Морфологическая характеристика мышц голени в условиях высокоскоростного дистракционого остеосинтеза в сочетании с внутрикостным титановым стержнем, напылённым гидроксиапатитом

Цель работы - сравнение морфофункциональных характеристик мышц голени в условиях чрескостного дистракционного остеосинтеза посредством скоростной высокодробной автодистракции и в комбинации с интрамедулярным армированием. Основные эксперименты выполнены на беспородных собаках обоего пола в возрасте скелетной зрелости, у которых осуществляли удлинение голени круглосуточным автодистрактором в темпе 3,0 мм в течение 10 суток. У животных группы № 1 шаг автодистрактора был 0,025 мм за 120 приёмов. Под общим наркозом осуществляли интрамедуллярное армирование большеберцовой кости спицей из титанового сплава (Ti6Al 4V) толщиной 1,8 мм с покрытием гидроксиапатитом по технологии микродугового оксидирования, осуществляли остеосинтез аппаратом Илизарова и поперечную остеотомию большеберцовой кости. В группе № 2 шаг автодистрактора был равен 0,017 мм за 180 приёмов, а период фиксации - 30 суток. По окончании дистракции и через 3 мес. после снятия аппарата исследовали переднюю большеберцовую мышцу. Животные группы № 1 активно использовали опытную конечность с первых дней дистракции, период фиксации был сокращён в 2 раза. Макропрепараты мышц животных группы № 1 фактически не различались на опытной и контралатеральной конечностях. Гистоструктура мышцы в обеих группах характеризовалась признаками активизации ангио- и миогистогенеза, но у собак в группе № 1 объёмная плотность микрососудов была выше в 3 раза в периоде удлинения. Сделан вывод о том, что метод высокоскоростной автодистракции конечности в сочетании с интрамедуллярным армированием титановой спицей с гидроксиапатитным напылением оказывает активирующее воздействие на ангио- и миогенез: гистоструктурные характеристики большеберцовой мышцы свидетельствуют о преобладании процессов репаративной регенерации по типу реституции. В результате сохраняется функциональная активность конечности с первых дней дистракции, а период фиксации сокращается вдвое.

мышцы, автодистракция, интрамедулярное армирование, гидроксиапатитное покрытие

1. Гаркавенко Ю.Е., Поздеев А.П. Ошибки и осложнения при удлинении нижних конечностей у детей // Вестник гильдии протезистов-ортопедов. - 2004. - № 5. - С. 61-63.

2. Гнеденков С.В., Шаркеев Ю.П., Синебрюхов С.Л., Хрисанфова О.А., Легостаева Е.В., Завидная А.В., Пузь А.В., Хлусов И.А. Функциональные покрытия для имплантационных материалов // Тихоокеанский медицинский журнал. - 2012. - № 1. - С. 12-19.

3. Ерофеев С.А., Чиркова А.М. Костеобразование при удлинении конечности с высоким темпом в условиях автоматической дистракции // В сб.: Морфофункциональные аспекты регенерации и адаптационной дифференцировки структурных компонентов опорно-двигательного аппарата в условиях механических воздействий: Мат-лы Межд. науч.-практ. конф. - Курган. - 2004. - С. 94-96.

4. Илизаров Г.А. Некоторые проводимые нами фундаментальные исследования и их общебиологическое значение. Часть IV // Гений ортопедии. - 2015. - № 4. - C. 6-9.

5. Кирилова И.А. Деминерализованный костный трансплантат как стимулятор остеогенеза: современные концепции // Хирургия позвоночника. - 2004. - № 3. - С. 105-110.

6. Малахов O.A., Кожевников О.В. Неравенство длины нижних конечностей у детей: рук-во для врачей. - М.: Медицина. - 2008. - 351 с.

7. Попков А.В., Коваленко Т.Н., Смирнова И.Л. Автоматическое удлинение конечностей: проблемы и перспективы // Анналы травматологии и ортопедии. - 1995. - № 2. - С. 67-70.

8. Попков А.В., Осипенко А.В. Регенерация тканей при удлинении конечностей: рук-во для врачей. - М.: ГЭОТАР-Медиа. - 2008. - 240 с.

9. Попков А.В., Попков Д.А. Интрамедуллярное армирование при замедленной консолидации, ложных суставах и дефектах длинных трубчатых костей // В кн.: Интрамедуллярные имплантаты при лечении переломов длинных трубчатых костей: науч.-клин. иссл. - Саарбрюккен: Palmarium Academic Publishing. - 2016. - С. 172-201.

10. Стогов М.В., Лунева С.Н., Еманов А.А. Особенности метаболизма тканей при удлинении конечности методом Илизарова с темпом дистракции 3 мм в сутки в автоматическом режиме // Гений ортопедии. - 2008. - № 1. - С. 85-89.

11. Тетюхин Д.В., Козлов Е.Н., Молчанов С.А., Маркеев А.М., Соловьёв А.А. Биоактивное покрытие титанового имплантата, вводимого в костную ткань человека. Патент РФ № 0002566060. - 2017.

12. Урьев Г.А., Соколовский О.А., Ильясевич И.А., Заровская А.В. Удлинение верхних и нижних конечностей в режиме автоматической дистракции // Развитие травматологии и ортопедии в республике Беларусь на современном этапе: Мат-лы VIII Съезда травматологов-ортопедов Республики Беларусь. - Минск. - 2008. - C. 224-226.

13. Шевцов В.И., Филимонова Г.Н. Передняя большеберцовая мышца собак на этапах постнатального и дистракционного морфогенеза // Гений ортопедии. - 2008. - № 1. - С. 74-80.

14. Anderson J.E. A role for nitric oxide in muscle repair: nitric oxide-mediated activation of muscle satellite cells // Mol. Biol. Cell. - 2000. - V. 11. - Pp. 1859-1874.

15. Caiozzo V.J., Utkan A., Chou R., Khalafi A., Chandra H., Baker M., Rourke B., Adams G., Baldwin K., Green S. Effects of distraction on muscle length: mechanisms involved in sarcomerogenesis // Clin. Orthop. Relat. Res. - 2002. - V. 403. - Pp. 133-45.

16. Christov C., Chrétien F., Abou-Khalil R. Muscle satellite cells and endothelial cells: close neighbors and privileged partners // Mol. Biol. Cell. - 2007. - V. 18. - No. 4. - Pp. 1397-1409.

17. de Deyne P.G. Lengthening of muscle during distraction osteogenesis // Clin. Orthop. Relat. Res. - 2002. - V. 403. Suppl. - Pp. 171-177.

18. Klein M.O., Bijelic A., Toyoshima T., Götz H., von Koppenfels R.L., Al-Nawas B., Duschner H. Long-term response of osteogenic cells on micron and submicron-scale-structured hydrophilic titanium surfaces: sequence of cell proliferation and cell differentiation // Clin. Oral Implants Res. - 2010. - V. 21. - Pp. 642-649.

19. Popkov D., Popkov A., Haumont T., Journeau P., Lascombes P. Flexible intramedullary nail use in limb lengthening // J. Pediatr. Orthop. - 2010. - V. 30. - No. 8. - Pp. 910-918.

20. Tsujimura T., Kinoshita M., Abe M. Response of rabbit skeletal muscle to tibia lengthening // J. Orthop Sci. - 2006. - V. 11. - No. 2. - Pp. 185-190.

21. Uchida M., Kim H-M., Kokubo T., Fujibayashi S., Nakamura T. Structural dependence of apatite formation on titania gels in a simulated body fluid // J. of Biomedical Materials Research. - 2003. - V. 64A. - Issue 1. - Pр. 164-170.

22. Vargas Barreto В. Complications of Ilizarov leg lengthening: a comparative study between patients with leg length discrepancy and short- stature // Int. Orthop. - 2007. - V. 31. - No. 5. - Pp. 587-591.

23. Yin H., Price F., Rudnicki M.A. Satellite cells and the muscle stem cell niche // Physiol. Rev. - 2013. - V. 93. - No. 1. - Pp. 23-67.

24. Williams P., Simpson H., Kenwright J., Goldspink G. Muscle fibre damage and regeneration resulting from surgical limb distraction // Cells Tissues Organs. - 2001. - V. 169. - No. 4. - Pp. 395-400.

25. Zollner A.M., Abilez O.J., Bol M., Kuhl E. Stretching skeletal muscle: chronic muscle lengthening through sarcomerogenesis // PLoS One. - 2012. - V. 7 - No. 10. - Pp. 645-661.

26. Garkavenko Ju.E., Pozdeev A.P. Oshibki i oslozhnenija pri udlinenii nizhnih konechnostej u detej [Errors and complications in elongation of the lower limbs in children]. Vestnik gil`dii protezistov-ortopedov [Herald of the orthopedic prosthetists guild]. 2004. No. 5. Pp. 61-63. (In Russian).

27. Gnedenkov S.V., Sharkeev Ju.P., Sinebrjuhov S.L., Hrisanfova O.A., Legostaeva E.V., Zavidnaja A.V., Puz' A.V., Hlusov I.A. Funkcional'nye pokrytija dlja implantacionnyh materialov [Functional coatings for implantation materials]. Tikhookeanskij meditsinskij zhurnal [Pacific Medical J.]. 2012. No. 1. Pp. 12-19. (In Russian).

28. Erofeyev S.A., Chirkova A.M. Kosteobrazovanie pri udlinenii konechnosti s vysokim tempom v uslovijah avtomaticheskoj distrakcii [Bone formation with elongation of the extremity with a high rate in conditions of automatic distraction]. V sb.: Morfofunkcional'nye aspekty regeneracii i adaptacionnoj differencirovki strukturnyh komponentov oporno-dvigatel'nogo apparata v uslovijah mehanicheskih vozdejstvij: Mat-ly Mezhd. nauch.-prakt. konf. [In: Morphofunctional aspects of regeneration and adaptive differentiation of the structural components of the musculoskeletal system under the conditions of mechanical impacts, scientific-practical conf.]. Kurgan. 2004. Pp. 94-96. (in Russian).

29. Ilizarov G.A. Nekotorye provodimye nami fundamental'nye issledovanija i ih obshhebiologicheskoe i prikladnoe znachenie [Some fundamental research conducted by us and their general biological significance]. Part IV. Genius of orthopedics. 2015. No. 4. Pp 6-9. (In Russian).

30. Kirilova I.A. Demineralizovannyj kostnyj transplantat kak stimuljator osteogeneza: sovremennye koncepcii [Demineralized bone graft as a stimulant of osteogenesis: modern concepts]. Hirurgiya pozvonochnika [Surgery of the spine]. 2004. No. 3. Pp. 105-110. (In Russian).

31. Malakhov O.A., Kozhevnikov O.V. Neravenstvo dliny nizhnih konechnostej u detej: ruk-vo dlja vrachej [Length discrepancy in the lower limbs in children: a guide for doctors]. Moscow: Medicina. 2008. 351 p. (In Russian).

32. Popkov A.V., Kovalenko T.N., Smirnova I.L. Avtomaticheskoe udlinenie konechnostej: problemy i perspektivy [Automatic limb lengthening: problems and prospects]. Annals of traumatology and orthopedics. 1995. No. 2. Pp. 67-70. (In Russian).

33. Popkov A.V., Osipenko A.V. Regeneracija tkanej pri udlinenii konechnostej: ruk-vo dlja vrachej [Regeneration of tissues by elongation of limbs: a guide for doctors]. Moscow: GEOTAR-Media. 2008. 240 p. (In Russian)

34. Popkov A.V., Popkov D.A. Intramedulljarnoe armirovanie pri zamedlennoj konsolidacii, lozhnyh sustavah i defektah dlinnyh trubchatyh kostej [Intramedullary reinforcement in delayed consolidation, nonunions and defects of long tubular bones]. V kn.: Intramedulljarnye implantaty pri lechenii perelomov dlinnyh trubchatyh kostej: nauch.-klin. issl. [In the book: Intramedullary implants in the treatment of fractures of long tubular bones: a scientific and clinical study]. Saarbrucken: Palmarium Academic Publishing. 2016. Pp. 172-201. (In Russian).

35. Stogov M.V., Luneva S.N., Emanov A.A. Osobennosti metabolizma tkanej pri udlinenii konechnosti metodom Ilizarova s tempom distrakcii 3 mm v sutki v avtomaticheskom rezhime [Features of tissue metabolism by elongation of the limb with the Ilizarov method with a distraction rate of 3 mm per day in automatic mode]. Genius of orthopedics. 2008. No. 1. Pp. 85-89. (In Russian).

36. Tetjukhin D.V., Kozlov E.N., Molchanov S.A., Markeyev A.M., Solov'jov A.A. Bioaktivnoe pokrytie titanovogo implantata, vvodimogo v kostnuju tkan' cheloveka. [Bioactive coating of a titanium implant inserted into a human bone tissue]. Patent of Russian Federation No. 0002566060. 2017. (In Russian).

37. Ur'ev G.A., Sokolovskij O.A., Il'jasevich I.A., Zarovskaja A.V. Udlinenie verhnih i nizhnih konechnostej v rezhime avtomaticheskoj distrakcii [Elongation of the upper and lower extremities in the mode of automatic distraction]. Razvitie travmatologii i ortopedii v respublike Belarus' na sovremennom jetape: Mat-ly VIII S''ezda travmatologov-ortopedov Respubliki Belarus' [Development of traumatology and orthopedics in the Republic of Belarus at the present stage: materials of the VIII Congress of traumatology-orthopedists of the Republic of Belarus]. Minsk. 2008. Pp. 224-226. (In Russian).

38. Shevcov V.I., Filimonova G.N. Perednjaja bol'shebercovaja myshca sobak na jetapah postnatal'nogo i distrakcionnogo morfogeneza [Anterior tibial muscles of dogs at the stages of postnatal and distraction morphogenesis]. Genius of orthopedics. 2008. No. 1. Pp. 74-80. (In Russian).

39. Anderson J.E. A role for nitric oxide in muscle repair: nitric oxide-mediated activation of muscle satellite cells. Mol. Biol. Cell. 2000. V. 11. Pp. 1859-1874.

40. Caiozzo V.J., Utkan A., Chou R., Khalafi A., Chandra H., Baker M., Rourke B., Adams G., Baldwin K., Green S. Effects of distraction on muscle length: mechanisms involved in sarcomerogenesis. Clin. Orthop. Relat. Res. 2002. V. 403. Pp. 133-45.

41. Christov C., Chrétien F., Abou-Khalil R. Muscle satellite cells and endothelial cells: close neighbors and privileged partners. Mol. Biol. Cell. 2007. V. 18. No. 4. Pp. 1397-1409.

42. de Deyne P.G. Lengthening of muscle during distraction osteogenesis. Clin. Orthop. Relat. Res. 2002. V. 403. Suppl. Pp. 171-177.

43. Klein M.O., Bijelic A., Toyoshima T., Götz H., von Koppenfels R.L., Al-Nawas B., Duschner H. Long-term response of osteogenic cells on micron and submicron-scale-structured hydrophilic titanium surfaces: sequence of cell proliferation and cell differentiation. Clin. Oral Implants Res. 2010. V. 21. Pp. 642-649.

44. Popkov D., Popkov A., Haumont T., Journeau P., Lascombes P. Flexible intramedullary nail use in limb lengthening. J. Pediatr. Orthop. 2010. V. 30. No. 8. Pp. 910-918.

45. Tsujimura T., Kinoshita M., Abe M. Response of rabbit skeletal muscle to tibia lengthening. J. Orthop Sci. 2006. V. 11. No. 2. Pp. 185-190.

46. Uchida M., Kim H-M., Kokubo T., Fujibayashi S., Nakamura T. Structural dependence of apatite formation on titania gels in a simulated body fluid. J. of Biomedical Materials Research. 2003. V. 64A. Issue 1. Pр. 164-170.

47. Vargas Barreto В. Complications of Ilizarov leg lengthening: a comparative study between patients with leg length discrepancy and short- stature. Int. Orthop. 2007. V. 31. No. 5. Pp. 587-591.

48. Yin H., Price F., Rudnicki M.A. Satellite cells and the muscle stem cell niche. Physiol. Rev. 2013. V. 93. No. 1. Pp. 23-67.

49. Williams P., Simpson H., Kenwright J., Goldspink G. Muscle fibre damage and regeneration resulting from surgical limb distraction. Cells Tissues Organs. 2001. V. 169. No. 4. Pp. 395-400.

50. Zollner A.M., Abilez O.J., Bol M., Kuhl E. Stretching skeletal muscle: chronic muscle lengthening through sarcomerogenesis. PLoS One. 2012. V. 7 No. 10. Pp. 645-661.