Ремоделювання кукси кістки під впливом різних режимів механічного навантаження
DOI:
https://doi.org/10.26641/1997-9665.2025.4.19-29Ключові слова:
ампутація, кісткова тканина, ремоделювання, терміни.Анотація
Актуальність. Не дивлячись на давність операції ампутації кінцівки, до цього часу не висвітлені терміни початку та величини механічного навантаження кукси. Мета: дослідити оптимальні терміни та величини початку механічного навантаження кукси кістки після ампутації. Матеріал та методи. Проведено дві серії дослідів на 18 кролях з ампутацією стегна в середній третині і міопластикою. В контрольній серії через 4, 8, 16 тижнів на кінець кукси кістки проводили циклічне механічне навантаження з енергію 0,5 мДЖ/мм2 частотою 2 Гц, з подачею 400 імпульсів за сеанс. В дослідній серії в ті самі терміни навантаження проводили двічі на день по 200 імпульсів за сеанс. Терміни спостереження 6, 10, 18 тижнів. Метод дослідження гістологічний з заливкою судин 10 % туш-желатиновою сумішшю. Результати. В контрольній серії в більшості дослідів відмічалось патологічне ремоделювання кісткової тканини з розвитком атрофії, порушенням форми кістки, її викривленням, стресові переломи. В дослідній серії сформовані органотипічні кукси з нормалізацію структури і мікроциркуляції. Кращі результати ремоделювання кісткової тканини отримані в серії з початком механічних навантажень в обох серіях в термін 10 тижнів через 8 тижнів після ампутації. Підсумок. Механічне щоденне навантаження кукси кістки енергією 0,5 мДж/мм2, частотою 2 Гц, подачею 400 імпульсів за сеанс в терміни 4, 8, 16 тижнів викликає значні порушення ремоделювання кісткової тканини з формуванням конусоподібних та булавоподібних кукс, відхиленням кінця від вісі та стресовими переломами. Таке ж навантаження (0,5 мДж/мм2, частотою 2 Гц, подачею 400 імпульсів) розділене на два сеанси на день по 200 імпульсів з інтервалом 4 години сприяє формуванню органотипічної циліндричної форми кукси з рівновагою резорбтивних та репаративних процесів. Початок механічних навантажень через 8 тижнів після ампутації не викликає значних порушень ремоделювання кісткової тканини кукси і є найбільш оптимальним.
Посилання
Ma Q, Miri Z, Haugen HJ, et al. Significance of mechanical loading in bone fracture healing, bone regeneration, and vascularization. J Tissue Eng. 2023;14:20417314231172573. doi: 10.1177/ 20417314231172573.
Liang W, Wu X, Dong Y, et al. Mechanical stimuli-mediated modulation of bone cell function-implications for bone remodeling and angiogenesis. Cell Tissue Res. 2021;386(3):445-54. doi: 10.1007/ s00441-021-03532-6.
Nokhbatolfoghahaei H, Bohlouli M, Adavi K, et al. Computational modeling of media flow through perfusion-based bioreactors for bone tissue engineering. Proc Inst Mech Eng H. 2020;234(12): 1397-408. doi: 10.1177/0954411920944039.
Taylor B, Poka A. Osteomyoplastic Transtibial Amputation: The Ertl technique. J Am Acad Orthop Surg. 2016;24(4):259-65. doi: 10.5435/ JAAOS-D-15-00026.
Robling AG, Robin D, Fuchs RK, et al. Mechanical adaptation. In: Burr DB, Allen MR. (eds) Basic and applied bone biology [2nd ed.]. Cambridge, MA: Academic Press; 2019:203-33. doi: 10.1146/annurev.bioeng.8.061505.095721.
Zhang ZY, Teoh SH, Chong WS, et al. A biaxial rotating bioreactor for the culture of fetal mesenchymal stem cells for bone tissue engineering. Biomaterials 2009;30(14):2694-704. doi: 10.1016/j.biomaterials.2009.01.028.
Trompet D, Melis S, Chagin AS, Maes C. Skeletal stem and progenitor cells in bone development and repair. J Bone Miner Res. 2024;39(6):633-54. doi: 10.1093/jbmr/zjae069.
Srivastava RK, Sapra L, Mishra PK. Osteometabolism: Metabolic Alterations in Bone Pathologies. Cells. 2022;11(23):3943. doi: 10.3390/ cells11233943.
Robling AG, Castillo AB, Turner CH. Biomechanical and molecular regulation of bone remodeling. Annu Rev Biomed Eng 2006;8:455-98. doi: 10.1016/B978-0-12-813259-3.00011-7
Bemben DA, Sherk VD, Ertl WJJ, Bemben MG. Acute bone changes after lower limb amputation resulting from traumatic injury. Osteoporos Int. 2017; 28(7):2177-86. doi: 10.1007/s00198-017-4018-z.
Mauntel TC, Marshall SW, Hackney AC, et al. Trunk and Lower Extremity Movement Patterns, Stress Fracture Risk Factors, and Biomarkers of Bone Turnover in Military Trainees. J Athl Train. 2020;55(7):724-32. doi: 10.4085/1062-6050-134-19.
Flint JH, Wade AM, Stocker DJ, et al. Bone mineral density loss after combat-related lower extremity amputation. J Orthop Trauma. 2014;28(4): 238-44. doi: 10.1097/BOT.0b013e3182a66a8a.
Sherk VD, Bemben MG, Bemben DA. BMD and bone geometry in transtibial and transfemoral amputees. J Bone Miner Res. 2008;23(9):1449-57. doi: 10.1359/jbmr.080402.
Hoellwarth JS, Oomatia A, Tetsworth K, et al. Bone density changes after five or more years of unilateral lower extremity osseointegration: Observational cohort study. Bone Rep. 2023;18:101682. doi: 10.1016/j.bonr.2023.101682.
Islamoglu I, Çebi M, Tosun FC. The bone mineral density and isokinetic knee strength in amputee soccer players. Rev Assoc Med Bras (1992). 2023;69(8):e20230100. doi: 10.1590/1806-9282.20230100.
Gailey R, Gaunaurd I, Raya M, et al. Effectiveness of an Evidence-Based Amputee Rehabilitation Program: A Pilot Randomized Controlled Trial. Phys Ther. 2020;100(5):773-87. doi: 10.1093/ ptj/pzaa008.
Montanez J, Kairy D, Gilbert M, et al. "I would not want my leg back": Living experiences of adult amputees following intensive functional rehabilitation. Rehabil Psychol. 2025;70(4):392-404. doi: 10.1037/rep0000617.
Wang L, Dong J, Xian CJ. Computational Modeling of Bone Cells and Their Biomechanical Behaviors in Responses to Mechanical Stimuli. Crit Rev Eukaryot Gene Expr. 2019;29(1):51-67. doi: 10.1615/CritRevEukaryotGeneExpr.2019025150.
Shevchuk V, Bezsmertnyi Y, Branitsky O, et al. Remodeling of the Fibula Stump After Transtibial Amputation. Orthop Res Rev. 2024;16:153-62. doi: 10.2147/ORR.S459927.
Aalaa M, Vahdani AM, Mohajeri Tehrani M, et al. Epidemiological Insights into Diabetic Foot Amputation and its Correlates: A Provincial Study. Clin Med Insights Endocrinol Diabetes. 2024;17: 11795514241227618. doi: 10.1177/ 11795514241227618.
Shevchuk VI, Bezsmertnyi YO, Bezsmertna HV, et al. Changes in the structural organization of bone after amputation. Polish Annals of Medicine. 2020;27(2):147-53. doi: 10.29089/2020.20.00121.
Shevchuk VI, Bezsmertnyi YO, Bezsmertna HV, et al. Reparative regeneration at the end of bone filing after ostoplastic amputation. Wiad Lek. 2021;74:413-7. PMID: 33813442.
European Convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes. Strasburg: Council of Europe. 1986;123:52. Available from: https://rm.coe.int/ 168007a67b.
Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the Council of 22 September 2010 on the Protection of Animals Used for Scientific Purposes. Off J Eur Union. 2010;53(L276):33–79.
Zakon Ukrainy. Pro zakhyst tvaryn vid zhorstokogo povodzhennia [Law of Ukraine. On the protection of animals from cruelty]. Vidomosti Verkhovnoi Rady Ukrainy (VVR). 2006;27:230. Available from: http://zakon1.rada.gov.ua/laws/ show/3447-15.
Stetsula VI, Devyatov AA. [Transosseous osteosynthesis in traumatology]. Kyiv: Zdorov’ya; 1987. 200 p. Available from: http://library.zsmu. edu.ua/cgi/irbis64r_14/fulltext/Travmatologija%20i%20ortopedija/SteculaVI87_Chresk_os.pdf
Augat P, Simon U, Liedert A, et al.. Mechanics and mechano-biology of fracture healing in normal and osteoporotic bone. Osteoporos Int 2005; 16(2):S36-S43.
Willie BM, Zimmermann EA, Vitienes I, et al. Bone adaptation: Safety factors and load predictability in shaping skeletal form. Bone. 2020;131:115114. doi: 10.1016/j.bone.2019.115114.
Finco MG, Kim S, Ngo W, Menegaz RA. A review of musculoskeletal adaptations in individuals following major lower-limb amputation. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2022;22(2):269-83. PMID: 35642706.
Hoyt BW, Lundy AE, Colantonio DF, et al. Hounsfield Unit-Calculated Bone Mineral Density Loss Following Combat-Related Lower Extremity Amputations. J Bone Joint Surg Am. 2023;105(22): 1786-92. doi: 10.2106/JBJS.22.01258.
Thomson S, Lu W, Zreiqat H, et al. Proximal bone remodeling in lower limb amputees reconstructed with an osseointegrated prosthesis. J Orthop Res. 2019;37(12):2524-30. doi: 10.1002/jor.24445.
Wiedemann-Fodé E, Schiavi-Tritz J, Kerdjoudj H, Laurent C. Effects of mechanical stimuli on bone cells for regenerative medicine: A review of recent experimental and computational methods. Med Eng Phys. 2025;142:104369. doi: 10.1016/ j.medengphy.2025.104369.
Pinzur MS, Gottschalk FA, Pinto MA, Smith DG. Controversies in lower extremity amputation. J Bone Joint Surg Am. 2007;89(5):1118-27. doi: 10.2106/00004623-200705000-00028.
Bemben DA, Sherk VD, Ertl WJJ, Bemben MG. Acute bone changes after lower limb amputation resulting from traumatic injury. Osteoporos Int. 2017; 28(7):2177-86. doi: 10.1007/s00198-017-4018-z.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно поширювати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому журналі.
Автори, направляючи рукопис до редакції журналу «Morphologia», погоджуються з тим, що редакції передаються права на захист і використання рукопису (переданого до редакції матеріалу, в тому числі таких об'єктів, що охороняються авторським правом, як фотографії автора, малюнки, схеми, таблиці і т.п.), в тому числі на відтворення в пресі і в мережі Інтернет; на поширення; на переклад рукопису на будь-які мови; експорту та імпорту примірників журналу зі статтею Авторів з метою поширення, доведення до загального відома. Зазначені вище права Автори передають Редакції без обмеження терміну їх дії і на території всіх країн світу без обмеження.
Автори гарантують, що вони мають виняткові права на використання матеріалів, переданих до редакції. Редактори не несуть відповідальності перед третіми особами за порушення гарантії, надані авторами. Розглянуті права передаються до редакції з моменту підписання поточної публікації для публікації. Відтворення матеріалів, опублікованих в журналі іншими особами та юридичними особами, можливе лише за згодою редакції, з обов'язковим зазначенням повної бібліографічного посилання первинної публікації. Автори залишають за собою право використовувати опублікований матеріал, його фрагменти і частини для навчальних матеріалів, усні презентації, підготовку дисертації дисертації з обов'язковою бібліографічною посиланням на оригінальну роботу. Електронна копія опублікованій статті, що завантажується з офіційного веб-сайту журналу в форматі .pdf, може бути розміщена авторами на офіційному веб-сайті їх установ, будь-яких інших офіційних ресурсах з відкритим доступом.
