные материалы являются механически наиболее ранимыми, что важно для разработки тактики ведения реабилитационного периода. Недостаточно освещен вопрос о создании условий для восстановления упорядоченности структурных элементов соединительной ткани.
Одной из причин возникновения патологического процесса в суставе является механическая травма. Наиболее часто встречающейся интероперационной проблемой при реконструктивно -восстановительной хирургии внутрисуставных переломов является необходимость закрытия остеохондральных и травматических дефектов капсульно - связочного комплекса. В этом плане до конца не выяснены механизмы восстановления суставных поверхностей при остеохондральных полнослойных дефектах и не отработаны патогенетические основы необходимости восстановления дефектов скользящих поверхностей.
Исходя из вышеизложенного, исследования в этом направлении представляются нам весьма актуальными и наш выбор пал на патогенез посттравматических изменений крупных суставов, приводящих к нарушению ориентированности и упорядоченности отдельных структурных элементов и всей кинематической системы опоры и движения организма человека и животных, который представлен в виде патологии "системы скольжения". В прикладном аспекте решения вопроса, обращено внимание на поиск путей коррекции изучаемой патологии.
Цель исследования: выявить морфо - функциональные ( общепатологические) особенности изменений системы скольжения; динамику изменения упорядоченности соединительнотканных элементов синовиальной среды суставов при экспериментальной механической травме коленного и тазобедренного суставов на разных уровнях структурной организации; причины и механизмы возникновения дегенеративного синдрома скользящих поверхностей двигательного модуля. Осуществить поиск путей создания условий для восстановления синовиальной среды суставов. На основе эксперимента разработать критерии и пути оптимизации течения патологического процесса и создания условий для наилучшего восстановления
структуры и функции костей и суставов при внутрисуставных переломах.
Задачи исследования:
І.Изучить закономерности изменения упорядоченности межклеточного матрикса соединительнотканных структур и состояния "системы скольжения" при переломах коленного сустава в хроническом патофизиологическом эксперименте на лабораторных крысах.
г.Изучить закономерности изменения упорядоченности структур межклеточного матрикса элементов синовиальной среды суставов при замещении объемных дефектов капсульно - связочного комплекса гетеротопическими фрагментами плотной волокнистой соединительной ткани в хроническом патофизиологическом эксперименте на лабораторных кроликах.
-
Изучить морфо - функциональное состояние "системы скольжения" при формировании полнослойного дефекта суставного хряща в области fades patellaris в хроническом патофизиологическом эксперименте на лабораторных кроликах.
-
Изучить морфо - функциональное состояние "системы скольжения" при закрытии дефекта скользящей суставной поверхности проксимального мыщелка большеберцовой кости аутомениском в эксперименте на собаках.
-
Изучить морфо - функциональные особенности "системы скольжения" при экспериментальном трансцервикальном переломе бедра у собак.
-
Разработать критерии создания условий для восстановления феномена и системы скольжения на модели переломов коленного сустава у различных животных и определить пути коррекции патологического процесса.
Научная новизна результатов: Впервые:
разработана научная концепция, согласно которой "система скольжения" присутствует во всех органах и системах и ее рассмотрение имеет общебиологический, общепатологический смысл;
проведено комплексное количественное исследование динамики изменений ориентированности и упорядоченности структуры скользящих поверхностей при внутрисуставных переломах у лабораторных животных;
внутрисуставные переломы рассмотрены как поражение двигательных модулей "системы скольжения", являющейся подсистемой соединительной ткани;
определено понятие "системы скольжения" как комплекса генетически детерминированных морфо - функциональных особенностей организма, способствующих пространственному перемещению одного структурного элемента организма, относительно другого или большего количества элементов нарушая упорядоченность и повышая их энтропию до той степени, которая компенсируется физиологической регенерацией;
"феномен скольжения" обозначен как функциональное проявление, действие приводящее к пространственному перемещению одного структурного элемента организма, относительно другого или большего количества элементов нарушая упорядоченность и повышая их энтропию до той степени, которая компенсируется физиологической регенерацией;
показано, что поверхности скольжения (или скользящие поверхности) представляют собой двигательный модуль в котором непосредственно происходит перемещение, являясь частным случаем и элементом системы скольжения;
использован оригинальный метод ориентационного анализа для изучения процессов репаративной регенерации при внутрисуставных повреждениях, позволяющий определить как оптическую, так и механическую анизотропию, преимущественную ориентацию и степень ориентированности в виде коэффициента оптической анизотропии структурных элементов соединительнотканных образований, дающий возможность с достаточной степенью достоверности оценить кинетику перечисленных выше свойств межклеточного матрикса.
Теоретическая и практическая значимость: На основе проведенного исследования нами изысканы новые критерии создания условий для наилучшего восстановления анатомической и функциональной целостности суставов как органов опорно - двигательной системы, одновременно являющихся двигательным модулем системы скольжения организма человека и животных. На основе эксперимента разработаны критерии и определены пути оптимизации течения патологического процесса и создания условий для наилучшего восстановления структуры и функции костей и суставов при внутрисуставных переломах. Определен комплекс мероприятий для получения регенерата с необходимыми свойствами для структурной и функциональной реабилитации после полученной травмы, опирающийся на разработанные критерии создания условий: 1. Удаление тканевого детрита из полости сустава.
2. Восстановление анатомической целостности органа.
репозиция и стабильная фиксация отломков (стабильно -функциональный остеосинтез);
восстановление дефекта основных и вспомогательных элементов сустава;
восстановление целостности органа с применением заполнителя с подходящими биопластическими и биомеханическими свойствами (ауто-, аллотрансплантат, пористый синтетический материал и др.).
3. Восстановление межплоскостных взаимоотношений на различ
ных уровнях структурной организации.
-
Восстановление коллоидно - физических свойств скользящих поверхностей (опора, заполнение, скольжение).
-
Противовоспалительная терапия.
-
Ранняя функциональная нагрузка.
лечебная физкультура;
активная разработка движений в суставах, затем пассивная;
разработка в режиме постоянного пассивного движения с использованием аппаратов.
7. Восстановление внесосудистой трофики и микроциркуляторно-
го русла синовиальной среды суставов.
В результате проведенной работы определена нижняя граница уменьшения упорядоченности межклеточного матрикса, которая является границей полной деструкции соединительной ткани. Исследованы поверхности смещения структурных элементов скользящих поверхностей с помощью сканирующей электронной микроскопии, процессы, происходящие со спиральной надмолекулярной структурной организацией фибриллярных белков межуточного вещества соединительной ткани с помощью поляризационной микроскопии, поляризационно - оптического анализа. Теоретическое значение полученных результатов заключается в выявлении ранее неизвестных механизмов дезорганизации и восстановления межклеточного матрикса соединительнотканных образований при механической травме, зависимости процессов репаративной регенерации и степени упорядоченности формирующегося регенерата от создавшихся местных условий, скорости и механизмов биодеградации в зависимости от фиброархитектоники, гистохимического состава межклеточного матрикса.
Важным аспектом изучаемого вопроса является взаимодействие физических субъединиц межклеточного матрикса соединитель-
нотканных образований, при сугубо физическом воздействии, каковым является механическое нагружение и при этом различия в поведении структур с разной степенью функциональной стабильности, межплоскостное смещение на различных уровнях структурной организации, как фактор оказывающий влияние на скорость репаративной регенерации и анатомо - функциональную адекватность формирующегося регенерата. Нами подтвержден эффект взаимного скольжения структурных элементов соединительной ткани при механическом нагружении, показана равномерность распределения векторов внутреннего напряжения тканей, что важно для разработки методов коррекции нарушений этой системы.
Основные п о л о ж е н и я, в ы н о с и м ы е на защиту
-
Патология "системы скольжения" и "феномена скольжения" организма человека и животных при травме есть нарушение комплекса генетически детерминированных морфо - функциональных особенностей организма и действия, способствующего пространственному перемещению одного структурного элемента организма, относительно другого или большего количества элементов, изменяя упорядоченность и повышая их энтропию до той степени, которая компенсируется физиологической регенерацией.
-
Механическая травма элементов синовиальной среды суставов с нарушением их анатомической целостности сопровождается уменьшением упорядоченности в сочетании с биодеградацией межклеточного матрикса и последующим увеличением упорядоченности структуры элементов в восстановительном периоде, в процессе репаративной регенерации. Во всех случаях экспериментальных внутрисуставных переломов с коррекцией или без нее имеют место различной степени процессы дезорганизации суставного хряща.
-
Восстановление анатомической целостности органа, его коллоидно - физических свойств, ранняя функциональная нагрузка и восстановление трофики являются основными критериями для наилучшего восстановления степени упорядоченности соединительной ткани после механической травмы.
Апробация работы: Результаты исследования представлены в докладах и сообщениях: на конференции "Актуальные вопросы клинической и теоретической медицины" (Уфа, 1981), на 50 - научной конференции молодых ученых Башкирского государственного медицинского института (Уфа, 1985), на VII Всесоюзной школе по биологии мышц " Возрастные, адаптационные и патологические
процессы в опорно - двигательном аппарате " (Харьков, 1988); на областной конференции" Стресс и патология опорно - двигательного аппарата " (Харьков, 1989), на IV республиканской научно — практической конференции " Лечение внутри- и околосуставных повреждений. Медицина катастроф" (Уфа, 1991), на 1 съезде травматологов, ортопедов и протезистов Башкортостана (Уфа, 1993), на I в республике Башкортостан АО - симпозиуме ( Уфа, 1993), на VI научно - практической конференции травматологов и ортопедов Башкортостана " Множественные и сочетанные повреждения . Новое в травматологии и ортопедии" (Уфа, 1994), на VII научно - практической конференции "Травматология и ортопедия в условиях обязательной страховой медицины" ( Стерлита-мак, 1995), на VIII Республиканской научно - практической конференции травматологов - ортопедов Башкортостана. " Неотложная помощь при травмах на догоспитальном и госпитальном этапах. Актуальные вопросы травматологии и ортопедии"( Уфа, 1996), на Первом Российском конгрессе по патофизиологии (Москва, 1996).
Внедрение результатов исследования: Материалы диссертации используются в учебном процессе и научной работе на кафедрах Башкирского государственного медицинского университета; в городской клинической больнице № 13. На основании полученных данных разработан " Бикомпонентный аллоблок для пластики капсульно - связочного комплекса суставов" [Заявка на патент № 94023182 / 14 (022102). Приоритет от 17. 07. 1994 ]. Предложен "Способ остеосинтеза и трансплантат для его осуществления в эксперименте" [Заявка на патент № 96100633/14 (001837) Приоритет от 12. 07. 1995]. Результаты исследования общепатологических и общебиологических процессов биодеградации и восстановления межклеточного матрикса соединительнотканных структур при их имплантации в реципиентный организм послужили предметом для внедрения в смежной области медицины — офтальмологии (в пластической и реконструктивной хирургии глаза): " Трансплантат для закрытия дефектов радужной оболочки" [Патент РФ № 2005449 от 15. 01. 94 г. Приоритетная справка № 4795278/14 от 4. 12. 1989 г.]," Способ подготовки трансплантата для иридопласти-ки" [Описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1811831 А1 А 61 F 9/00, G 01 N 33/48]. Получено 6 удостоверений на рационализаторские предложения, которые внедряются в научных исследованиях и учебном процессе на кафедрах Башгосме-дуниверситета.
Публикации: По материалам диссертации издана монография под названием "Патология системы скольжения при внутрисуставных переломах и пути ее коррекции" (Уфа, 1996) (Еникеев Р. И. и со-авт., 1996). Основные положения диссертации опубликованы в 30 печатных работах, список которых представлен в автореферате диссертации.
Структура диссертации: Диссертация изложена на 243 страницах текста, набранного на компьютере и состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследования, собственных данных, состоящих из пяти подглав, обсуждения полученных результатов, выводов, списка использованной литературы, состоящего из 315 источников, из них 123 — иностранных.
