Інститут патології хребта та суглобів імені

професора М.І. Ситенка АМН України

ПОБЄЛ Анатолій Миколайович

УДК 616 -7001. 513:615. 21/26

КЛІНІКО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ЛІКУВАННЯ

ВНУТРІШНЬОСУГЛОБОВИХ ПЕРЕЛОМІВ НА ФОНІ

ДІЇ ШКІДЛИВИХ ФАКТОРІВ МЕТАЛУРГІЙНОГО ВИРОБНИЦТВА

(експериментально-клінічне дослідження)

14.01.21 – травматологія та ортопедія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора медичних наук

Харків-2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Запорізькому державному інституті удосконалення лікарів МОЗ України

Науковий консультант: | доктор медичних наук, професор

КОСТРУБ Олександр Олексійович

Інститут травматології та ортопедії

АМН України, керівник клініки спортивної та балетної травми

Офіційні опоненти: | доктор медичних наук, професор

ПОПСУЙШАПКА Олексій Корнілійович

Харківська медична академія післядипломної освіти МОЗ України, проректор з наукової роботи, професор кафедри травматології, ортопедії та комбустіології

доктор медичних наук, професор

БРУСКО Антон Тимофійович

Інститут травматології та ортопедії АМН України, керівник відділу патоморфології та патофізіології

доктор медичних наук

ПАСТЕРНАК Віктор Миколайович

Донецький державний медичний університет

ім. М.Горького МОЗ України, професор кафедри травматології, ортопедії та екстремальної медицини ФПО

Провідна установа: Київська медична академія післядипломної освіти ім. П.Л.Шупика, кафедра травматології та ортопедії №2, МОЗ України, м. Київ.

Захист відбудеться “_24_“ __січня__ 2004 р. об 11.30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.64.607.01 Інституту патології хребта та суглобів ім. професора М.І. Ситенка АМН України (61024, м. Харків, вул. Пушкінська, 80).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту патології хребта та суглобів ім. професора М.І. Ситенка АМН України (61024, м. Харків, вул. Пушкінська, 80).

Автореферат розісланий "__23__"__грудня_____2003 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради,
доктор медичних наук Радченко В.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЕРТАЦІЇ

Актуальність роботи. Травми опорно-рухової системи, незважаючи на всі досягнення сучасної медицини, залишаються однієї з головних причин інвалідізації населення. Вони стійко займають третє місце у структурі первинної інвалідності після захворювань серцево-судинної системи й онкологічних. При внутрішньосуглобових переломах відсоток незадовільних результатів лікування складає від 18 до 58%, а вихід на інвалідність – 6,1-12% (Витюгов И.А. и соавт., 1981; Анкин Л.Н., Левицкий В.Б., 1991). Це визначає актуальність і значимість проблеми, а також потребує пошуку нових раціональних методів лікування.

В умовах науково-технічного прогресу діяльність людини призвела до накопичення в навколишньому середовищі шкідливих речовин, що впливають на стан здоров'я населення (Revich B.A.,1992; Андриянов В.П. и соавт., 1993; Верещагин С.У., 1996; Мищенко В.П., 1996; Рябушко М.М., 1999; Антонович Е.Д., 1999; Иванова В.В., 2001).

В останні роки доведено, що однією з причин негативних виходів травматичних ушкоджень опорно-рухової системи може бути кумуляція у кістковій та хрящовій тканинах хімічних речовин техногенного виробництва (Богданова Н.В. и соавт., 1983; Мажуга П.М., 1992; Андрианов В.П.,1993; Петров С.С., Петров С.В., 1993).

Промисловими підприємствами, у тому числі металургійними, у навколишнє середовище виносяться токсичні та хімічні шкідливі агенти – вуглекислий газ, окис вуглецю, окис азоту, сірчаний ангідрид, сполуки свинцю, ртуті, кремнію, марганцю, фенолу, алюмінієвий пил та ін., що чинить несприятливу дію практично на всі системи організму (Авцын А.П. и соавт., 1991; Dmitrenko N.P., et al., 1998; Дейнека С.Е.,1999; Соловьев А.И., Стефанов А.В., 1999). Доведено, що жителі таких районів мають порушені імунологічні показники, а також різні хромосомні аберації, аналогічні таким, що виникають у робітників із 5-ти літнім стажем роботи на металургійних підприємствах (Бариляк І.Р. та співав., 2001).

Виявлено, що у осіб, котрі працюють на металургійних підприємствах і мешкають у зоні підвищеного техногенного навантаження, має місце виражене порушення мінеральної щільності кісткової тканини (Багирова В.В. и соавт., 2000).

Забруднення біосфери призвело до зміни природного спектра вмісту мікроелементів у тканинах і органах людей (Мищенко В.П., 1996). У той час як вплив шкідливих хімічних речовин на органи дихання, імунну, серцево-судинну, нервову та травну системи вивчен достатньо добре (Хачатурян Н.Х., 1969; Болонова Л.Н., 1970; Пестова Л.В. и соавт., 1990; Андрусишина І.М.,1999, Власик Л.И., 2000; Зозуля И.П. и соавт., 2001), є лише окремі роботи, що відображають вплив на кісткову і хрящову тканини деяких екологічних шкідливих чинників. Встановлено, що метаболізм кісткової тканини порушують сполуки свинцю, кремнію, сірки, алюмінію, фенолу, берилію, і т.п. (Домнин С.П., 1980; Мажуга П.М. и соавт., 1980).

Свинець і алюміній накопичуються у кістковій тканині, порушують кристалічну решітку гідроксилапатита, що супроводжується розвитком остеопенії й остеопорозу (Родіонова Н.В., 1989, Ellis H.A. et al., 1979; Ott S.M., 1983; Coburn J.W., 1984).

Проте в літературі відсутні дані про перебіг процесів регенерації кісткової і хрящової тканин під впливом шкідливих екологічних чинників. Перед дослідниками постає ряд невирішених питань: чи порушені стадійно-часові характеристики репаративного процесу в умовах дії несприятливих чинників, якщо так, то які стадії змінюються в більшій мірі; у чому особливості і, якщо вони є, то як можна оптимізувати остео- та хондрорепарацію у таких умовах.

З вищевикладеного випливає, що дана проблема потребує вирішення. При цьому зростає роль досліджень, присвячених вивченню впливу на людину шкідливих хімічних речовин, що надходять в організм із харчовими продуктами, водою й атмосферним повітрям. Одним із важливих напрямків є розробка методів хірургічного лікування внутрішньосуглобових переломів, а також засобів оптимізації остео-, хондрорепарації в умовах дії екологічних несприятливих чинників із використанням препаратів остеотропної та хондропротекторної дії.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно до плану Запорізького державного інституту удосконалення лікарів (шифр ВН. Д 2.23.32-97, № держ. реєстрації 0102U002995. Автором особисто проведені експериментальні та клінічні дослідження, узагальнений і систематизований матеріал щодо дії токсикогенів металургійного виробництва на кісткову і хрящову тканини, зроблені висновки за матеріалами досліджень).

Мета дослідження – розробити систему лікування внутрішньо-суглобових переломів у потерпілих, які знаходилися під впливом шкідливих факторів металургійного виробництва.

Задачі дослідження.

1. Вивчити вплив факторів металургійного виробництва на репаративний остео-, хондрогенез та обґрунтувати комплексний підхід до лікування внутрішньосуглобових переломів на основі використання медикаментозної терапії та розроблених апаратів зовнішньої фіксації.

2. Дослідити перебіг репаративного процесу кістково-хрящового дефекту колінного суглоба щурів з урахуванням його стадійно-часових характеристик.

3. Вивчити морфологічні особливості репаративного процесу після травматичного ушкодження колінного суглоба у щурів на фоні тривалої інтоксикації організму солями свинцю і дії шкідливих хімічних речовин металургійного виробництва.

4. У експерименті оцінити вплив комплексу медикаментозних препаратів (хондропротекторної та остеотропної дії) на оптимізацію окремих стадій репаративного процесу після травматичного ушкодження колінного суглоба у щурів на фоні дії шкідливих хімічних речовин і обґрунтувати систему комплексного лікування хворих із внутрішньосуглобовими переломами.

5. Вивчити вплив комплексу медикаментозної (хондропротекторної, остеотропної та протизапальної) терапії на відновлення функції суглоба у хворих з внутрішньосуглобовими переломами нижньої кінцівки, які знаходились під впливом факторів металургійного виробництва.

6. Розробити методики малоінвазивного стабільного-функціонального остеосинтезу на основі стержневих апаратів при внутрішньосуглобових переломах нижньої кінцівки.

7. Оцінити віддалені результати розробленого комплексу методів лікування хворих із внутрішньосуглобовими переломами в умовах інтоксикації шкідливими хімічними речовинами металургійного виробництва.

Об'єкт дослідження – процес регенерації кісткової та хрящової тканин, процес відновлення функції ушкодженого суглоба в умовах інтоксикації свинцем і під впливом шкідливих факторів металургійного виробництва).

Предмет дослідження – експериментальні тварини з травматичним ушкодженням колінного суглоба, хворі з внутрішньосуглобовими переломами, які знаходилися в умовах дії шкідливих речовин металургійного виробництва; стан кісткової тканини та суглобового хряща ушкодженої кінцівки; вплив медикаментозної терапії; апарати зовнішньої фіксації.

Методи дослідження. Експериментальні методи дослідження використані для моделювання внутрішньосуглобових переломів і вивчення впливу шкідливих екологічних чинників на кісткову і хрящову тканини; гістологічні – для оцінки структурних особливостей кісткової і хрящової тканин, а також специфіки репаративного остеогенезу; морфометричні – для об’єктивізації гістологічних критеріїв та порівняльного аналізу; клінічні – для оцінки стану хворого й ефективності проведеного лікування; рентгенологічні – для виявлення характеру травматичного ушкодження, стану кісткової тканини (наявність остеопорозу) і динаміки загоєння; статистичні – для математичної обробки цифрових даних.

Наукова новизна отриманих результатів. Розроблено новий напрямок лікування хворих з травматичними внутрішньосуглобовими ушкодженнями, які знаходилися під впливом шкідливих факторів металургійного виробництва, на основі експериментальних, морфологічних та клінічних досліджень, створення нових апаратів для остеосинтезу, методів хірургічного лікування та обґрунтованої медикаментозної терапії.

Вперше доведено, що кісткова та хрящова тканини є органами-мішенями для свинцю і хімічних речовин металургійного виробництва – SiO2; SО2; CO2; NO2, алюмінієвого пилу, фенолу.

Встановлено, що при інтоксикації тварин ацетатом свинцю, останній акумулюється у зоні звапнованого суглобового хряща. Токсична дія свинцю на хондроцити проявляється зменшенням щільності клітин у всіх зонах суглобового хряща за рахунок їх лізису. У матриксі порушується вміст та топографія глікозаміногліканів. Доведено, що під впливом ацетату свинцю у трабекулах кісткової тканини підвищується щільність цементних ліній та зменшується ширина прошарку остеоїду по поверхні кісткових трабекул.

Отримано нові знання про те, що хімічні речовини, які присутні у повітрі мартенівських цехів (SiO2; SО2; CO2; NO2, алюмінієвий пил, фенол) викликають у тварин, що знаходяться в даному середовищі півтори місяці, зміни структурної організації як кісткової, так і хрящової тканин. За структурною характеристикою відмічені порушення у кістковій тканині характерні для стану вираженої остеопенії, а дистрофічні та деструктивні зміни у суглобовому хрящі відповідають І стадії остеоартрозу.

Вперше в експерименті на білих лабораторних щурах встановлено, що дія свинцю і комплексу шкідливих хімічних речовин металургійного виробництва (SiO2; SО2; CO2; NO2 алюмінієвий пил та фенол) порушують стадійно-часові характеристики репаративного процесу кістково-хрящового дефекту: у ранні терміни в репаративній бластемі знижується (у порівнянні з контрольними тваринами) щільність клітин фібробластичного диферону, підвищується – макрофагів і лімфоцитів. Порушуються процеси диференціації клітин, що уповільнює стадію формування тканинно-специфічних структур і призводить до пригнічення репаративного остеогенезу.

У експерименті на тваринах доведено, що при травматичних внутрішньосуглобових ушкодженнях використання препаратів хондро- та остеотропної дії є ефективним тільки при певній схемі лікування. Виявлено, що румалон чинить виражений ефект на регенерацію кістково-хрящового дефекту на стадії диференціації тканиноспецифічних структур. Більш раннє введення препарату (стадія клітинної бластеми) призводить до пригнічення формування пула клітин. Лікування, розпочате на стадії мінералізації, практично не впливає на перебіг репаративного процесу. Встановлено, що препарат остеохін ефективний на стадії мінералізації кісткової тканини – він стимулює формування кісткових трабекул та мінералізацію регенерату.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено й обґрунтовано систему комплексного лікування внутрішньосуглобових переломів, яка спрямована на оптимізацію процесу остео-, хондрорепарації та профілактику розвитку післятравматичного остеоартрозу у пацієнтів, що знаходилися під впливом шкідливих хімічних факторів металургійного виробництва. Розроблено схеми медикаментозної терапії пацієнтів із внутрішньосуглобовими переломами. Запропоновано нові пристрої для зовнішньої фіксації переломів проксимального відділу стегнової кістки й удосконалені методики остеосинтезу на основі стержневих апаратів, що дозволяють оптимізувати операції остеосинтезу, зменшити травматичність хірургічного втручання, створити сприятливі умови для зрощення перелому і ранньої реабілітації хворих (патент №307010). Розроблено методики післяопераційного ведення і реабілітації хворих, що зазнали впливу хронічної інтоксикації шкідливими хімічними речовинами металургійного виробництва. Встановлено, що введення у комплекс лікувальних заходів хондропротекторів та остеотропних препаратів підвищує ефективність консервативних і оперативних методів лікування.

Комплекс заходів для лікування внутрішньосуглобових переломів нижніх кінцівок, який розроблено автором, дозволив знизити кількість несприятливих виходів. Результати досліджень, приведені у дисертації, впроваджені у практичну роботу Інституту патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка АМН України. Основні положення роботи використовуються у навчальному процесі на кафедрі травматології, ортопедії і комбустіології Харківської медичної академії післядипломної освіти, на кафедрі ортопедії і травматології Запорізького інституту удосконалення лікарів та в клінічній практиці міських лікарень № 2 та № 16 м. Дніпропетровська, міських лікарень № 5 та № 9 м. Запоріжжя, МСЧ "Запоріжсталь".

Особистий внесок автора. Наведені в роботі матеріали наукових досліджень є особистим внеском автора у проблему, що вивчається. Автором було обґрунтовано мету та задачі дослідження, підібрані адекватні експериментальні моделі та методи дослідження. Автором особисто проведені експерименти на білих лабораторних щурах (інтоксикаційні моделі порушень кісткової та хрящової тканин, а також моделювання травматичних ушкоджень суглобів). Проаналізовано та узагальнено дані експериментальних досліджень. Подано та експериментально апробовано новий метод комплексної терапії хворих з внутрішньосуглобовими переломами на фоні остеопенії, обумовленої дією шкідливих хімічних факторів металургійного виробництва, який включає хондро- та остеотропну терапію. Автором розроблено апарат на основі стержнів для компресійного остеосинтезу ушкоджень проксимального відділу стегнової кістки. Автор удосконалив метод остеосинтезу переломів виростків великогомілкової кістки. Ним особисто прооперовано і проліковано методами консервативної терапії 198 хворих із внутрішньосуглобовими переломами.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися і обговорювалися на: Аnnular European Congress of Rheumatology (21-26 червня, 2000 р. Ніцца, Франція); на IV Українській науково-практичній конференції “Остеопороз: епідеміологія, клініка, діагностика, профілактика і лікування” (14-16 травня 2001р., м. Харків), конференції, присвяченій 70-річному ювілею Запорізького державного інституту удосконалювання лікарів (1997р.), на 60-й науково-практичній конференції Запорізького державного інституту удосконалення лікарів (1999р.), на 61-й науково-практичній конференції Запорізького державного інституту удосконалення лікарів (2000р.) і на засіданнях Запорізького обласного товариства травматологів-ортопедів 1997-2002 рр., IV науково-практичній конференції “Морфогенез та патологія кісткової системи в умовах промислового регіону Донбасу” (Луганськ, 2003г.), на Українській науково-практичній конференції з актуальних проблем ортопедії та травматології “Спонділодез, патологія стопи та гомілковостопного суглоба” (Харків, 2003р.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 32 роботи, в тому числі дві глави у монографії, методичні рекомендації, 20 статей у провідних наукових фахових виданнях, два патенти України.

Обсяг та структура дисертації. Дисертаційну роботу викладено на 310 сторінках машинописного тексту, вона складається із вступу, аналітичного огляду літератури, 10 розділів власних досліджень, висновків, переліку використаних джерел і додатків. Перелік використаних джерел вміщує 338 джерел, із них 228 вітчизняних авторів та інших країн СНД, 110 закордонних авторів. Робота проілюстрована 88 рисунками і 38 таблицями.

ЗМІСТ РОБОТИ

Результати досліджень та їх обговорення

1. Експериментальні дослідження на тваринах

Експериментальна частина досліджень виконана на базі лабораторій експериментального моделювання та морфології сполучної тканини ІПХС ім. проф.
М.І. Ситенка АМН України.

Експерименти проведені на 207 білих лабораторних щурах лінії Вістар (на початку експерименту вік тварин – 3 місяці, жива вага 160,8+10,5 г) в умовах моделювання інтоксикації організму шкідливими чинниками металургійного виробництва (SiO2; SО2; CO2; N2O2 та ін.) і свинцем із наступним відтворенням травматичного ушкодження у виростку стегнової кістки колінного суглоба.

Дослідження виконане у 5-и серіях експериментів:

1-а контрольна серія (інтактні тварини) – 10 щурів.

2-а контрольна серія – моделювання травматичного ушкодження у латеральному виростку дистального відділу стегнової кістки колінного суглоба у інтактних тварин – 28 щурів.

1-а дослідна серія – 2,5 міс. інтоксикації щурів ацетатом свинцю – 28 щурів. Обраний термін обґрунтований даними літератури (Житников А.Я., 1972) щодо моделювання свинцевої інтоксикації на тваринах;

2-а дослідна серія – 1,5 міс. інтоксикації шкідливими речовинами металургійного виробництва – 141 щур. Обраний термін дослідження заснований на даних В.М. Нікітіна (1977) про особливості метаболізму щурів.

З цих двох дослідних груп по 8 тварин було використано для гістологічної оцінки змін у тканинах колінного суглоба після закінчення дії шкідливих хімічних речовин. Інші тварини були розподілені на наступні серії експерименту.

3-я дослідна серія – внутрішньосуглобове травматичне ушкодження на фоні 1,5 міс. інтоксикації шкідливими речовинами металургійного виробництва – 40 щурів.

4-а дослідна серія – внутрішньосуглобове травматичне ушкодження на фоні
2,5 місяців інтоксикації ацетатом свинцю – 18 щурів.

5-а дослідна серія – експериментальне вивчення доцільності застосування румалону та остеохіну в різні періоди післятравматичного внутрішньосуглобового ушкодження у тварин, що утримувалися в умовах шкідливих чинників металургійного виробництва – 83 щури.

Препарати (остеохін і румалон) вводили тваринам у різних дослідних групах з першої, сьомої та чотирнадцятої доби, включно до 45-ї доби. Лікування остеохіном проводили в дозі 0,4 мг на 100 г живої ваги (per os, щодня). Румалон вводили внутрішньом’язово у об’ємі 0,05 мл на 100 г живої ваги – 3 рази на тиждень.

Тварини були виведені з експерименту на 7, 14, 21 та 45 добу шляхом передозування тіопенталу натрію. Вищевказані терміни евтаназії тварин відповідали стадіям репаративного процесу:

ѕ стадія формування клітинної бластеми, диференціації клітин і початку утворення тканиноспецифічних структур (3-7 доба);

ѕ стадія формування тканиноспецифічних структур та їхньої реорганізації, початок мінералізації (6-14 доба);

ѕ стадія мінералізації і початок ремоделювання кісткового регенерату (13-21 доба);

ѕ стадія ремоделювання кістки і результат (20-45 доба).

Для гістологічного дослідження використовували оперовані колінні суглоби. Досліджували матеріал методами світлової й електронної мікроскопії.

Експериментальні дослідження на тваринах проводилися відповідно до міжнародних вимог щодо гуманного відношення до тварин, дотримуючись правил Європейської конвенції захисту хребетних тварин, що використовуються в експериментальних і інших наукових цілях.

Інтоксикація організму щурів шкідливими чинниками металургійного виробництва.

Тварин протягом 1,5 міс. утримували на території металургійного цеху, повітря якого містило: пил 18,0 мг/м3 (ГДК 4,0 мг/м3), SiO2 15,5%, сірчистий ангідрид 24,7 мг/м3 (ГДК 10,0), двоокис азоту 5,5 мг/м3 (ГДК 2 мг/м3), окис вуглецю 18,9 мг/м3 (ГДК 20,02 мг/м3), сліди алюмінієвого пилу та фенолу.

Інтоксикація організму білих лабораторних щурів ацетатом свинцю.

Тваринам протягом 2,5 місяців щоденно внутрішньошлунково зондом вводили розчин ацетату свинцю в дозі 100 мг/кг. Вибір цієї дози був обумовлений даними, відповідно котрим максимальна кумуляція свинцю у кістці відбувається в перші місяці затравки і більше залежить від розміру добової дози, ніж від тривалості експерименту і сумарної дози (Родіонова В.А., Скретченко Е.В., 1985). Контрольним тваринам внутрішньошлунково зондом вводили дистильовану воду.

Через 2,5 місяці у частини тварин відтворювали модель травматичного ушкодження колінного суглоба шляхом нанесення стандартного дірчастого дефекту в ділянці латерального виростка стегнової кістки. Дефект виконували таким чином: під тіопенталовим наркозом збоку розкривали колінний суглоб, відводили убік надколінок і зуболікарським бором виконували дефект у вигляді отвору діаметром 2 мм, що проникав через суглобовий хрящ у субхондральну кістку на глибину 3 мм. Повертали надколінок у вихідне положення і пошарно ушивали рану.

Матеріалом для гістологічного дослідження служили оперовані колінні суглоби щурів, що були вилучені після виведення тварин із експерименту. Матеріал фіксували в 10% нейтральному розчині формаліну, декальцинували у 5% розчині азотної кислоти, зневоднювали у спиртах зростаючої міцності й заливали у целоїдин (Пирс Э., 1963). Виготовляли зрізи товщиною 7-10 мкм, які забарвлювали гематоксиліном та еозином, пікрофуксином по ван Гізон.

Для визначення особливостей макромолекулярної організації глікозаміногліканів матриксу суглобового хряща була поставлена реакція з толуідиновим синім (рН 2,5). Контрольні зрізи обробляли тестикулярною гіалуронідазою (Romhanyi G., 1963). Для визначення колагену застосовували забарвлення пікросиріусом (Constantine V.S., Movry D.W., 1968). Аналіз і фотографування матеріалу проводили під мікроскопами Rathenow і МБИ-6.

Підраховували кількість хондроцитів у суглобовому хрящі виростків дистального відділу стегнової кістки після інтоксикації організму щурів свинцем, а також при вивченні морфогенезу репаративного процесу кістково-хрящового дефекту. Для кожної тварини дослідної та контрольної серій кількість хондроцитів підраховували по території суглобового покриття в п'ятьох полях зору мікроскопу (об.8, ок.10) на трьох зрізах.

Визначено також площі тканин, що формують регенерат у кістково-хрящовому дефекті по термінам дослідження (у % від площі дефекту). Територія дефекту була прийнята за 100%. Вимір площі тканин виконували за методом Автанділова з використанням окулярної вимірювальної сітки (Автандилов Г.Г., 1990). Для кожного випадку проводили п'ять повторних вимірів на трьох препаратах.

Ультраструктурну організацію клітин і матрикса у зоні регенерату та суглобового хряща, прилеглого до дефекту, вивчали за допомогою електронного мікроскопа ЕМВ-100БР. Для цього фрагменти тканин фіксували в 4% розчині глютаральдегіду, потім декальцинували у розчині трилону Б, дофіксовували у 1% розчині чотирьохокису осмію, зневоднювали у спиртах зростаючої міцності й ацетоні, заливали в епон-аралдит (Уикли Б., 1975). Після виготовлення зрізів на ультрамікротомі УМПТ-3М проводили контрастування за методом Reynolds (1963).

Отриманий цифровий матеріал був оброблений методом варіаційної статистики з використанням прикладного пакета STATISTICA 5.11 for Windows. Прийнятий рівень достовірності – 95%.

Дані експериментальних досліджень на тваринах, які знаходилися півтори місяці в металургійному цеху заводу “Запоріжсталь”, показали, що шкідливі хімічні речовини металургійного виробництва призводили до дистрофічних змін у суглобовому хрящі і деструктивних порушень у кістковій тканині.

Щільність клітин у суглобовому хрящі зменшувалася. У хондроцитах відзначена редукція мембранних органел і підвищення щільності катаболічного апарата клітини – лізосом. Це проявлялося порушенням біосинтетичних процесів у хондроцитах і відбивалося на макромолекулярній організації матриксу, у якому була знижена рефракція глікозаміногліканів (ГАГ) та колагену. Виявлені зміни структурної організації суглобового хряща можуть бути класифіковані як початкова стадія остеоартрозу.

Комплекс остеопенічних порушень був зафіксований у компактній і губчастій кістках. При цьому підвищувалася щільність лакун резорбції, мала місце метаплазія пластинчастої кістки у грубоволокнисту кісткову тканину. Кісткоутворення було порушено за рахунок вираженого зниження активності остеобластів. Остеопенічні прояви в кістці можна розглядатися як відбиток не тільки прямої дії токсикогенів на клітини кісткової тканини, але й опосередкованої, за рахунок змін, що відбуваються на рівні організму. Відомо, що сполуки сірки техногенного походження сприяють виносу необхідного організму кальцію, що призводить до порушення його гомеостазу (Мухамбетова Л.Х., 1992).

Крім цього, в організмі відбувається пряме зв'язування кальцію і магнію з аніонами сульфату – кінцевим продуктом перетворення сполук сірки (Тарасюк О.О., Шишка Г.В., 2001), що може обумовлювати додаткове виведенню кальцію з кістки і, відповідно, сприяти порушенню її структурної організації. Дані проведеного дослідження і наявні дані в літературі дозволяють вважати, що дія шкідливих хімічних речовин металургійного виробництва сприяє розвитку остеопенії.

Свинцева інтоксикація (ацетат свинцю в дозі 100 мг/кг вводили щурам протягом 2,5 місяців) відбивається на структурній організації суглобового хряща і кісткової тканини. Так, у зрілому суглобовому хрящі кумуляція свинцю виявляється в зоні гіпертрофії. У розширених капсулах хондроцитів і в самих клітинах виявлені включення темних брилець, що може бути відображенням проникнення ацетата свинцю через клітинні мембрани та його накопичення у хондроцитах. Відмічено також звуження фронту кальцифікації.

Подібний феномен був описаний А.Я. Житниковим та П.М. Мажугою (1988) при дослідженні гіалінового хряща епіфізарної зони росту молодих щурів. Авторами показано, що накопичення свинцю в клітинах порушує спроможність хондроцитів до гіпертрофії. Крім того, у літературі є дані про пригнічення свинцем включення радіоактивних попередників, які змінюють метаболізм колагену і глікозаміногліканів у зоні проліферації епіфізарного хряща (Житников А.Я., 1976; Житников А.Я., Мажуга П.М., 1987).

Свинцева інтоксикація організму щурів проявлялася порушенням ультраструктури хондроцитів: гетерохроматизацією клітинного ядра, везикуляцією ендоплазматичної сітки, набряком мітохондрій, редукцією комплексу Гольджі та зменшенням площин, що зайняті глікогеном.

При поляризаційно-оптичному аналізі встановлено зниження метахромазії у матриксі суглобового хряща. Це може бути пов'язане з порушенням біосинтезу глікозаміногліканів у хондроцитах. Відомо, що глікозаміноглікани – важливий компонент протеогліканових комплексів матриксу суглобового хряща, відповідальних за його гідратаційні властивості та забезпечення організації колагенових фібрил (Павлова В.Н. и соавт., 1988; Дедух Н.В. и соавт., 1992). У зв’язку з цим виявлені дистрофічні порушення у матриксі відбивають порушення метаболізму глікозаміногліканів. Лізис та пікноз – це зміни у клітинах, які самі можуть бути пов’язані з безпосередньою дією свинцю на хондроцити. Проведені електронномікроскопічні дослідження підтвердили токсичну дію свинцю на мембранні органели клітин, зокрема комплекс Гольджі та агранулярну ендоплазматичну сітку, тобто структур, відповідальних за біосинтез вуглеводів, у тому числі і глікозаміногліканів.

У матриксі знижувалась метахромазія глікозаміногліканів, мало місце десмакування колагенових волокон. Одним із механізмів дії свинцю на мембранні органели клітин може бути пригнічення внутрішньоклітинних процесів за рахунок зв'язування свинцю з активними центрами ферментів, зокрема – окисно-відновними, що визначають енергетичні можливості клітини (Мирочник Л.М., Тимофєєва Н.Д., 1974; Житников А.Я., Мажуга П.М., 1986).

І.І. Ісаханов та співавт. (1977) показали, що свинцева інтоксикація порушує структуру гідроксилапатиту у кістці. Свинець заміщує кальцій у кристалічній решітці, а дані Н.В. Родіонової (1985) свідчать, що тривале надходження свинцю в організм стимулює біосинтез паратгормону і призводить до активації функціонування остеокластів та остеоцитів, що й обумовлює розвиток свинцевих остеопатій та остеопорозу.

Таким чином, вплив вивчених хімічних токсикогенів на організм тварин проявляється порушеннями структурно-метаболічних показників кісткової тканини і суглобового хряща. Поряд із загальними проявами дії досліджених хімічних токсикогенів на суглобовий хрящ і кісткову тканину (зниження щільності і структурної організації клітин, порушення організації матриксу), мали місце й відмінні риси прояву. Так, вплив свинцю проявлявся деструктивними порушеннями як клітин кістки, так і суглобового хряща, в основному тих, що підлягали кальцифікації. Особливості дії шкідливих хімічних речовин металургійного виробництва у більшості були пов'язані зі змінами некальцифікованого суглобового хряща – значне зниження щільності клітин у поверхневій зоні, разшарування матриксу по території хряща з виявленим проявом порушень у поверхневій зоні. У кістковій тканині спостерігалася токсична дія на остеоцити.

Можна припустити, що виявлені порушення структурної організації кісткової і хрящової тканин білих експериментальних щурів під дією вивчених токсикогенів можуть відбиватися на плині репаративного остео-, хондрогенезу.

Наступним етапом роботи була оцінка загоєння кістково-хрящових дефектів на фоні значних порушень структури хрящової і кісткової тканин, що розвилися після дії шкідливих хімічних речовин металургійного виробництва, а також після свинцевої інтоксикації.

У зв'язку з тим, що експериментальне моделювання травматичного ушкодження у виростках стегнової кістки колінного суглоба виконували у білих лабораторних щурів, які знаходилися тривалий час під дією токсикогенів, першим етапом дослідження було вивчення процесу загоєння травмованого суглоба у порівнянні з тваринами, які не зазнавали впливу шкідливих факторів (інтактні тварини).

Проведені дослідження показали, що загоєння експериментально відтворених кістково-хрящових дефектів у контрольних тварин характеризувалося визначеною стадійно-часовою кінетикою формування регенерату. На ранні терміни (7 доба) у регенераті виявлялася грануляційна тканина, що диференціювалася у пухку сполучну тканину. Визначалися також невеличкі осередки волокнистого хряща, які перемежовувалися в ділянці дна дефекту з кістковою тканиною. Стадія формування клітинної бластеми завершувалася до 7 доби й починала плин фаза диференціації тканин. До 14-ї доби завершувалася диференціація тканиноспецифічних структур регенерату, відбувалася їх реорганізація і починався процес мінералізації. На 21 добу були відмічені активні процеси дозрівання утворених у регенераті тканин. Визначалася гіалінова хрящова тканина, а в зоні дна дефекту – новоутворена кісткова тканина. Проте повної регенерації кістково-хрящового дефекту на 45 добу не виявлено. У дефекті спостерігалися поля кісткової тканини, а в ділянці травмованого суглобового хряща – волокнистий хрящ і гіалінова хрящова тканина без вираженої позиційної специфічності.

Дія хімічних токсикогенів – свинцю і чинників металургійного виробництва – порушувала динаміку формування регенерату. При морфометричному аналізі регенерату відзначалася затримка в утворенні клітинної бластеми та диференціації тканин. При обох видах інтоксикації на ранні терміни у кістково-хрящовому дефекті тривалий час спостерігалися малодиференційовані клітини, була порушена диференціація клітин, що супроводжувалося зберіганням у зоні ушкодження великих територій грануляційної та пухкої волокнистої тканин до 45 доби. Формування більш зрілих тканин – волокнистого хряща і гіалінової хрящової тканини затримувалося. На 45 добу не було відмічено формування гіалінової хрящової тканини у зоні хрящового дефекту при інтоксикації тварин шкідливими хімічними речовинами металургійного виробництва. При інтоксикації свинцем гіаліновий хрящ хоча й формувався, проте його площа була меншою у 7,3 рази за таку у контрольних тварин. Значно знижені темпи формування кісткової тканини в ділянці дна дефекту, особливо у тварин з інтоксикацією свинцем. Площі кісткової тканини в зоні дефекту на 45 добу були нижчими за показники контрольних тварин у 2,6 й 1,6 рази, відповідно, при інтоксикації свинцем та шкідливими хімічними речовинами металургійного виробництва. За структурною організацією новоутворена кістка була менш зрілою.

Шкідливі фактори техногенного походження, використані в дослідженні, чинять токсичну дію на хондроцити, що призводить до їх загибелі й до зниження щільності клітин на ділянках. У суглобовому хрящі, на віддаленні від кістково-хрящового дефекту, у тварин дослідних груп відзначено розвиток змін, характерних для початкових стадій остеоартрозу.

Дані проведеного дослідження свідчать про те, що вивчені токсикогени – шкідливі хімічні речовини металургійного виробництва і свинець порушують стадійно-часові характеристики репаративного процесу кістково-хрящового дефекту, що диктує необхідність використання в комплексній схемі лікування препаратів, котрі мають здатність до оптимізації процесів хондро- та остеорегенерації.

При порівняльному аналізі складу репаративної бластеми кістково-хрящового дефекту звертала на себе увагу однотипність прояву репаративного процесу у тварин з інтоксикацією вивченими хімічними речовинами. Насамперед, це зменшення щільності клітин фібробластичного диферону і підвищення щільності макрофагів та лімфоїдних клітин у репаративній бластемі, набряк та порушення ангіогенезу.

Інтерпретуючи отримані результати на основі даних В.В. Сєрова і А.Б. Шехтера (1991), збільшення щільності лімфоїдних клітин і макрофагів у грануляційній тканині може відбиватися на спектрі біологічно активних речовин, які синтезуються клітинами. В умовах підвищеної щільності лімфоцитів і макрофагів виділяються лімфокіни та монокіни, які можуть пригнічувати проліферацію фібробластів, що супроводжується порушенням процесу колагеногенезу.

Більш виражений набряк у грануляційній тканині зони ушкодження у тварин із свинцевою інтоксикацією обумовлений, як вказують Н.В. Родіонова, О.В. Скрипченко (1985), підвищеною проникністю стінок капілярів, що призводить до порушення транскапілярного обміну. Автори пов'язують дане явище з набряканням клітин ендотелію, порушенням їхньої структурної організації та, як наслідок – зміною водно-сольового обміну.

В усіх дослідних серіях виявлено порушення диференціації клітин репаративної бластеми у хрящові на 45 добу після відтворення кістково-хрящового дефекту. Це може бути відбитком дії досліджених шкідливих чинників. Відомо, що при низькій щільності клітин у репаративній бластемі порушуються процеси морфогенезу (Мэттсон П., 1982). З іншого боку, токсичні речовини можуть порушувати генетичний апарат клітини, зокрема, функціонування кислих білків, що є регуляторами генної експресії (Ченцов Ю.С., 1984).

Таким чином, результати експериментальних досліджень свідчать про те, що кісткова і хрящова тканини є органами-мішенями для дії шкідливих хімічних речовин, таких як сполуки свинцю та комплексу чинників металургійного виробництва – SiО2; SО2; CО2; NО2, алюмінієвий пил і фенол. В умовах їхньої дії порушуються структурно-метаболічні показники кісткової і хрящової тканин, що відбивається на стадійно-часових характеристиках перебігу відновного процесу у випадку травматичного ушкодження суглобів.

Отримані дані є теоретичним обґрунтуванням для розробки схем комплексного лікування пацієнтів, які підлягають впливу екологічно шкідливих чинників, у тому числі із застосуванням патогенетичної медикаментозної терапії, спрямованої на нівелювання негативних наслідків дії цих факторів.

В умовах експериментального дослідження на білих лабораторних щурах була дана оцінка комплексу медикаментозної терапії, що включає препарати хондро- і остеотропної дії.

Виявлено, що лікування румалоном та остеохіном може бути ефективним тільки при встановленій схемі лікування. Так, лікування тварин препаратом румалон з першої доби, тобто на стадії запалення, пригнічує формування репаративної бластеми. Більш ефективним було лікування тварин на пізніших етапах (7 і 14 доба), тобто на стадіях формування тканиноспецифічних структур та їхньої реорганізації і початку мінералізації. Лікування, проведене на 21 добу, до 45 доби практично не відбивається на структурі регенерату.

Відома властивість румалону як хондропротектора, доведена на моделях остеоартрозу, проявлялася й у нетравмованому суглобовому хрящі, що прилягав до дефекту, та був розташований на віддаленні від нього. Щільність клітин у тварин, яким вводили румалон із 1-ї та 7-ї доби, була збільшена, а при лікуванні із 14 доби ефект хондропротекції був нижчим.

Незважаючи на позитивну хондропротекторну дію румалону, установлений нами факт пригнічувальної дії на проліферацію клітинної бластеми, не дає підстави рекомендувати його застосування безпосередньо після травми. Отримані дані свідчать про більш високу ефективність використання румалону в пізні терміни, починаючи з 7 або 14 доби після кістково-суглобового ушкодження.

Препарат остеохін ефективний при введенні тільки на 14-у добу після травматичного ушкодження, коли процес регенерації вступає у фазу мінералізації. На цьому етапі його дія носить двоякий характер. Виявлена як стимуляція остеогенезу, так і синхронна мінералізація остеоїдної тканини. На ранні терміни він пригнічує формування остеоїда за рахунок ранньої мінералізації.

З огляду на той факт, що метаболічні процеси у щурів перебігають інтенсивніше, ніж у людини, введення препаратів хворим повинно бути співвіднесене зі стадіями репаративного остеогенезу. Відповідно до класифікації D.J. Simmons (1995) і Н.В Дедух. (1992), регенерація з формуванням і ремоделюванням кісткової тканини у щурів охоплює період до 45 доби, а у людини цей період триває від 4-х до 16-и й більше тижнів.

Дані експериментальних досліджень можуть бути використані в клініці, але в основу повинна бути покладена стадійність репаративного процесу. Виходячи з отриманих даних, застосування комплексу препаратів остео-, хондропротекторної дії (румалону та остеохіну) у клініці ефективно на стадії формування пізньої клітинної бластеми і початку утворення тканиноспецифічних структур (румалону з 10-12 доби, остеохіну з 20-25 доби після травми).

2. Клінічні дослідження

Клінічні дослідження ґрунтуються на досвіді лікування 254 хворих з внутрішньосуглобовими переломами кульшового, колінного та гомілковостопного суглобів, які знаходились на лікуванні у МСЧ “Запоріжсталь” та лікарні № 9 м. Запоріжжя в період з 1993 по 2002 р.

Ці пацієнти були мешканцями м. Запоріжжя, які довгий час (5 років та більше) працювали у металургійному виробництві та проживали у районах міста, де гранично допустима концентрація окисів вуглецю, сірки, азоту, кремнію, фенолу та свинцю перевищувала норму в 1,8–5 разів.

Застосовані рентгенологічні, комп’ютерно-томографічні та морфологічні дослідження. Стан кісткової тканини у хворих на наявність остеопоротичних змін оцінювали за допомогою рентгенологічного аналізу. Додатково проведено морфологічний аналіз післяопераційного матеріалу для оцінки стану кісткової тканини. З цією метою під час оперативного втручання у 41 пацієнта з епіфізарних фрагментів зони ушкодження брали шматочки губчастої кістки, розмірами 0,5 х 0,5 см.

Дослідження матеріалу проводили відповідно рекомендаціям П.А. Ревел (1993). Оцінювали такі статичні показникі кісткового ремоделювання: об’єм трабекулярної кістки, діаметр кісткових трабекул, якість кісткової тканини, протяг остеоїдного покриття на кісткових трабекулах, остеокластний індекс, відхилення котрих від норми свідчить про остеопоротичні зміни.

У 12-ти потерпілих з переломами виростків великогомілкової кістки з метою підтвердження положення суглобової поверхні фрагменту нами було виконано комп’ютерно-томографічне дослідження. Це дало змогу уточнити показання до оперативного втручання, зпланувати його об’єм та технічну реалізацію.

Для оцінки впливу комплексу застосованої нами медикаментозної терапії хворі були розподілені на дві групи: контрольну та основну.

Хворі основної групи у післяопераційному періоді отримували за визначеною схемою хондропротектори та остеотропні препарати, а також препарати, які поліпшують мікроциркуляцію.

Контрольну групу склали пацієнти, щодо яких медикаментозну терапію не застосовували. Для характеристики переломів ми використовували класифікацію переломів, запропоновану системою АО.

Розподіл хворих основної та контрольної груп за локалізацією внутрішньосуглобових переломів наведено в табл. 1.

Таблиця 1.

Розподіл хворих основної та контрольної груп за локалізацією внутрішньосуглобових переломів

Локалізація перелому | Кількість хворих

основна група | контрольна група

абс. | % | абс. | %

Внутрішньосуглобовий перелом шийки стегнової кістки | 26 | 19 | 18 | 15

Внутрішньосуглобовий перелом проксимального відділу гомілки | 31 | 23 | 27 | 23

Внутрішньосуглобовий перелом дистального відділу гомілки | 79 | 58 | 73 | 62

ВСЬОГО | 136 | 100 | 118 | 100

Для лікування постраждалих з внутрішньосуглобовими переломами застосовували як вже відомі традиційні методи фіксації, так і нові пристрої та методики малоінвазивного остеосинтезу, розроблені автором.

Із відомих способів нами використана внутрішня фіксація відламків гвинтами у 22 постраждалих з переломами шийки стегнової кістки, у 13 постраждалих з переломами виростків великогомілкової кістки і у 53 хворих з переломами дистального відділу гомілки. У 74 хворих з переломами проксимального та дистального відділів гомілки були застосовані і гіпсові пов’язки та скелетне витягнення. У 76 постраждалих були застосовані пристрої та методики малоінвазивного зовнішнього остеосинтезу розроблені автором. Розподіл хворих по локалізації, типу перелому і новим методикам, що використані при лікуванні, наведені в таблиці 2.

Таблиця 2.

Розподіл хворих по локалізації, типу перелому і методикам лікування, що запропоновані автором

Локалізація перелому | Типи переломів по класифікації АО | Вид оперативного втручання | Кількість хворих

Внутрішньосугло-бові переломи проксимального відділу стегнової кістки | 31В1

31В3 | Відкрита репозиція відламків і остеосинтез апаратом зовнішньої фіксації (патент України 387001 А) | 22

Внутрішньосугло-бові переломи проксимального відділу гомілки | 41В2

41В3

41С1

41С2

41С3 | Відкрита репозиція відламків та фіксація їх апаратом зовнішньої фіксації.

Відкрита репозиція відламків з реконс-трукцією суглобової поверхні, кістковою пластикою та фіксацією фрагментів апаратом зовнішньої фіксації | 24

5

Внутрішньосугло-бові переломи дистального відділу гомілки | 43В1

43В2

43В3

43С1

43С2

43С3 | Закрита репозиція відламків та фіксація їх апаратом зовнішньої фіксації.

Відкрита репозиція відламків та фіксація апаратом зовнішньої фіксації | 7

18

ВСЬОГО |