Костная ткань — биологический композит, главными компонентами которого являются

        волокнистые коллагеновые структуры,

        минерализованное основное вещество,

        костные клетки,

        система интерстициальных каналов.

        Различают зрелую и незрелую (эмриональную)костную ткань. Зрелая костная ткань может быть губчатой или компактной.

        Различают четыре вида клеток костной ткани:

        остеогенные,

        остеобласты,

        остеоциты

        и остеокласты.

        Остеогенные клетки являются камбиальными элементами костной ткани; они находятся преимущественно в составе внутреннего слоя надкостницы — периоста и эндоста, который выстилает поверхность всех полостей компактной и губчатой кости.           Остеогенные клетки центральных каналов служат источником образования костных клеток, создающих новые гаверсовы системы; они входят в состав костного мозга.

        Остеобласты — клетки, синтезирующие большую часть органического костного матрикса (коллаген глюкозаминогликаны и др.) в период костеобразования. Это крупные отростчатые клетки округлой или овальной формы.

        Остеоциты — зрелые дифференцированные костные клетки, обеспечивающие целость костного матрикса и участвующие в регуляции его гомеостаза. Они расположены в костных лакунах, образованных коллагеновыми фибриллами и минерализованным основным веществом.

        Остеокласты

            — клетки, осуществляющие резорбцию костной ткани.

             —       Предполагается существование минералокластов и коллагенокластов.

             —       Эти клетки присутствуют в местах активной костной резорбции.

             

        Характерными признаками остеокластов являются

•      их многоядерность, большой размер, существование в цитоплазме четырех зон: гофрированной каемки, светлой зоны, области пузырьков и вакуолей, базальной области клетки.

•      В цитоплазме остеокластов имеется большое количество свободных рибосом и полирибосом, иногда встречаются кристаллы и остатки коллагеновых фибрилл.

        Волокнистые коллагеновые структуры представлены

–        сложной иерархической системой, которая включает коллагеновые молекулы,

            микрофибриллы, волокна и волокнистые комплексы.

–        Основа этих структур коллагеновый белок – составляет около 95% органического матрикса

            кости.

-   Коллагеновые волокна имеют плоскую, уплощенную или цилиндрическую форму.

        Плоские волокна называются костными

            пластинками.

            - Последние образуют пластинчатые комплексы или трабекулы.

        В компактной кости большая центральная часть построена из

            - цилиндрических пластинчатых комплексов, образующих телескопические структуры, которые являются основой остеонов, системы костных канальцев.

            - Пластинчатые комплексы губчатой кости имеют ячеистую организацию.

        Минерализованное основное вещество, придающее своеобразие

–        в  строении костной ткани, представлено минеральными солями в форме кристаллов и в аморфной фазе.

–        Основной компонент минералов костной ткани – гидроксиапатит [Са10(РО4)6(ОН)2].

–        Кроме кальция, фосфора и магния, в костной ткани присутствуют около 20 микроэлементов: медь, цинк, стронций, барий, бериллий, алюминий, молибден, железо, марганец и др.

–        Недостаток или избыток микроэлементов вызывает в костях тяжелые функциональные расстройства – остеомаляцию, остеопороз, рахит и др.

        Необходимый компонент всех биологических веществ – вода

–        составляет до 10% в компактной кости и до 5-15% – в губчатой кости.

–        Вода является средой, через которую диффундируют низкомоллекулярные вещества, необходимые для клеточного питания и выведения продуктов обмена.

        Важную роль в жизнедеятельности костной ткани играет интерстициальное пространство,

–        представленное сложной системой сообщающихся между собой каналов, по которым осуществляется перемещение воды и растворенных в ней метаболитов.

        Каналы различаются по размерам, направлению и назначению. Различают

–        центральные (гаверсовы),

–        прободающие (фолькмановские), соединяющие

–        (радиальные) каналы, канальцы, лакуны, межструктурные пространства.

        Канальцы – это звено микроциркуляторной системы кости,

            обеспечивающее связь лакун между собой, лакун и межструктурных

            пространств, а также интерстициальных пространств и центральных

            каналов. Канальцы имеют разную ориентацию.

Регенерация

Регенерация есть ответная реакция организма, сформировавшаяся в

            процессе филогенеза и обусловленная взаимодействием с факторами

            внешней среды.

Типы регенерации костной ткани

        Физиологическая регенерация

        Репаративная (восстановительная) регенерация

        Физиологическая регенерация-

            перестройка костной ткани, в процессе которой происходит частичное или полное рассасывание костных структур и создание новых. Ремоделирование костной ткани

        Репаративная (восстановительная) регенерация

            наблюдается при переломах костей.

        Восстановление клеток и тканей,

            разрушенных или утраченных в результате внешнего повреждения.

        Регенерация бывает полной (реституция) и неполной (субституция).

        Кость способна восстанавливать дефекты путём образования полноценной костной ткани.

        Морфофункциональные преобразования, происходящие в области травматического повреждения костной ткани – перелома,

            позволяют выделить

–        3 фазы в течение репаративного процесса

- И 3 типа костеобразования.

        1 фаза – воспаление

–        В первые несколько дней после перелома в костно-мозговом канале отломков и межотломковой щели определяются кровоизлияния, тканевые кисты, фибриновые нити, распадающиеся эритроциты, скопления лейкоцитов, макрофагов.

–        Надкостница  отломков  утолщена, пучки её коллагеновых волокон выглядят набухшими.

–         В окружающих мягких тканях отмечается вазодилятация, эксудация плазмы.

–        В зону перелома мигрируют полиморфноядерные лейкоциты, макрофаги.

        2 фаза – репарация.

–        Происходит организация гематомы с образованием фибринового сгустка.

–        Характерная для воспаления и стимулирующая его развитие кислая среда в зоне повреждения сменяется на нейтральную или даже слабощелочную.

–        Уже к 4-5 дням в межотломковой щели выявляется рыхлая, волокнистая, богатая ретикулиновыми волокнами и сосудами ткань.

        Образующаяся в организовавшейся гематоме клеточная популяция начинает активно продуцировать ткань будущей костной мозоли – волокнистую, хрящевую, костную.

        Эта ткань, располагаясь вокруг кости,

            связывает между собой костные отломки, уменьшая подвижность между ними

        В условиях хорошего кровоснабжения анатомично сопоставленных, прочно

            удерживаемых костных отломков может происходить образование костной

            мозоли непосредственно из элементов костной ткани, минуя процесс замещения соединительной и хрящевой ткани.

        При морфологическом исследовании в фазу репарации в надкостнице определяются очаги пролиферации

            малодифференцированных фибробластоподобных клеток.

        В этих очагах уже на 4-5 сутки после повреждения можно обнаружить формирование примитивных костных балок (периостальное костеобразование).

        К 7-10 дню в межотломковой щели появляются незрелые костные балки интермедиарного происхождения, а в костно-мозговом канале – эндостального происхождения (из фибробластической ткани, возникающей из эндоста), которые начинают формировать соответственно интермедиарную и эндостальную части костной мозоли

        Мелкие скопления кристаллов гидроксиапатита появляются в основном веществе образующейся костной мозоли уже на 7-10 сутки с момента повреждения. В таких участках минерализирующегося остеоида формируются остеобласты с хорошо развитой эндоплазматической сетью.

        Через 3-4 недели костные структуры регенерата выглядят уже достаточно зрелыми . В них располагаются остеоциты, отростки которых видны в глубине костных балок.

        Вместе с возрастающей концентрацией коллагена происходит аккумуляция кристаллов гидроксиапатита кальция.

        Проходящий процесс минерализации является результатом взаимодействия метастабильных соединений кальция и фосфора с аминокислотными цепочками коллагена.

        На этом этапе развития костной мозоли осуществляется более прочное соединение отломков между собой часто интерпретируемое как клиническое сращение.

        3 фаза – ремоделирование.

        Процесс ремоделирования костной мозоли занимает весьма продолжительный период времени.

        Отдельные исследования с радиоизотопными препаратами свидетельствуют о том, что и через 6-9 лет после перелома активность перестроечных процессов остается локально повышенной.

        Остеокласты резорбируют биомеханически необоснованно расположенные костные трабекулы.

        Через 8-24 недели после перелома в значительной степени происходит восстановление анатомической формы и структуры сросшейся кости:

        эндостальная костная мозоль редуцируется,

        костно-мозговой канал становится свободным и заполненным жировым костным мозгом с небольшими прослойками рыхлой волокнистой ткани.

        Обозначенные фазы репаративного остеогенеза не следуют в строгой последовательности друг за другом, то есть ремоделирование, например, начинается только после окончательного завершения фазы репарации, или восстановительные процессы возникают только после полного стихания воспалительной реакции (см. рис.)

        В области перелома костной ткани одновременно могут протекать несколько фаз репаративного ответа, но их направленность всегда остается стереотипной – повреждение – воспаление – репарация – ремоделирование.

        Хронологические показатели репаративного остеогенеза  выглядят весьма усредненными, поскольку сроки сращения переломов зависят от многих факторов, в том числе локализации, характера повреждения, возраста пострадавших и др. и

        Восстановление целостности поврежденной кости происходит путем

•      пролиферации клеток камбиального слоя надкостницы (периоста), эндоста, малодифференцированных плюрипотентных клеток стромы костного мозга,

•      а также в результате  метаплазии мало-дифференцированных мезенхимальных клеток параоссальных тканей.

•      К основным типам восстановления костной ткани после перелома относятся:

•      В гистологии принято называть костеобразование на месте волокнистой соединительной ткани десмальным:

•      на месте гиалинового хряща --энхондральным,

•      в области скопления пролиферирующих клеток скеле-тогенной ткани - костеобразованием по мезенхимальному типу.

        Стадии репаративной регенерации кости:     

•      катаболизм тканевых структур,

•      дедифференцирование и проли-ферация клеточных элементов,

•      образование сосудов,    

•      образование и дифференцирование тканевых структур,   

•      минерализация и перестройка первичного регенерата

•      и реституция кости.

        Практическая схема регенерации костной ткани:

  пролиферация клеточных элементов,

  нарушение аэробного обмена,

  выпадение аппатитов,

  кристаллизация,

  остекласты и рассасывание,

  приоритет - новый рост костной ткани.

  Репаративному остеогенезу в области перелома дают толчок:

  некробиотические изменения,

  формирование экстравазатов,

  нарушение лимфо- и кровообращения в области перелома

  и активная гиперемия, возникающие вслед за переломом (В. И. Фишкин, С. Е. Львов В. Е. Удальцов, 1981).

  Пусковой механизм процесса репаративного остеогенеза, зависящий от эндокринных, нейрогуморальных и других факторов, начинается сразу же после нанесения травмы.

  Процесс репаративного остеогенеза очень сложный.

  Внешняя сила, ломая кость, вызывает

  повреждение надкостницы, мышц, фасций, сосудов, нервов и других тканей.

  В области перелома изменяется химизм среды, развиваются некротические процессы и асептическое воспаление, а также возникают сложные патофизиологические нарушения со стороны регулирующих систем.

  Под влиянием этих изменений и сложных биохимических процессов в области перелома возникают явления репаративной регенерации костной ткани и со временем формируется мозоль.

  В формировании мозоли принимают участие все структуры кости (А. В. Русаков, 1959):

  камбиальный слой периоста,

  эндост с костным мозгом,

  клеточные элементы центральных и прободающих каналов,

  врастающие в регенерат молодые кровеносные сосуды, несущие недифференцированные мезенхимальные клетки и т. д.

  Этому способствуют формирование экстравазата и активная гиперемия.

  Основными биохимическими процессами, лежащими в основе репаративных изменений, являются

  состояние периферического кровообращения (микроциркуляция),

  биосинтез специфических белков и ферментов и последующая минерализация органического матрикса регенерата.

  В результате этих процессов первичная мозоль, состоящая из остеоидной и других тканей, подвергается оссификации, образуется костная мозоль и перелом срастается.

  В первые часы происходят такие  реактивные процессы, вызванные повреждением ткани, как кровоизлияние, отек, клеточная пролиферация.

  В периосте в области перелома образуется остеобластическая грануляционная ткань, клетки которой дифференцируются в хрящевые, что дает начало образованию хрящевой периостальной  мозоли.

  Она соединяет концы костных отломков, устраняя их неподвижность.

  В дальнейшем в периосте области перелома образуется своеобразная остеобластическая грануляционная ткань, клетки которой дифференцируются в хрящевые, что дает начало образованию хрящевой периостальной мозоли.

  Хрящевая мозоль с течением времени сменяется костной.

  Уже на первой неделе несколько отступя от линии перелома со стороны периоста образуются костные балочки, сперва единичные, а затем в виде сети.

 

  Костеобразовательный процесс распространяется в направлении линии перелома.

  В дальнейшей стадии заживления перелома балочки строятся на основе хрящевой ткани мозоли по типу обычного энхондрального окостенения. Принято говорить в этом случае о стадии минерализации мозоли (имеют в виду периостальную мозоль), происходит замещение хрящевой мозоли костными структурами, уже с начала процесса своего развития подвергающимися минерализации.

  В последующем хрящевая ткань постепенно рассасывается и замещается костной тканью.

  Уже на первой неделе несколько отступя от линии перелома со стороны периоста образуются костные балочки, сперва единичные, а затем в виде сети.

 

  Костеобразовательный процесс распространяется в направлении линии перелома.

  В дальнейшей стадии заживления перелома балочки строятся на основе хрящевой ткани мозоли по типу обычного энхондрального окостенения. Принято говорить в этом случае о стадии минерализации мозоли (имеют в виду периостальную мозоль), происходит замещение хрящевой мозоли костными структурами, уже с начала процесса своего развития подвергающимися минерализации.

  В последующем хрящевая ткань постепенно рассасывается и замещается костной тканью.

  Исходя из того, откуда происходит тот или иной участок костного регенерата в нем выделяют

            периостальную часть, являющуюся результатом деятельности клеток надкостницы,

            эндостальную часть, стабилизирующую перелом со стороны костномозговой полости и интермедиарную часть, формирующуюся непосредственно в зоне между отломками

        Эндостальная мозоль, как правило, выражена значительно слабее, сразу строится как костная, без хрящевой стадии.

        И периостальная (наружная), и эндостальная (внутренняя) мозоли — образования временные.

        Спаивает концы отломков по линии перелома интермедиарная мозоль, которая образуется позднее периостальной и эндостальной мозоли.

        Физиологическое значение разных отделов мозоли различно.

        Периостальная и эндостальная мозоли сами по себе не знаменуют сращения отломков.

        Они, в основном периостальная, осуществляют лишь их фиксацию, необходимую для процесса сращения.

        Фиксация отломков важна не только потому, что она обеспечивает состояние покоя, необходимое для костеобразовательного процесса, но и потому, что при отсутствии фиксации подвижность отломков обусловливает постоянную травматизацию регенерата

        Образование костной интермедиарной мозоли происходит

        на основе соединительной ткани, содержащей кровеносные сосуды и врастающей в интермедиарную щель, главным образом со стороны периоста.

        Ее коллагеновые волокна составляют ту плотную основу, на которой в дальнейшем откладывается костное вещество.

        Таким образом, костеобразование в этом случае происходит по десмальному типу, без предварительной хрящевой стадии.

        Итак, функция периостального и эндостального отделов костной мозоли состоит в иммобилизации и фиксации костных отломков, а функция интермедиарной мозоли — в сращении их.

        Для правильного понимания процесса заживления и сращения перелома необходимо дифференцировать физиологическое значение различных отделов костной мозоли, что особенно важно учитывать при заживлении переломов в разных условиях.

        Так, сращение костей в условиях устойчивого остеосинтеза существенно отличается от сращения при неполной иммобилизации отломков.

        Биологически процесс образования костной мозоли одинаков во всех ее отделах.

        Он заключается в основном в пролиферации клеток, в дифференцировке их в направлении хрящевой или костной ткани,

        тогда как физиологическое значение периостального, эндостального, интермедиарного отделов мозоли неодинаково.

        Исследования Г. И. Лаврищевой и Э. Я. Дуброва (1966) показали, что для образования интермедиарной мозоли по всей линии перелома необходима щель между отломками шириной приблизительно около 100 мкм.

        При меньшей ширине щели прорастание сосудистой ткани между отломками, а, следовательно, и образование интермедиарной мозоли будет затруднено, замедлено, поскольку организму потребуется известное время на расширение щели путем рассасывания костной ткани концов отломков.

        Постоянное взаимодавление отломков неблагоприятно для сращения диафизарных переломов.

        Оно значительно удлиняет сроки сращения, которое в течение долгого времени остается частичным, неполноценным как в анатомическом, так и в клиническом отношении.

        Этот факт свидетельствует также о том, что значение устойчивого остеосинтеза заключается в совершенной иммобилизации костных отломков, а не в компрессии как таковой.

        Рационально применять устойчивый остеосинтез, но без взаимодавления отломков.

        Выделяют (Т.П.Виноградова, Г.Н.Лаврищева, В.И.Стецула, Э.Я.Дубров) три вида репаративной регенерации костной ткани:    

- по типу первичного (мезенхимальный тип),    

- первично-задержанного (десмальный тип),  

- вторичного сращения кости (энхондральный тип).

        Первичное сращение - диастаз до 50-100 км, полное обездвиживание .

–        отломки тесно соприкасаются друг с другом и стабильно фиксированы между собой.

–        Такой вид консолидации иногда называют «щелевым сращением» или «контактным сращением»,

–        Стабильная  фиксация, необходимая для первичного сращения, подразумевает не полную неподвижность костных отломков, но наличие микродвижений между ними, которые оказывают стимулирующее воздействие на формирование костной мозоли, особенно в стадию ремоделирования.

–        Первая стадия первичного костного сращения характеризуется заполнением межотломковой щели не соединительной или волокнистой хрящевой, а остеоидной тканью.

–        Процессы резорбции и реформирования костной мозоли при первичном сращении в значительной степени синхронизированы.

        Сращение костных отломков непосредственно костной тканью без участия периостальной (хрящевой) мозоли получило название первичного сращения перелома по аналогии с первичным натяжением ран мягких тканей (В. Д. Чаклин, 1936; А. В. Каплан, 1948). Прежде всего, надо сказать, что по отношению к перелому кости правильнее говорить не о первичном заживлении и тем более не о первичном или вторичном натяжении, а о первичном сращении.

        возможно при плотном сопоставлении отломков, чтобы расстояние между ними было порядка 0,1 мм 

        Первичное сращение перелома -  сращение, которое происходит путем непосредственного образования интермедиарной  (костной) мозоли, без предварительной периостальной мозоли (хрящевой).

        Первично-задержанное - полное отсутствие щели, полное обездвиживание - сращение только по гаверсовым канальцам.    

–        отличается от первичного неполной синхронизацией между процессами образования органического мягкотканного компонента – коллагеновых волокон и их оссификацией (десмальный тип сращения), поэтому характеризуется ранним, но лишь частичным сращением.

–        Наблюдается при дистракционном остеогенезе или каллотаксисе (callos – костная мозоль) по Илизарову – оперативном выращивании регенерата костной ткани с целью замещения дефекта или удлиненеия конечности.

–        Полному интермедиарному сращению отломков предшествует выраженная резорбция их концов, обусловленная нарушением кровоснабжения и девитализацией костной ткани.

        Несоблюдение двух непременных условий дистракционного каллотаксиса – неподвижности отломков и медленного темпа дозированной дистракции (не более 1-1,5 мм в сутки) может привести к заполнению диастаза зрелой волокнистой соединительной тканью или смешанным регенератом из волокнистой соединительной и хрящевой ткани без последующей его трансформации или замещения костной тканью.

        Вторичное сращение кости - смещения отломков, подвижность-- костная мозоль проходит десмальную и энхондральную стадии.

–        травматизация новообразованного регенерата, костная мозоль формируется прежде всего со стороны периоста.

–        Периостальная костная мозоль  обездвиживает отломки, и лишь затем происходит сращение непосредственно между ними.

        В условиях подвижности отломков или их смещения нужна объемистая, вначале хрящевая мозоль. Напротив, при хорошей иммобилизации костных отломков, когда сращение протекает по типу первичного, периостальная мозоль не образуется.

–        В таких случаях показателем благоприятного течения процесса сращения отломков является именно отсутствие периостальной мозоли.

        Таким образом, совершенно противоположные состояния мозоли (большая величина ее в первом случае и отсутствие ее во втором)    свидетельствуют об успешном    течении процесса сращения отломков.

        Надо согласиться с Г. И. Лаврищевой, которая указывает, что сокращение сроков сращения перелома при применении устойчивого остеосинтеза достигается не стимуляцией, а созданием условий, благоприятных для проявления биологических возможностей организма к нормализации состояния поврежденных тканей.

–        Однако значение устойчивого остеосинтеза заключается в создании не только местных условий, благоприятных для сращения перелома.

–        Применение его позволяет больному раньше прекращать постельный режим и возвращаться к обычному образу жизни.

–        Все это улучшает условия общего обмена веществ, что в свою очередь благоприятствует течению местных регенераторных процессов.

        Теоретические обоснования.

–        Правильное сопоставление отломков, особенно при диафизарном переломе, важно потому, что сближение поверхностей изломов обеспечивает более скорое образование интермедиарной мозоли, так как отпадает необходимость большой периостальной мозоли, что требовало бы дополнительного времени.

–        Надежная фиксация отломков, обездвиживая их, тем самым предотвращает травматизацию регенерата, создает условия покоя, необходимого для образования костной ткани.

–        Применение компрессионного метода с постоянным взаимодавлением отломков с теоретической стороны не оправдано, что подтверждается на практике длительной невозможностью нагружать конечность и опасностью рефрактуры, поскольку при таком остеосинтезе происходит лишь частичное сращение отломков.

Стадии сращения перелома трубчатой кости в условиях неполного обездвижения отломков