ПОСТТРАВМАТИЧЕСКАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ

Весьма полно изучены восстановительные процессы костной ткани по­сле механического повреждения, вызывающего перелом кости. Регенерационный остеогенез протекает на основе активации закономерных процессов, характерных для физиологической регенерации костной ткани. В образова­нии костного регенерата участвуют детерминированные остеогенные элементы, являющиеся потомками стволовых стромальных клеток, локализо­ванные в надкостнице, эндосте, каналах остеонов и костном мозге. Эти клетки пролиферируют, дифференцируются в остеобласты, и последние продуцируют грубоволокнистую костную ткань соответственно в периостальной, эндостальной и интермедиарной зонах регенерации. В пролиферирующих клетках периоста уже через 12 ч после перелома регистрируются признаки экспрессии гена костного морфогенетического белка, с 3-х суток эти признаки определяются в клетках периоста на протяжении отломков и в элементах костного мозга, прилежащих к области перелома.

Посттравматический остеогенез всегда сопровождается ростом крове­носных сосудов, которые обеспечивают не только метаболические процессы в зонах регенерации костной ткани, но и привносят малодифференцированные периваскулярные клетки. Анализ клеточно-дифферонной организации регенерационного гистогенеза позволяет считать, что периваскулоциты, об­ладающие высокими пролиферативными возможностями, реализуют свои цитогенетические потенции путем дивергентной дифференцировки, явля­ются источником развития остеобластического, фибробластического и хондробластического клеточных дифферонов. Взаимодействующие в процессе регенерации клеточные диффероны формируют в составе регенерата кост­ную, волокнистую соединительную и гиалиновую хрящевую ткани. Потом­ки стволовой кроветворной клетки являются источниками образования макрофагальных элементов.

Разнообразие тканей и органных структур в составе трубчатой кости обусловливают сложность и динамику гистологического состава посттравматического регенерата в процессе заживления перелома. После альтеративных и деструктивных изменений клеток и тканей в области перелома, в ре­зультате макрофагальной реакции, межклеточных внутридифферонных и междифферонных взаимодействий ведущими процессами регенерационного гистогенеза являются пролиферация и цитодифферанциация.

Ультраструктурный анализ дифференциации элементов фибробластического дифферона (префибробласт — молодой фибробласт — зрелый фибробласт — фиброцит) позволяет вскрыть динамику формирования реактив­но измененной рыхлой соединительной ткани, ее дальнейшее созревание в составе регенерата и запрограммированную гибель части ее элементов. Посттравматический гистогенез сопровождается формированием участков гиалиновой хрящевой ткани. Как правило, хрящевая ткань возникает в сла­бо кровоснабжаемых зонах регенерата и образуется клетками, представляющими элементы хондробластического дифферона (прехондробласт — хондробласт — молодой хондроцит — зрелый хондроцит). При репаративном хондрогенезе происходили процессы обызвествления хряща, что приводило к гибели хондроцитов, межклеточного вещества и последующему энхондральному остеогенезу.

Основным диффероном при регенерационном остеогенезе является остеобластический клеточный дифферон, элементы которого (преостеобласт — молодой остеобласт — зрелый остеобласт — остеоцит) имеют остеогенную детерминацию или могут происходить из индуцируемых к остеоге­незу периваскулоцитов. Остеобласты интенсивно синтезируют и секретируют органический матрикс грубоволокнистой костной ткани. С помощью иммунофлуоресцентного метода исследования установлено, что остеоблас­ты способны синтезировать коллаген разных типов в течение процесса за­живления перелома кости. В органической основе межклеточного вещества интактной костной ткани, костного регенерата белки неколлагеновой при­роды (остеокальцин, остеопонтин, костные морфогенетические протеины, остеонектин, фосфопротеины и др.) обладают свойствами регуляторов минерализации, факторов роста, остеоиндуктивных веществ, митогенных факторов, регуляторов темпа образования коллагеновых фибрилл и позици­онных медиаторов.

Процессы минерализации органической основы костного регенерата инициируются матриксными везикулами, которые, отшнуровавшись от плазмолеммы остеобластов, выявляются в остеоиде. Они богаты фосфатом кальция и щелочной фосфатазой, содержат липопротеины и фосфолипиды. Эти вещества, а также некоторые неколлагеновые белки (например, остео­нектин и остеопонтин) оказывают контролирующее влияние на отложение кристаллов гидроксиапатита и связывание их с коллагеновыми волокнами.

Остеобласты, продуцируя межклеточное вещество, могут быть соедине­ны простыми неспециализированными межклеточными контактами. Ультрацитохимически показано, что плазматическая мембрана остеобласта по­дразделяется на три домена: остеоидный, прилежащий к остеоиду; латераль­ный, контактирующий с соседним остеобластом; сосудистый, обращенный к клеткам-предшественникам и кровеносным сосудам. Активность различ­ных ферментов, секреция коллагена, концентрация ионов кальция обеспе­чиваются различными доменами клеточной мембраны остеобласта, что сви­детельствует о морфофункциональной полярности этих клеток. По мере накопления остеоида и последующей его минерализации остеобласты по­степенно окружаются межклеточным веществом, при этом сохраняя с помощью отростков связи между собой и с другими элементами остеобластического дифферона. Остеоциты в процессе дифференцировки и установления межклеточных контактов типа простых неспециализированных и щелевая обеспечивают интегрирующие взаимодействия в составе вновь образованной костной ткани, способствуют транспорту ионов, трофических веществ, метаболитов и др. Взаимные трансформации клеток остеобластического хондробластического и фибробластического дифферонов и метаплазия костной, хрящевой и соединительной тканей при посттравматическом остеогенезе не наблюдались.

Процессы резорбции и ремоделирования костной ткани связаны с дея­тельностью клеток остеокластического дифферона. Результаты изучения ультраструктурной организации, генеза и цитофизиологии остеокластов дают основания считать их костными макрофагами с выраженной секретор­ной деятельностью. Существует точка зрения о том, что у остеокластов, моноцитов и макрофагов имеются разные клетки-предшественники, образую­щиеся из стволовой кроветворной клетки.

В процессе регенерации костной ткани существует тесная связь между ее образованием остеобластами и резорбцией остеокластами, сопряженность деятельности этих элементов при ремоделировании грубоволокнистой кост­ной ткани в пластинчатую, что регулируется их собственными медиатора­ми, межклеточными взаимодействиями, компонентами органического неколлагенового матрикса, а также влиянием ряда гормонов. Наряду с этими клеточными дифферонами функционируют типичные мононуклеарные макрофаги с выраженной фагоцитарной активностью. Эти клетки после де­минерализации межклеточного вещества, дезинтеграции и растворения ор­ганического субстрата фагоцитируют его остатки.

Особой формой повреждения костной ткани является огнестрельное. Повреждение тканей кости происходит от непосредственного удара снаряда о кость и передачи его кинетической энергии на различное расстояние от места прохождения снаряда, а также бокового удара, вызывающего вибра­цию, смещение и деформацию тканей, прилегающих к раневому каналу и отстоящих от него на значительном удалении.

После ранения в области огнестрельного перелома (большеберцовой ко­сти собак) выявлялись: зона раневого канала; зона посттравматического некроза; перинекротическая зона (область), распростра­нявшаяся по проксимально­му и дистальному костным отломкам в направлении к эпифизам. При действии высокоскоростных ранящих снарядов диафизы разруша­лись на множество костных осколков, возникал значите­льный объем повреждений и некротических изменение клеток и тканей в раневом канале, а также в зоне посттравматического некроза. Изучение биоптатов костной части регенерата показало, что остеобласты не утрачивали способность к синтезу ДНК, их меченные ³Н-тимидином ядра обнаруживались на 15 - 30-e сутки после трав­мы. Эти данные свидетельствовали о развер­тывании пролиферативной фазы регенераторного про­цесса.

Периваскулярные клетки рассматрива­ются как один из источни­ков образования сложного тканевого регенерата при за­живлении огнестрельных пе­реломов. Исходя из своих цитогенетических потенций, способности воспринимать воздействия индукторов остеогенной дифференцировки, периваскулоциты диф­ференцируются в остеоблас­ты и тем самым участвуют в регенерационном костеобразовании. Возможность их дифференцировки в элемен­ты фибробластического и хондробластического дифферонов обусловливало наличие в регенерате волокнистой соединительной и гиалиновой хрящевой тканей.

Совершая резорбцию костной ткани в зоне посттравматического некроза, остеокласты формировали многочисленные резорбционные лакуны.

Остеокластическая резорбция поврежденных костных структур при огнестрельных переломах является важным составляющим звеном в процессе регенерационного остеогенеза. Вслед за остеокластами в костные каналы провождаемыми периваскулярными и остеогенными клетками, дифференцирующимися в остеобласты. Последние, располагаясь в расчищенных остеокластами каналах на поверхности сохранившихся костных пластинок, синтезировали и наслаивали на них новое межклеточное вещество, посте­пенно дифференцируясь в остеоциты. Заполнение таких полостей костной тканью происходило вокруг кровеносных сосудов, что приводило к форми­рованию остеоноподобных структур на месте поврежденных гаверсовых систем.

Резорбция остеокластами нежизнеспособных элементов костной ткани, костеобразующаяся деятельность остеобластов, полярные по значению, но сопряженные функции этих клеток, реваскуляризация отломков и осколков способствовали регенерационному эндоссальному остеогенезу. Этот про­цесс обеспечивал обновление костных пластинок и образование новых ге­нераций остеонов, что содействовало формированию дефинитивной гистоархитектоники кости.

Специального внимания при огнестрельных переломах заслуживают ко­стные осколки. В процессе регенерационного гистогенеза костные фрагмен­ты в области перелома обрастали рыхлой волокнистой соединительной тка­нью, богатой кровеносными сосудами, которые проникали в каналы оскол­ков и обеспечивали трофику их клеточных и тканевых элементов. Сохранившие жизнеспособность остеогенные клетки осколков включали меченые предшественники ДНК, пролиферировали, дифференцировались, пополняя число зрелых элементов остеобластического дифферона, которые продуцировали органическую основу межклеточного вещества костной тка­ни. О начальных проявлениях остеогенеза свидетельствовало образование тонких балок грубоволокнистой костной ткани от поверхности осколков, со стороны надкостницы и/или эндоста, а также по краю разрыва костных пластинок гаверсовых систем. Это отражает принципиально важ­ную возможность гистотипического роста в виде вновь образованной кост­ной ткани за счет камбиальных клеток осколков, что является дополнитель­ным и существенным источником формирования костного регенерата.

Следует отметить, что костные отломки и особенно осколки, подверг­шиеся различной степени резорбции и деминерализации, представляют со­бой органический матрикс, состоящий в основном из белковых компонен­тов. Вблизи таких осколков, краев отломков в хорошо васкуляризированной соединительной ткани регистрировались очаги индуцированного остеогенеза. Освобождаемые от деминерализирующейся костной ткани костные морфогенетические белки способствуют дифференцировке остеогенных кле­ток-предшественников в остеобласты, а также рекрутируют периваскулярные клетки к остеогенной дифференцировке. Подобный процесс является еще одним вкладом в регенерационный остеогенез при заживлении крупно­го дефекта костной ткани.

Для адаптивной фазы процесса регенерации костной ткани характерно возрастание представительства в регенерате элементов остеобластического дифферона, снижение внутри- и междифферонной гетероморфии, ремоделирование костного регенерата с образованием пластинчатой костной ткани, сопровождающееся повышением количества коллагена, поляризационно-оптических показателей и степени минерализации межклеточного вещества.

Гистологический анализ биопсийного материала, полученного от ране­ных при заживлении огнестрельных переломов длинных трубчатых костей, показал принципиальное сходство с результатами исследования закономер­ностей регенерационного остеогенеза после огнестрельного повреждения в эксперименте. Подтверждена способность остеогенных клеток к пролифе­рации. Ангиогенез при регенерации костной ткани не только обеспечивает метаболизм этого процесса — растущие кровеносные сосуды пополняют ре­зерв клеток, способных к дифференцировке в остеобласты, что особенно важно при образовании крупных дефектов кости. Регенерационный эндоссальный остеогенез является одним из механизмов посттравматической ре­генерации костной ткани человека, существенно его значение при заживле­нии многочисленных рассеянных по отломкам локальных повреждений, вторичных некрозов костной ткани. Костные осколки с жизнеспособными остеогенными элементами являются продуцентами грубоволокнистой кост­ной ткани, которая включает их в состав сложного тканевого регенерата при заживлении костной раны.

Проецируя модусы филэмбриогенеза на регенерационный гистогенез при заживлении огнестрельного перелома, при котором на определенных стадиях значительный объем в регенерате занимают хрящевая и волокни­стая соединительная ткани, замещающиеся костной, не без основания эти процессы можно рассматривать как регенерационные гистогенетические рекапитуляции, совершающиеся путем анаболии. Существенно, что гистогенетические рекапитуляции «оправданы» функционально и морфогенетически и потому закреплены естественным отбором. Они в качестве одной из форм проявления наследственности служат той основой, на которой и разыгрываются явления эволюционной изменчивости процессов гистогенеза.