Первичное заживление перелома
В данной главе представлены биологические и биомеханические основы лечения переломов. Мы рассмотрим, как сломанная кость ведет себя в разных биологических и механических условиях и как это влияет на выбор хирургом метода лечения.
Любое хирургическое вмешательство может изменить биологические условия, а любой метод фиксации — изменить механические условия.
Эти изменения способны оказывать значительное влияние на сращение перелома и определяются хирургом, а не пациентом.
Поэтому каждый хирург-травматолог должен обладать базовыми знаниями по биологии и биомеханике сращения переломов, чтобы принимать, правильные решения при их лечении.
Главная цель внутренней фиксации — срочное и, если возможно, полное восстановление функции поврежденной конечносги.
Хотя надежное сращение перелома является лишь одним из элементов функционального восстановления, его механика, биомеханика и биология важны для достижения хорошего результата.
Фиксация перелома — это всегда компромисс: в силу биологических и биомеханических причин часто необходимо в некоторой степени жертвовать прочностью и жесткостью фиксации, а оптимальный имплантат не обязательно должен быть самым прочным и жестким.
В критических условиях механические требования могут быть важнее биологических, и наоборот. Аналогично, при выборе материала имплантата приходится идти на компромисс: например, выбирать между механической прочностью и пластичностью стали и электрохимической и биологической инертностью титана.
Хирург определяет, какая комбинация технологий и оперативных методов наиболее полно соответствует его опыту, имеющимся условиям и, главное, потребностям пациента.
Характеристики кости
Кость служит опорой и защитой для мягких тканей и обеспечиваег движения и механическую функцию конечности.
При обсуждении переломов и их заживления особый интерес представляет хрупкость кости: кость прочна, но ломается при незначительных деформациях.
Это означает, что кость ведет себя скорее как стекло, а не как резина. Поэтому в начале естественного процесса сращения костная ткань не может сразу перекрыть щель перелома, который постоянно подвергается смещениям.
При нестабильной или эластичной фиксации переломов (относительной стабильности) последовательность биологических событий — в основном сначала формирование мягкой, затем жесткой мозоли — помогает уменьшить нагрузку и деформацию регенерирующих тканей.
Резорбция концов костных отломков увеличивает межотломковую щель. Пролиферирующая ткань менее ригидна (чем костная), что уменьшает механическое напряжение в зоне перелома. Условия микроподвижности способствуют образеванию костно-хрящевой муфты, которая повышает механическую стабильность перелома. После достижения надежной фиксации перелома мозолью происходит полное восстановление функции. Затем за счет внугренней перестройки восстанавливаете! иасодная структура кости — процесс, который может занять годы.
Перелом кости
Перелом — это результат однократной или повторяющейся перегрузки. Собственно перелом возникает в течение доли миллисекунды.
Он приводит к предсказуемому повреждению мягких тканей вследствие их разрыва и процесса типа имплозии — «внутреннего взрыва». Мгновенное разъединение поверхностей перелома приводит к вакуум-эффекту (кавитации) и тяжелым повреждениям мягких тканей
Механические и биохимические явления
Перелом вызывает нарушение непрерывности кости, что приводит к патологической подвижности, потере опорной функции кости и к боли. Хирургическая стабилизация можег немедленно восстановить функцию кости и уменьшить боль, при этом пациент получит возможность безболезненных движений и избежит таких последствий повреждений, как комплексные региональные болевые синдромы.
При переломе происходит разрыв кровеносньк сосудов кости и надкостницы. Спонтанно высвобождаемые биохимические агенты (факторы) учасгауют в индукции процессов заживления. При свежих переломах эти агенты весьма эффективны, и какой-либо дополнительной стимуляции практически не требуется.
Роль хирургического вмешательства — направить и поддержать процесс заживления.
Перелом и кровоснабжение кости
Хотя перелом -исключительно механический процесс, он вызывает важные биологические реакции, такие как резорбция кости и образование костной мозоли. Эти реакции зависят от сохранности кровоснабжения. Следующие факторы оказывают влияние на кровоснабжение в зоне перелома и имеют непосредственное значение для хирургического лечения:
- Механизм повреждения. Величина, направление и концентрация сил в зоне повреждения определяют тип перелома и сопутствующие повреждения мягких тканей. В результате смещения фрагментов разрываются периостальные и эндостальные сосуды, отделяется надкосгница. Кавитация и имплозия (внутренний взрыв) в зоне перелома вызывают дополнительные повреждения мягких тканей.
- Первичное лечение пациента. Если спасательные мероприятия и транспортировка происходят без шинирования переломов, смещения отломков в зоне перелома будут усугублять иоюдные повреждения
- Реанимация пациента. Гиповолемия и гипоксия увеличивают тяжесть повреждения мягких тканей и кости, поэтому должны быть устранены на ранних этапах лечения.
- Хирургический доступ. Хирургическое обнажение перелома неизбежно ведет к дополнительному повреждению, которое может быть минимизировано за счет точного знания анатомии, тщательного предоперационного планирования и скрупулезной хирургической техники
- Имплантат. Значительное нарушение костного кровотока может возникать не только из-за хирургической травмы, но и вследслвие контакта импдантата с костью.
Пластины с плоской поверхностью (напр. DCP) имеют большую площадь контакта. Динамическая компрессионная пластина с ограниченным контактом (LC-DCP) имеет вырезки на поверхности, обращенной к кости; она была разработана именно для уменьшения площади контакта. Однако площадь контакта зависит также от соотношения радиусов кривизны пластины и кости.
Если радиус кривизны нижней поверхности пластины больше, чем радиус кривизны кости, то их контакт может бьть представлен единичной линией, и это уменьшает преимущества LC-DCP по равнению с плоской поверхносгыо DCP. Наоборот, когда радикс кривизны пластины меньше радиуса кривизны кости, имеется контакт по обоим краям пластины (две линии контакта), и латеральные вырезки на LC-DCP в значительной сгепени уменьшат площадь контакта. - Последствия травмы. Повышенное внутрисуставное давление уменьшает циркуляцию крови в эпифизе, особенно у молодых пациентов. Доказано, что повышение гидравлического давления (за счет интракапсулярной гематомы) снижает кровоснабжение эпифиза при открытой зоне роста.
Мертвая кость может быть восстановлена только путем удаления и замещения (т.н. «ползущее замещение» за счет остеональной или пластинчатой перестройки), процесса, который требует для завершения продолжительного времени.
Общепризнано, что омертвевшая ткань (особенно кость) предрасположена к инфицированию и поддерживает его.
Еще один эффект некроза — индукция внутренней (гаверсовой) перестройки кости. Она делает возможной замену мертвых осгеоцитов, но прмводит к временному ослаблению кости из-за транзиторного осгеопороза, который является неотъемлемой частью процесса ремоделирования.
Остеопороз часто наблюдается непосредственно под поверхностью пластин и может быть уменьшен за счет сокращения площади контакта пластины с костью (напр. LC-DCP), что максимально сохраняет периосгальное кровоснабжение и уменьшает объем аваскулярной кости.
Немедленное снижение костного кровотока наблюдалось после перелома и остеотомии, при этом кровоснабжение кортикального слоя поврежденной части кости снижалось почти на 50%. Это снижение связывалось с физиологической вазоконсгрикцией как периосгальных, так и медуллярных сосудов, возникающей как ответная реакция на травму.
В процессе сращения перелома, однако, наблюдается увеличивающаяся гиперемия в прилежащих внутри- и внекостных сосудах, достигающая пика спустя 2 недели. После этого кровоток в области костной мозоли постепенно вновь снижается. Отмечается также временное изменение нормального центросгремительного направления кровотока на противоположное после повреждения медуллярной системы кровообращения.
Перфузия костной мозоли крайне важна и может определить результат процесса консолидации. Кость может формироваться только при поддержке сосудистой сети, и хрящ не будет жизнеспособен при отсутствии достаточной перфузии. Однако эта аншогенная реакция зависит как от метода лечения перелома, так и от созданньк механических условий.
- Сосудистая реакция более выражена при использовании более эластичной фиксации, возможно, вследсгвие большего объема костной мозоли.
- Значительное механическое напряжение ткани, вызываемое нестабильностью, уменьшает кровоснабжение, особенно в щели перелома.
- Хирургическое вмешательство при внутренней фиксации переломов сопровождается изменениями гематомы и кровоснабжения мягких тканей. После чрезмерного рассверливания костномозгового канала
- Эндостальный кровоток уменьшается, однако если рассверливание было умеренным, отмечается быстрая гиперемическая реакция.
- Рассверливание при интрамедуллярном осгеосинтезе приводит к замедлению восстановления кортикальной перфузии в зависимости от степени рассверливания.
- Рассверливание не оказывает влияния на кровоток в косгной мозоли, так как кровоснабжение мозоли зависит в основном от окружающих мягких тканей. В дополнение к широкому обнажению кости значительная площадь контакта кости и имплантата приведет к снижению костного кровотока, так как кость получает снабжение из периостальных и эндостальньпс сосудов.
- Нарушение кровоснабжения минимизируется путем отказа от непостредственной манипуляции фрагментами, применением минимально-инвазивных вмешательств, использованием внешних или внутренних фиксаторов.
Как срастается перелом
Различают два типа сращения перелома:
- первичное, или прямое, сращение путем внутренней перестройки;
- вторичное, или непрямое, сращение путем формирования костной мозоли.
Первый происходит только в условиях абсолютной стабильности и является биологическим процессом остеональной перестройки кости.
Второй наблюдается при относительной стабильности (эластичной фиксации). Происходящие при этом типе сращения процессы сходны с процессами эмбрионального развития кости и включают как интрамембранозное, так и эндохондральное формирование кости.
При диафизарньк переломах формируется костная мозоль.
Сращение кости можно разделить на четыре стадии:
- воспаление;
- формирование мягкой мозоли;
- формирование жесткой мозоли;
- ремодедирование (перестройка).
Хотя эти стадии имеют различные характеристики, переход от одной к другой происходит плавно. Стадии определены произвольно и описываются с некоторыми вариациями.
Воспаление
После возникновения перелома начинается воспалительная реакция, которая продолжается до начала формирования фиброзной, хрящевой или костной таани (1-7-е сутки после перелома). Первоначально образуются гематома и воспалительный экссудат из поврежденньк кровеносньк сосудов. У концов сломанной кости наблюдается остеонекроз.
Повреждение мягких тканей и дегрануляция тромбоцитов приводят к выбросу мощных цитокинов, которые вызывают типичную воспалительную реакцию, т.е. вазодилятацию и гиперемию, миграцию и пролиферацию полиморфноядерных нейтрофилов, макрофагов и т.д. Внутри гематомы образуется сеть фибриновых и ретикулярных волокон, также представлены коллагеновые волокна. Происходит постепенное замещение гематомы грануляционной тканью. Остеокласты в этой среде удаляют некротизированную кость на концах отломков фрагментов.
Формирование мягкой мозоли
Со временем боль и отек уменьшаются, и образуется мягкая мозоль. Это примерно соответствует времени, когда фрагменты уже не смещаются свободно, то есть приблизительно через 2-3 недели после перелома.
Стадия мягкой мозоли характеризуется созреванием мозоли. Клетки-предшественники в камбиальных слоях надкостницы и эндоста стимулируются для развития в остеобласты. Вдали от щели перелома на поверхности периоста и эндоста начинается интрамембранозный аппозиционный рост кости, за счет которого формируется периостальная муфта грубоволокнистой костной ткани и заполняется костномозговой канал. Далее происходят врастание в мозоль капилляров и повышение васкуляризации. Ближе к щели перелома мезенхимальные клетки-предшественники размножаются и мигрируют через мозоль, дифференцируясь в фибробласты или хондроциты, каждые из которых продуцируют характерный внеклеточный матрикс и медленно замещают гематому.
Формирование жесткой мозоли
Когда концы перелома связаны между собой мягкой мозолью, начинается стадия жесткой мозоли которая продолжается до тех пор, пока отломки не зафиксируются прочно новой костью (3-4 месяца). По мере прогрессирования внугримембранозного образования кости мягкая ткань в щели перелома подвергается энхондральной оссификации и трансформируется в жесткую кальцифицированную ткань (грубоволокнистую кость). Рост костной мозоли начинается на периферии зоны перелома, где деформации минимальны.
Формирование этой кости уменьшает деформации в расположенных ближе к центру отделах, где в свою очередь также формируется костная мозоль. Таким образом, формирование жесткой мозоли начинается по периферии и прогрессивно смещается к центру перелома и межотломковой щели. Первичный костный мостик формируется снаружи или внутри костномозгового канала, вдали от подлинного кортикального слоя. Затем, путем энхондральной оссификации, мягкая ткань в щели перелома замещается грубоволокнистой костью, которая в итоге соединяет первоначальные кортикальные слои.
Ремоделирование
Стадия ремоделирования начинается после прочной фиксации перелома грубоволокнисгой костной тканью. Она постепенно замещается пластинчатой костью путем поверхностной эрозии и остеональной перестройки. Этот процесс может занять от нескольких месяцев до нескольких лет. Он продолжается до тех пор, пока кость полностью не восстановит свою первоначальную морфологию, в том числе костномозговой канал.
Различия в сращении кортикальной и спонгиозной кости
В отличие от вторичного сращения кортикальной кости сращение спонгиозной кости происходит без формирования значимой внешней мозоли.
Посде стадии воспаления формирование кости осуществляется за счет интрамембранозной оссификации, что можно объяснить огромным ангиогенным потенциалом трабекулярной косги, а также используемой при метафизарных переломах фиксацией, которая обычно более стабильна.
В редких случаях значительной межфрагментарной подвижности щель перелома может заполняться промежуточными мягкими тканями, однако обычно это фиброзная ткань, которая вскоре замещается костной.
Перелом шейки бедра
Перелом шейки бедра — тяжелая и опасная травма, которая может возникать как у пожилых, так и у молодых людей….
Подробнее…
doclvs.ru
Внимание! информация на сайте не является медицинским диагнозом, или руководством к действию и предназначена только для ознакомления.
Источник
В результате механической перегрузки кости, то есть преобладания деформирующей силы над возможностью сопротивления, что приводит к потере целостности, возникают переломы. Был проведен подробный анализ видов переломов в зависимости от влияния приложения силы, ее распределения и свойств костной ткани. Вращающий момент, разрыв, изгиб и сжатие приводят к характерным повреждениям кости, таким как поперечные, косое, вколоченное или мелкооскольчатые переломы.
Структурное разрушение сопровождается нарушением кровоснабжения кости и определяет степень повреждения мягких тканей и нервно-сосудистых нарушений. Хорошее кровоснабжение нижней челюсти обусловлено относительно большой толщиной компактного слоя этой кости, который кровоснабжается из подлежащего слоя. Во всяком случае полноценное обильное кровоснабжение способствует заживлению и невосприимчивости к инфекции.
Восстановление функции и первоначальной структуры рассматривается как на биологическом, так и на механическом уровне. Большинство переломов заживает самопроизвольно вплоть до гистологического или биологического восстановления первоначального строения. Основой заживления раны кости служит нормальное функционирование клеток, правильное питание (то есть кровоснабжение) и наличие механически защищающей окружающей среды для фиксации краев. Вначале происходит внутренняя и поверхностная перестройка; затем сразу же наблюдается увеличение синтеза ДНК и интенсивное размножение клеток в поднадкостничной области.
Незрелая костная ткань замещается на зрелую, разрушающиеся клетки выделяют остеоид (внеклеточный матрикс), который минерализуется с образованием костных трабекул. Те трабекулы, которые достигли значительных размеров, обладают кровеносными капиллярами и недифференцированными клетками. При формировании новой костной ткани в области костной мозоли находятся остекласты. Во время заживления и дифференцировки остеокластов осколки кости замещаются зрелой пластинчатой костью, а трабекулы мозгового вещества расширяются.
Известны два типа заживления перелома в зависимости от степени фиксации кости. В действительности их значительно больше, но в клинической практике принято рассматривать два классических варианта заживления. Если фиксация костных отломков обеспечена хорошо, остеогенез проходит так, как это было описано выше; края обломков не смещаются друг относительно друга, что позволяет остеокластам пересекать и «сшивать» просвет трещины, связывая обломки. Это называется первичным заживлением или сращением кости. Если обеспечена фиксация перелома, участок перелома срастается первичным заживлением; при большом просвете между обломками сначала образуется грубоволокнистая костная ткань, которая затем вторично перестраивается в пластинчатую кость. Однако даже при наличии хорошей фиксации при слишком большом просвете между костными обломками такой способ остеогенеза не возможен, и просвет перелома заполняется волокнистой тканью, насыщенной сосудами.
Если же фиксация не обеспечена и происходит постоянное движение обломков кости относительно друг друга, заживление поперек трещины становится невозможным. Процесс или «каскад» дифференцировки ткани происходит начиная с образования грануляций из соединительной ткани, затем идет образование волокнистого хряща, его минерализация, образуется грубоволокнистая кость, которая впоследствии уплотняется в компактное вещество.
Такой процесс заживления через образование хрящевой мозоли называется вторичным заживлением кости или внекостной реакцией с последующим развитием волокнистого хряща и возможностью эндохондриального окостенения (рис. 1). Клеточные взаимодействия при этих процессах изучены хорошо. Наличие мышц и других мягких тканей непосредственно около надкостницы стимулирует активность этих процессов. Между волокнами мышц и надкостницы всегда находится выступившая из сосудов кровь (или гематома). А поскольку в гематоме имеются клетки воспаления (полиморфные, а затем и макрофаги) в прилежащей мышце происходит пролиферация фибробластов и других клеток с замещением дегенерирующих мышечных волокон.
Базофильная мембрана мышечных волокон теряет свою герметичность, позволяя фибробластам смешиваться с клетками гематомы и клетками периоста, формируя основную массу мозоли. Затем мозоль быстро прорастает небольшими артериолами и венулами.
Рис. 1. Виды заживления переломов. Внешний вид заживающего перелома зависит от его геометрического вида, степени подвижности, места перелома и изменений во время его сращения.
Полнейшее исчезновение следов перелома невозможно; края обломков кости непосредственно контактируют между собой только на непротяженных участках. След на месте перелома представляет из себя полосу различной ширины. Полнейшее отсутствие движения между фрагментами возможно только в местах соприкосновения костных фрагментов, а также в местах с наибольшей близостью между костными обломками. Если область перелома полностью иммобилизована или с самого начала, или по мере сращения костных обломков, прямое интеркортикальное сращение поперек плоскости перелома происходит в зонах наибольшего контакта фрагментов
(А). На первом этапе сращения иммобилизованные фрагменты заполняются тканью, характерной для пластинчатой кости (Б).
Последующая перестройка с энхондриальным сращением (В) приводит к постепенному возврату первоначальной целостности кости. Этот феномен заживления перелома без промежуточных этапов тканевой дифференциации называется прямым, или первичным, сращением кости. Непосредственно прямое сращение краев перелома встречается редко.
Чем дальше от точки соприкосновения фрагментов, тем больше вероятность движения между фрагментами, поэтому ширина линии перелома увеличивается. Заживление перелома в данном случае происходит с резорбцией краев обломков, формированием костной мозоли, межфрагментарного окостенения, происходящего путем каскадной дифференциации костной ткани. Это приводит к постепенной иммобилизации в процессе сращения. Этот вид заживления так же редок, как и прямое заживление. Между вышеперечисленными крайними случаями заживления переломов существует наиболее распространенный вид заживления, который заключается в образовании костной ткани из раздробленных фрагментов, которая заполняет область перелома (Г).
Во время одной из фаз заживления перелома подвижность одних костных фрагментов может увеличиться, а других прекращаться. Так при неосложненных переломах можно наблюдать широкое разнообразие видов заживления. Однако, как показывает практика, в каждом конкретном случае, из множества вариантов заживления, способ сращения перелома можно определить достаточно редко.
Следующая стадия изменения ткани — это формирование хряща в области самой мозоли, а также в непосредственной близости к области мембранного остегенеза на границе корковой и поднадкостничной зон. Скорость пролиферации клеток и секреция базофильного матрикса превышают скорость роста кровеносных сосудов. В результате этого область становится все более бессосудистой, и вокруг клеток с гипертрофированными ядрами хондрацитов, формируются лакуны.
Образование хряща продолжается по той же схеме, что и окостенение при остеогенезе или созревании. Зрелые гипертрофированные клетки, сопровождающие кровеносные сосуды, прикрепляются к костному фрагменту по мере его обызвествления; они перестраивают хрящ сначала до грубоволокнистой костной ткани, а затем, в результате мембранной оссификации, и до компактного вещества.
Механизм заживления кости через формирование хряща наиболее часто встречается в трубчатых костях, в мозговом и лицевом отделах черепа. Этот вид заживления обычен для нижней челюсти, хотя этот механизм наблюдается и в других областях, где нет условий для первичного заживления. Клинические условия, включая межфрагментарные смещения, могут влиять на процесс заживления. Диабет или неблагоприятное влияние метаболитов (при химиотерапии), которые угнетают формирование хряща, также могут оказывать большое влияние. Известно, что заживление переломов может происходить как первичным, так и вторичным путем одновременно.
Немалое значение оказывает и местная регуляция. Факторы роста, играющие важную роль в местной регуляции, могут вырабатываться клетками воспаления и находятся непосредственно в костном матриксе. В области мозоли остеобласты, макрофаги или хондроциты также синтезируют факторы роста. Основные факторы роста, выделяемые в области перелома, представлены на рис. 2. Вначале различными исследователями был описан TGF-P, выделяемый тромбоцитами в начале образования мозоли. Возможно, кислотный фактор роста фибробластов влияет на пролиферацию хондрацитов, в то же время в сформированной мозоли синтез TGF-P в матриксе нарастает, что, наряду с другими факторами, стимулирует формирует образование хондрацитов, инициируя тем самым окостенение через образование хряща.
Рис. 2. Факторы роста, обнаруженные в костной мозоли
¹TGF-p= трансформирующий фактор роста р (TGF-p); BMP = формообразующие белки кости; aFGF = кислотный фактор роста фибробластов; bFGF = щелочной фактор роста фибробластов; 2 HSPG = гепарансульфатсодержащий протеогликан (по Bolander, ME. Regulator of fracture repair and synthesis of matrix macromolecules. В кн.: Brighton CT, Friedlander G, Lane JM (eds). Bone formation and repair. Rosemont, IL: American Academy of Orthopedic Surgeons, 1994. С разрешения).
Эти, наиболее важные местные регуляторы заживления кости, включая формообразующие белки, синтезируются остеобластами. Дальнейшее изучение механизмов заживления кости, несомненно, окажет значительную помощь в разработке новых подходов к лечению переломов.
Craig D. Friedman
Остеосинтез и остеогенез мозгового и лицевого черепа
Опубликовал Константин Моканов
Источник