Способ моделирования атрофического ложного сустава у кролика Российский патент 2024 года по МПК G09B23/28 A61B17/56 

Изобретение относится к медицине, а именно к экспериментальной травматологии и ортопедии, и может быть использовано для моделирования атрофического ложного сустава в эксперименте.

Известны способы моделирования путем создания механических преград между костными фрагментами в зоне перелома. С этой целью использовались: воск [dos Santos Neto FL, Volpon JB. Experimental nonunion in dogs. Clin Orthop Relat Res. 1984 Jul-Aug; (187):260-71. PMID: 6086197]; силиконовое кольцо [Lozada-Gallegos AR, Letechipia-Moreno J, Palma-Lara I, Montero AA, G, Castro-Munozledo F, MA, Mosqueda ML. Development of a bone nonunion in a noncritical segmental tibia defect model in sheep utilizing interlocking nail as an internal fixation system. J Surg Res. 2013 Aug; 183(2):620-8. doi: 10.1016/j jss.2013.02.060. Epub 2013 Mar 20. PMID: 23535114]; интерпозиция мышц и фасций [Ferreira ML, Silva PC, Pereira Lde P, Franco RS, Mello NB, Amaral AC, Schanaider A. Modelo experimental em ratos para о desenvolvimento de pseudoartrose [Experimental model in rats for the development of pseudoarthrosis]. Rev Col Bras Cir. 2009 Dec;36(6):514-8. Portuguese, doi: 10.1590/s0100-69912009000600010. PMID: 20140396], [Takikawa S, Matsui N, Kokubu T, Tsunoda M, Fujioka H, Mizuno K, Azuma Y. Low-intensity pulsed ultrasound initiates bone healing in rat nonunion fracture model. J Ultrasound Med. 2001 Mar;20(3): 197-205. doi: 10.7863/jum.2001.20.3.197. PMID: 11270523].

Недостатком этих методов является несоответствие в полной мере патогенезу образования ложного сустава. Создание механической преграды моделирует интерпозицию в зоне перелома костными фрагментами или мягкими тканями. Наличие интерпозиции мягкими тканями или костным фрагментом является абсолютным показанием к хирургическому лечению перелома, ее устраняют при первичном остеосинтезе. Интерпозицию как правило устраняют при первичном остеосинтезе. Сохранение же интерпонента при консервативном лечении перелома с последующим формированием ложного сустава является редкой клинической ситуацией. В то же время удаление механической преграды с последующей стабилизацией костных фрагментов будет являться решающим лечебным мероприятием, способным устранить ложный сустав.

Разработаны способы моделирования ложного сустава посредством изоляции зоны перелома от окружающих тканей с помощью латекса [Roberto-Rodrigues М, Fernandes RM, Senos R, Scoralick AC, Bastos AL, Santos TM, Viana LP, Lima I, Guzman-Silva MA, JR. Novel rat model of nonunion fracture with vascular deficit. Injury. 2015 Apr; 46(4):649-54. doi: 10.1016/j.injury.2015.01.033. Epub 2015 Jan 23. PMID: 25661107] или силикона [Schmidhammer R, Zandieh S, Mittermayr R, Pelinka LE, Leixnering M, Hopf R, Kroepfl A, Redl H. Assessment of bone union/nonunion in an experimental model using microcomputed technology. J Trauma. 2006 Jul; 61(1): 199-205. doi: 10.1097/01.ta.0000195987.57939.7e. PMID: 16832271].

Недостатком данных моделей является ограничение кровоснабжения лишь со стороны окружающих мягких тканей, однако кровоснабжение со стороны внутрикостной сосудистой системы и сосудов надкостницы остается, что, возможно, в ряде случаев может привести к костному сращению. Более того, в ходе моделирования не учитываются механические факторы формирования ложного сустава.

Исследования на вышеперечисленных моделях не всегда способны полностью воспроизвести ситуацию из клинической практики. Таким образом, более интересны модели с использованием типичных патогенетических факторов образования ложного сустава.

Так создана модель на крысах, в которой применяется удаление надкостницы, костного мозга и создание некритического костного дефекта (около 1 мм) [Schmidhammer R, Zandieh S, Mittermayr R, Pelinka LE, Leixnering M, Hopf R, Kroepfl A, Redl H. Assessment of bone union/nonunion in an experimental model using microcomputed technology. J Trauma. 2006 Jul; 61(1):199-205. doi: 10.1097/01.ta.0000195987.57939.7e. PMID: 16832271]. Наличие ложного сустава регистрировали через 8 недель фиксации костных фрагментов в аппарате внешней фиксации. Результаты доклинических исследований, проведенных с использованием данной модели, трудно интерпретировать в клиническую практику из-за малых размеров самого объекта моделирования и высокого потенциала регенеративных процессов у крыс.

Также известна модель [ М, Yurttas Y, О, Demiralp В, HY, М. Adjunctive hyperbaric oxygen therapy in the treatment of atrophic tibial nonunion with Ilizarov external fixator: a radiographic and scintigraphic study in rabbits. Acta Orthop Traumatol Turc. 2012; 46(2):126-31. doi: 10.3944/AOTT.2012.2586. PMID: 22491438] ложного сустава на кроликах, создаваемая посредством резекции большеберцовой кости в средней трети длинной 5 мм, удаления надкостницы и костного мозга с прилежащих костных фрагментов. Костные фрагменты стабильно иммобилизируются в аппарате внешней фиксации. Наличие ложного сустава регистрировали через 6 месяцев наблюдения.

Однако данная модель не предусматривает использования механических факторов (нестабильность фиксации перелома, отсутствие репозиции).

Все вышеперечисленные способы моделирования ложного сустава в конечном итоге воспроизводят в эксперименте картину нормотрофических и гипертрофических ложных суставов. Однако наибольшие трудности в лечении вызывают атрофические ложные суставы.

Одним из примеров моделирования атрофического ложного сустава на кроликах является способ моделирования дефект-псевдоартроза большеберцовой кости [Патент РФ №2539627, опубл. 20.01.2015 г.]., включающий создание дефекта длинной 1,5-2,5 см в зоне проксимального метаэпифиза и дополнительное повреждение a. nutricia соответствующей зоны. Далее производится поэтапная компрессия костных фрагментов в аппарате внешней фиксации до диастаза 4-5 мм, с последующей нейтральной фиксацией.

Недостатком известного способа является исключение из патогенеза таких важных в клинической практике факторов как местное нарушение трофики костных фрагментов за счет повреждения периостальных и эндоетальных тканей, содержащих большое количество камбиальных элементов для регенерации, а также механического фактора - нестабильности фиксации. Также следует обратить внимание, что методика нарушения кровотока по a. nutricia путем создания сегментарного дефекта с ее механическим повреждением на этом уровне, обеспечивает нарушение кровоснабжения только в дистальном костном фрагменте (что может быть обеспечено при любой остеотомии), а в проксимальном оно может частично сохраняться за счет коллатеральных ветвей. В известном способе моделируется ложный сустав метаэпифизарной зоны, что в клинической практике встречается значительно реже, чем ложный сустав на уровне диафизарной трубки.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего смоделировать атрофический ложный сустав, для исследования новых материалов и фармакологических субстанций, стимулирующих репаративные процессы.

Технический результат заявленного изобретения заключается в получении клинической, рентгенологической и патоморфологической картины, соответствующей атрофическому ложному суставу.

При формировании ложного сустава выделяют 2 группы факторов: механические и биологические. Ключевыми факторами, предрасполагающими к формированию атрофического ложного сустава, являются биологические: нарушение васкуляризации и трофики места перелома. Также важную роль играют механические факторы: гипермобильность костных отломков, качество репозиции и наличие диастаза, наличие интерпонента.

Технический результат достигается тем, что в способе моделирования атрофического ложного сустава, включающем резекцию участка костной ткани и фиксацию костных отломков аппаратом для остеосинтеза, предварительно выполняют нарушение кровотока питающей артерии путем легирования или коагуляции a.nutricia проксимальнее места вхождения ее в кость в проксимальном метаэпифизе большеберцовой кости, осуществляют формирование дефекта в средней трети большеберцовой кости дистальнее места сращения с малоберцовой костью путем сегментарной резекции участка кости размером 2-5 мм, с последующей дистракцией на 2-7 мм с помощью аппарата для остеосинтеза, с костных фрагментов удаляют надкостницу и костный мозг из канала большеберцовой кости на протяжении 1-7 мм от места дефекта, далее в течение 6 недель ежедневно осуществляют с помощью аппарата для остеосинтеза дестабилизацию в течение 0,5-4 минут и амплитудой 10°±7°.

Таким образом, технический результат в заявленном способе, в отличие от известных аналогов, достигается путем воссоздания всех патогенетических факторов образования атрофического ложного сустава, а именно путем нарушения кровоснабжения и трофики области перелома (нарушение кровоснабжения по питающей костные фрагменты артерии, удаления надкостницы и костного мозга с прилегающих к зоне перелома участков костных фрагментов) в сочетании с отсутствием контакта костных фрагментов и контролируемой дестабилизацией фиксации области перелома.

Заявленное изобретение поясняется иллюстрациями, на которых изображено:

на Фиг. 1 - Рентгенологические снимки большеберцовой кости кролика из экспериментальной (А-Г) и контрольной (Д-З) групп в динамике: непосредственно после операции (А, Д); через 2 недели (Б, Е); через 4 недели (В, Ж); через 6 недель (Г, З). Результаты эксперимента - пример 1;

на Фиг. 2 - Мультиспиральная компьютерная томография большеберцовой кости кролика через 6 недель после операции из экспериментальной группы. Результаты эксперимента - пример 1;

на Фиг. 3 - Гистотопограммы средней трети правой голени кролика из экспериментальной группы в конце 6 недели после операции. Результаты эксперимента - пример 1;

на Фиг. 4 - Рентгенологические снимки большеберцовой кости кролика из экспериментальной (А-Г) и контрольной (Д-З) групп в динамике: непосредственно после операции (А, Д); через 2 недели (Б, Е); через 4 недели (В, Ж); через 6 недель (Г, З). Результаты эксперимента - пример 2;

на Фиг. 5 - Мультиспиральная компьютерная томография большеберцовой кости кролика через 6 недель после операции из экспериментальной группы. Результаты эксперимента - пример 2;

на Фиг. 6 - Гистотопограммы средней трети правой голени кролика из экспериментальной группы в конце 6 недели после операции. Результаты эксперимента - пример 2;

на Фиг. 7 - Рентгенологические снимки большеберцовой кости кролика из экспериментальной (А-Г) и контрольной (Д-З) групп в динамике: непосредственно после операции (А, Д); через 2 недели (Б, Е); через 4 недели (В, Ж); через 6 недель (Г, З). Результаты эксперимента - пример 3;

на Фиг. 8 - Мультиспиральная компьютерная томография большеберцовой кости кролика через 6 недель после операции из экспериментальной группы. Результаты эксперимента - пример 3.

на Фиг. 9 - Гистотопограммы средней трети правой голени кролика из экспериментальной группы в конце 6 недели после операции. Результаты эксперимента - пример 3.

Способ осуществляется следующим образом.

Для выполнения моделирования атрофического ложного сустава, после погружения животного в наркоз и традиционной обработки области оперативного вмешательства, предварительно выполнялось нарушение кровоснабжения по питающей артерии, которое выполнялось путем лигирования или коагуляции a. nutricia, проксимальнее места вхождения питающей ветви в кость в области проксимального метаэпифиза большеберцовой кости. Формирование экспериментального дефекта выполнялось в средней трети большеберцовой кости дистальнее места сращения с малоберцовой костью. Таким образом, как дистальный, так и проксимальный фрагменты лишены магистрального кровотока по внутрикостной артерии. Для исключения контакта костных фрагментов, после выполненного дефекта, производилась сегментарная резекция участка костной ткани размером 2-5 мм, с последующей дистракцией, с помощью аппарата для остеосинтеза, еще на 2-7 мм. Перед закрытием раны с костных фрагментов удалялись надкостница и костный мозг из канала на протяжении 1-7 мм от уровня перелома. В течение 6 недель после оперативного вмешательства выполнялась ежедневная дестабилизация аппарата для остеосинтеза продолжительностью 0,5-4 минуты и амплитудой 10°±7°. К концу 6 недели эксперимента, что соответствует двойному сроку сращения перелома голени кролика, определялись клинические, рентгенологические и патоморфологические признаки атрофического ложного сустава.

Для решения поставленной задачи проведены 3 серии экспериментов.

Пример 1. Исследование проводилось на 16 кроликах породы Советская шиншилла. Животные были случайным образом разделены на 2 группы: экспериментальная - формирование атрофического ложного сустава большеберцовой кости, контрольная - выполнение простого поперечного перелома большеберцовой кости.

В экспериментальной группе выполнялось оперативное вмешательство в объеме коагуляции питающей костную ткань артерии, сегментарной резекции средней трети большеберцовой кости протяженностью 2 мм в средней трети большеберцовой кости дистальнее места сращения с малоберцовой костью с последующей дистракцией в аппарате внешней фиксации еще на 2 мм. Перед закрытием раны выполнялось удаление надкостницы по краю костных отломков на протяжении 2 мм с каждой стороны и костного мозга на том же протяжении. На протяжении 6 недель после оперативного вмешательства выполнялась ежедневная дестабилизация аппарата для остеосинтеза продолжительностью 0,5 минуты и амплитудой 4°. В контрольной группе выполнялось поперечное перепиливание большеберцовой кости в средней трети.

Длительность эксперимента составила 6 недель. Рентгенография области перелома выполнялась еженедельно, мультиспиральная компьютерная томография (МСКТ) и гистологические исследования проводилось в конце эксперимента. По данным еженедельной рентгенографии (Фиг. 1) консолидация перелома наблюдалась только в контрольной группе и происходила в среднем на 22,8±5,1 сутки, в то время как образование ЛС наблюдалось только в опытной группе, рентгенологические признаки ложного сустава отмечены в среднем на 33,6±3,5 сутки. Формирование ложного сустава к концу эксперимента подтверждено данными МСКТ (Фиг. 2) (отсутствие сращения, наличие замыкательных пластинок) и гистологическими исследованиями (Фиг. 3) (наличие соединительной ткани между костными фрагментами, фиброзной капсулы вокруг зоны дефекта, наличие замыкательных пластинок).

Пример 2. Исследование проводилось на 18 кроликах породы Советская шиншилла. Животные были случайным образом разделены на 2 группы: экспериментальная - формирование атрофического ложного сустава большеберцовой кости, контрольная - выполнение простого поперечного перелома большеберцовой кости.

В экспериментальной группе выполнялось оперативное вмешательство в объеме лигирования питающей костную ткань артерии, сегментарной резекции средней трети большеберцовой кости протяженностью 5 мм в средней трети большеберцовой кости дистальнее места сращения с малоберцовой костью с последующей дистракцией в аппарате внешней фиксации еще на 7 мм. Перед закрытием раны выполнялось удаление надкостницы по краю костных отломков на протяжении 7 мм с каждой стороны и костного мозга на том же протяжении. На протяжении 6 недель после оперативного вмешательства выполнялась ежедневная дестабилизация аппарата внешней фиксации продолжительностью 3 минуты и амплитудой 17°. В контрольной группе выполнялось поперечное перепиливание большеберцовой кости в средней трети.

Длительность эксперимента составила 6 недель. Рентгенография области перелома выполнялась еженедельно, мультиспиральная компьютерная томография (МСКТ) и гистологические исследования проводилось в конце эксперимента. По данным еженедельной рентгенографии (Фиг. 4) консолидация перелома наблюдалась только в контрольной группе и происходила в среднем на 24,8±4,1 сутки, в то время как образование ЛС наблюдалось только в опытной группе, рентгенологические признаки ложного сустава отмечены в среднем на 30,6±4,5 сутки. Формирование ложного сустава к концу эксперимента подтверждено данными МСКТ (Фиг. 5) (отсутствие сращения, наличие замыкательных пластинок) и гистологическими исследованиями (Фиг. 6) (наличие соединительной ткани между костными фрагментами, фиброзной капсулы вокруг зоны дефекта, наличие замыкательных пластинок).

Пример 3. Исследование проводилось на 18 кроликах породы Советская шиншилла. Животные были случайным образом разделены на 2 группы: экспериментальная - формирование атрофического ложного сустава большеберцовой кости, контрольная - выполнение простого поперечного перелома большеберцовой кости.

В экспериментальной группе выполнялось оперативное вмешательство в объеме лигирования питающей костную ткань артерии, сегментарной резекции средней трети большеберцовой кости протяженностью 5 мм в средней трети большеберцовой кости дистальнее места сращения с малоберцовой костью с последующей дистракцией в аппарате внешней фиксации еще на 5 мм. Перед закрытием раны выполнялось удаление надкостницы по краю костных отломков на протяжении 5 мм с каждой стороны и костного мозга на том же протяжении. На протяжении 6 недель после оперативного вмешательства выполнялась ежедневная дестабилизация аппарата внешней фиксации продолжительностью 1 минуты и амплитудой 10°. В контрольной группе выполнялось поперечное перепиливание большеберцовой кости в средней трети.

Длительность эксперимента составила 6 недель. Рентгенография области перелома выполнялась еженедельно, мультиспиральная компьютерная томография (МСКТ) и гистологические исследования проводилось в конце эксперимента. По данным еженедельной рентгенографии (Фиг. 7) консолидация перелома наблюдалась только в контрольной группе и происходила в среднем на 21,4±4,8 сутки, в то время как образование ЛС наблюдалось только в опытной группе, рентгенологические признаки ложного сустава отмечены в среднем на 30,9±2,9 сутки. Формирование ложного сустава к концу эксперимента подтверждено данными МСКТ (отсутствие сращения, наличие замыкательных пластинок) (Фиг. 8) и гистологическими исследованиями (наличие соединительной ткани между костными фрагментами, фиброзной капсулы вокруг зоны дефекта, наличие замыкательных пластинок) (Фиг. 9).

Таким образом предлагаемый способ может быть использован для доклинических исследований новых подходов в лечении ложных суставов и новых фармакологических и биологических субстанций, а также остеозамещающих материалов.

Изобретение относится к медицине, а именно к экспериментальной травматологии и ортопедии, и может быть использовано для моделирования атрофического ложного сустава в эксперименте. Для этого предварительно выполняют нарушение кровотока питающей артерии путем легирования или коагуляции a.nutricia проксимальнее места вхождения ее в кость в проксимальном метаэпифизе большеберцовой кости. Осуществляют формирование дефекта в средней трети большеберцовой кости дистальнее места сращения с малоберцовой костью путем сегментарной резекции участка кости размером 2-5 мм, с последующей дистракцией на 2-7 мм с помощью аппарата для остеосинтеза. С костных фрагментов удаляют надкостницу и костный мозг из канала большеберцовой кости на протяжении 1-7 мм от места дефекта. В течение 6 недель ежедневно осуществляют с помощью аппарата для остеосинтеза дестабилизацию в течение 0,5-4 минут и амплитудой 3-17°. Способ обеспечивает возможность проведения доклинических исследований новых подходов в лечении ложных суставов и новых фармакологических и биологических субстанций, а также остеозамещающих материалов. 9 ил., 3 пр.

Способ моделирования атрофического ложного сустава у кролика, включающий резекцию участка костной ткани и фиксацию костных отломков аппаратом для остеосинтеза, отличающийся тем, что предварительно выполняют нарушение кровотока питающей артерии путем легирования или коагуляции a.nutricia проксимальнее места вхождения ее в кость в проксимальном метаэпифизе большеберцовой кости, осуществляют формирование дефекта в средней трети большеберцовой кости дистальнее места сращения с малоберцовой костью путем сегментарной резекции участка кости размером 2-5 мм, с последующей дистракцией на 2-7 мм с помощью аппарата для остеосинтеза, с костных фрагментов удаляют надкостницу и костный мозг из канала большеберцовой кости на протяжении 1-7 мм от места дефекта, далее в течение 6 недель ежедневно осуществляют с помощью аппарата для остеосинтеза дестабилизацию в течение 0,5-4 минут и амплитудой 3-17°.