Лекция 4
Развитие черепа и черепно-челюстно-лицевых деформаций. Основы черепно-челюстно-лицевой хирургии. Обследование и подготовка больных к операции. Биологические основы остеогенеза. Костные и хрящевые трансплантаты, имплантаты. Принципы их применения. Регенерация костной ткани челюстей. Остеогенная и остеоиндуктивна терапия
Проблема регенерации костной ткани при травмах , разработка методов оптимизирующего воздействия на нее – актуальные вопросы современной медицины и стоматологии в частности. Частота травм челюстно – лицевой области , степень их тяжести неуклонно увеличиваются по мере технизации общества и сохранения социальной напряженности . Восстановление костной ткани при переломах – сложный процесс, обусловленный влиянием центральных регуляторных систем на ее структурную перестройку в области повреждения .
Регенерация – это восстановление структурных элементов ткани взамен поврежденных или погибших . В биологическом аспекте она приспособительным процессом , сложившимся в ходе эволюции , присущий всему живому и направлен на восстановление структуры и функции ткани. Значение регенерации заключается в материальном обеспечении гомеостаза на разных уровнях структурной организации живой материи . Различают две формы регенерации : клеточная – в основе имеет прямое и непрямое деление клеточных и внутриклеточная – молекулярная , внутришньоорганоидна , органоидное . Следует заметить , что теоретические основы учения о регенерации эволюционировали в тесной взаимосвязи с совершенствованием морфологических методов исследования ( регенерация на уровне органа , клетки , субклеточном уровне ) . Есть два вида регенерации : физиологическая и репаративная . Во физиологической регенерацией понимают восстановление тканевых структур здорового организма по мере их старения и отмирания . Наглядным примером этого является кожа – постоянное отслоения и отшелушивания эпидермиса. Физиологическая регенерация – это постоянный и очень медленный процесс , который не вызывает стрессовой ситуации в организме . Репаративная регенерация – это восстановление поврежденной или утраченной ткани. Степень и качество регенеративного процесса в различных тканей различны. Чем выше дифференцировки ткани (нервная , мышечная ) , тем меньше у нее способность к восстановлению своей структуры . Поэтому анатомическое восстановление поврежденного участка происходит за счет замещения дефекта соединительной тканью – рубцом . Поврежденная костная ткань способна пройти ряд стадий репаративного процесса и восстановить свою анатомическую форму , гистологическую структуру и функциональную пригодность . Перелом кости сопровождается повреждением прилежащих мягких тканей и вызывает стрессовую ситуацию , которая сопровождается местной и общей реакциями организма. В процессе восстановления костной ткани происходят сложные общие и местные биологические и биохимические изменения , которые зависят от кровоснабжения кости , возраста больного , общего состояния организма , а также качества лечения .
Строение кости. Костный скелет составляет 1 /5 – 1 / 7 части массы тела , в его состав входит более 200 костей. Основные функции костной ткани – опорно -механическая и метаболическая . Кости защищают жизненно важные органы от механических повреждений , способствуют перемещению тела в пространстве , костные трабекулы образуют каркас для костного мозга. Следует отметить , что существенной разницы в строении костных органов нет . Почти до середины прошлого века кость рассматривали лишь как орган накопления минералов и контроля над этим процесом.В последние десятилетия накоплен клинический и экспериментальный материал свидетельствует о высокой функциональной активности кости как постоянно действующей регенерирующей системы . Способность клеточных элементов костной ткани в репаративных процессов обеспечивает воспроизведение ии целостности при травмах , а также обеспечивает замену старых несовершенных структур новыми при протекания процессов физиологической регенерации. Костная ткань состоит из органического матрикса ( 35 % ) , минерального компонента ( 65 % ) и клеток. Органический матрикс : В органическом матриксе основой является коллагеновые белки , которые составляют 88 % массы.
Коллаген I типа занимает среди них 95 % объема и образует волокна большого диаметра , которые имеют большую механическую прочность . Минерализация осуществляется вдоль волокон I типа. Этот вид коллагена входит в состав осеинових волокон , от которых зависит прочность кости. Кроме коллагена первого типа , в структуре оказываются коллагены 3 , 4 , 5 , 11 , 12 типов , которые составляют 5 % от общего количества коллагенов . Основу неколлагеновых белков составляет остеокальцин , среди других неколлагеновых белков органического матрикса выделяют остеопонин , остеонектин , костный морфогенетический протеин , костные протеогликаны , гликопротеины , цитокин . Минеральный компонент занимает 30 % массы костной ткани , содержит 98 % всех неорганических веществ организма ( 99 % кальция , 87 % фосфора , 58 % магния , 46 % натрия и 20 % микроэлементов ) . Стереохимическая изучение основных кристаллических компонентов минерального матрикса позволило классифицировать их не только как кристаллы гидрооксиапатиту ( Са10 ( РО4 ) 6 ( ОН ) 2 и аморфного фосфата кальция ( Са3 ( РО4 ) 2). Насыщение органического матрикса грубоволокнистой костной ткани минеральными кристаллами , катионами и анионами приводит к повышению механической прочности межклеточного вещества . Такой вид ткани называется пластинчатой или зрелой костной тканью . Зрелая костная ткань составляет основу губчатой и компактной вещества , формирует в компактной кости концентрические цилиндры остеонов , а в губчатой – трабекулы . остеонов вместе с костными пластинками формируют основную массу компактной кости человека . Клетки костной ткани происходят из двух клеточных линий: полипотентных мезенхиальних стволовых клеток , которые находятся в костных каналах и костном мозге ( преостеобласты , остеобласты , остеоциты ) , и клеток , которые дифференцируются с гемопоэтических стволовых клеток костного мозга – остеокласты [ 32 ] . Источником преостеобластив также васкулярные клетки – периваскулоциты . Дифференциация мезенхимных клеток в остеобласты протекает одновременно с формированием капилляров . при высоких показателях рО2 остеогенные клетки дифференцируются в остеобласты , при низких – в В области активного формирования костной ткани выделяют три типа остеобластов , ультраструктура которых отражает особенности их фунукциональнои активности . Остеобласты делятся на зрелые и незрелые , активные и находящиеся в состоянии покоя. Зрелые остеобласты характеризуются высокой Костеобразующие активностью , продуцируют коллаген I типа , протеогликаны и остеокальцин . Незрелые остеобласты непосредственно прилегающих к кости со стороны надкостницы , в их цитоплазме низкое содержание гранул гликогена , тогда как преостеобласты богатые него . Основной функцией активных остеобластов является синтез компонентов органического матрикса кости , цитокинов и факторов роста , продукция матриксных пузырьков , участвующих в минерализации . Маркером остеобластов являются ферменты , которые они синтезируют : щелочная фосфатаза и остеокальцин . Остебласты , которые не участвуют в процессе формирования кости , называют ” покоящимися ” остеобластами , плотность мембранных органелл у них по сравнению с активными остеобластами значительно ниже , размещаются они на поверхности костной ткани [ 60]. Некоторая часть из них в определенный момент перестает синтезировать костный матрикс , их называют остеоцитами . Остеоциты – высокодифференцированные клетки , происходящие от остеобластов , они окружены минерализованным костным матриксом , размещаются в остеоцитарного лакунах , заполненных коллагеновыми фибриллами . В зрелом скелете они составляют до 90 % всех остеогенных клеток. Остеоциты имеют слабо выраженные органеллы и не имеют способности к пролиферации , от тел остеоциты отходят длинные ( 50-60 мкм ) отростки , которые размещаются в канальцах и анастомозируют с соседними клетками. Основной функцией остеоциты является обеспечение обмена воды , белков и ионов в ткани . Они участвуют в остеолизиси , регулируют содержание минералов , особенно кальция , в плазме , участвуют в передаче механических нагрузок , забазпечують обменно – транспортные процессы внутри костной ткани. Биосинтетических активность остеобластов и остеоциты зависят от величины и направленности вектора нагрузки , характера и величины гормональных влияний и факторов местного окружения клитини.За степенью дифференциации костная ткань делится на пластинчатую ( зрелую ) и грубоволокнистую ( незрелую ) , которые отличаются между собой структурной организацией и физическими свойствами межклеточного вещества . Грубоволокнистая костная ткань характеризуется высокой скоростью формирования и обмена . Незначительное количество ее находится в местах прикрепления связок или возникает при различных патологических состояниях , в частности при переломах , нарушениях метаболизма , воспалительных и неопластических процессах . Незрелая костная ткань в течение жизни может появиться в ответ на повреждение , в результате лечения , стимулирующего костей, а также при нарушении метаболизма , при воспалительных и неопластических процессах . Характерной особенностью незрелой костной ткани является хаотическое размещение фибрилл и высокая клеточная плотность с низким содержанием минеральных солей , сплющенные остеоциты , которые размещаются в лакунах без определенной пространственной ориентации . Насыщение органического матрикса незрелой костной ткани минеральными солями , катионами и анионами приводит к повышению механической прочности межклеточного вещества , а также к возникновению упорядоченной структуры . Такой вид костной ткани называется пластинчатой ( зрелой ) . Зрелая костная ткань составляет основу губчатой и компактной вещества. Структурной единицей ее является пластинка, в кортикальном слое формирует концентрические цилиндры остеонов , а в губчатом – трабекулы . Остеон состоит из системы связанных между собой костных пластинок , которые размещаются вокруг центрального канала .
Источники регенерации.
Восстановление целостности кости происходит путем пролиферации клеток остеогенной слоя надкостницы , эндоста . Преостеогеннимы клетками считают остеобласты , фибробласты , остеоциты , перициты , гистиоциты , лимфоидные , жировые и эндотелиальные клетки , клетки миелоидного и эритроцитарного рядов. Существует две категории остеогенных клеток – предшественников : детерминированные ( ДОКП ) и индуцибельной ( ИОКП ) . Для реализации своих кистковоутворювальних потенций ДОКП не требуют действия внешних индукторов , однако , они нуждаются в определенной популяционной плотности. ИОКП проявляют остеогенные свойства в присутствии специальных индукторов остеогенеза . В организме ДОКП находятся вне пролиферацийним пулом , а в монослойных культурах in vitro ведут себя как клетки со стволовыми свойствами: они способны к длительной самоподдержания , пролиферации и дифференцировки. Последнее проявляется в образовании фибробластов , синтезирующих коллаген. В условиях , когда за счет ДОКП повторно образуются большие количества зрелой костной ткани , клеточная линия ДОКП самоподдерживающейся течение сроков , достаточных для ее сохранения в течение всей жизни . В результате воздействия индуктора на ИОКП индуцированная кость в большинстве случаев ведет себя как несамопидтримуюча тканевая система : она сохраняется лишь до тех пор , пока не прекращается действия индуктора или действие одного индуктора не изменяется действием другого . Таким образом , существует система «двойного обеспечения » построения и восстановления костной ткани во взрослом организме детерминированными и индуцибельной остеогенными клетками – предшественниками. При сращения сломанных костей установлена стадийность репаративного остеогенеза , которая имеет условный характер . Разделение на стадии не имеет принципиального значения , поскольку они в динамике перекрываются. Даже при идеальной репозиции и фиксации отломков дифференцировки различных клеток происходит одновременно, и поэтому стадийность репаративного процесса трудно разграничить . Но для выбора оптимальной тактики лечения больных нужно иметь представление о закономерностях репаративного остеогенеза . Стадия катаболизма тканевых структур и клеточной инфильтрации. По сравнению с воспалением это стадия альтерации (разрушение ) . После травмы возникают омертвения поврежденных тканей и распад клеточных элементов , гематомы. Организм человека немедленно реагирует на травму местной фагоцитарной реакцией. Наряду с этим продукты распада , которые являются генетическими индукторами , вместе с гормонами обусловливают репродукцию и пролиферацию различных специализированных клеток ( остеоциты , гистиоциты , фиброциты , лимфоидные , жировые и эндотелиальные клетки) , т.е. мелкоклеточный инфильтрацию , которая длится 6-10 дней . Стадия дифференцировки клеток длится 10-15 дней . В основном ДНК и РНК , а также анаболические гормоны направляют дифференцировку клеток прогрессирующего мелкоклеточного инфильтрата. Одновременно происходит три типа дифференцировки клеток: фибробластических , хондроидний и остеогенных , зависит от условий , при которых происходит репаративное процесс . При идеальных репозиции и фиксации отломков и достаточном кровоснабжении сращения происходит по типу первичного остеогенеза . Дифференцирование большинства клеток сразу направлено на образование остеоидного ткани. Когда фиксация ненадежна или недостаточное кровоснабжение отломков вследствие тяжелых повреждений , дифференцировки клеток происходит путем фиброгенеза с последующей метаплиею в хрящевую и костную ткани. Стадия формирования первичного остеона – образование ангиогенной костной структуры – от ходит течение 16-21 дня . Характеризуется она тем , что возникает полная реваскуляризация первичного мозоли. Регенерат прорастает капиллярами и начинается минерализация его белковой основы . Появляется дрибнопетлиста , хаотично ориентирована сетка костных трабекул , которые постепенно сливаются с образованием первичного остеона и гаверсовых канальцев. Стадия перестройки первичного регенерата или спонгиозации мозоли – это та стадия , на которой формируется пластинчатая костная ткань . Во время перестройки первичного регенерата костный пластинчатый остеон набирает ориентации над силовыми линиями нагрузки , появляется корковое вещество кости , надкостницы и восстанавливается костно – мозговая полость . Части регенерата , которые за нагрузкой , рассасываются. Все это приводит к полному восстановлению структуры и функции переломанной кости. В зависимости от локализации перелома процесс перестройки и восстановления может длиться от нескольких месяцев до 2-3 лет. Итак , из закономерностей репаративной регенерации костной ткани вытекают следующие практические выводы: 1 ) идеальной репозиции и фиксации костных отломков следует добиваться быстрее , к тому же не позднее , чем начнется стадия дифференцировки клеток , 2) поздняя репозиция , любое вмешательство с целью коррекции отломков ведут к разрушению вновь капилляров реге нерату и нарушения репаративного остеогенеза , 3) стимулятором образования пластинчатой кости в процессе перестройки первичного регенерата является функциональную нагрузку , о котором следует помнить при лечении больных. Теоретически различают три вида репаративной регенерации костной ткани – первичное , первично – замедленное и вторичное сращение . Первичное сращение костей происходит в течение короткого времени первичным остеогенезом за счет образования интермедиарного мозоли. Но для этого нужно иметь все условия. Прежде всего это наблюдается при убитых и компрессионных переломах костей , часто после идеальной репозиции ( диастаз между отломками 50-100 мкм) и надежной фиксации отломков. Вторичное сращение переломанных костей происходит за счет образования менее полноценных видов мозоли – периостального , эндостального и параосальних ( гематома , мягкие ткани). Образованием чрезмерного периостального и параосальних мозоли организм пытается компенсировать фиксацию отломков , которой не сделал врач . Это естественный саногенез организма. В этом случае срок сращения кости значительно увеличивается. По характеру мозоли на рентгенограмме можно сразу оценить качество лечения больного. Чем больше мозоль , тем хуже была фиксация отломков. Вторичное сращение кости сравнивают с заживлением ран мягких тканей . Но в заживлении поражения двух тканей есть принципиальная разница . Заживление раны мягких тканей, происходит вторичным натяжением , заканчивается образованием рубца , в то время как при переломе кости в процессе репарации все костные клетки проходят ста действие метаплазии , что заканчивается образованием полноценной кости. Однако для того чтобы кость срослась вторично , необходима также надежная фиксация отломков. Если ее не будет , то клетки пройдут стадии фибро– и хондроге – незу , перелом заживет , но кость не срастется . Нарушение процесса образования мозоли наблюдается при интерпозиции мягких тканей или костных отломков , которые препятствуют точному сопоставлению отломков. Заживление переломов значительной мере зависит от степени васкуляризации и жизнеспособности отломков. Чем тяжелее нарушения васкуляризации вследствие травмы или оперативного вмешательства репаративной регенерации кости. В образованном костном мозоли большое значение имеют механические факторы . Умеренное дозированную нагрузку , действующую перпендикулярно плоскости перелома , стимулирует процесс срастания и наоборот , действия растягивающих , сдвигая , вращающих сил препятствуют консолидации , так как приводят к повреждению регенерата , формирующегося . Поэтому неполноценная , кратковременная , прерывистая иммобилизация часто является причиной замедления сращения, а иногда может приводить к образованию ложного сустава . Среди системных факторов влияния на репаративное остеогенез следует указать на возраст пациента. Современные экспериментальные данные свидетельствуют , что с увеличением возраста экспериментальных животных замедляются процессы репаративного остеогенеза . Возможными причинами этого могут быть следующие факторы : снижение количества клеток и уровня кровоснабжения в надкостнице , снижение остеобластического дифференцировки стромальных клеток костного мозга , снижение количества стромальных клеток (дети 10 тыс. – 1 стромальных клеток , у взрослых 2 млн. – 1 стромальных клеток ) , снижение остеогенной потенциала стромальных клеток , снижение биосинтеза коллагена . Однако по количеству морфогенетических белков молодые и зрелые животные не отличаются. Таким образом , экспериментальные данные свидетельствуют четкую зависимость между сроком заживления и возрасту , однако у людей такой зависимости не установлено . Особенности питания . Доказано , что дефицит кальция и фосфора асоцююеться с задержкой формирования регенерата и его минерализацией , при дефиците белков снижается прочность регенерата . Особое значение приобретает дефицит витаминов , которые непосредственно влияют на звгоення костной раны. Серенд них важнейшими являются следующие витамины , А , С , Д , Е, К. При дефиците вит. А снижается продукция половых гормонов , нарушаются процессы минерализации кости , вит. С – нарушается синтез коллагена , а также неколлагеновых белков ( остеонектин , остепонтин , остеокальцин и др. ) , вит. D имеет прямое влияние на процессы метаболизма в регенерате . , Вит. К контролирует процесс свертывания крови . При избыточном количестве витаминов а и D усиливаются процессы резорбции кости. Изменения реактивности организма , которые есть на момент травмы , могут приводить к замедлению репаративного остеогенеза как: врожденные или приобретенная ноповноциннисть фагоцитоза , иммунный дефицит , гиперреактивность замедленного типа , нарушения образования антител. Гормональные факторы . Паратиреоидный гормон : увеличивает активность остеокластов , в них увеличивается количество ферментов : коллагеназы , кислой фосфатазы , лизосомальных гидролаз , которые приводят к увеличению уровня кальция в крови . Таким образом, применение ПТГ в ранние сроки после перелома приводит к усилению резорбции кости , ускоряет очищение кисткровои раны и высвобождению морфогенетических белков ьбилкив кости. Кальцитонин . Стимулирует дифференцировки полибласты в в фибро и остеобласты . Системные заболевания. Среди них диабет значительно замедляет процессы течения репаративного остеогенеза . Механизм этого влияния заключается в нарушении миграции , пролиферации и дифференцировке клеток в область пошкодження.Це зависит от многих факторов – трофических , нейропатических , сосудистых . Остеопроз . Снижение минеральной плотности костной ткани значительно повышает риск возникновения перелома. Экология , радиация , загрязнение окружающей среды – все это факторы , которые негативно влияют на ход процессов репаративного остеогенеза .
Местные факторы : запаленння , остеомиелит , плохое сопоставление фрагментов , дистракция , микроекскурсии фрагментов , нарушение кровообращения , периферические нейропатии различного генеза . все перечисленные факторы можно разделить на три основные группы риска искажения течения репаративного остеогенеза :
– Зависимые от травмирующего воздействия и характера травмы ;
– Связанные с лечением ;
– Связаны с осложнениями .
Факторы , зависящие от травмирующего воздействия и характера травмы . Вид травмы и характер повреждения имеют значительное влияние на течение репаративного остеогенеза . Попытка оценить значимость влияние интенсивности травмирующего воздействия привела к выделению такого вида травмы как ” травма высокой интекнсивности ” , возникающая при ДТП , огнестрельных ранениях , взрывная травма. Стадии репаративного остеогенеза значительно увеличиваются в связи с травмой навкружних тканей, в частности надкостницы , кровоснабжение как самой кости , так и навкружних тканин.Факторы , связанные с лечением . Это тактические и технические ошибки , связанные с выбором тактики лечения без учета индивидуальных особенностей организма больного и характера перелому.Факторы , связанные с осложнениями. Это развитие гнойного воспаления в различных его формах.Питання о стимуляции репаративного остеогенеза в теоретическом плане остается нерешенным . Попытки ускорить регенерацию костной ткани уже были давно и сейчас не уменьшается количество поисков . Есть такие средства стимуляции остеорепарации : 1 ) механические (раздражение периоста постукиванием молоточком по месту перелома , локальный массаж , дозированная нагрузка конечности , управляемое динамическая нагрузка сегмента конечности аппаратом Пустовойта т.д.) 2 ) физические ( ИК – , УВЧ – излучения , диатермия , электрофорез лекарств , ультразвуковая , лазерная , магнитная терапия , оксибаро – терапия , электростимуляция и т.д.) 3 ) медикаментозные средства , ретаболил , тиреокальцитонин , кальцитрин , экзогенная гомологична РНК , мумие и т.д.) 4 ) биологические ( локальные инъекции аутокрови , некрогормонотерапия , экстракты органов и тканей с И. Л. Зайченко , использование переходного эпителия мочевых путей , декальцы – нований матрикса и молотой кости , костного транс плантата т.д. ) . Следует отметить , что некоторые средства стимуляции ( лазер на , магнитная терапия и др. . ) И сейчас еще не имеют полного теоретического обоснования , хотя эмпирически доказано их положительное влияние на срастание костей. Применение стимулирующих средств в зависимости от их целенаправленного воздействия следует связывать со стадией репаративного процесса в кости.
Например , сначала назначают такие средства , которые способствуют обменным процессам , клеточной инфильтрации и дифференцировке клеток. На стадии формирования пластинчатой кости важным является выбор оптимального для погрузки костного сегмента. На 10- й день после травмы люминесцентная картина клеток надкостницы с участка перелома характеризовалась усилением интенсивности индуцированной люминесценции , контуры клеток четко вырисовывались . Выраженный смещение величины волны максимума люминесценции ядер клеток в сторону больших длин свидетельствовал об интенсификации репаративных процесив.Другим средством местного воздействия на ход регенераторных процессов при лечении травматических переломов нижней челюсти была применена кварцевая трубка в серийном аппарате для местной дарсонвализации ” Корона”. Положительный лечебный эффект ее достигается комплексным сочетанием энергии электромагнитные излучения в широком диапазоне спектра , включая область ультрафиолетового , инфракрасного излучения , ультразвуковых колебаний и миллиметровых волн. Последние способны инициировать эффект биорезонансной действия, направленного на усиление процессов тканевой регенерации. Применяли комбинированное воздействие факторов на область перелома в течение 6-7 дней после проведения репозиции и иммобилизации фрагментов
