Journal of Experimental and Clinical SurgeryJournal of Experimental and Clinical SurgeryВестник экспериментальной и клинической хирургии2070-478X2409-143XVoronezh State Medical University named after N.N. Burdenko8810.18499/2070-478X-2015-8-4-369-372Original articlesОригинальные статьиUnknownPathology and mineral composition of bone in the early stages of experimental osteomyelitisПатоморфология и минеральный состав костной ткани на ранних стадиях экспериментального остеомиелитаСтрелковН.С.

д.м.н., проф., ректор Ижевской государственной медицинской академии

mail@vestnik-surgery.comКирьяновН.А.

д.м.н., проф., зав. кафедрой патологической анатомии Ижевской 

государственной медицинской академии

mail@vestnik-surgery.comШкляевП

аспирант кафедры хирургических болезней детского возраста Ижевской государственной медицинской академии

medic_82@mail.ruIzhevsk State Medical Academy, 426034, Izhevsk, Udmurt republic, Kommunarov Street, 281Ижевская государственная медицинская академия, 426034, г. Ижевск, ул. Коммунаров, 28124122015843693722604201626042016Copyright ©; 2015, Voronezh N.N. Burdenko State Medical UniversityCopyright ©; 2015, ФГБОУ ВО ВГМУ им. Н.Н. Бурденко Минздрава России2015Voronezh N.N. Burdenko State Medical UniversityФГБОУ ВО ВГМУ им. Н.Н. Бурденко Минздрава Россииhttps://vestnik-surgery.com/journal/about/editorialPolicieshttps://vestnik-surgery.com/journal/article/view/88

Relevance

Study of pathogenetic patterns and the nature of the structural changes in the bone tissue in the early stages of acute

osteomyelitis is relevant in terms of increased knowledge about mechanisms of development of complications in patients with

orthopedic and rehabilitation of the complex. The purpose of the work comprehensive assessment of pathological changes and

features of the mineral composition of bone tissue in the early stages of acute osteomyelitis in the experiment.

Materials and methods

The experiments were performed on 35 rabbits of both sexes, in accordance with bioethical requirements.

Acute hematogenous osteomyelitis modeled by introducing a culture of Staphylococcus aureus in the medullary canal of the tibia.

All animals were obtained from a short-term experience under ether anesthesia by air embolism after 30 min, 6, 12, 24 and 48 hours

after administration Staphylococcus aureus culture. Information on the timing of the experiment by light, electron (scanning and

transmission) microscopy and X-ray electron microprobe analysis studies especially pathomorphology and mineral composition of

bone tissue.

Results and their discussion

During the first 30 minutes of the experiment micro- and ultramicroscopic changes in bone were

minimal: preserved bone rods with small groups of red blood cells, and the mineral content of bones was characterized by a decrease

in the volume fraction of sodium. At the 6 hour experiment there was also no significant structural rearrangements of bone, but

there was a further reduction in the concentration of sodium and magnesium, and increase the volume fraction of sulfur. At the

same time, this period of the experiment was an increase in volume fraction of calcium and phosphorus. Morphological picture

in the next 12 hours of the experiment were characterized by the beginning of the destructive processes in the bone marrow, with

what is likely to involve some adjustment of mineral metabolism of bone tissue. There was a sharp increase in the concentration of

sodium while maintaining high values of volume fractions of intraosseous calcium, phosphorus and sulfur, reflecting the increased

mineralization. By the end of first day of the experiment to develop the process of destruction of bone tissue, which were accompanied

by demineralization. Second day from start of the experiment were activated processes of bone formation, and the demineralization

persisted.

Conclusions

Thus, within one day of the experiment structural rearrangements missing bone, and its mineral composition change

associated with the adaptation process active in response to inflammation in the medullary canal. Second day experience of developing

bone destruction is accompanied by phenomena of osteoporosis, along with activation of osteosynthesis. Period for first day from

entering the pathogen can be considered as the most favorable in terms of prevention of subsequent orthopedic complications.

Key words

experimental osteomyelitis, patomorfologija, early diagnosis, mineral composition, osteopor

osis

Актуальность Изучение патогенетических закономерностей и характера структурных изменений в костной ткани на ранних стадиях острого остеомиелита является актуальным с точки зрения расширения представлений о механизмах развития осложнений у больных и проведения комплекса реабилитационных мероприятий.

Цель работы Комплексная оценка патоморфологических изменений и особенностей минерального состава костной ткани на ранних стадиях развития острого остеомиелита в эксперименте.

Материалы и методы Эксперименты проведены на 35 крольчатах обоего пола, в соответствии с биоэтическими требованиями. Острый гематогенный остеомиелит моделировали путем введения культуры стафилококка в костномозговой канал большеберцовой кости. Всех животных выводили из опыта под кратковременным эфирным наркозом путем воздушной эмболии через 30 мин. 6, 12, 24 и 48 часов после введения культуры стафилококка. На данных сроках эксперимента методами световой, электронной (сканирующей и трансмиссионной) микроскопии и рентгеновского электронно-зондового анализа изучались особенности патоморфологии и минерального состава костной ткани.

Результаты и их обсуждение Во время первых 30 минут эксперимента микро- и ультрамикроскопические изменения в костной ткани были минимальными: сохранялись костные стержни с небольшими группами эритроцитов, а минеральный состав кости характеризовался снижением объемной доли натрия. На 6 часе эксперимента также не наблюдалось значительных структурных перестроек в костной ткани, однако происходило дальнейшее снижение концентрации натрия и магния, и увеличение объемной доли серы. В то же время, на данном сроке эксперимента отмечено повышение объемных долей кальция и фосфора. Морфологическая картина в последующие 12 часов эксперимента характеризовалась началом деструктивных процессов в костном мозге, с чем, вероятно, связаны некоторые перестройки минерального обмена костной ткани. Наблюдали резкое повышение концентрации натрия, при этом сохранялись высокие значения объемных долей внутрикостного кальция, фосфора и серы, что отражало повышенную минерализацию. К концу 1 суток эксперимента развивались процессы деструкции костной ткани, которые сопровождались деминерализацией. На 2 сутки отмечалась активация процессов остеогенеза, при этом деминерализация сохранялась.

Заключение Таким образом, в течение 1-х суток от начала эксперимента структурные перестройки костной ткани отсутствуют, а изменения ее минерального состава связаны с процессами адаптации в ответ на активное воспаление в костномозговом канале. На 2-е сутки опыта развивающаяся деструкция костной ткани сопровождается явлениями остеопороза наряду с активацией остеосинтеза. Период в течение 1-х суток от попадания возбудителя можно рассматривать как наиболее благоприятный с точки зрения профилактики последующих осложнений.

experimental osteomyelitispatomorfologijaearly diagnosismineral compositionosteoporosisэкспериментальный остеомиелитпатоморфологияранняя диагностикаминеральный составостеопороз1. V.A. Tarakanov, V.M. Nadgeriev, V.M. Starchenko, A.E.Stryukovskiy, A.N. Lunyaka, E.G. Kolesnikov, N.K. Barova. Optimal'nye kriterii ranney diagnostiki i lecheniya ostrogo gematogennogo osteomielita u detey [Optimum criteria for early diagnostics and treatment of children's acute hematogenous osteomyelitis. Kuban scientific medical herald]. 2013; 7: 118-120 (in Russ.).2. S.N. Gisak, A.A. Shestakov, D.A. Baranov, E.A. Sklyarova. Sovremennye osobennosti etiopatogeneza ostrogo gematogennogo osteomielita u detey i optimizatsiya lecheniya bol'nykh. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy [Modern particulars for children's aetiopathogenesis of acute hematogenous osteomyelitis and optimization of patient treatment. Herald of new health technology]. 2012; ХIХ: 2: 106-108 (in Russ.).3. Strelkov, N.S. Patogeneticheskie metody ranney diagnostiki i lecheniya ostrogo gematogennogo osteomielita u detey: avtoref. dis. ... d-ra med. nauk[Pathogenetic methods for early diagnostics and treatment of children's acute hematogenous osteomyelitis. Abstract Diss. Doc. Med.]. 1999; 23 (in Russ.) .4. Bouvier, M. In vitro mineralization of a three-dimensional collagen matrix by human dental pulp cells in the presence of chondroitin sulphate. М. Bouvier, А. Joffre, Н. Magloire. Arch Oral Biol. 1990; 35: 4: 301-309.5. Lew, D.P. Osteomyelitis. D.P. Lew, F.A. Waldvogel. Lancet. 2004; 364: 369-379.6. Mustafa, M. Osteomyelitis: pathogenesis, clinical and therapeutic challenge. M. Mustafa, S.M. Yusof, M. Iftikhar. International Journal of Medicine and Pharmaceutical Sciences. 2014; 4: 9-18.7. Pathologic fractures in children with acute Staphylococcus aureus osteomyelitis. M.V. Belthur, S.B. Birchansky, A.A. Verdugo, E.O. Jr. Mason, K.G. Hulten, S.L. Kaplan, E.O. Smith, W.A. Phillips, J. Weinberg. J. Bone Joint Surg. Am. 2012; 94: 1: 34-42.8. Song, K.M. Acute Hematogenous Osteomyelitis in Children.K.M. Song, J.F. Sloboda. Journal of the American Academy ofOrthopaedic Surgeons. 2001; 9: 3: 34-42.