Способ моделирования аномалии бедренной и тазовой костей

Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедии, и может быть использовано для моделирования врожденных заболеваний бедренной и тазовой костей, например врожденного вывиха бедра у детей, что послужит основой для разработки способов профилактики и лечения врожденной костной патологии у человека. Способ позволяет получить модель заболевания, максимально приближенную к развитию врожденного вывиха бедра у детей при минимальном повреждении сосудов, непосредственно отвечающих за формирование и рост костно-хрящевых элементов костей, образующих тазобедренный сустав. Способ моделирования аномалии бедренной и тазовой костей включает пересечение веточек бедренной артерии и ацетабулярную артерию у крыс до врастания сосудов круглой связки в головку бедра, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедии, и может быть использовано для моделирования врожденных заболеваний бедренной и тазовой костей, например врожденного вывиха бедра у детей, что послужит основой для разработки способов профилактики врожденной костной патологии у человека.

Известные способы моделирования дисплазий бедренной и тазовой костей позволяют получать заболевания костей тазобедренного сустава путем нарушения целости сосудов, питающих кости на ранней стадии постнатального периода позвоночных, которые при хроническом течении заболевания можно трактовать как аномалии костей скелета. Эти модели заболеваний могут осуществляться как консервативным, так и оперативным путем.

Известные способы нарушения внутриуостных сосудов сразу после вылупления птенцов из яиц или рождения млекопитающих, обосновывают применение предлагаемого способа моделирования, нарушений развития внутрикостных сосудов путем их пересечения, т.к. в момент пересечения сосудов их строение соответствует таковому в период плодного развития, при котором протекают врожденные недоразвития сосудистой системы животных, и которые выявляются после его рождения.

При более грубом хирургическом вмещательстве на элементах, находящихся в зоне тазобедренного сустава, также происходит нарушение сосудов, расположенных в тканях. Например, при пересечении суставной капсулы нарушается целость сосудов, проходящих в ней и обеспечивающих у зрелых особей питание головки бедренной кости (1).

Известны способы патологического развития костей путем перевязки и сжатия регионарных сосудов, когда идет их укорочение и деформация (2).

Известны многочисленные современные способы моделирования остеохондропатий, которые позволяют получать аномальное развитие костей по достижении животными взрослого состояния. Но эти изменения костей по патогенезу нельзя отнести к аномалиям скелета, т.к. их проводят на костях, эпифизы которых имеют костную ткань, костный мозг и сосуды. Их присутствие в эпифизах говорит об отсутствии внутриутробных нарушений развития скелета и возможности моделирования подобных заболеваний у животных в постнатальном периоде.

Известен способ моделирования остеодисплазии у животных (3). Он заключается в том, что после вылупления птенцов голубей, у них выполняют пересечение диафизарной артерии большеберцовой кости. Это приводит к задержке роста кости, длительному сохранению хряща в зоне эпифизов и задержке формирования костных ядер в нижнем эпифизе. Все это характерно для остеодисплазии берцовых костей. На бедренной кости эта картина расценивается клиницистами как первая стадия развития врожденного вывиха бедра.

Однако моделирование этого заболевания у птиц невозможно, т.к. у них в эволюции и онтогенезе нет развития костных ядер в бедренных костях, что имеет место в таковых у млекопитающих. Поэтому у птиц пересечение артерий связки головки не будет способствовать развитию остеодисплазии. У них костная ткань приходит в головку из диафиза с растущими ветвями его артерии.

Известны способы формирования асептического некроза головки бедренной кости, использование которых могло бы привести к развитию аномалии костей тазобедренного сустава. Например, способ моделирования асептического некроза головки бедренной кости (4). Он заключается в пересечении ретинакулярных сосудов шейки бедра у кроликов в возрасте 2-2,5 мес.

Однако, если не вдаваться в глубокое изучение строения сосудов тазобедренного сустава, то использование этого способа у новорожденных кроликов могло бы быть аналогом предлагаемого изобретения. Исходя из анатомического строения и локализации ретинакулярных артерий, а также возраста использованных кроликов, применение данного способа несостоятельно. Ретинакулярные сосуды не входят у растущих животных в головку бедра - этому препятствует внутрисуставная полость синовиальной оболочки (5). Ретинакулярные сосуды, лежащие в капсуле, идут или в сторону лимба, или в сторону большого вертела, где они вынуждены идти в периост и костную ткань. Со стороны лимба сосуды не могут попасть в головку через суставную полость между головкой и впадиной. При любом их движении сосуды порвутся, и эволюция млекопитающих окончится.

Со стороны шейки сосуды не могут пройти потому, что в возрасте 2-3 мес. у кроликов сохранена зона роста. Она препятствует росту сосудов в головку. В частности, у детей она задерживает рост сосудов до 3 лет (6). Полученный авторами эффект достигается за счет других факторов.

Известен также способ моделирования асептического некроза головки бедренной кости (7). Он заключается в параартикулярном ежедневном введении в течение 20-30 дней через каждые 6 часов 0,1% раствора адреналина в количестве 0,1-0,3 мл. Данный способ наиболее рационален для формирования заболеваний костной системы, т.к. теоретически и практически он задерживает питание и рост органов путем сужения сосудов, что может быть и во внутриутробном развитии особи. Но его использование на плодах животных технически невозможно. Невозможно его использование и на новорожденных кроликах, а тем более у крыс из-за агрессивности. Число манипуляций так велико, даже для одних суток, что животные оставят без кормления свое потомство или прибегнут к каннибализму, что для них характерно. Более того, данный способ не решает основной задачи, то есть остановки роста сосудов, формирующих костную ткань в головке. Адреналин действует как сосудосуживающее средство, но рост сосудов при этом не останавливается, что лежит в основе аномалий скелета. Костное ядро в головке формируют сосуды круглой связки, они идут со стороны брюшной полости. Введение раствора в полость сустава однодневных кроликов практически невозможно, а увеличение его концентрации или объема мажет привести к гибели новорожденных из-за расстройства сердечно-сосудистой системы. У крысят еще меньше шансов выжить, т.к. их вес при рождении значительно меньше. Все изложенное говорит о невозможности использования указанного способа.

Наиболее близким к предлагаемому способу формирования аномалии бедренной и тазовой кости является способ иссечения бедренной артерии от пупартовой связки до бедренно-коленного канала у новорожденных кроликов (8).

После нарушения целости бедренных артерий в первой и второй сериях опытов аномалии костей бедра и таза получено не было.

После иссечения сосудов бедра в третьей и четвертой сериях опытов автор отметил укорочение бедренной кости и уменьшение костного ядра в эпифизах. Однако через 5-8 месяцев после операции в третьей серии опытов отмечено восстановление длины ног и отдельных их костей

В четвертой серии опытов, где иссекали бедренные артерию и вену, восстановление роста отдельных костей и конечности не наступило даже спустя 17 месяцев после операции. То есть, автор получил аномалию задних ног по истечении роста скелета кролика.

Данная модель формирования аномалии костей взята за прототип не только по поводу нарушения целости бедренной артерии, но и, что не менее важно, по сроку проведения операции, т.к. она выполнена на новорожденных крольчатах. В этот срок еще нет костных ядер в головке бедра, а сосуды, питающие головку бедра и тазовую кость, находятся в незрелом анатомическом состоянии. К тому же этот способ автоматически выключает кровоснабжение костей артериями: диафизарной, огибающими, ретинакулярными, периостальными.

Недостатком вышеуказанного способа моделирования является то, что аномальное развитие бедренной кости получено при грубом оперативном вмешательстве на крупных сосудах бедра. Изменения в бедренной кости сопровождаются резкими патологическими изменениями во всех сегментах ноги, чего не бывает при врожденном вывихе бедра у детей. Оперативное вмешательство проводится на сосудах, непосредственно не питающих головку растущей бедренной кости и элементы ацетабулярной впадины. Изменения в области тазобедренного сустава неадекватны изменениям на протяжении задней конечности. Таким образом, эта модель аномалии не может быть взята для разработки методов лечения аномально развитых бедренной и тазовой костей у человека.

Исходя из существующего уровня знаний о строении и развитии элементов тазобедренного сустава и его кровоснабжения, была поставлена задача - получить модель аномального развития тазобедренного сустава у млекопитающих, наиболее приближенную к патогенезу заболевания врожденного вывиха бедра у детей, а также менее травматично.

Поставленную задачу решают следующим образом: моделирование аномалии бедренной и тазовой костей осуществляют путем пересечения веточек бедренной артерии.

Новым в решении задачи является то, что дополнительно пересекают ацетабулярную артерию у гнездовых млекопитающих, например крыс, до врастания сосудов круглой связки в головку бедра.

Поясняем существенные отличительные признаки предлагаемого способа.

Пересечение ацетабулярной артерии у гнездовых млекопитающих, например крыс, до врастания сосудов круглой связки в головку бедра, позволяет получить модель аномалии развития тазовой и бедренной костей, наиболее приближенную к патогенезу заболевания, аналогичному у детей, а именно - врожденному вывиху бедра.

Нами проведены опыты на 28 лабораторных белых крысах, у которых пересечение артерий осуществляли на 18 день после их рождения. При этом исходили из того, что в этот срок крысята могут самостоятельно принимать корм (в том случае, если мать откажется их кормить после операции). В этот же срок отмечено начало гипертрофии хрящевых клеток в головке бедра, что косвенно говорит о прохождении сосудов по собственной связке головки бедра, но они еще не внедрились в ее хрящевую ткань. Именно в этот срок легче найти ацетабулярную артерию для ее пересечения.

Связь между сосудами и ростом хрящевой и костной ткани на сегодня установлена, поэтому отставание развития головки бедра может быть связано с нарушением питания, осуществляемого сосудами, идущими из круглой связки головки бедра в ее хрящевую ткань.

Недостаток питания в эмбриональный период может привести к более позднему формированию хрящевой ткани на месте мезенхимы и костной ткани на месте хрящевой. Этот процесс рассматривают как развитие хондроостеодисплазии, при котором опытная кость сохраняет свою анатомическую форму.

После рождения недостаточное развитие элементов тазобедренного сустава рассматривают как остеохондродисплазию, пока сохраняется рост костей. После окончания роста кости (исчезновение хрящевой эпифизарной ростковой пластинки) обнаруживают кость неправильной анатомической формы в виде значительного уменьшения ее длины, уменьшения ее суставного конца и изменения формы, что рассматривают как аномалию развития конкретной кости. При неправильном анатомическом развитии бедренной кости и вертлужной впадины имеется врожденный вывих бедра. Начинается заболевание во внутриутробном периоде и при неблагоприятных условиях заканчивается по окончании роста таза и нижней конечности и может сохраняться до конца жизни особи.

Для моделирования аномалии важно то, что в норме головка бедра остается хрящевой после рождения ребенка в течение 1-4 месяцев. Эти сроки соответствуют периоду сохранения хрящевой ткани в головке бедра у некоторых лабораторных животных, например, крыс. Для обоснования исследований по моделированию аномалии тазовой и бедренной костей у лабораторных крыс было проведено изучение роста костей бедра и таза с момента рождения и до 1 года. Было установлено, что хрящевая ткань головки бедра сохраняется у крыс до 60-70 дней после их рождения. Затем в головке бедра появляется костное ядро. Питающие сосуды в бедренной кости расположены в основании вертелов и головки бедра в количестве 1-3 и сосуды круглой связки еще не вросли в головку бедра, что соответствует 17-18 дням после рождения крыс.

Проведенное патентное исследование по подклассу МКИ G 09 В 23/28 и анализ научно-медицинской информации, отражающие существующий уровень способов моделирования заболеваний тазобедренного сустава, не выявили технологий, идентичных предложенной.

Таким образом, предлагаемый способ моделирования аномального развития тазобедренного сустава является новым.

Взаимосвязи и взаимодействие существенных приемов предлагаемого способа получения аномального развития тазобедренного сустава обеспечивает достижение нового технологического результата в решении поставленной задачи, а именно обеспечить менее травматичное моделирование врожденного вывиха бедра у млекопитающих, наиболее приближенного к аналогичному заболеванию у детей.

Предложенный способ моделирования аномального развития костей бедра и таза может быть широко использован в экспериментальной медицине, т.к. может неоднократно воспроизводиться в любой экспериментальной лаборатории хирургического профиля.

Нами проведены опыты на 28 лабораторных белых крысах. Пересечение артерий осуществлялось на 18 день после их рождения. Это исходило из того, что в этот срок крысята могут самостоятельно принимать корм. Это важно, если мать откажется их кормить после операции. В этот же срок отмечено начало гипертрофии хрящевых клеток в головке, что косвенно говорит о прохождении сосудов по собственной связке головки бедра, но они еще не внедрились в ее хрящевую ткань. В этот срок уже возможно найти артерии для последующего их пересечения.

Сущность предлагаемого способа моделирования аномального развития бедренной и тазовой костей заключается в следующем: у 18-дневных крысят под легким эфирным наркозам и под контролем бинокулярной лупы тонким узким скальпелем для микрохирургических операций, после обработки кожи в области поясничного отдела позвоночника и бедра раствором 70° этилового спирта, делают узкий разрез в проекции бороздки седалищной кости с внутренней поверхности бедра в области паховой складки. Осторожно раздвинув мягкие ткани узкими распаторами и обнажив костно-хрящевую поверхность седалищной кости, находят тонкую ацетабулярную артерию, отходящую от запирательной артерии, и пересекают ее. Это приводит к временной остановке роста сосудов, питающих ацетабулярную впадину и головку бедренной кости. Затем, сдвинув мягкие ткани к вершине большого вертела, находят основания его, головки и малого вертела. Здесь могут находиться от 1 до 3 питательных сосудов. Они лежат вблизи друг от друга, так как кость здесь мала, что облегчат их нахождение и пересечение. После этого края ранки сближают, прижимают зажимом друг к другу и обрабатывают раствором этилового спирта. Крысят помещают в клетку, где мать продолжает их кормление. Затем одномесячных крысят пересаживают в отдельные клетки. Сроки наблюдения составили 7-365 суток с момента операции. Выведение из опыта осуществляют парами эфира через каждую неделю в течение 2 месяцев, затем через каждый месяц в течение 10 месяцев. После эвтаназии задние ноги вместе с тазом вычленяют и помещают в 10% раствор нейтрального формалина. Затем проводят анатомическое исследование и гистологическое изучение препаратов, изготовленных по общепринятой методике из опытных и контрольных ног этих же крыс.

Путем анатомического исследования было установлено, что на 365 сутки после пересечения ацетабулярной артерии и веточек бедренной артерии выявлено наличие смещения уменьшенной головки бедренной кости относительно ацетабулярной впадины. Это привело к формированию заболевания у крыс адекватного врожденному вывиху бедра у человека.

Реализация предлагаемого изобретения поясняется на примерах динамики развития аномалии растущих костей бедра и таза у гнездовых млекопитающих, в частности крыс, при рассмотрении гистологических препаратов и анатомических образований.

Пример 1. Возраст крысенка 60 дней. Оперирован в возрасте 18 дней по вышеизложенному способу. На гистологическом препарате отмечено недоразвитие головки бедренной и тазовой костей (см. приложение к описанию фиг.1).

Высота контрольной головки правой бедренной кости равна 600 мкм, опытной головки левой бедренной кости - 450 мкм. Высота зон роста в опытной и контрольной костях одинакова и, равна 100 мкм.

В контрольной головке бедренной кости имеется костное ядро высотой 400 мкм, в опытной левой головке оно отсутствует. Таким образом, на 42 сутки выявлена остеодисплазия бедренной и тазовой костей, что следует трактовать как первую стадию развития аномалии костей тазобедренного сустава.

Пример 2. Возраст крысы 365 дней. Оперирована в возрасте 18 дней по вышеописанной методике. При анатомическом исследовании препаратов бедра и таза, т.е. при вскрытии тазобедренного сустава, выявлено смещение головки бедренной кости к краю лимба, что обусловлено его малым внутренним диаметром (1 мм) и большим диаметром головки (2 мм) (см. приложение к описанию фиг.2). Объем внутренней полости впадины уменьшился за счет разрастания хондро-волокнистой ткани, которая сместила головку к краю лимба и она здесь покрыта капсулой из волокнистой ткани. Такое стояние головки при врожденном вывихе бедра у детей человека называется латерализацией головки или подвывихом. Но в данном случае надо говорить о полном вывихе, т.к. головка смещена на всю глубину впадины. Смещения головки вверх не произошло по причине щадящего отношения крысы к оперированной конечности и разрастания соединительной ткани в области крыши вертлужной впадины, что дополнительно предупреждает смещение головки вверх.

При этом длина контрольной кости бедра равна 33,5 мм, опытной кости - 30,0 мм.

Диаметр контрольной головки бедра - 3 мм, опытной - 2 мм. Толщина контрольного лимба - 0,3 мм, опытного - 2-2,5 мм. Глубина контрольной впадины равна 3 мм, опытной - 1 мм. Диаметр контрольной впадины: наружный - 4 мм, внутренний - 3,4 мм; в опытной впадине: наружный - 5 мм, внутренний - 1 мм.

Изменения элементов бедренной кости и вертлужной впадины говорят об аномальном развитии костей бедра и таза. Это говорит о том, что через год после операции была получена модель врожденного вывиха бедра.

Таким образом, предлагаемый «Способ моделирования аномалии бедренной и тазовой костей» позволяет получить модель аномального развития тазобедренного сустава у млекопитающих, наиболее приближенную к патогенезу заболевания врожденного вывиха бедра у детей, а также менее травматично.

Источники информации

1. Кабак С.Л., Фещенко С.П., Анищенко Е.П. Костно-суставная система. Морфологические и биохимические аспекты формирования. - Минск: Наука и техника, 1990. - 181 с.

2. Стекольников Б.А. Влияние сужения сосудов на рост конечностей // Ортопед., травматол. и протезирование. - 1927. - Кн.I. - С.42-46.

3. А.С. СССР №1353431, А 61 В 17/56. Бюлл. изобретений, 1987, №43.

4. А.С. СССР №1668991, G 09 В 23/28. Бюлл. изобретений, 1991, №29.

5. Воробьев В.П. Анатомия человека. - М., 1932. - Т.I. - 702 с.

6. Латыпов А.Д. Анализ причин осложнений консервативного лечения врожденного вывиха бедра и меры их предупреждения. Автореф... д-ра мед. наук. - М., 1969. - 48 с.

7. А.С. СССР №2009547. Бюлл. изобретений, G 09 В 23/28. 1994, №5.

8. Лескив М.В. О влиянии редуцированного кровообращения тазовой конечности на рост ее костей // Архив анатомии. - 1969. - Вып.12. - С.100-104.

Способ моделирования аномалии бедренной и тазовой костей путем пересечения веточек бедренной артерии, отличающийся тем, что у крыс дополнительно пересекают ацетабулярную артерию до врастания сосудов круглой связки в головку бедра.