Η επίδραση της χρόνιας φλεβικής στάσης στα φυσιολογικά οστά και στην πώρωση των καταγμάτων: πειραματική μελέτη σε επίμυες

Abstract

The purpose of this study was the evaluation of the effect of chronic venous stasis on normal rat bones as well as in osteotomised bones. Fifteen adult male one-year old rats comprised group A and 60 adult male 100 days-old rat comprised groups B, C, D and E. Chronic venous stasis was induced by common femoral vein ligation in groups A, B and C. The impact of chronic venous stasis on the intact left tibia was studied in group A. In the operation day the bone mineral density (BMD) and the bone mineral content (BMC) of both tibiae were measured employing DEXA in five regions of interest. The coefficients of variation for the ROI's 1-5 were 0.67, 0.89, 1.15, 1.23 and 4.07 respectively. The same measurements were repeated after two months and biomechanical testing followed using the three point bending test. There was no increase in tibiae and femur length. BMD and BMC density were statistically significantly increased in every ROI except ROI 5. The mean percentage BMD change was in the five ROI's 10.23+6%, 17.64+9.47%, 15.97±12.26%, 14.69±14.68% and -5.26+12.13% respectively. The mean percentage BMC change was in the five ROI's 12.36±7%, 12.36±6.94%, 19.82±14.22%, 13.45±18.63% and -1.97+18.84% respectively. A sixth ROI was defined in the distal tibial metaphysis where both BMD and BMC exhibited significant increases (11.81+5.6% and 11.15±8.1% respectively). In the bending test the tibiae exposed to venous stasis were statistically significantly superior in biomechanical terms relative to the contralateral normal tibia. The rat of groups A, B, C and D underwent open transverse osteotomy in the middle of the left tibia and subsequently were nailed using a 0.8 mm nail. The rats of groups B and C additionally underwent common femoral vein ligation. Three weeks later the rats of groups B and D have euthanatized and eight weeks later the rats of groups C and E followed. All tibiae have been examined with DEXA ex vivo and three point bending test. In every tibia 4 regions of interest were defined (ROI 1-4). The short-term coefficient of variation was regarding BMD 1.10, 1.69, 1.32 and 1.78 respectively and regarding BMC 1.52, 1.65, 1.77 and 1.89 respectively. The percentage change (increase or decrease) was calculated and this new parameter was used for statistical evaluation. The length of tibiae and femur was not statistically significant changed. In groups B and D, three weeks post-operation, statistical significant change of the BMD of group B (-7.11%) relative to group D (-14.9%) in ROI 3 was observed (p=0.03). There was also statistical significant change of the BMD of group D (26.36%) relative to group E (10.07%) in ROI 4 (p=0.017). The comparison of the percentage change of BMD of both tibiae between groups C and E revealed statistical significant difference in favor of group C (-0.53%) compared with group E (-9.02 %) regarding BMC in ROI 3. This ROI includes the fracture site (p=0.039). Regarding the left tibia groups B and C revealed increased biomechanical properties compared to groups D and E (p=0.05). Correlation between BMD and load to fracture was ascertained according to the equation Fmax= -227.69 +1829.3 BMD. Statistical evaluation was performed using several statistical tests according the problem. T-test for dependent and independent samples and analysis of covariance using the value of the right tibia as covariate were used. The correlation between BMC, BMC and Fmax was performed using the Pearson's correlation coefficient. The comparison of the histomorphometric measurements was performed using the independent samples t- test. The histology of fracture healing was examined in decalcified coronal sections. The quantitative evaluation was performed using the Huo method and also employing histomorphometric techniques. Fracture healing was accomplished with the process of secondary healing. Three weeks post-fracture the mean Huo score was 6.7 in group B and 6.2 in group D (p<0.05). The total callus surface was 65±10.8 mm2 in group B and 47±8.4 mm2 in group D (p<0.0001). Eight week post-fracture the mean Huo score was 8.7 in group D and 8.3 in group E. This difference was not significant. The total callus surface was 51±8.3 mm2 in group C and 49±7.9 mm2 in group E. The callus diameter in his widest point was 3.4±0.22 mm in group C and 2.9±0.50 mm in group E respectively (p<0.05). The callus bone density was 94.8±2.2% in group C and 87.5±3.5% in group E (p<0.05). The findings from the histologic examination of the soft tissues revealed no significant abnormality in the skin, Achilles tendon, sciatic nerve and gastrocnemius muscle in legs with venous stasis. In conclusion, venous stasis in this rat model increased the bone density and biomechanical properties of normal bones and also improved fracture healing and increased the biomechanical properties of fractured tibiae.

Σκοπός της εργασίας αυτής ήταν η διερεύνηση της επίδρασης του φαινομένου της χρόνιας φλεβικής στάσης σε φυσιολογικά οστά επίμυων καθώς σε οστά που είχαν υποστεί οστεοτομία. Χρησιμοποιήθηκαν 15 άρρενες επίμυες ηλικίας ενός έτους που αποτέλεσαν την ομάδα A και 60 άρρενες επίμυες ηλικίας 100 ημερών που κατανεμήθηκαν σε 4 ομάδες Β, Γ, Δ και Ε. Φλεβική στάση προκλήθηκε με την απολίνωση της κοινής μηριαίας φλέβας στις ομάδες A, Β και Γ. Η ομάδα A χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της φλεβικής στάσης στη φυσιολογική, ανέπαφη αριστερή κνήμη. Μετρήθηκε την ημέρα της επέμβασης η οστική πυκνότητα (BMD) και η περιεκτικότητα σε ανόργανα άλατα (BMC) και των δύο κνημών με τη χρήση της πυκνομετρικής μεθόδου DEXA ορίζοντας 5 περιοχές ενδιαφέροντος. Οι συντελεστές μεταβλητότητας για τις περιοχές ενδιαφέροντος 1-5 όσον αφορά στην ομάδα A ήταν 0.67, 0.89, 1.15, 1.23 και 4.07 αντίστοιχα. Οι μετρήσεις επαναλήφθηκαν μετά από δύο μήνες και στη συνέχεια ακολούθησε ευθανασία των ζώων και μέτρηση των εμβιομηχανικών ιδιοτήτων των κνημών με τη δοκιμασία της κάμψης τριών σημείων. Το μήκος των κνημών και των μηριαίων δεν παρουσίασε στατιστικά σημαντική μεταβολή. Η οστική πυκνότητα όπως εκτιμήθηκε με τις παραμέτρους BMD και BMC παρουσίασε στατιστικά λίαν σημαντική αύξηση σε όλες τις περιοχές ενδιαφέροντος πλην της ROI 5 σε σχέση με την αρχική τιμή. Η μέση τιμή της ποσοστιαίας μεταβολής, αύξησης, της BMD ήταν 10.23±6%, 17.64+9.47%, 15.97+12.26%, 14.69+14.68% και -5.26+12.13%. Η μέση τιμή της ποσοστιαίας αύξησης της BMC ήταν 12.36±7%, 12.36+6.94%, 19.82±14.22%, 13.45±18.63%, -1.97±18.84%. Ορίστηκε επίσης μία ακόμα περιοχή ενδιαφέροντος (ROI 6) στην περιφερική μετάφυση της κνήμης στην οποία οι μεταβολές των BMD και BMC παρουσίαζαν στατιστικά σημαντική αύξηση (11.81±5.6% και 11.15±8.1% αντίστοιχα). Η εμβιομηχανική μελέτη καταπόνησης της κνήμης σε κάμψη τριών σημείων κατέδειξε υπεροχή της αριστερής κνήμης η οποία είχε υποστεί την επίδραση της φλεβικής στάσης σε σχέση με τη δεξιά σε βαθμό στατιστικά σημαντικό σε όλες τις μετρούμενες παραμέτρους. Τα ζώα των ομάδων Β, Γ, Δ και Ε υποβλήθηκαν σε ανοικτή εγκάρσια οστεοτομία στη μεσότητα της αριστερής κνήμης και ενδομυελική ήλωση με ήλο 0.8 mm. Τα ζώα των ομάδων Β και Γ υποβλήθηκαν επίσης σε φλεβική στάση. Μετά από 3 εβδομάδες πώρωσης θυσιάστηκαν τα ζώα των ομάδων Β και Δ και μετά από 8 εβδομάδες τα ζώα των ομάδων Γ και Ε. Όλες οι κνήμες υποβλήθηκαν σε μέτρηση με DEXA και σε εμβιομηχανικό έλεγχο με δοκιμασία κάμψης τριών σημείων. Σε κάθε κνήμη ορίστηκαν στα πυκνομετρικά δεδομένα 4 περιοχές ενδιαφέροντος (ROI 1-4) με βραχυχρόνιο συντελεστή μεταβλητότητας όσον αφορά στην BMD 1.10, 1.69, 1.32 και 1.78 αντίστοιχα και όσον αφορά στην BMC 1.52, 1.65, 1.77 και 1.89 αντίστοιχα. Υπολογίστηκε η ποσοστιαία μεταβολή τους (αύξηση ή μείωση με θετικό ή αρνητικό πρόσημο αντίστοιχα) και αυτή η νέα παράμετρος χρησιμοποιήθηκε για την πραγματοποίηση των συγκρίσεων μεταξύ των διαφόρων ομάδων. Η μεταβολή του μήκους της κνήμης και του μηριαίου δεν ήταν στατιστικά σημαντική σε καμία ομάδα. Όσον αφορά στις ποσοστιαίες μεταβολές των παραμέτρων BMD και BMC στις ομάδες Β και Δ, 3 εβδομάδες μετά τη χειρουργική επέμβαση, διαπιστώθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά υπέρ της ομάδας Β (-7.11%) σε σχέση με την ομάδα Δ (-14.9%) για τη διαφορά δεξιού-αριστερού ποδιού όσον αφορά στην BMD στην ROI 3 (p=0.03). Επίσης διαπιστώθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά υπέρ της ομάδας Δ (26.36%) σε σχέση με την ομάδα Β (10.07%) για τη διαφορά δεξιού- αριστερού ποδιού όσον αφορά στην BMD στην ROI 4 (p=0.017). Η σύγκριση των ποσοστιαίων μεταβολών στην αριστερή και στη δεξιά κνήμη ανάμεσα στις ομάδες Γ και Ε κατέδειξε την ύπαρξη στατιστικά σημαντικής διαφοράς υπέρ της ομάδας Γ (-0.53%) σε σχέση με την ομάδα Ε (-9.02 %) για τη διαφορά δεξιού-αριστερού όσον αφορά στην BMC στην ROI 3 την περιοχή δηλαδή εκατέρωθεν της καταγματικής εστίας (p=0.039). Όσον αφορά στην αριστερή, χειρουργημένη κνήμη η ομάδα Β παρουσίαζε οριακά αυξημένη μηχανική αντοχή όπως εκφράζεται από το φορτίο θραύσης (p=0.05) σε σχέση με την ομάδα Δ. Επίσης διαπιστώθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά ανάμεσα στις ομάδες Γ και Ε για την αριστερή κνήμη σε σχέση με όλες τις μεταβλητές μηχανικής αντοχής όπου τα κατάγματα της ομάδας Γ παρουσίαζαν σημαντικά υψηλότερες τιμές από τα κατάγματα της ομάδας Ε. Διαπιστώθηκε η ύπαρξη γραμμικής σχέσης μεταξύ της BMD και του φορτίου θραύσης του οστού σύμφωνα με την εξίσωση Fmax= -227.69 +1829.3 BMD. Η επεξεργασία των αποτελεσμάτων έγινε με τη χρήση διαφορετικών στατιστικών δοκιμασιών ανάλογα με το ζητούμενο. Ως επίπεδο τεκμηρίωσης της ύπαρξης στατιστικής σημαντικότητας ελήφθη το p<0.05. Χρησιμοποιήθηκαν η δοκιμασία τ για εξαρτημένα και ανεξάρτητα δείγματα και το μοντέλο ανάλυσης συνδιακύμανσης κατά έναν παράγοντα χρησιμοποιώντας σα μεταβλητή προσαρμογής την τιμή της δεξιάς κνήμης. Για τη συσχέτιση ανάμεσα σε BMD, BMC και στη Fmax για τα διάφορα ROI's χρησιμοποιήθηκε ο συντελεστής συσχέτισης του Pearson (Pearson's correlation coefficient). Η σύγκριση των ιστολογικών και των ιστομορφομετρικών μετρήσεων έγινε με τη χρήση της δοκιμασίας τ για ανεξάρτητα δείγματα (Independent samples t-test). Ιστολογικά εξετάστηκαν οι κνήμες που είχαν υποστεί κάταγμα μετά από αφαλάτωσή τους. Η ποσοτική έκφραση των παρατηρήσεων έγινε με τη μέθοδο Huo και με τη λεπτομερή ιστομορφομετρία. Η πώρωση των καταγμάτων έλαβε χώρα με το μηχανισμό της δευτερογενούς πώρωσης. Μετά από 3 εβδομάδες το μέσο σκορ κατά Huo ήταν 6.7 στην ομάδα Β και 6.2 στην ομάδα Δ (p<0.05). Η συνολική επιφάνεια του πώρου ήταν 65±10.8 mm2 στην ομάδα Β και 47±8.4 mm2 στην ομάδα Δ αντίστοιχα (p<0.0001). Μετά από 8 εβδομάδες ήταν μέσο σκορ κατά Huo ήταν 8.7 στην ομάδα Δ και 8.3 στην ομάδα Ε. Η διαφορά αυτή δεν ήταν σημαντική. Η συνολική επιφάνεια του πώρου ήταν 51±8.3 mm2 στην ομάδα Γ και 49±7.9 mm2 και στην ομάδα Ε. Η διάμετρος του πώρου στο ευρύτερο σημείο του ήταν στην ομάδα Γ 3.4±0.22 mm και στην ομάδα Ε 2.9±0.50 mm αντίστοιχα (p<0.05). Η οστική πυκνότητα του πώρου ήταν 94.8±2.2% στην ομάδα Γ και 87.5±3.5% στην ομάδα Ε (p<0.05). Τα ευρήματα από την ιστολογική εξέταση των μαλακών μορίων δεν ήταν ιδιαίτερα σημαντικά ενώ δε διαπιστώθηκαν ιδιαίτερες αλλοιώσεις στο δέρμα, στο γαστροκνήμιο μυ, στον αχίλλειο τένοντα και στο ισχιακό νεύρο στην πλευρά που είχε προκληθεί φλεβική στάση. Συμπερασματικά, η φλεβική στάση στο πειραματικό πρότυπο που χρησιμοποιήθηκε είχε σαν αποτέλεσμα την αύξηση της οστικής πυκνότητας και των εμβιομηχανικών ιδιοτήτων των φυσιολογικών οστών ενώ σε κατεαγότα οστά προκάλεσε ευόδωση της πώρωσης και βελτίωση των εμβιομηχανικών ιδιοτήτων των κνημών.