Способ исследований кровенаполнения субхондральной области мыщелка кости при гонартрозе

Разработан способ введения спиц, обеспечивающий электрофизиологические исследования интрамедуллярных тканей. Цель исследования — подтвердить, что способ обеспечивает проведение исследований, в частности, регистрацию изменений кровенаполнения в субхондральной области мыщелка большеберцовой кости.

Представлены результаты исследований 22 больных в возрасте 55,9±1,2 года с идиопатическим гонартрозом II стадии, которым туннелировали мыщелок большеберцовой кости и в туннели вводили аутологичную кровь с элементами костного мозга. Для регистрации изменений кровенаполнения использовали биполярную реографию, для подтверждения достоверности результатов — допплерографию.

Выявлено, что уменьшение межэлектродного расстояния 3,5–4 раза в интрамедуллярных тканях относительно параоссальных тканей обеспечивает проведение исследований. На выраженность боли при гонартрозе оказывают влияние как нарушения венозного оттока, так и недостаточность артериального притока крови в области субхондральной кости. Непосредственная реакция на туннелизацию мыщелка кости выражается в ангиоспазме в параоссальных тканях и ограничении притока крови к параоссальным и интрамедуллярным тканям, а введение аутологичной крови в спицевые туннели — в разрешении ангиоспазма и увеличении объемной скорости кровотока.

Введение

Остеоартроз — актуальная медико-социальная и экономическая проблема. В России от него страдает 17,3 % населения (25 млн человек), из которых от гонартроза — 54,7–69,7 %. Основные патологические изменения выражаются в дегенерации суставного хряща, склерозировании субхондральной кости и явном или скрытом синовите. В 75 % случаев гонартроз выявляют в медиальном отделе сустава, потерю суставного хряща — на внутреннем мыщелке большеберцовой кости (T. E. McAlindon et al., 1993). Уменьшение слоя суставного хряща приводит к перераспределению нагрузок, механические стрессы активируют ремоделирование, и в субхондральной кости увеличивается количество остеоида, утолщаются трабекулы, появляются трещины и переломы, участки воспаления, деминерализации и склероза. Изменения сопровождаются региональными расстройствами микроциркуляции. Например, ограничение оттока тканевой жидкости вследствие блокады венул и канальцев кости приводит к стойкому повышению ее интрамедуллярного давления, и появляются изнуряющие боли. Увеличению гипертензии способствует повышение венозного давления крови в конечности, уменьшению — дренирование. При I–II стадиях гонартроза применяют консервативное лечение. В случаях стойких болей, синовита и нестабильности сустава проводят лечебно-диагностическую артроскопию и лаваж, внутрисуставные инъекции и трансплантацию стволовых клеток в дефекты хряща. Исследования в ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г. А. Илизарова» выявили, что туннелизация приводит к оттоку тканевой жидкости из медуллярных полостей кости через спицевой канал в параоссальные ткани, и ее интрамедуллярное давление снижается, боль, связанная с гипертензией, исчезает. Фрактурирование субхондральной кости увеличивает контакт тканевой жидкости суставного хряща и мыщелка кости, и в суставном хряще улучшается обмен веществ, образуются новые изогенные группы клеток. В репаративной регенерации участвует костный мозг. И в дополнение к применяемым методам лечения был разработан способ туннелизации суставных концов бедренной и большеберцовой костей спицами с фрактурированием склерозированной субхондральной кости и введением в туннели аутологичной крови с элементами костного мозга. Спицы, применяемые для туннелирования, можно использовать как электроды, и был предложен способ их введения в мыщелок кости, обеспечивающий исследования интрамедуллярных тканей.

Цель

Цель исследования — подтвердить, что введение спиц предложенным способом обеспечивает проведение исследований интрамедуллярных тканей и, в частности, кровенаполнения участка интрамедуллярных тканей субхондральной кости.

Материал и методы исследования

Исследование проведено на 22 пациентах в возрасте 55,9±1,2 года, обратившихся по поводу идиопатического гонартроза и незначительного эффекта от консервативного лечения. Мужчин — 5, женщин — 17, манифестация заболевания — 7,4±0,7 года. Критерии включения: идиопатический гонартроз во II стадии (J. H. Kellgren, J. S. Lawrence, 1957) с болями покоя. На рентгенограммах — относитель-ное сужение суставной щели в медиальном отделе сустава до 50 % (РС I по А. Larsen, 1987), заострение краев межмыщелкового возвышения и суставных поверхностей, мелкие остеофиты, субхондральный остеосклероз в нагружаемой части сустава.

Критерии исключения: поражения связочно-менискового комплекса, остеопороз, признаки деструкции сустава, показания для проведения или проведенные реконструктивные оперативные вмешательства на коленном суставе.

Известно, что интрамедуллярные и параоссальные ткани разделяет вещество кости, электрическое сопротивление которого значительно выше. Из этого следует, что можно получить замыкание зондирующего электрического тока только через участок интрамедуллярных тканей, и было решено снижать электрическое сопротивление этих тканей с помощью уменьшения межэлектродного расстояния относительно такового в окружающих кость тканях. Для получения эффекта спицы стали вводить следующим образом. С помощью электродрели первую спицу вводили снаружи, отступив 15 мм и под углом 10–15о к щели коленного сустава на глубину 20 мм. Вторую спицу — снаружи, отступив от щели сустава 60–70 мм в направлении на медиальную треть суставной поверхности, причем так, чтобы она не достигла субхондральной кости. Затем вторую спицу внедряли в субхондральную кость осторожными ударами по хвостовой части: ее продвижение в губчатой кости сопровождалось глухим звуком, контакт со склерозированной субхондральной костью и перфорация этой кости приводили к повышению тональности звука. Положение спиц контролировали с помощью рентгенографии. После введения спиц в кость, отступив 1 см кпереди от первой спицы, в мягкие ткани до упора в мыщелок большеберцовой кости вводили третью спицу.

Для регистрации изменений кровенаполнения использовали биполярную реографию. Исследования проводили с помощью полианализатора РГПА-6/12 «РЕАН-ПОЛИ» (МЕДИКОМ-МТД, Россия, г. Таганрог); частота зондирующего тока — 56 кГц, калибровочный сигнал к=0,2 Ом, калибровочный сигнал первой производной к1=2 м/с. Импеданс интрамедуллярных тканей регистрировали с помощью первой и второй спиц, параоссальных тканей — с помощью второй и третьей спицы. Одновременно регистрировали электрокардиограмму во II стандартном отведении, объемные реограммы интрамедуллярных и параоссальных тканей и их первые производные.

Для подтверждения того, что с помощью реографии исследовали субхондральную область мыщелка кости, применяли допплерографию. С помощью сверла диаметром 3 мм в мыщелке большеберцовой кости параллельно второй спице создавали туннель, в который вводили датчик для допплерографии 20 мГц (глубина локации — 5,0 мм, площадь рабочей поверхности — 3,14 мм2). Параметры регистрировали с помощью допплерографа «Минимакс–Допплер–К» фирмы «Минимакс» (Санкт-Петербург) в режиме исследования микроциркуляции и перфузии мелких кровеносных сосудов. Для анализа использовали следующие показатели: Vs — максимальная систолическая скорость, м/с; Qs — объемная скорость, мл/мин; Vm — средняя скорость м/с; PI — индекс пульсации (Гослинга), RI — индекс сопротивления (Пурсело). После контрольных исследований датчик для допплерографии удаляли.

Для выявления острых реактивных изменений туннелировали мыщелок кости с перфорацией склерозированной субхондральной кости. Всего три туннеля, спицы удаляли. Проводили исследование. Затем в верхнем полюсе диафиза большеберцовой кости спицей создавали перфорационное отверстие, с помощью шприца через иглу производили забор аутологичной крови с элементами костного мозга, вводили иглу в один из спицевых туннелей и производили инъекцию 1 мл трансплантата в область субхондральной кости. Снова проводили исследование.

Регистрацию и расчеты обеспечивал полианализатор. Для анализа были выбраны следующие параметры реограмм:

1) БИ — базисный импеданс тканей, Ом. Обратная величина (электропроводность) пропорциональна объему электролита в межэлектродном пространстве;

2) Vq100 — эквивалент объемной скорости кровотока в 100 см3, мл/мин/100 см3; Vq100=(6000 • tg а • Тизг • к)/(RR • БИ • Ак), где 6000 — коэффициент; tg a — амплитуда первой производной, или АБКН / ВБКН (амплитуда пульсовой волны при окончании периода быстрого кровенаполнения, Ом / время быстрого кровенаполнения, с); Тизг — период изгнания (по Карпману=0,109 • (RR + 0,159), с; RR — продолжительность пульсовой волны на ЭКГ, с; Ак — амплитуда калибровки, мм;

3) АБКН — амплитуда быстрого кровенаполнения пульсовой волны, Ом. Эквивалент пульсового кровенаполнения, обеспечиваемого крупными артериями: АБКН=(ААК• к)/Ак, где ААК — амплитуда пульсовой волны при окончании периода быстрого кровенаполнения, мм; к — калибровка, Ом; Ак — амплитуда калибровки, мм;

4) МСБКН (tg a) — максимальная скорость быстрого кровенаполнения, мм/с: МСБКН=АБКН/ ВБКН, где БКН — период быстрого кровенаполнения, с;

5) амплитудно-частотный показатель, Ом/с: АЧП=РИ/RR, где РИ — реографический индекс, Ом;

6) ППСС — показатель периферического сосудистого сопротивления, характеризует упругость стенок резистивных сосудов, %: ППСС=(Ае/Ри) •100, где Ае — амплитуда второго максимума первой производной, Ом.

Из данных составляли невзвешанные вариационные ряды. Анализ проводили с помощью программы «Мicrosoft Excel 2010». Определяли средние, ошибку и достоверность средней. Для оценки различий между средними использовали парный критерий t-Стьюдента.

Результаты исследования

На рентгенограммах расстояние между концами спиц в области субхондральной кости составляло 1,5–2,0 см, между участками этих спиц в параоссальных тканях, а также между второй и третьей спицами — 6,0–7,0 см. Межэлектродное расстояние в интрамедуллярных тканях было в 3,5–4 раза меньше, чем в параоссальных тканях. С помощью допплерографии в 14 случаях (64 %) выявлено артериолярное, в 7 случаях (32 %) — капиллярное, в одном случае (4 %) — венулярное кровенаполнение микроциркуляторного русла. В случаях артериолярного кровенаполнения микроциркуляторного русла индекс боли по шкале Ликерта у 10 пациентов (71%) был равен 2, реограммы имели гипокинетический или эукинетический тип и относительно высокую амплитуду; у 4 пациентов (29 %) индекс боли был равен 3, реограммы имели гиперкинетический тип. В случаях капиллярного кровенаполнения микроциркуляторного русла индекс боли был равен 3, реограммы имели низкую амплитуду. При венулярном кровенаполнении микроциркуляторного русла индекс боли был равен трем, реограммы имели низкую амплитуду и высокие дополнительные волны на катакроте (рисунок). Сопоставления показали, что параметры кровотока, полученные с помощью допплерографии и реографии (табл. 1; 2) — объемная скорость кровотока (Qs=5,90±0,60 и Vq100к=4,66±0,23); максимальная систолическая скорость кровотока (Vs=0,214±0,014 и МСБКНк=0,240±0,018); средняя скорость кровотока (Vm=0,065±0,008) и амплитудно-частотный показатель (АЧП к=0,050±0,004); индекс сопротивления (RI=0,83±0,03) и показатель периферического сосудистого сопротилвения (ППСС к=0,87±0,02) – не имели статически достоверных различий.

Рис. Допплерограммы (а–в). Сигнал при преимущественно артериолярном (а), капиллярном (б), венулярном кровенаплолнении (в) микроциркуляторного русла. Реограммы (г–е). Типы реограмм: эукинетический (г), гиперкинетический (д) тип с низкой ам-плитудой волны, реограммы с низкой амплитудой волны и высокими дополнительными волнами (е). На реограммах сверху вниз: ЭКГ (г), реограмма интрамедуллярных тканей и ее 1-я производная (д), реограмма параоссальных тканей и ее 1-я производная (е). Усиление каналов 20 мОм/см и 2 м/с•см

Таблица 1

Таблица 2

По данным реографии импеданс интрамедуллярных тканей (БИк) уменьшился после туннелизации джо 91%, после введения аутологичной крови – до 83% (p<0,05) (табл. 2). Импеданс параоссальных тканей (БИп) уменьшился после туннелизации до 87% и компенсаторно увеличился после введения аутологичной крови до 91%. Изначально БИк составлял 71% (p<0,01) от БИп, после туннелизации стал составлять 74% (p<0,001). Объемная скорость кровотока в интрамедуллярных тканях (Vq100k) после туннелизации уменьшилась до 85% (p<0,05), после введения аутологичной крови увеличилась до 104%. Объемная скорость кровотока в параоссальных тканях (Vq100п) уменьшилась и увеличилась до 84 и 101% соответственно. Изначально Vq100к составляла 33% (p<0,001) от Vq100п, после туннелизации стала составлять 36% (p<0,001), после введения аутологичной крови – 34% (p<0,001).

Изменения амплитуды быстрого кровенаполнения пульсовой волны (АБКНк) и максимальной скорости быстрого кровенаполнения пульсовой волны (МСБКНк) интрамедуллярных тканей происходили однонаправленно изменениям Vq100к. изменения амплитуды быстрого кровенаполнения пульсовой волны (АБКНк) и максимальной скорости быстрого кровенаполнения пульсовой волны (МСБКНп) параоссальных тканей происходили однонаправленно изменениям Vq100п. изначально АБКНк составляла 88% от АБКНп, после туннелизации стала составлять 101%, после введения аутологичной крови в туннели 84%. Изначально МСБКНк составляла 81% от МСБКНп, после туннелизация _ 93%, после введения аутологичной крови в туннели – 85%.

Показатель периферического сосудистого сопротивления интрамедуллярных тканей (ППССк) после туннелизации составлял 99%, после введения аутологичной крови 103%; показатель периферического сосудистого сопротивления параоссальных тканей (ППССп) – 12-% (p<0,01) и 97% соответственно. Изначально ППССк составлял 93% от ППССп, после туннелизации 77% (p<0,001), после введения аутологичной крови – 99%.

Обсуждение результатов

Измерения показали, что уменьшение межэлектродного расстояния в 3,5-4 раза обеспечило уменьшение электрического импеданса интрамедуллярных тканей относительно электрического импеданса параоссальных тканей до 71%. Относительно уменьшение электрического импеданса интрамедуллярных тканей сохранялось после туннелизации мыщелка кости и введения аутологичной крови в туннели. Следовательно, способ введения спиц обеспечил уменьшение электрического импеданса интрамедуллярных тканей относительно электрического импеданса параоссальных тканей. Так как вещество кости изолировало интрамедуллярные ткани и электрический ток распространялся по путям меньшего сопротивления, приходим к заключению, что зондирующий электрический ток замыкался преимущественно через участок интрамедуллярных тканей и обеспечивал их исследования; относительное уменьшение электрического импеданса интрамедуллярных тканей было достаточным для регистрации реактивных изменений в субхондральной кости.

Сопоставления не выявили достоверных различий между параметрами интрамедуллярного кровотока, полученными с помощью допплерографии и реографии. Так как датчик для допплерографии вводили в область субхондральной кости, приходим к заключнию, что с помощью реографии исследовали интрамедуллярные ткани области субхондральной кости.

Однозначная интерпретация изменений микроциркуляции в мыщелках кости при остеоартрозе еще не сложилась. Морфологические исследования указывают на наличие участков редукции и дилатации капиллярного русла, чередование зон венозного застоя и усиленного притока крови. У пациентов с гонартрозом II стадии при менее выраженных болях с помощью допплерографии регистрировали артериолярное кровенаполнение микроциркуляторного русла интрамедуллярных тканей субхондральной области мыщелка большеберцовой кости, с помощью реографии — реограммы гипо-кинетического и эукинетического типа с высокой амплитудой пульсовой волны. У пациентов с гипер-кинетическим типом реограмм, указывающим на затруднения венозного оттока крови, индекс боли был больше. Индекс боли был больше при капиллярном кровенаполнении микроциркуляторного русла, регистрируемом с помощью допплерографии, которому соответствовали реограммы с низкой амплитудой пульсовой волны. Следовательно, на выраженность боли влияли как нарушения венозного оттока, так и недостаточность артериального притока крови.

Изменения кровенаполнения в субхондральной области кости непосредственно после туннелизации и введения в туннели аутологичной крови с элементами костного мозга еще не изучали. Исследования с помощью реографии выявили, что после туннелизации спицами в интрамедуллярных и параоссальных тканях уменьшались электрический импеданс (увеличивалось кровенаполнение), объемная скорость кровотока, амплитуда и скорость кровенаполнения пульсовой волны. Причем в параоссальных тканях при увеличении периферического сосудистого сопротивления, в интрамедуллярных тканях — без увеличения. Следовательно, туннелизация мыщелка кости приводила к ангиоспазму в параоссальных тканях, и увеличивалось их кровенаполнение, ограничивались объемная скорость кровотока и пульсовой приток крови. Так как в интамедуллярных тканях аналогично направленные изменения регистрировали без увеличения периферического сосудистого сопротивления, вероятно, их причиной было ограничение притока крови к параоссальным тканям.

После введения аутологичной крови с элементами костного мозга в спицевые туннели в интрамедуллярных тканях регистрировали дополнительное уменьшение величины импеданса (увеличение кровенаполнения), рост периферического сосудистого сопротивления, увеличение объемной скорости кровотока и компенсаторное увеличение параметров пульсового кровотока. Одновременно в параоссальных тканях выявляли компенсаторное увеличение импеданса (уменьшение кровенаполнения), уменьшение периферического сосудистого сопротивления, восстановление объемной скорости кровотока и компенсаторное увеличение параметров пульсового кровотока.

На основании сопоставления данных приходим к следующему. Так как медуллярные полости кости не растяжимы, введение аутологичной крови приводило к повышению интестициального давления в интрамедуллярных тканях, происходило умеренное сдавление капилляров и вен, что выражалось в увеличении периферического сосудистого сопротивления. Повышение интестициального давления приводило также к увеличению реабсорбции — поступлению введенной крови в венозную систему. Увеличение венозного возврата от кости обеспечивало разрешение ангиоспазма в параоссальных тканях, и объемная скорость кровотока в этих тканях восстанавливалась, что обеспечивало увеличение объемной скорости кровотока в интрамедуллярных тканях.

Так как восстановление объемной скорости кровотока происходило в условиях снижения параметров пульсового притока и увеличения кровенаполнения, вероятно, оно было следствием увеличения просвета сосудов — шунтирования кровотока.

Выводы

1. Спицы без изолирующего покрытия можно использовать как электроды при электрофизиологических исследованиях интрамедуллярных тканей. Для этого необходимо, чтобы электрическое сопротивление между ними в интрамедуллярных тканях было меньше, чем в параоссальных тканях, что можно обеспечить, например, с помощью относительного уменьшения межэлектродного расстояния.

2. Предлагаемый способ введения спиц позволяет проводить исследования кровенаполнения в субхондральной области мыщелка кости с помощью реографии, причем сочетанно с исследованиями в параоссальных тканях.

3. Туннелизация мыщелка большеберцовой кости приводит к появлению регионального ангиоспазма в параоссальных тканях, вследствие которого увеличивается кровенаполнение и уменьшается приток крови к параоссальным и интрамедуллярным тканям.

4. Введение в туннели аутологичной крови с элементами костного мозга приводит к разрешению ангиоспазма в параоссальных тканях, и объемная скорость кровотока в них восстанавливается, что приводит к увеличению объемной скорости кровотока в интрамедуллярных тканях.