Способ моделирования артропластики

 

Использование: в медицине, а именно в экспериментальной артрологии при изучении и прогнозировании результатов артропластики. Цель: изучение морфогенеза образуемого сустава с замкнутой суставной полостью. Сущность: резецируют часть позвонков хвоста собаки, в дефект имплантируют брефосустав с последующей фиксацией. Положительный эффект: способ позволяет изучить приживление, замещение и перестройку брефосустава с замкнутой суставной полостью.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 А 61 В 17/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

4 3

О

iC) Э

> (21) 4887879/14 (22) 05.12.90 (46) 23.09.92. Бюл. № 35 (71) Кузбасский научно-исследовательский институт травматологии и реабилитации и

Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии (72) Q. Г. Склянчук, Е. Д. Скл янчук и А, А. Бурухин (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1090362, А 61 В 17/56, 1982. (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ АРТРОПЛАСТИКИ

Изобретение относится к медицине, в частности к экспериментальной артрологии, и может быть использовано для изучения и прогнозирования результатов артропластических операций.

Известны способы экспериментального моделирования артропластики с применением биоматериалов. Различия между ними, как правило, заключаются в типе материала, используемого для замещения суставных поверхностей, Обычно эти способы не могут обеспечить необходимые условия скольжения суставных поверхностей, поскольку между суставными поверхностями возникает значительное трение. Кроме того, не удается достигнуть геометрически правильной формы и достаточной конгруентности концов, формирующих сустав, что препятствует плавному скольжению суставных поверхностей и соответственно резко повышает их взаимное трение и истирание, Отсутствие синовальной жидкости, которая в физиологических условиях выполняет фунЫЛ 1762902 А1 (57) Использование: в медицине, а именно в экспериментальной артрологии при изучении и прогнозировании результатов артропластики. Цель: изучение морфогенеза образуемого сустава с замкнутой суставной полостью. Сущность: резецируют часть позвонков хвоста собаки, в дефект имплантируют брефосустав с последующей фиксацией. Положительный эффект: способ позволяет изучить приживление, замещение и перестройку брефосустава с замкнутой суставной полостью. кцию смазки между взаимоподвижными поверхностями, углубляет состояние повышенного трения в сформированном суставе.

Нередко возникает поток болевых импульсов с тканевых элементов, формирующих сустав, и рефлекторная контрактура заинтересованных мышц. Применяемые при артропластике пластические материалы часто вызывают образование внутрисуставных спаек фиброзного характера, что влечет неудовлетворительные результаты артропластики (Волков М. В., Оганесян О. B.

Восстановление формы и функции суставов и костей. M., Медицина, 1986, с. 5 — 8 ), С другой стороны, в специальной литературе не найдено экспериментальных работ по изучению перестройки, адаптации и функции цельного гомологичного сустава плода (брефосустава) при тотальной артропластике, Трудностями при таких экспериментальных исследованиях являются значительная хрупкость используемого материала и подбор подходящей зоны у живо1762902 тного для экспериментальной артропластики.

Учитывая необходимые требования оптимальных условий адаптивной перестройки вновь формируемого сустава отсутствие или сведение к минимуму осевых нагрузок сустава, раннее начало свойственныхх данному суставу движений, сохранение капсулы сустава и его среды — в качестве зоны экспериментал ьной трансплантации брефосустава были использованы межпозвонковые суставы хвостового отдела позвоночника собаки.

Наиболее близким к предлагаемому, ориентируясь на перечисленные выше оптимальные условия приживления и адаптивной перестройки суставных тканей, является способ восстановления суставного хряща по авт. св. СССР М 1090362, А 61

В 17/00, принятый за прототип.

Недостатками данного способа экспериментального моделирования являются: отсутствие изначальной конгруентности суставных поверхностей, отсутствие замкнутой суставной полости в зоне артропластики, обязательное использованиее ша рнир но-дистракцио нного ап па рата эквартикулярного аппарата и в связи с этим — ежедневное раздражение послеоперационной раны при работе с аппаратом для обеспечения ранней подвижности сустава, трудность удержания аппарата на животном достаточный срок без нагноения при проведении спиц и разрешение ножек трансплантата спицами при использовании брефосуставов.

Способ эффективен при клиническом применении в значительной доле наблюдений. Однако его применение при исследовании морфогенеза (приживление, замещение и адаптивной перестройки) .цельного брефосустава в эксперименте представляет значительные трудности, а у животных использование наружного аппарата длительный срок оказывается в подавляющем числе наблюдений невозможным.

Цель изобретения — изучение морфогенеза образуемого сустава с замкнутой суставной полостью.

Способ осуществляется следующим образом. Предмедикация проводится за 30 мин до начала оперативного вмешательства промедолом и атропином.

Хвост освобождается от волосяного покрова. Для анестезии применяется внутривенный тиопенталовый наркоз.

Операционное поле обрабатывается дважды спиртовым 5%-ным раствором йода.

Длительность оперативного вмешательства составляет в среднем 40 мин.

Продольным разрезом на дорзальной поверхности хаос а ближе к его основанию рассекается кожа и подкожная клетчатка в проекции любого хвостового межпозвонкового сустава, подходящего размерами для трансплантации выбранного брефосустава.

Над суставом и смежными позвонками продольно рассекаются леваторы хвоста. Распаторами выделяются смежные позвонки с костными отростками. После этого рассекается межпозвонковый сустав. Распаторами выделяются смежные позвонки на вентральной поверхности, вывихиваются в рану и резецируются (в соответствии с размерами брефосустава). Для трансплантации используются человеческие локтевые брефосуставы раннего срока развития. Для этого проводится экзартикуляция лучевой кости., с локтевой и плечевой костей удаляются надкостницы и кости моделируются в виде конусов для формирования ножек брефосустава. Брефосуставы применяются после соответствующей консервации, По форме ножек брефосустава в костномозговых каналах резецированных позвонков трепанируются конусообразные ложа. Брефосустав с подготовленными костными ножками помещается в зону дефекта и ножки его плотно внедряются в костные ложа в телах позвонков, Так как брефокости имеют выраженные эластические свойства, такая фиксация оказывается довольно прочной, и при движении хвоста подвижности ножек трансплантата в зоне артропластики не возникает. После —.щательного гемостаза накладываются узловые капроновые швы на сухожилия и мышцы леваторов с укутыванием брефосустава. После этого накладываются узловые капроновые швы на подкожную клетчатку и кожу. На сутки накладывается асептическая повязка и гипсовая шина.

Примеры конкретного выполнения

В поисковом эксперименте были использованы 12 взрослых беспородных со бак. Резул ьтаты эксперимента п росл еже н ь в 2-недельном, 3-месячном и 6-месячном сроках..

При заборе экспериментального мате риала из хвоста собаки высекался сегмент включающий непосредственно зону бре фопластики и смежные тела позвонков.

Материал фиксировался в 12 го -ном нейтральном формалине не менее 5 суток после чего декальцинировался в ТРИЛОН1

В. Затем из препаратов высекались про дольные пластинки через зону артропласти ки толщиной 3 — 4 мм, и по общепринятыь методикам проводилась парафиновая по

1762902

55 водка. Срез с блоков окрашивался гематоксилинэозином по методу Ван-Гизон, альциановым синим и, кроме того, на стеклах проводились реакции Хейла и ШИК.

Собака М 55.

Протокол эксперимента 971, Дата: 6 декабря 1988 г.

Макроскопически взятый для исследования хвостовой сегмент выглядит слегка отечным и гиперемированным. При вскрытии мягких тканей обнаруживается их легкая пастозность. Параоссальные промежутки содержат немного отечной грануляционной ткани.

На рентгенограммах после ампутации хвоста видно расширение мягких тканей в зоне трансплантации без образования полостей, В костном скелете хвоста виден костный дефект размером около 2 см. В смежных зоне дефекта позвонках контурируется конусообразное снижение интенсивности костной плотности, что соответствует сформированным костным ложам в позвонках. В зоне дефекта определяется тень сниженной костной плотности с рентгенологической щелью суставных хрящей, Параартикулярный связочный аппарат и прилежащие соединительно-тканые структуры выглядят гистологически несколько отечными с мелкими очагами кровоизлияний в состоянии лизиса эритроцитов и с явлениями невыраженного гемосидероза тканей. Структура костного ложа в теле позвонка значительно не изменена. В неширокой зоне, граничащей с костной ножкой трансплантата, обнаруживается волокнистая соединительная ткань, врастающая в ячеи губчатой кости тела позвонка. При этом наблюдается формирование зон развивающегося десмального или, реже, энхондрального остеогенеза, Эта же ткань заполняет участки неплотного прилегания трансплантата к ложу и врастает в губчатую кость ножки трансплантата. При этом обращает на себя внимание малая выраженность остеогенной реакции в кости трансплантата, Таким образом, в это время наблюдения документируется прогрессирующий процесс костно-фиброзного приживления ножек трансплантата.

Суставные поверхности брефосустава сохраняют структуру эмбрионального суставного хряща при некотором уменьшении его толщины — не более 700 — 800 мкм. Несколько отечной выглядит капсула брефосустава, в которую активно врастают капилляры, в том числе синусоидного типа с крайне неравномерным, чаще сниженным кровенаполнением.

Проведенные гистохимические исследования свидетельствуют о резкой активизации репаративных остеогенных процессов в костной ткани ложа тела позвонка, об активном метаболизме фибропластической ткани, пенетрирующей костные ножки брефосустава. Это доказывается усилением тинкториальности волокнистой ткани при окраске альциановым синим, положительной ШИК-реакцией, гиперемией сосудов. Вместе с этим гистохимия структур брефотрансплантата показывает крайне низкий уровень метаболизма в его костных ножках и в суставных хрящах, Суставной хрящ при окраске альциBHoBblM синим и при Хейл-реакции либо оптически пуст, либо проявляет едва заметную восприимчивость окрасок. Клеточные элементы угадываются по очень слабому прокрашиванию красителями хроматика, LIJMK-резекция умеренно положительная лишь по ходу костных структур в ножках трансплантата.

Следовательно. в это время наблюдения превалируют процессы приживления трансплантата и ложа при крайне низком уровне метаболизма непосредственно в трансплантате. Источником метаболитов для возникновения обменных процессов в трансплантате даже на наблюдаемом минимальном уровне могут быть пенетрирующие сосуды из параартикулярных предсуществующих тканей в капсулу сустава, Собака М 63, Протокол эксперимента 998.

Дата: 8 февраля 1990 г, Макроскопически в это время эксперимента в зоне бывшей операции непосредственным признаком вмешательства остается послеоперационный рубец длиною около 5 см, чуть плотноватый на уровне дермы. При вскрытии дермы мягкие параартикулярные ткани сохраняют обычный вид и консистенцию с небольшим разрастанием сероватой волокнистой рубцовой ткани непосредственно в проекции кожного рубца. Препарат целиком берется для морфологического изучения.

При рентнегологическом исследовании препарата рентгенологическая тень мягких тканей не увеличена по сравнению со смежными областями хвоста. Полостей нет. Костный дефект по сравнению с рентгенограммами хвоста после операции несколько уменьшился. Не дифференцируется костная плотность ножек трансплантата и тел позвонков. Вокруг заинтересованных позвонков обнаруживается неравномерная по плотности тень, со1762902 ярко оэзинофильна, неравномерно альцианпозитивна, содержит много остеоцитов. По контуру она покрыта слоем остеобла- 25

45

Ответствующая зоне периостальной реакции.

В отличие от предыдущего срока гистологическое исследование констатирует приживление брефотрансплантата в ложе тел позвонков. При этом губчатая кость по линии приживления построена нерегулярно и имеет подчеркнуто мелкопетлистое строение с несколько утолщенными костными балками, Такую же структуру приобретают к этому сроку краевые зоны ножек брефотрансплантата, В глубине костных фрагментов брефотрансплантата отчетливо наблюдаются наслоения вдоль формируемой пластинчатой кости на предсуществующие балки. Несколько различается структура костной ткани разного происхождения: предсуществующая ткань слабо эрзинофильна, плохо окрашивается эльциановым синим и малоклеточна; вновь формируемая кость отделяется от нее линией базофилии, имеет слоистую структуру, стов, а иногда переходит в волокнистые структуры фиброзной ткани, неравномерно заполняющей ячеи губчатой кости.

Костная ткань трансплантата в процессе приживления замещается костной тканью из позвонкового ложа и персистирует в составе вновь образуемых костных структур.

Мягкие параартикулярные ткани имеют типичное строение, весьма богаты полнокровными сосудами, в них не встречается сколько — нибудь заметных воспалительных или круглоклеточных инфильтратов. Единственным значительным изменением прилежащих к суставу тканей можно считать широкую, нарастающую центральную зону периостальной реакции, Хрящевые суставные поверхности сохраняют конгруентность нативного брефосустава, гладкие в центральных зонах, иногда с неравномерным утолщением и "наплывами" к периферии суставной поверхности.

В отличие от двухнедельного срока толщина суставного хряща увеличивается до

1000 — 1100 мкм. При этом в структуре суставного хряща дифференцируется поверхностный слой с мелкими, чуть уплощенными горизонтально расположенными клетками, Хондроциты наиболее мощного среднего слоя. располагаются несколько нерегулярно, а иногда формируют крупные изогенные группы, B базальном слое хряща наблюдается обилие колонковых структур с признаками умерен ной дезинтеграции в некоторых из них. В субхондриальную зону

20 врастают множественные полнокровные капилляры.

Основное вещество имеет монотонную структуру и Ilo гистохимическим данным к этому сроку приобретает свойственную гидрофилию и насыщенность гликозаминогликанами. Отмечается весьма высокая активность клеток, особенно в средней зоне хряща ядра клеток гиперхромные, иногда пышные, цитоплазма реже — внутренняя территория хондронов и перикапсулярные зоны ярко окрашиваются альциановым синим, а положительная Хейл-реакция демонстрирует высокую полимеризацию гликозаминогликанов в перикапсулярных и внешних территориях хондронов. В утоп щениях суставного хряща и "наплывах", описанных выше, содержатся крупные изогенные группы хондроцитов и многокпеточный матрикс.

Итак, в трехмесячном сроке наблюдаются приживление трансплантата и восстановление метаболических, структурных, а соответственно, и функциональных параметров хрящевых поверхностей, Наблюдаемая несколько избыточная полиферация хондроцитов (изогенные группы), гиперпродукция клеток и матрикса на периферии суставного хряща являются, вероятно, свидетельством незавершенной к этому сроку функциональной адаптивной перестройки.

Собака М 34, Протокол эксперимента 950

Дата: 22 an реля 1988 г.

Макроскопически изменения в зоне операции не отличаются от описанных в трехмесячном сроке.

При рентгенологическом исследовании нарастает плотность тени в зоне бывшей ножки трансплантата и прилежащей зоны ложа. За счет периостальной реакции тень заинтересованных тел позвонков оказывается несколько расширенной. Полость сустава чуть сужается относительнс предыдущего срока. Гипермобильность, ко. торая отмечалась в трехмесячном сроке, зна чительно уменьшается, но превосходи1 объем движений нормального межпозвон кового сустава.

В шестимесячном сроке гистологиче. ская структура трансплантата отличается о предшествующего срока полным приживле: нием в ложе тела позвонка. Костная ткан ложа замещается или обрастает балки губ чатой кости трансплантата почти полно стью, Персистирующая кость трансплантат; дифференцируется лишь отдельными фраг ментами в общей структуре губчатой кости

При этом граница "трансплантат — ложе" ста

1762902

Составитель О, Склянчук

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Шмакова

Редактор

Заказ 3401 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 новится почти неразличимой. Однако остеобластическая выстилка по контурам балок, некоторая неупорядоченность структуры губчатой кости свидетельствуют о предложении процесса ремоделирования кости, вероятно, с целью восстановления соответствия между направленностью биомеханических нагрузок и архитектоникой кости в новых условиях функционирования.

Непосредственно суставной хрящ не претерпевает значительных изменений, но становятся более выраженными свойственные ему структурные черты: четко дифференцирован поверхностный слой с уплощенными клетками, уменьшается число хондроцитов в среднем слое с почти полным исчезновением изогенных групп, упорядочиваются колонковые структуры, в субхондральной зоне проявляются отчетливые признаки энхондриального остеогеноза и формируется замыкательная костная пластинка, субхондральная по отношению к эмбриональному хрящу брефосустава.

Использование предлагаемого способа моделирования артропластики дает положительный эффект: в частности, изучены основные стадии морфогенеза образующегося сустава в динамике, что позволяет разработать морфологическое обоснование

5 применения брефосуставов в лечении больных с дефектами и заболеваниями суставов.

Кроме того, выяснилось, что брефосуставы являются оптимальным биологически совместимым материалом, имеющим

10 структуру целостного сустава со всеми анатомическими единицами, что устраняет какие-либо механогенные осложнения при адаптации, Данный материал стерилен и является идеальным пластическим материа15 лом при восстановлении суставов кисти, Формула изобретения

Способ моделирования артропластики путем имплантации сочленяющихся поверхностей из биоматериала с последующей

20 фиксацией, отличающийся тем, что, с целью изучения морфогенеза образуемого сустава с замкнутой суставной полостью, в качестве имплантата используют брефосусты, а имплантируют его в хвост собаки по25 сле резекции части позвонков.