Regeneracja złamania i mechanizm powstawania zaburzeń zrostu kostnego Grzegorz Szczęsny Klinika Ortopedii i Traumatologii Narządu Ruchu Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, Lindleya 4, Warszawa
Gojenie złamania Proces biologiczny prowadzący do przywrócenia utraconej wskutek złamania: ciągłości Funkcji Struktury anatomicznej tkanki kostnej W zasadzie jest to regeneracja, nie gojenie. Gojenie proces biologiczny prowadzący do wypełnienia ubytku blizną łącznotkankową w ten sposób ulega gojeniu większość uszkodzeń tkanek miękkich
Gojenie złamania Pierwotny, naczyniopochodny zrost kostny (Lane, Danis bezpośrednie wrastanie naczyń krwionośnych z ich progenitorów mesenchymalnych) max. 2-3% złamań Wtórny na podłożu chrzęstnym (wytworzenie w szparze złamania tkanki chrzęstnej, która ulegając mineralizacji (skostnieniu) ulega przemianie do tkanki kostnej z jej późniejszym remodelowaniem) 97-98% złamań Kość Krwiak pourazowy Tkanka chrzęstna Kostnina pierwotna Remodelowanie kostniny http://www.gla.ac.uk/ibls/us/fab/tutorial/generic/bone7.html
Zrost kostny Proces biologiczny, w którym wskutek proliferacji i różnicowaniu komórek prekursorowych w kierunku komórek linii osteoblastycznej dochodzi do wytworzenia między odłamami kostniny, której remodelowanie prowadzi do przywrócenia ciągłości i struktury anatomicznej kości.
Zaburzenia zrostu kostnego
Zaburzenia zrastu kostnego Weber / Cech hypertroficzny oligotroficzny atroficzny
Miejscowe Odpowiednia stymulacja cytokinowa Unieruchomienie Ukrwienie Traumatyzacja tkanek miękkich Zakażenie Ogólnoustrojowe Odżywienie, metabolizm, wchłanianie, trawienie (cukrzyca, OZT, resekcja j. grubego, niewydolność wątroby ) Choroby wyniszczające (nowotworowe, infekcje) Wydolność krążeniowo oddechowa (wstrząs) farmakoterapia (antybiotyki, NLZP, sterydy, chemoterapeutyki, leki przeciwhistaminowe ) Środowiskowe Promieniowanie jonizujące Działanie substancji toksycznych Pozytywne / negatywne Negatywne
295 dorosłych chorych ze złamaniami kości długich kończyn dolnych - 151 z zaburzeniami zrostu kostnego - 144 z prawidłowym gojeniem złamań Brak kontaktu > 2 mm Śródoperacyjne pobranie bioptatów ze szpary złamania / okolicznych tkanek - preparaty histologiczne HE, HLA-DR (HLA klasy II), CD 68 (Mø/Ma), CD 4 (Th) i CD 8 (Tc), CD 25 (receptor dla IL-2), CD 22 (B), CD 34 (komórki pnia), i elastaza (granulocyty) - posiewy mikrobiologiczne (min 14 dni) na podłożach BHI, Hemoline, agar Columbia z krwią wzbogacony 5% osoczem owczym, agar MacConkeya, agar Chapmana, agar Sabouraud - poszukiwanie bakteryjnego materiału genetycznego (16S rrna) Badania ekspresji białek w bioptatach ze szpar złamań (Western Blotting) - BMP-2, Col1A1, PDGF-A, TGFβ 1,2,3, IGF-I, FGF-2 Zakażenie 16 S rrna Posiewy ze szpary złamania Badania polimorfizmu genów wyniki porównane z grupą referencyjną (zdrowi, młodzi dawcy krwi, n=124) - CRP (G1059C), - IL1ra (genotyp 2/2), - IL-6 (G176C), - CCR2 (G190A), - CD14 (G-159T), - TGF-beta (G25C), - TLR2 (G2259A), - TLR4 (Asp299Gly i Thr399Ile) G.Szczęsny i wsp.: wyniki niepublikowane, grant KBN nr 2 P05C 082 29
Przyczyny zaburzeń zrostu kostnego n=295 chorych; (*) p<0.05, test χ 2 Fishera. lp. liczba chorych z daną cechą Porównanie między grupami test χ2 Fishera 1 2 3 Niestabilność mechaniczna lub brak kontaktu odłamów kostnych 4,9 x10-15 Zakażenie (dodatnie posiewy bakteriologiczne) 0,006 Ujemny posiew, ale dodatnie 16S rrna (zakażenie subkliniczne) 0,03 4 Niestabilność i zakażenie (1 i 2) 3,0 x10-5 5 Niestabilność bez zakażenia, ale dodatnie 16S rrna) (1 i 3) 5,3 x10-4 6 Pozostałe (bez niestabilności, bez obecności bakterii i ich materiału genetycznego) 0,4
Przyczyny zaburzeń zrostu kostnego n=295 chorych; (*) p<0.05, test χ 2 Fishera. lp. liczba chorych z daną cechą Porównanie między grupami test χ2 Fishera 1 2 3 Niestabilność mechaniczna lub brak kontaktu odłamów kostnych 4,9 x10-15 Zakażenie (dodatnie posiewy bakteriologiczne) 0,006 Ujemny posiew, ale dodatnie 16S rrna (zakażenie subkliniczne) 0,03 4 Niestabilność i zakażenie (1 i 2) 3,0 x10-5 5 Niestabilność bez zakażenia, ale dodatnie 16S rrna) (1 i 3) 5,3 x10-4 6 Pozostałe (bez niestabilności, bez obecności bakterii i ich materiału genetycznego) 0,4
Przyczyny zaburzeń zrostu kostnego n=295 chorych; (*) p<0.05, test χ 2 Fishera. lp. liczba chorych z daną cechą Porównanie między grupami test χ2 Fishera 1 2 3 Niestabilność mechaniczna lub brak kontaktu odłamów kostnych 4,9 x10-15 Zakażenie (dodatnie posiewy bakteriologiczne) 0,006 Ujemny posiew, ale dodatnie 16S rrna (zakażenie subkliniczne) 0,03 4 Niestabilność i zakażenie (1 i 2) 3,0 x10-5 5 Niestabilność bez zakażenia, ale dodatnie 16S rrna) (1 i 3) 5,3 x10-4 6 Pozostałe (bez niestabilności, bez obecności bakterii i ich materiału genetycznego) 0,4
Przyczyny zaburzeń zrostu kostnego n=295 chorych; (*) p<0.05, test χ 2 Fishera. lp. liczba chorych z daną cechą Porównanie między grupami test χ2 Fishera 1 2 3 Niestabilność mechaniczna lub brak kontaktu odłamów kostnych 4,9 x10-15 Zakażenie (dodatnie posiewy bakteriologiczne) 0,006 Ujemny posiew, ale dodatnie 16S rrna (zakażenie subkliniczne) 0,03 4 Niestabilność i zakażenie (1 i 2) 3,0 x10-5 5 Niestabilność bez zakażenia, ale dodatnie 16S rrna) (1 i 3) 5,3 x10-4 6 Pozostałe (bez niestabilności, bez obecności bakterii i ich materiału genetycznego) 0,4
Przyczyny zaburzeń zrostu kostnego n=295 chorych; (*) p<0.05, test χ 2 Fishera. lp. liczba chorych z daną cechą Porównanie między grupami test χ2 Fishera 1 2 3 Niestabilność mechaniczna lub brak kontaktu odłamów kostnych 4,9 x10-15 Zakażenie (dodatnie posiewy bakteriologiczne) 0,006 Ujemny posiew, ale dodatnie 16S rrna (zakażenie subkliniczne) 0,03 4 Niestabilność i zakażenie (1 i 2) 3,0 x10-5 5 Niestabilność bez zakażenia, ale dodatnie 16S rrna) (1 i 3) 5,3 x10-4 6 Pozostałe (bez niestabilności, bez obecności bakterii i ich materiału genetycznego) 0,4
Przyczyny zaburzeń zrostu kostnego niestabilność mechaniczna zakażenie niestabilność + zakażenie pozostałe Brak kontaktu odłamów kostnych, niestabilność i zakażenie odpowiedzialne są za 68% zaburzeń zrostu kostnego
Mikrokrążenie w szparze złamania
Kontakt kostny 1 mm
Stożek tnący. 1 mm Ubytek tkanki kostnej Kompresja
Wpływ czynników mechanicznych
0.5-1.0 cm Zaburzenia krążenia po złamaniu uszkodzenie naczyń krwionośnych martwica odłamów kostnych centralizacja krążenia (wstrząs) Krwawienie - krwiak Martwica odłamów Wstrząs
Wstrząs Ciśnienie skurczowe mniejsze niż 90 mmhg lub udokumentowane obniżenie o co najmniej 40 mmhg Diureza mniejsza niż 25 ml/h Konsekwencją wstrząsu jest centralizacja krążenia - upośledzenie perfuzji narządu ruchu - Upośledzenie gojenie - Zwiększenie ryzyko zakażeń
Zaburzenia unaczynienia
Zaburzenia zrostu w większości przypadków dotyczą kości zbitej, która JEST STRUKTURĄ RUROWĄ
Wpływ przemieszczeń do boku 100% 80% 80% 60% 51,3% 40% 20,1% 20% 0% 5,7 % średnicy kości = 40% grubości warstwy korowej Grubość warstwy korowej 20 % śr kości 50 % średnicy kości Przemieszczenie jako odsetek średnicy kości
Przemieszczenia do boku wpływ zaniku kostnego 100% 80% 60% 40% 20% d = 8 mm d = 6 mm 0,3 0,5 0,8 1,0 1,3 1,5 1,8 2,0 Przemieszczenie w mm d = 4 mm
Wpływ przemieszczeń kątowych
Kontakt odłamów kostnych przemieszczenia rotacyjne 100% 66% 33% 0 % 0 60 120
brak stabilizacji, brak kontaktu odłamów
UWAGA nie dotyczy dzieci
Zakażenie / kolonizacja bakteryjna po złamaniu Źródła patogenów 1. Skóra, środowisko zewnętrzne (złamania otwarte) 2. Translokacja bakteryjna: Jama ustna / przyzębie Przewód pokarmowy Układ oddechowy Układ moczowo płciowy
Miejscowe zmiany w zakażeniu Nacieki komórek zapalnych Aktywacja osteoklastów Zmiana środowiska po 2 ph pco 2 stężenia glukozy stężenia czynników wzrostu
po 2 mmhg 20 15 10 Złamanie niezakażone Złamanie zakażone po 2 w szparze złamania zakażonego i niezakażonego 5 0 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 Dni po złamaniu Aro H, Eerola E, Aho AJ, Niinikoski J: Tissue oxygen tension in externally stabilized tibial fractures in rabbits during normal healing and infection. J.Surg.Res. 1984;37(3):202-207.
Zaburzenia funkcji komórek progenitorowych Zaburzenia niedoborowe Zaburzenia wchłaniania, trawienia i metabolizmu Cukrzyca OZT zaburzenia wchłaniania, choroby wątroby, ( ) Głodzenie Awitaminozy Alkoholizm Narkomania
Zaburzenia ekspresji regulatorów molekularnych Masywne uszkodzenie tkanek Drenaż płuczący Zakażenie Ubytek kości
Przyczyny zaburzeń zrostu kostnego 1. Brak kontaktu odłamów nieanatomiczna repozycja diastaza >2 mm 2. Niedostateczne unieruchomienie odłamów kostnych 3. Brak ciągłości tkanki kostnej 4. Zniszczenie unaczynienia 5. Rozległa martwica kości i okolicznych tkanek miękkich 6. Uszkodzenie / zaburzenia funkcji komórek prekursorowych 7. Zakażenie
Wnioski : Za 2/3 zaburzeń zrostu kostnego odpowiadają: - brak lub niedostateczne unieruchomienie - diastaza > 2mm / brak kontaktu odłamów kostnych - zakażenie Zaburzenia krążenia - uszkodzenia jatrogenne - brak świadomości klinicznej roli wstrząsu