Способ моделирования артропластики Советский патент 1992 года по МПК A61B17/56 

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 конгруен- тности 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 функцию 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 арт- ропластике пластические материалы часто вызывают образование внутрисуставных спаек фиброзного характера, что влечет неудовлетворительные результаты артропластики (Волков М. В., Оганесян О. В. Восстановление формы и функции суставов и костей. М., 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 артроп- ластике. Трудностями при таких экспериментальных исследованиях являются значительная хрупкость используемого материала и подбор подходящей зоны у живо(Л

С

2

,ю

чО

ю

hO

тного для экспериментальной артропласти- ки.

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

Наиболее близким к предлагаемому, ориентируясь на перечисленные выше оп- тимальныеусловия приживления и адаптив- ной перестройки суставных тканей, является способ восстановления суставного хряща по авт. св. СССР № 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 использование шарнирно-дистракционного аппарата 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 исследова- нии 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 хвоста 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. Бре- фосустав 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 тщательного 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 собак. Результаты эксперимента прослежень 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%-ном нейтральном формалине не менее 5 суток после чего декальцинировался в ТР1/1ЛОНЕ В. Затем из препаратов высекались про дольные пластинки через зону артропласти ки толщиной 3-4 мм, и по общеприняты - методикам проводилась парафиновая по

водка. Срез с блоков окрашивался гематок- силинэозином по методу Ван-Гизон, альци- ановым синим и, кроме того, на стеклах проводились реакции Хейла и ШИК.

Собака № 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 контури- руется конусообразное снижение интенсивности костной плотности, что соответствует сформированным костным ложам в позвонках. В зоне дефекта определяется тень сни- женной 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 гемосидерозз 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, энхондраль- ного 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 ос- теогенной 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 фиброп- ластической 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 альциановым синим и при Хейл-реакции либо оптически пуст, либо проявляет едва заметную восприимчивость окрасок. Клеточные элементы угадываются по очень слабому прокрашиванию красителями хроматика, ШИК-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 предсуществу- ющих тканей в капсулу сустава. Собака № 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 хйоста. 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, соответствующая 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 предсуществую- щие балки. Несколько различается структура костной ткани разного происхождения: предсуществующая ткань слабо эр- зинофильна, плохо окрашивается эльциановым синим и малоклеточна; вновь формируемая кость отделяется от нее линией базофилии, имеет слоистую структуру, ярко оэзинофильна, неравномерно альциан- позитивна, содержит много остеоцитов. По контуру она покрыта слоем остеобластов, 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 персистиру- ет 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 конгруент- ность 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. .В базальном слое хряща наблюдается обилие колонковых структур с признаками умеренной дезинтеграции в некоторых из них. В субхондриальную зону

врастают множественные полнокровные капилляры.

Основное вещество имеет монотонную структуру и по гистохимическим данным к

этому сроку приобретает свойственную гидрофилию и насыщенность гликозаминогли- канами. Отмечается весьма высокая активность клеток, особенно в средней зоне хряща ядра клеток гиперхромные, иногда

0 пышные, цитоплазма реже - внутренняя территория хондронов и перикапсулярные зоны ярко окрашиваются альциановым синим, а положительная Хейл-реакция демонстрирует высокую полимеризацию

5 гликозаминогликанов в перикапсулярных и внешних территориях хондронов. В утолщениях суставного хряща и наплывах, описанных выше, содержатся крупные изогенные группы хондроцитов и многокле0 точный матрикс.

Итак, в трехмесячном сроке наблюдаются приживление трансплантата и восстановление метаболических, структурных, а соответственно, и функциональных пара5 метров хрящевых поверхностей.

Наблюдаемая несколько избыточная полиферация хондроцитов ( изогенные группы, гиперпродукция клеток и матрикса на периферии суставного хряща являются,

0 вероятно, свидетельством незавершенной к этому сроку функциональной адаптивной перестройки. Собака № 34. Протокол эксперимента 950

5 Дата: 22 апреля 1988 г.

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

При рентгенологическом исследовании

0 нарастает плотность тени в зоне бывшей ножки трансплантата и прилежащей зоны ложа. За счет периостальной реакции тень заинтересованных тел позвонков оказывается несколько расширенной. Полость сус5 тава чуть сужается относительнс предыдущего срока. Гипермобильность, которая отмечалась в трехмесячном сроке, зна чительно уменьшается, но превосходит объем движений нормального межпозвон0 кового сустава.

В шестимесячном сроке гистологическая структура трансплантата отличается от предшествующего срока полным приживле нием в ложе тела позвонка. Костная ткань

5 ложа замещается или обрастает балки губ чатой кости трансплантата почти полно стью. Персистирующая кость трансплантате дифференцируется лишь отдельными фраг ментами в общей структуре губчатой кости При этом граница трансплантат-ложе ста

новится почти неразличимой. Однако осте- областическая выстилка по контурам балок, некоторая неупорядоченность структуры губчатой кости свидетельствуют о предложении процесса ремоделирования кости, ве- роятно, 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 чис- ло хондроцитов в среднем слое с почти пол- ным исчезновением изогенных групп, упорядочиваются колонковые структуры, в субхондральной зоне проявляются отчетливые признаки энхондриального остеогено- за и формируется замыкательная костная пластинка, субхондральная по отношению к эмбриональному хрящу брефосустава.

Использование предлагаемого способа моделирования артропластики дает поло-

жительный эффект: в частности, изучены основные стадии морфогенеза образующегося сустава в динамике, что позволяет разработать морфологическое обоснование применения брефосуставов влечении больных с дефектами и заболеваниями суставов. Кроме того, выяснилось, что брефосуставы являются оптимальным биологически совместимым материалом, имеющим структуру целостного сустава со всеми анатомическими единицами, что устраняет какие-либо механогенные осложнения при адаптации. Данный материал стерилен и является идеальным пластическим материалом при восстановлении суставов кисти. Формула изобретения Способ моделирования артропластики путем имплантации сочленяющихся поверхностей из биоматериала с последующей фиксацией, отличающийся тем, что, с целью изучения морфогенеза образуемого сустава с замкнутой суставной полостью, в качестве имплантата используют брефосу- сты, а имплантируют его в хвост собаки после резекции части позвонков.

Использование: в медицине, а именно в экспериментальной артрологии при изучении и прогнозировании результатов артроп- ластики. 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.