Устранение дефектов челюстей играет одну из ведущих ролей в черепно-челюстно-лицевой хирургии. Костные трансплантаты используются для заполнения костных деформаций и дефектов в черепно-лицевом скелете. Костная ткань — единственная ткань в организме, способная к репаративному остеогенезу без формирования рубца и органотипической регенерации при соблюдении ряда условий. Свободные костные трансплантаты — костные блоки, полученные из донорских зон. В челюстно-лицевой хирургии их принято разделять на внутри- и внеротовые [7, 8]. К внеротовым зонам относят одновременно трансплантаты и из теменных костей, и из малоберцовой кости. Следует признать, что такое разделение несколько условно, поскольку по своему строению и свойствам все типы трансплантатов, включая внутриротовые, имеют между собой достаточное количество отличий, что делает подобное разделение удобным только при планировании оперативного лечения, но не с точки зрения прогноза его эффективности [9, 11, 12].

Метод аутотрансплантации костных блоков широко применяется в таких областях, как травматология и ортопедия, челюстно-лицевая хирургия, реконструктивная хирургия, онкология, нейрохирургия и др. В источниках литературы он фигурирует в качестве «золотого стандарта» в лечении многих заболеваний благодаря возможности получения прогнозируемого клинического результата [3, 17]. Большинство публикаций о высокой эффективности трансплантации костных блоков основывается на клинических и эстетических результатах. Немногочисленные работы, содержащие результаты клинических и гистологических исследований, носят, как правило, описательный характер [4, 19]. Главным механизмом интеграции трансплантированного блока считают остекондуктивные свойства губчатой кости, сохраняющей жизнеспособность. Что касается кортикальной пластинки, то ее роль окончательно не определена [2, 14]. Однако клинические данные указывают на признаки дистрофических изменений в трансплантированных свободных костных балках, что проявляется в снижении минерализации с течением времени [15]. Поскольку замещение обширных дефектов костной ткани свободными трансплантатами связано с риском осложнений, то следующим поколением аутотрансплантатов стали васкуляризированные трансплантаты, или трансплантаты на сосудистой ножке. Они являются частью органа с сохраненной сосудистой сетью, приживаются в ложе и подвергаются интеграции и перестройке под нагрузкой значительно быстрее, чем неваскуляризированные, что объясняется теми же особенностями строения костной ткани [18]. Немногочисленные научные публикации, содержащие результаты гистологических исследований, не проливают свет на механизмы приживления трансплантатов, регенерации, их дальнейшую судьбу [6, 10]. Сравнительный анализ васкуляризированных и неваскуляризированных трансплантатов с применением лучевых и морфологических методов исследований показал, что трансплантат на сосудистой ножке сохраняет способность к удержанию минерального компонента и перестройке трансплантата по типу кортикальной кости в области анастомоза [5, 13, 16].

Таким образом, в настоящее время сложились благоприятные условия для динамического изучения репаративного остеогенеза при аутологичной трансплантации костной ткани.

С целью определения особенностей репаративного остеогенеза у пациентов после реконструктивных операций в челюстно-лицевой области производили забор образцов костной ткани трепаном перед установкой внутрикостных дентальных имплантатов (рис. 1).

Распределение по полу и возрасту не проводили, количественная характеристика представлена в табл. 2.

После положительных свободных и микрохирургических аутотранcплантаций (112 пациентов в 2012—2018 гг.) в целях устранения посттравматических деформаций и выраженных атрофий альвеолярных отростков челюстей, а также при устранении дефектов нижней челюсти исследовали состояние костной ткани нижней челюсти с помощью компьютерной томографии (КТ) и ортопантомографии (ОПТГ), а также осуществляли гистоморфометрическое исследование трепанбиоптатов костной ткани, взятых из донорской области и непосредственно в реципиентной области спустя 3, 6, 12 и 24 мес после выполненной реконструкции.

КТ черепа проводилась всем пациентам до и после операции на мультиспиральном компьютерном томографе Medical Solutions («Siemens»). Лицевой скелет и глазницы исследовали тонкими срезами (1 мм), используя шаг 0,5—1 мм. Гистологическое исследование образцов ткани осуществляли непосредственно после биопсии. Операционный материал помещали в 10% раствор нейтрального формалина на фосфатном буфере на 72 ч, после чего в течение 24 ч образцы ткани промывали в проточной воде. После стандартной гистологической парафиновой проводки образцы заливали в парафин (Гистомикс, «Биовитрум», Россия). Из полученных блоков изготавливали серийные и полусерийные срезы на микротоме Microm (от 3 до 7 мкм). Срезы окрашивали по Массону—Голднеру, Папаниколау. Для фотодокументирования применяли микроскоп LeicaDM2500, цифровую камеру EC3. Морфометрическое исследование проводили в программном комплексе Megamarph12 (ООО «ГистоЛаб», Россия). Определяли основные параметры остеогенеза и структурные компоненты костных регенератов [1].

Гистологическая структура костных регенератов после трансплантации блоков ветви нижней челюсти

При гистологическом исследовании костных трепанобиоптатов из области трансплантации свободным трансплантатом было выявлено, что костная ткань состоит из хорошо выраженной кортикальной пластинки и губчатой кости. Межбалочное пространство заполнено ретикулярной стромой костного мозга без очагов кроветворения и с участками грубоволокнистой неоформленной соединительной ткани. Костный массив кортикальной кости имел пластинчатое строение с хорошо выраженными гаверсовыми каналами. Часть трабекул состояла из неоднородного костного матрикса — внутренняя структура трабекулы была представлена костным матриксом с пустыми лакунами с щелями и расслоенными участками костного вещества (см. рис. 1, а). На поверхности балок располагалась костная ткань с остеоцитами, иногда незрелая. Внутренняя поверхность гаверсовых каналов и наружная поверхность части трабекул имели признаки гладкой резорбции — разволокнение костного вещества с изменением тинкториальных свойств красителя. Межбалочное пространство было заполнено неоформленной рыхловолокнистой соединительной тканью регенераторного типа. В свою очередь трабекулы губчатой кости трансплантата с сохраненной жизнеспособностью имели зрелую структуру, местами на поверхности обнаруживали образование остеоида и пролиферирующие остеобласты. Остеокластическая активность была заметна по наличию эрозивных поверхностей на поверхности костных балок. В отличие от кортикальной пластинки трабекулы несли на себе остеокласты в умеренном количестве. Гаверсовы каналы часто были без сосудов. В ряде случаев весь столбик трепанобиоптата был представлен некротизированной костью.

При морфометрическом исследовании обращало на себя внимание наличие двух вариантов костных структур в следующих пропорциях: некротизированной кости (BDV/CV=9,76±1,04%) и жизнеспособной, в том числе новообразованной костной ткани (BTV/CV=45,07±3,88%). Ткань межбалочного пространства была представлена желтым костным мозгом (MaV/CV=40,08±5,84%) и неоформленной плотноволокнистой соединительной тканью (Fb.V/CV=3,67±0,57%).

Процессы остеогенеза протекали как на поверхности трансплантата, сохранившего жизнеспособность, так и, в большей мере, на поверхности костных структур с признаками некроза. Явления остеорезорбции имели место по механизму гладкой и остеокластической резорбции, причем на поверхности некротизированных участков трансплантации остеоклазия превалировала (Ra.Oc=15,6±1,5%). Оценка костного баланса показала преобладающий вклад в регенеративный остеогенез трансплантата новообразованной костной ткани с сохранившейся жизнеспособностью (BB-BT=5,6±1,8) по сравнению с некротизированными участками (BB-BD=2,54±0,75) на данном сроке наблюдения.

По данным мультиспиральной компьютерной томографии (МСКТ), проведенной через 4 мес после трансплантации свободного костного блока ветви нижней челюсти, при исследовании поперечных и аксиальных срезов обращало на себя внимание умеренное снижение костной плотности трансплантата по сравнению с кортикальной пластинкой альвеолярного отростка ветви нижней челюсти. Выраженного слияния воспринимающего ложа с трансплантатом не происходило (см. рис. 1, б).

При гистологическом исследовании трепанобиоптатов, полученных из костного трансплантата, через 12 и 24 мес после аутотрансплантации фрагмента подвздошной кости определили, что костная ткань столбика на начальном этапе состояла из кортикальной пластинки и лежащей под ней губчатой кости. Кортикальная пластинка была умеренной толщины, трабекулы губчатой кости — крупные, широкие. Межтрабекулярное пространство было заполнено красным костным мозгом, иногда с признаками замещения желтым костным мозгом. Кортикальная пластинка часто имела крупные гаверсовы каналы, которые были выстланы эндостом. В них наблюдалась ретикулярная строма костного мозга, переходящая в желтый костный мозг. Трабекулы губчатой кости были также покрыты эндостом, имели признаки остеокластической резорбции с образованием характерных лакунарных выемок, остеобластическая активность была умеренной (рис. 2, а).

При морфометрическом исследовании также наблюдалось наличие двух вариантов костных структур: некротизированной кости (BDV/CV=5,7±1,5%) и жизнеспособной, в том числе в новообразованной костной ткани (BTV/CV=48±3,75%). Ткань межбалочного пространства была представлена желтым костным мозгом (MaV/CV=38,8±7,4%). Оценка костного баланса (ВВ) продемонстрировала преобладающий вклад в регенеративный остеогенез новообразованной костной ткани (BB=44,2±5,8) по сравнению с трансплантатом и его некротизированных участков на данном сроке наблюдения. Явления остеорезорбции определялись по механизму как гладкой, так и остеокластической резорбции (Ra.Oc=36%). Процессы остеогенеза и остеоклазии на поверхности трансплантата и некротизированной кости завершились образованием вокруг них пластинчатого костного матрикса.

При МСКТ-исследовании поперечных и аксиальных срезов нижней челюсти после пластики костным блоком на сосудистой ножке из ветви гребня подвздошной кости спустя 12 мес после трансплантации наблюдалось формирование артифициальной нижней челюсти путем интеграции и перестройки костного трансплантата с начальными признаками формирования кортикальной пластинки и хорошо выраженным губчатым веществом. Костная плотность артифициальной челюсти была сопоставима с контралатеральной половиной (см. рис. 3, б).

По данным гистологического исследования трепанобиоптатов, полученных от пациентов после остеопластики трансплантатами аутологичной теменной кости, костная ткань была представлена рыхлой кортикальной пластинкой, под которой располагался слой губчатой кости. Кортикальная пластинка узкая, узурирована фолькмановыми каналами. Костные трабекулы губчатой кости были местами узкими, местами нормальной толщины. Костная ткань трабекул с небольшими участками неокончательно минерализованной костной ткани (рис. 4, а).

При морфометрическом исследовании было выявлено наличие двух вариантов костных структур в следующих пропорциях в трепанобиоптатах спустя 6 мес после операции: некротизированной кости (BDV/CV=5,7±1,5%) и жизнеспособной, в том числе новообразованной костной ткани (BTV/CV=48±3,75%). Ткань межбалочного пространства была представлена желтым костным мозгом (MaV/CV=38,8±7,4%). Через 12 мес некротизированную часть трансплантата определяли по немногочисленным островкам костной ткани, расположенным в центре костных структур. Идентифицировать ткань трансплантата не представлялось возможным. Относительный объем костной ткани (BV/CV) составил 72,4±5,4%. Ретикулярная строма не содержала кроветворные элементы. Остеорезорбция через 6 мес после трансплантации осуществлялась по механизму остеокластической резорбции (Ra.Oc=14±3,8%). Через 12 мес наблюдалось снижение резорбционной активности (Ra.Oc=12±5%). Оценка костного баланса (ВВ) показала, что больший вклад в регенеративный остеогенез вносила новообразованная костная ткань (BB=44,5±8,6), чем трансплантат и его некротизированные участки. Репаративный остеогенез через 12 мес сохранял свою активность (BB=25,7±7,6).

Результаты МСКТ через 6 мес после трансплантации костных блоков теменной кости и костной крошки: при исследовании поперечных и аксиальных срезов нижней челюсти было зафиксировано, что структура нижней челюсти в месте трансплантации анатомически соответствует структуре кости с контралатеральной стороны, выражены кортикальная пластинка и губчатое вещество. Костная плотность была сопоставима с противоположной стороной (см. рис. 4, б).

При гистологическом исследовании трепанобиоптатов, полученных из трансплантата малоберцовой кости, через 6, 12 и 24 мес после трансплантации было выявлено, что столбик трепана в основном состоял из плотного массива костной ткани, который мог соответствовать кортикальной пластине трубчатой кости. Гаверсовы каналы были миндалевидными, имели тенденцию к расширению с течением времени. На ранних сроках в просвете гаверсовых каналов наблюдались только сосуды и ретикулярная строма костного мозга, которая с течением времени дополнялась новообразованной костной тканью, к 24 мес просветы были частично заполнены новообразованной костной тканью. Процесс резорбции трансплантата начинался по типу гладкой резорбции путем набухания и разволокнения матрикса, что меняло его текториальные свойства при полихромных окрасках. Остеокласты на ранних сроках были единичны. Остеобластическая активность минимальна и представлена единичными остеобластами. Через 12 мес после трансплантации гаверсовы каналы были расширены, часто неправильной формы, ветвились, что напоминало губчатую кость. В области физиологической перестройки кости обнаруживались единичные остеокласты. Остеобластическая активность была минимальной и представлена немногочисленными остеобластами в участках реверсии (рис. 5, а).

Таким образом, микроскопическая картина в динамике соответствовала переживающему трансплантату, частично некротизированному, с признаками перестройки костной ткани в начале по типу гладкой, а позднее 1 года по остеокластическому типу, а также признаками репаративного остеогенеза внутри просветов гаверсовых каналов с формированием неорганизованного костного вещества и иногда с фокусами кроветворения.

При морфометрическом исследовании также определялись два варианта костных структур в следующих пропорциях в образцах через 6 мес после трансплантации: частично некротизированной кости (BDV/CV=42±7,5%) и жизнеспособной, в том числе новообразованной костной ткани (BTV/CV=22±9,75%). Ткань межбалочного пространства была представлена желтым костным мозгом (MaV/CV=33,4±8,2%). Спустя 12 мес после трансплантации относительная объемная доля костной ткани сократилась преимущественно за счет резорбции некротизированной кости (BDV/CV=18±4,1%, BTV/CV=27±3,7%). Через 24 мес после трансплантации относительная объемная доля костной ткани имела тенденцию к росту преимущественно за счет резорбции трансплантата и образования костной ткани (BDV/CV=23,7±4,4%, BTV/CV=37±5,9%).

Динамика репаративного остеогенеза в переживающем трансплантате складывалась из полугодового периода относительной стагнации (BB=2,25±0,6, Ra. Oc=5,7%±0,3%), характеризовалась некоторым умеренным всплеском регенерации к 12 мес на фоне выраженной остеорезорбции (BB=3±0,3, Ra. Oc=7,2±0,6%) и последующим замедлением остеогенеза к 24 мес на фоне продолжающейся резорбции (BB=1,5±0,03, Ra. Oc=9,4%±0,8%).

При КТ-исследовании поперечных и аксиальных срезов нижней челюсти пациентов после пластики малоберцовыми трансплантатами было выявлено, что структура трансплантата изменялась, начиная с 12 мес (см. рис. 5, б). Если в этот период структура трансплантата полностью повторяла малоберцовую кость по анатомической структуре и костной плотности, то к 24 мес происходило истончение кортикальной пластинки, увеличение размеров артифициальной челюсти, расширение размеров трансплантата с изменением соотношения кортикальной пластинки и губчатой кости в пользу последней. Костная плотность была сопоставима с противоположной стороной (см. рис. 6, б).

Костные аутотрансплантаты до сих пор считаются «золотым стандартом» в пластической и реконструктивной хирургии в черепно-челюстно-лицевой области, однако процессы интеграции и перестройки трансплантатов до настоящего времени изучены мало. При сравнительной оценке различных вариантов костных трансплантатов на разных сроках наблюдений следует заключить, что трансплантаты кортикального типа в наибольшей степени подвержены некротическим изменениям, даже с учетом трансплантации с сохраненным сосудистым пучком. Некротизированная кость во всех типах трансплантатов наравне с эндостом является одним из главных индукторов образования костной ткани. В настоящем исследовании были выявлены следующие особенности судьбы костных трансплантатов, пересаженных единым блоком. Костные блоки из различных источников представляют собой переживающий костный трансплантат с большей или меньшей степенью некроза; механизмом резорбции костной ткани трансплантата в некротизированных участках на начальных этапах интеграции трансплантата следует признать гладкую резорбцию, которая сменяется остеокластической по лакунарному типу через 1 год после трансплантации. Репаративный остеогенез во всех случаях слабый, стимулируется преимущественно некротизированной костной тканью и нарастает вследствие активации резорбции, репаративный остеогенез приводит к формированию структурно слабоорганизованной костной ткани, сопряженной с костным веществом трансплантата, особенно в малоберцовых трансплантатах. Сохранившая жизнеспособность костная ткань внеротовых трансплантатов способна к поддержанию условий существования красного костного мозга на срок до 1 года. Описанные изменения обосновывают продемонстрированную авторами деминерализацию трансплантатов по данным лучевых методов исследования [15], что, видимо, является следствием некроза и последующей резорбции трансплантата. В дополнение к классическим исследованиям влияния аутотрансплантатов на репаративный остеогенез [6, 10] следует отметить, что трансплантация костных блоков показывает сходный сценарий репаративного остеогенеза у пациентов при различных вариантах трансплантации. На ранних этапах (до 6 мес) губчатая кость трансплантата проявляет свойства остеокондуктора и слабого остеоиндуктора. В свою очередь кортикальная пластинка трансплантата длительное время (до 1 года) активно не участвует в репаративном остеогенезе и подвергается ремоделированию, активатором репаративного остеогенеза в этом случае следует признать некротизированную и дезорганизующуюся костную часть трансплантата. В собственных наблюдениях костные трансплантаты с теменной кости показывали большую активацию репаративного остеогенеза на фоне перестройки трансплантата, вероятно, за счет костной крошки, тогда как костные пластины существовали как переживающий трансплантат.

Полученные результаты могут быть полезны при планировании реконструктивных операций и последующей реабилитации пациентов с применением ортопедических конструкций, например внутрикостных дентальных имплантатов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no Bodys of interest.

Сведения об авторах

Волков А.В. — https://orcid.org/0000-0002-5611-3990

Потапов М.Б. — https://orcid.org/000-0002-2405-0104

Назарян Д.Н. — https://orcid.org/000-0001-9423-2221

Смбатян Б.С. — https://orcid.org/000-0003- 1488-6706

Захаров Г.К. — https://orcid.org/000-0003-4655-4095

Федосов А.В. — https://orcid.org/000-0002-4372-7723

Автор, ответственный за переписку: Волков Алексей Вадимович — e-mail: alex.volkoff@gmail.com

Автор, ответственный за переписку: Гилева Ксения Сергеевна — e-mail: dr.gileva@mail.ru