Роль стволовой клетки в остеотрепанации

Роль стволовой клетки в остеотрепанации

Несоответствие активности регуляторных факторов, дисбаланс их взаимосвязей на той или иной стадии репарации могут привести к нарушению заживления костной раны. В литературе существует большое количество работ, посвященных нарушению остеорепарации. Среди них значительный интерес представляет работа коллектива авторов ГУ «Харьковский институт патологии позвоночника и суставов», в которой приводятся обобщенные данные анализа клинико-экспериментальных исследований нарушений сращения костных отломков. Рассматривая репаративный остеогенез как многоуровневый и многофазный процесс клеточной реакции на повреждение, авторы отмечают, что большинство причин замедления или несрастания переломов связано с ранней стадией регенерации, на которой возможен «биологический сбой» генетически заложенной программы восстановления ткани, но и на последующих стадиях также могут возникнуть нарушения формирования тканевого регенерата. Среди причин, нарушающих процессы остеорепарации, авторы выделяют три группы. К первой группе относят причины, которые негативно влияют на функциональное состояние костной ткани до травмы и после нее. Ко второй – причины, которые связаны с самой травмой. И к третьей – причины, которые влияют на течение репаративного остеогенеза в процессе лечения.

На состояние костной ткани до травмы и после нее значительное влияние оказывают возраст, особенности питания, состояние гормональной системы, дефицит витаминов и др. В ряде исследований было показано, что с увеличением биологического возраста заживление перелома замедляется. В экспериментах на мышах было отмечено, что у молодых особей формирование периостальной реакции происходит более выражено, чем у старых. Это связываю с тем, что у молодых животных периост имеет бόльшую клеточность и васкуляризацию, чем у взрослых особей, у которых он представлен фиброзным слоем. Замедление репаративных процессов с увеличением возраста связано с уменьшением количества клеток-предшественников в костном мозге, снижением их пролиферативной и остеобластической активности. Отмечено, что у детей на 10 тыс. клеток костного мозга приходится одна стромальная клетка, в то время как у взрослых индивидов одна стромальная клетка приходится на 2 млн. клеток. Со снижением активности клеток-предшественников связано уменьшение биосинтеза коллагена и нарушение процесса формообразования коллагеновых волокон в межклеточном веществе. В литературе имеются данные о том, что с увеличением возраста уменьшается биосинтез протеогликанов, изменяется кристаллическая и аморфная структура костной ткани, снижается уровень биохимических маркеров костного метаболизма – Gla-белка и ЩФ, что в свою очередь оказывает значительное влияние на скорость образования компонентов костного регенерата. Имеются работы, свидетельствующие о том, что с возрастом в клетках снижается активность генов, принимающих участие в регенераторных процессах.

На скорость формирования регенерата и его минерализацию значительное влияние оказывает дефицит кальция, фосфора и белков. Дефицит витамина А приводит к замедлению формирования остеоида остеобластами, а витамина С – к нарушению формирования коллагена и образования межклеточного вещества, что ингибирует процессы костеобразования. Замедление регенерации может быть связано с дефицитом витамина Д3, который оказывает прямое действие на метаболические процессы и дифференцировку остеобластов, и дефицитом витамина К, который необходим для биосинтеза белков в печени, принимающих участие в процессах свертывания. Костные неколлагеновые белки – ОК и Gla-белок, которые продуцируются остеобластами и принимают участие в формировании матрикса регенерата и его минерализации, являются витамин-К-зависимыми белками. В связи с этим снижение уровня витамина К нарушает формирование полноценного костного регенерата. На состояние костной ткани значительное влияние оказывает ряд гормонов и гормоноподобных веществ. Так ПТГ снижает содержание коллагена I типа, ЩФ, ОК и ОН, что приводит к замедлению формирования костной ткани. Повышение в крови уровня кортизона усиливает деструкцию костной ткани и нарушает синхронность формирования структур регенерата. Дефицит тироксина замедляет процесс минерализации, а половых гормонов – способствует снижению механических свойств регенерата.

Кроме функционального состояния костной ткани до травмы значительное влияние на течение репаративного процесса оказывает вид травмирующего агента и характер повреждения костной ткани. В философской статье «Фрактурология – некоторые аспекты теоритизации учения о переломах костей. Часть 1. О генезисе синдрома перелома». Б.И. Сименач в «генезисе перелома кости» на первое место выдвигает «повреждение», которое рассматривается как фактор, несущий причину развития «синдрома перелома». Иными словами, перелом костей, являясь патологическим состоянием, развивается по законам, характерным для любого заболевания. Возникновение какой бы то ни было болезни возможно лишь при наличии этиологического фактора, выраженность воздействия которого играет определяющую роль в развитии и течении заболевания. Этиологическим фактором переломов костей является внешнее воздействие, которое превышает пределы прочности костной ткани. Следовательно, течение такого заболевания, как перелом костей, зависит от выраженности воздействия этиологического фактора – механической силы. В исследованиях, проведенных А.В. Калашниковым, было показано, что у 55 % больных с нарушением репаративного остеогенеза травма была получена в результате воздействия высокоэнергетического травмирующего агента (ДТП и производственная травма, связанная с воздействием движущихся механизмов). У 24 % – в результате среднеэнергетической травмы и у 21 % – низкоэнергетической (падение на бок, неудачное разгибание конечности).

Несмотря на то, что воздействие механической силы как этиологического фактора перелома, запускающего каскад патологических и адаптационных механизмов, имеет немаловажное значение в течение репаративного остеогенеза, литературных источников, посвященных детальному изучению взаимосвязи между энергией травмирующего агента и длительностью заживления костной раны, найти не удалось. Также в литературе отсутствуют данные об изучении морфофункционального состояния клеточных источников остеорепарации в зависимости от интенсивности воздействия на них травмирующего агента.

Важным условием для течения любого раневого процесса, в том числе и в костной ране, является завершенное течение фазы воспаления и создание условий для нормализации процессов энергопродукции и появления возможности для избыточного анаболизма. На временные критерии возникновения этого состояния значительное влияние оказывает состояние кровообращения в области повреждения и всем сегменте конечности в целом. Развивающаяся в результате травмы дезинтеграция кровоснабжения приводит к нарушению оксигенации тканей. Выраженность и протяженность области сосудистых нарушений, дестабилизации ультраструктур микроангиоархитектоники и особенно путей оттока крови находится в прямой зависимости от энергии травмирующего агента. Прогрессирование дистрофических процессов в тканях конечности после травмы в значительной мере зависит от посттравматических микроангиопатий, развивающихся на фоне нарушений в венозном отделе микроциркуляторного русла, что приводит к формированию трансэндотелиальных каналов и люков, плазматическому пропитыванию стенки сосудов, ее гиалинозу и склерозу. Вследствие этих изменений возникает нарушение транскапиллярного обмена, нарастает гипоксия и существенно ухудшается трофическое обеспечение тканей конечности. Наряду с этим, снижение объемного уровня кровотока в микроциркуляторном русле поврежденного участка приводит к нарушению информационных процессов между зоной повреждения и лимфоидными органами и, как следствие, замедлению или редукции течения воспалительного процесса. На длительность стадии разрушения и дедифференцировки клеток значительное влияние оказывает дисбаланс энергетических процессов. В результате гипоксии в поврежденных тканях нарушается соотношение циклических нуклеотидов (цАМФ и цГМФ), посредством которых реализуется воздействие нейрогуморальной регуляции биохимических процессов в клетке. Вследствие этого нарушаются регуляторные механизмы процессов энергопотребления в клетке – они не соответствуют скорости энергопродукции. Результатом энергетического дисбаланса является преобладание эрготропных процессов над трофотропными и превалирование процессов ассимиляции над диссимиляцией.

Среди факторов третьей группы (причины, которые влияют на течение репаративного остеогенеза в процессе лечения) наибольшее значение, играет необоснованная смена методов лечения, нестабильность в системе «кость-кость», несоответствие методов лечения и способов фиксации характеру травматического повреждения, дефекты тканей в области перелома, нарушение метаболизма костной ткани, замедленная васкуляризация и костная атрофия. К перечисленным факторам можно добавить синдром биомеханического несоответствия, который подразумевает несоответствие нагрузки травмированного сегмента (недостаточную или чрезмерную нагрузку) течению репаративных процессов. Это может привести к деформации регенерата и развитию вторичных гемодинамических и местных метаболических нарушений и, как следствие, развитию дисрегенерации. В ряде работе на основании глубоких исследований биомеханики нижних конечностей человека и данных экспериментальных исследований были проведены расчеты, которые показывают, что костный регенерат на разных стадиях его формирования имеет определенную устойчивость к сдвиговым, ротационным и компрессионным нагрузкам. На экспериментальных моделях было показано, что, если в процессе лечения перелома какие-либо из перечисленных нагрузок превышают предельно допустимые значения, формирование регенерата резко замедляется или вообще прекращается. По мнению некоторых авторов, неудачи при сращении костных обломков в большинстве случаев связаны с неадекватным выбором метода лечения, недостаточным учетом биологических и биомеханических особенностей костной ткани.