Изменения костной системы

В радио­биологии вопрос о влиянии ионизирующих излучений на костную ткань, особенно возникающих под влиянием радиоактивных веществ, фиксирующихся в костях (радий, радиоактивный стронций и др.), является одним из наиболее сложных и актуальных. Изменения костей при лучевой болезни привлекали пристальное внимание исследователей. (Хаит, Деленд, Кук и др.). (Юинг- «лучевые оститы» (Юинг) и некро­зы) (Пек, Поинтон и Смит - остеомиэлитов).

Макроскопически кости после местного облучения рентге­новыми лучами в больших дозах (20—30 Гр и более) выглядят безжизненными, хрупкими. Иногда они крошатся от небольшого давления. Вместе с тем в ряде случаев кости мо­гут приобретать повышенную плотность и иметь мраморный вид. Встречаются также неравномерные обезображивающие утолщения костей, например диафизов длинных трубчатых костей.

Микроскопически изменения костной ткани обнаружива­ются главным образом, со стороны периоста, эндоста, сосудов гаверсовых систем и остеобластов в зонах роста. (При этом в надкостнице наблюдается расширение кровеносных сосудов, набухание и разволокнение коллагеновой стромы, повышение активности камбиальных элементов с дифференциацией остео­кластов. Периост может быть утолщенным. В более поздние сроки количество клеточных элементов в периосте постепенно уменьшается. При больших дозах облучения периост может особенно резко изменяться. Клеточные формы в нем исчезают, остается лишь тонкий слой грубых коллагеновых волокон (фиброз периоста). Значительные изменения при этом испы­тывают нервные и сосудистые образования.

Изменения эндоста развиваются параллельно с измене­ниями периоста. В начальных этапах может наблюдаться пролиферация с появлением .молодых остеогенных элементов и большого количества остеокластов. Затем количество кле­точных элементов, особенно остеобластов, убывает. Происхо­дит огрубение коллагеновых волокон и уменьшение 'количества сосудов.

Уменьшение остеобластов наблюдается особенно рано при облучении большими дозами. В ряде случаев они полностью исчезают (при сохранении некоторого количества остеокла­стов) как из периоста, так и из эндоста и гаверсовых про­странств.

Костная ткань после облучения может подвергаться остеокластическому рассасыванию со стороны периоста, эндоста и гаверсовых пространств. Иногда эти явления обусловливают картину остеопороза. Наибольшему рассасыванию обычно подвергается губчатое вещество облученных костей.

На состояние уже сформированного костного вещества большое влияние оказывают изменения периоста, эндоста, сосудистых и нервных образований (Юинг, Штраус и Мак Голдрич и др.). Особого внимания при этом заслуживают изменения сосудов, тем более что с ними могут быть связаны глубокие нарушения жизнедеятельности костной ткани вплоть до некрозов.

Изменения сосудов заключаются в постепенной потере ими тонуса и нарастании признаков возросшей проницаемости — утолщение стенок, набухание и десквамация эндотелия, плазморрагии (Б. Н. Могильницкий, Е. А. Соколенко). В да­леко зашедших случаях деструктивные процессы доходят до некроза стенки сосудов и облитерации просвета. Могут раз­виваться и своеобразные склеротические изменения сосудов (Л. Д. Подлящук и В. Я. Фридкин).

При больших дозах облучения наряду со значительными изменениями надкостницы и сосудов с течением времени раз­виваются глубокие нарушения жизнедеятельности костной ткани, приводящие к ее омертвению. Микроскопически опре­деляются участки кости, лишенные остеоцитов («пустые» костные тельца). Сосуды кости облитерированы. Надкостница в этих местах представляет собой узкий фиброзный пласт. Со стороны эндоста видна грубоволокпистая соединительная ткань.

При значительном повреждении периоста и эндоста мерт­вое костное вещество почти не подвергается рассасыванию. При сохранности окружающих тканей омертвевшая кость на­чинает подвергаться медленному и постепенному рассасыва­нию. Вокруг мертвых участков кости развивается своеобразная грануляционная ткань (демаркация), содержащая большое количество сосудов, клеток типа фибробластов и остеокла­стов. В кости появляются глубокие лакуны рассасывания (Делби с сотрудниками; Стемпли и Кер).

Параллельно рассасыванию обычно происходит и образо­вание новой кости. Участки рассасывания и отложения кости чаще располагаются беспорядочно. При этом процессы ново­образования костной ткани могут иногда приобретать главное значение в лучевом поражении кости. Однако, вследствие повреждения окружающих тканей и кости, процессы остеоге-неза протекают очень медленно и отличаются извращенным характером. Субпериостально или со стороны эндоста появ­ляются избыточные наложения примитивного костного веще­ства в виде грубоволокиистой кости или неоформленного остеоида, что приводит к постепенному обезображиванию и утолщению кости и сужению костномозгового канала (Юинг). Иногда развивается своеобразный склероз кости с закрытием гаверсовых каналов. Жизнедеятельность подобной кости, естественно, нарушена, однако кость может долго сохранять свою внешнюю форму и функцию, если не подвергается боль­шому давлению и травме и если не развивается инфекцион­ного процесса.

Костная ткань при лучевом «остите», особенно при наличии мертвых участков, весьма подвержена инфицированию, кото­рое легче всего возникает при расположении кости близко к поверхности кожи или слизистым. При присоединении инфекционного процесса течение лучевого «остита» резко ухудшается. Разви­вается отек окружающей ткани, кость подвергается усиленно­му разрушению с отделением секвестров. Иногда возникают гнойные периоститы. В то же время мертвые фрагменты кости, окруженные лейкоцитами, могут долго не подвергаться рас­сасыванию. Течение этих своеобразных тяжелых осложнений весьма длительно.

Особого рассмотрения заслуживает вопрос об изменениях растущих костей при действии ионизирующего излучения. Уже в ранних исследованиях было показано, что растущие кости очень чувствительны по отношению к облучению. Облу­чение эпифизов в сравнительно малых дозах — в пределах 2—5 Гр (Мартленд, Дэнлоп) — может привести к наруше­нию роста кости. Большие дозы могут обусловить серьезные осложнения в виде задержки роста длинных трубчатых костей, искривления позвоночника и т. д.

Патоморфологические исследования подвергшихся облучению костей животных (Брукс и Хилстром, Бисгард и Хунт, Хинкель) показали, что в первые дни после облучения в метафизах, вблизи эпифизарной хрящевой пластинки, наблю­дается прогрессирующий распад клеток костного мозга, уменьшение количества остеобластов и сосудов. Относительно увеличивается количество ретикулярных и жировых клеток, начинает выявляться строма костного мозга. Спустя несколько дней вокруг костных балок метафиза сохраняются лишь немногие патологические формы остеогенных клеток и разви­вается грубоволокнистая соединительная ткань.

Деление и рост хрящевых клеток эпифизарной хрящевой пластинки прекращается. Затем многие хрящевые клетки гиб­нут, остающиеся располагаются среди основного вещества хряща неравномерно. Рассасывание хряща и вскрытие хряще­вых капсул сначала замедляется и протекает нерегулярно, затем приостанавливается совсем. Новой костной ткани ниже пластинки хряща не образуется.

Через 2—3 недели после облучения (при дозах 6-8 Гр) процесс энхондрального окостенения начинает медленно вос­станавливаться. Вновь наблюдается деление и рост хрящевых клеток, в зоне резорбции хряща появляются остеобласты и сосуды. Однако в первый период восстановления новообразо­ванная кость имеет атипичную структуру и в ее составе со­храняются в относительно большом количестве нерассосав-шиеся фрагменты хряща.

При больших дозах (свыше 10-15 Гр) восстановление роста костей происходит значительно медленнее. При еще больших дозах (свыше 20-30 Гр) наблюдается постоянное прекращение роста кости в длину, причем процесс окостенения прекращается полностью.

Экспериментальные данные свидетельствуют об изменениях скелета при массивном внешнем облучении. Так, в работах Хеллера, а также Леви и Рога указывается, что после массивного общего облучения в костной ткани на­блюдается резкое уменьшение количества остеобластов, а в самые ранние сроки - преходящее увеличение остеокластов и рассасывание кости. В кости уменьшается количество остеоцитов. Наблюдается также прекращение роста костей в длину. Вокруг костных структур развивается грубоволокнистая ткань, содержащая ретикулярные клетки и клетки типа фи­бробластов. Эти изменения свидетельствуют о нарушениях жизнедеятельности костной ткани.

Весьма актуально изучение изменений костной тка­ни при поражениях инкорпорированными радиоактивными веще­ствами, фиксирующимися в скелете, особенно прочно и надолго, как, например, фиксироваться в костной ткани. Это обусловливает развитие соответствующих поражений организ­ма в форме острого или хронического лучевого заболевания. Особую опасность в этом отношении представляют радиоак­тивные элементы, имеющие длительный период полураспада и незначительную скорость выведения из организма, — радий, радиоторий, радиоактивный стронций, иттрий, цирконий и др.

В связи со все увеличивающимися мас­штабами работ с радиоактивными веществами изменениям костной ткани уделяется много внимания. К настоящему вре­мени изменения скелета, обусловленные поражением радиоак­тивными веществами «костной группы», изучены достаточно полно. При этом большинство работ касается изменений ко­стей при поражении радиоактивным стронцием, имеющим наибольшее практическое значение. Другие радиоактивные элементы «костной группы» вызывают изменения в костях, в общих чертах сходные с теми, которые возникают при поражении радиоактивным стронцием (Томас и Брунер, Хеллер, М. и В. Блюм).

При поражении радиоактивным стронцием наиболее выра­женные изменения скелета обнаруживаются в тех местах, где происходит наибольшее накапливание данного вещества. Это в свою очередь зависит от анатомо-физиологических особенно­стей различных отделов скелета и прежде всего от интенсив­ности обменных процессов костной ткани. Больше всего поэтому радиоактивные вещества обычно откладываются в зонах роста, во всех участках новообразования костной ткани и в местах, наиболее подвергающихся механическим на­грузкам.

Большое влияние на реакцию костной ткани оказывает возраст организма. У молодых животных по сравнению со старыми в скелете задерживается больше радиоактивного вещества и оно распределяется неравномерно: основная часть его откладывается в зонах роста, особенно в местах энхондрального окостенения длинных трубчатых костей. Это обус­ловливает развитие характерных изменений скелета, главным образом в метафизах длинных трубчатых костей. У старых животных, у которых процессы осоификации завершены, радиоактивное вещество задерживается в организме в мень­шем количестве вообще и распределятся по скелету более равномерно, что приводит к более диффузному, но менее выраженному поражению скелета.

Большое значение в развитии костных изменений имеет доза радиоактивного вещества, попавшего в организм. Изме­нения костей возникают при тех дозах радиоактивности, которые являются поражающими для организма, причем из­менения скелета при острой, подострой и хронической инток­сикации имеют известные различия.

Так, в случаях внутрибрюшинного введения в организм животных (белые крысы) больших доз радиактивного веще­ства (1,2—1,6 мкКи/г веса), обусловливающих развитие острого лучевого поражения, в костной ткани в течение 2—3 дней со стороны эндоста наблюдается разрастание клеточно-волокнистой ткани (по терминологии А. В. Русакова), содержащей большое количество остеобластов, вытянутых клеток и остео­кластов. Увеличивается также количество волокон, сначала аргирофильных, а затем коллагеновых. Такая же реакция, но менее выраженная, наблюдается со стороны околососуди­стой ткани гаверсовых каналов и периоста. Эти изменения сопровождаются рассасыванием костной ткани, особенно балок спонгиозной кости, но также и компактной, со стороны эндоста, гаверсовых каналов и в меньшей степени периоста. Вначале можно видеть картины пазушного рассасывания, за­тем рассасывание идет в основном по типу лакунарного (рис. 6.18.а.). Одновременно в ряде мест по краям костных балок происходит отложение некоторого количества остеоидной ткани.

В растущих костях сравнительно рано большие изменения наблюдаются в эпифизо-метафизах — зонах энхондрального окостенения (рис. 6.18.б.). Происходит задержка деления и созре­вания хрящевых клеток, нерегулярное обызвествление и рас­сасывание хряща. В метафизе, вблизи эпифизарной хрящевой пластинки, происходит разрушение кроветворной и остеобластической ткани. Новообразование кости в метафизе прекра­щается. Значительная часть костного вещества в зоне роста, образовавшегося до начала воздействия, рассасывается. Через 5—7 дней после введения радиоактивного вещества клеточные элементы остеогенной клеточно-волокнистой ткани начинают подвергаться постепенному разрушению. Остеобласты исчеза­ют сначала из эндоста эпифизо-метафизов, затем количество их заметно уменьшается вокруг костных балок спонгиозного слоя, а затем и в остальных местах. В растущих костях эти изменения ранее всего обнаруживаются в зонах роста.

В разросшейся эндостальной ткани резко уменьшается ко­личество клеток остеобластического ряда. Сохраняются лишь ретикулярные клетки, а также некоторое количество остео­кластов. Позже происходит увеличение числа клеток типа фибробластов. Коллагеновые волокна при этом утолщаются и огрубевают. В ряде мест происходит повышенное коллагенообразование особенно в метафизах вокруг сохранившихся костных трабекул. В различных участках костной ткани видно большое количество «пустых» костных телец. В основном ве­ществе кости на гистологических препаратах начинают выявляться разъединения и щели по ходу «линий склеивания» происходит деструкция стенок многих сосудов гаверсовых каналов и периоста. Общее количество сосудов уменьшается. В метафизах растущих «остей, вблизи эпифизарной хрящезой пластинки полностью исчезают остеобласты. Между костными трабекулами видна миксоматозная ткань. Рассасывание хря­ща эпифизарной пластинки и новообразование костной ткани прекращаются.

На высоте поражения остеобласты исчезают не только из зон роста, но и из эндоста, периоста и гаверсовых каналов. Вокруг костных балок спонгиозной кости, со стороны эндоста и в других областях по краю костных структур располагается грубоволокнистая соединительная ткань, содержащая ретику­лярные клетки, клетки типа фибробластов и грубые пучки коллагена. Костное вещество вследствие рассасывания кости, нерегулярного отложения примитивных структур типа грубоволокнистой кости и остеоида, гибели сосудов и остеоцитов приобретает неправильное строение (рис. 6.18в.). Эти изменения обычно наиболее выражены со стороны губчатой части кости и свидетельствуют о функциональной неполноценности костной ткани. В частности, на высоте поражения радиоактивными веществами кости приобретают повышенную ломкость. У животных (белых крыс) нередко возникают спонтанные переломы, особенно часто большеберцовой и бедренной костей.

Явления восстановления со стороны костной ткани при остром течении лучевых поражений проявляются весьма сла­бо. У животных, перенесших острый период поражения, на­блюдается отложение атипичных, несовершенных по строению костных образований (типа грубоволокнистой кости) по краю сохранившихся костных структур, в основном в спонгиозном слое кости. У растущих животных наблюдаются попытки восстановления процессов энхондрального окостенения. Эти явления атипичной регенерации костной ткани более полно выражены при подостром и хроническом течении заболевания вследствие более продолжительной жизни животных.

При подостром течении поражения (дозы 0,8—1 мкКи/г веса виутрибрюшинно) основные закономерности, касающиеся ре­акции костной ткани, сохраняются, однако явления деструкции кости несколько уменьшаются и протекают в более растянутые сроки, а явления регенерации заметно усиливаются.

В первые дни после начала воздействия также наблюдает­ся разрастание ткани эндоста с образованием фибро-ретикулярного костного мозга (клеточно-волокнистой ткани) по краю костных структур и интенсивное остеокластическое рассасы­вание костного вещества (рис. 6.18г.).

Позже, к концу первого месяца поражения, фибро-ретикулярный костный мозг постепенно замещается грубоволокнистой соединительной тканью. Процессы нормальной перестрой­ки костного вещества угнетаются. В зонах роста постепенно прекращаются процессы энхондрального окостенения. В кост­ном веществе появляются гибнущие остеоциты. Большим изменениям подвергаются кровеносные сосуды в виде набуха­ния и разволокнения их стенок, плазморрагий и слущивания эндотелия.

Однако обычно, начиная со 2-го месяца после попадания в организм радиоактивного вещества, наряду с описанными выше изменениями во многих участках скелета можно отме­тить явления регенерации костной ткани. В растущих костях в зонах роста вновь появляются участки остеогенной ткани, начинается рассасывание хряща эпифизарной пластинки, хотя и более медленное и неравномерное. Хрящевые клетки начи­нают делиться, и на метафизарном крае эпифизарной хрящевой пластинки накапливается большое количество готовых к вскрытию крупных уродливых хрящевых клеток. Вследствие недостаточного и неравномерного рассасывания хряща эти выросты хряща со скоплениями уродливых хрящевых клеток часто начинают как бы распространяться в сторону диафиза. Ниже эпифизарной хрящевой пластинки, в метафизе и прилегающей к нему части диафиза, накапливаются фрагменты патологического костного вещества, образовавшегося в резуль­тате несовершенного остеогенеза (рис. 6.18д.). Они представляют собой структуры, более всего напоминающие грубоволокнистую кость и обызвествленный коллаген. Подобные же прими­тивные структуры могут образоваться и в других частях скелета.

	а. Остеокластическое рассасывание костной ткани коркового слоя большеберцовой кости крысы через 5 суток после внутрибрюшинного введения 90Sr (1,6 мкКи/кг массы животного).
	б. Гибель остеобластической ткани, нарушение рассасывания хряща и угнетение новообразования кости в зоне энхондрального окостенения длинной трубчатой кости крысы через 5 суток после внутрибрюшинного введения 90Sr (1,6 мкКи/кг массы животного).
	в. Нарушение нормального строения кости вследствие интенсивного её рассасывания и образования незрелых костных структур коркового слоя диафиза большеберцовой кости крысы через 22 дня после внутрибрюшинного введения 90Sr (1,6 мкКи/кг массы животного).
	г. Интенсивное рассасывание костного вещества с разрастанием клеточно-волокнистой ткани коркового слоя диафиза бедренной кости крысы через 6 суток после внутрибрюшинного введения 90Sr (0,8 мкКи/кг массы животного).
	д. Образование патологических костных структур зоны энхондрального окостенения длинной трубчатой кости крысы через 40 суток после внутрибрюшинного введения 90Sr (1,6 мкКи/кг массы животного).

Рис. 6.15.Микрофотограммы изменений костной ткани после

облучения (Н.А. Краевский, 1957).

Наиболее сильно явления постепенного нарушения остеогенеза проявляются при хроническом течении заболевания (дозы 0,3-0,5 мкКи/г веса), когда они выходят на первый план в сравнении с деструктивными изменениями костной ткани, выраженными в гораздо меньшей степени и проявляющимися далеко не во всех участках костей и не во все периоды тече­ния поражения. Однако общая последовательность костных изменений при хроническом течении поражения остается такой же, как и при остром и подостром.

Вначале развивается клеточно-волокнистая ткань со сто­роны эндоста, вокруг сосудов гаверсовых пространств и иног­да со стороны периоста. Наблюдается рассасывание костного вещества и новообразование незрелых костных структур типа остеоида, обызвествленного коллагена, грубоволокнистой кости. Позже в ряде мест клеточно-волокнистая ткань может замещаться грубоволокнистой соединительной тканью. Нор­мально протекающая перестройка костной ткани прекращает­ся. Появляются признаки, свидетельствующие об угнетении жизнедеятельности костной ткани (резкое уменьшение количе­ства остеобластов, гибель остеоцитов, запустение кровеносных сосудов). Обнаруживаются участки костной ткани, лишенные остеоцитов, с беспорядочной структурой и неправильным расположением гаверсовых систем, склерозированными или облитерированными сосудами. Надкостница в таких местах имеет вид узкого пласта фиброзной ткани. Часть кости пред­ставляется в виде остеоидной ткани. В других местах имеются беспорядочно расположенные, резко базофильные полосы основного костного вещества.

При хроническом течении поражения могут образовывать­ся субпериостальные и эндостальные разрастания атипичной костной ткани, в результате чего кости уродливо и неравно­мерно утолщаются и обезображиваются. В других местах рассасывание кости и наличие неполноценных в функциональ­ном отношении атипичных костных структур обусловливают появление переломов и деформаций костей.

Переломы костей при поражении радиоактивными веще­ствами протекают по-разному в зависимости от тяжести тече­ния заболевания и стадии его развития. При остром пораже­нии и на высоте подострого, когда наблюдается угнетение жизнедеятельности костной ткани, переломы заживают мед­ленно, а часто и вообще не заживают. При хроническом течении заболевания, когда наблюдается повышение новооб­разования патологической костной ткани, может происходить сравнительно быстрое образование очень больших мозолей, которые, однако, состоят из хряща и грубоволокнистой костной ткани и долгое время не подвергаются обычному рассасыванию и замещению зрелой костной тканью.

Как уже говорилось, при хроническом поражении радиоак­тивными веществами в костной ткани наблюдаются прогресси­рующие нарушения процессов остеогенеза. В ряде случаев они могут завершиться развитием злокачественного роста.

У растущих животных подобные изменения наблюдаются чаще всего в метафизах длинных трубчатых костей вблизи эпифизарной хрящевой пластинки. Здесь появляются атипич­ные и несовершенные костные структуры в виде остеоида, грубоволокнистой кости и обызвествленного коллагена (рис. 6.16 а.). Количество их с течением времени увеличивается. Затем начинают образовываться еще более атипичные струк­туры аморфного и волокнистого характера. Между ними про­исходит увеличение количества клеточно-волокнистой ткани, содержащей клеточные элементы остеобластического ряда, а также ретикулярные клетки, остеобласты и клетки типа фибробластов (рис. 6.16 б.). Позже начинают выявляться призна­ки атипизма и клеточных элементов как в отношении их строения, так и расположения. Появляются свободно лежащие уродливые клетки, которые уже трудно отнести к какому-либо типу. Затем образуются тканевые пролифераты, состоящие из атипичных ^остеогенных клеток, имеющие тенденцию к распро­странению по костномозговой полости (рис. 6.16 в.). Наконец, в различных местах описанных выше разрастаний атипичной остеогенной ткани появляются участки, которые имеют вид опухоли (рис. 6.16 г.). При этом чаще всего развиваются злока­чественные опухоли по типу так называемых остеобластосарком, а также хондросарком, фибросарком и др. У собак и белых крыс часто наблюдается множественное развитие сар­ком в нескольких костях одновременно. Ближе всего измене­ния скелета при поражении радиоактивными веществами сто­ят к группе так называемых костных дисплазий (по А.В. Ру­сакову) , особенно к такому заболеванию, как деформирующий остоз (болезнь Пэджета). Как известно это заболевание также сравнительно часто заканчивается развитием злокачествен­ных костных опухолей.

	а. Атипичные костные структуры в области метафиза длинной трубчатой кости крысы через 2 месяца после внутрибрюшинного введения 90Sr (0,4 мкКи/кг массы животного).
	б. Увеличение количества клеточных элементов среди атипичных костных структур в области метафиза длинной трубчатой кости крысы через 3,5 месяца после внутрибрюшинного введения 90Sr (0,4 мкКи/г массы животного).
	в. Образование пролифератов, состоящих из атипичных остеогенных клеток, вблизи участков незрелой костной ткани крысы через 4½ месяца после внутрибрюшинного введения 90Sr (0,4 мкКи/г массы животного).
	г. Участок ткани, имеющей вид опухоли, через 5 месяцев после внутрибрюшинного введения крысы 90Sr (0,4 мкКи/г массы животного). Состоит из атипичных рстеобластов и мелких балочек остеоида и грубоволокнистой кости.

Рис. 6.16.Микрофотограммы изменений костной ткани после

облучения (Н.А. Краевский, 1957).

Изменение хрящевой ткани под влиянием проникающих излучений изучено совершенно недостаточно. Исходя из отсутствия морфологических изменений, считают, что зрелый гиалиновый и волокнистый хрящ весьма устойчив к облучению (Рего, Хинкель). Дегенеративные изменения суставного хряща наблюдаются при облучении в дозах 800—1200 г (Рейди с сотрудниками). Очень большие дозы рентгеновых лучей могут вызвать некротические изменения хрящевой ткани (Гудрич и Ленц).

Лучевая болезнь