Traumatology and Orthopedics of RussiaTraumatology and Orthopedics of RussiaТравматология и ортопедия России2311-29052542-0933Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics144910.21823/2311-2905-2020-26-4-93-101Theoretical and experimental studiesТеоретические и экспериментальные исследованияTheoretical and experimental studiesMorphological Changes in the Tibial Nerve During the Treatment of Large Tibia Defects Using Ilizarov Apparatus Combining with the Masquelet Technique: Experimental StudyМорфологические изменения большеберцового нерва при замещении крупных дефектов большеберцовой кости аппаратом Илизарова в комбинации с методом Masquelet: экспериментальное исследованиеhttps://orcid.org/0000-0001-5430-2045VarsegovaT. N.ВарсеговаТ. Н.
Russian Federation

Tatiana N. Varsegova — Cand. Sci. (Biol.), Senior Researcher, Laboratory of Morphology

Kurgan

Варсегова Татьяна Николаевна — канд. биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории морфологии

г. Курган

varstn@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9974-2204DiuriaginaO. V.ДюрягинаО. В.
Russian Federation

Olga V. Diuriagina — Cand. Sci. (Vet.), Head of Experimental Laboratory

Kurgan

Дюрягина Ольга Владимировна — канд. вет. наук, заведующая экспериментальной лабораторией

г. Курган

diuriagina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2890-3597EmanovA. A.ЕмановА. А.
Russian Federation

Andrei A. Emanov — Cand. Sci. (Vet.), Leading Researcher, Experimental Laboratory

Kurgan

Еманов Андрей Александрович — канд. вет. наук, ведущий научный сотрудник экспериментальной лаборатории

г. Курган

a_eman@list.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9041-173XMokhovikovD. S.МоховиковД. С.
Russian Federation

Denis S. Mokhovikov — Cand. Sci. (Med.), Researcher, Head of Traumatology and Orthopaedics Department

Kurgan

Моховиков Денис Сергеевич — канд. мед. наук, научный сотрудник лаборатории клиники реконструктивной костно-суставной хирургии детей и взрослых, заведующий травматолого-ортопедическим отделением

г. Курган

mokhovikov_denis@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3720-5467BorzunovD. Yu.БорзуновД. Ю.
Russian Federation

Dmitrii Yu. Borzunov — Dr. Sci. (Med.), Assistant Professor, Department of Traumatology and Orthopaedics

Ekaterinburg

Борзунов Дмитрий Юрьевич — д-р мед. наук, доцент, профессор кафедры травматологии и ортопедии

г. Екатеринбург

borzunov@bk.ruNational Ilizarov Medical Research Center of Traumatology and OrthopaedicsФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава РоссииUral State Medical UniversityФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России16122020264931012805202018082020https://journal.rniito.org/jour/article/view/1449

Background. The use of Masquelet technology in combination with non-free osteoplasty according to Ilizarov in order to compensate large defects of the lower leg bones provides proper bone union and recurrence-free course of the disease, but the problem of patient rehabilitation remains relevant. The course and duration of the recovery period depend on the morphofunctional state of the tibial nerves. The purpose of this study was to determine morphological changes in the tibia nerve of dogs during the experimental treatment of large tibial defects using Ilizarov apparatus combining with the Masquelet technique. Materials and Methods. A defect of the upper third of the tibia in the form of false joint was created in 10 mongrel dogs. Then this defect was replaced with 25 mm diastasis, into which a cement spacer was placed. After 30 days, the latter was removed. At the level of the lower third, transverse osteotomy was performed, as well as distraction of 1 mm rate for 4 times per day, until complete contact of the fragments in the defect zone. The tibial nerves were studied within the periods of 60 days of fixation (F60) and 30 days after the fixator removal (FR30). Results. There were no mechanical damages of the nerves. During the experiment a part of epineural veins and arteries had obliterated lumens, two-fold decrease in the numerical density of endoneural arterioles, venules and capillaries was observed in FR30 — 97.5±2.5 in 1 mm2 (normally — 182.0±22.0), that evidenced of microcirculatory disorders progressing towards the end of the experiment. Patterns of Wallerian degeneration were found along with typical damages to fibers during distraction osteosynthesis demyelination and axonal degeneration. In F60 the proportion of modified fibers was 7.7±1.5%, which was 4.8 times higher (р = 0.52×10-5) above normal, the numerical densities and dimensional characteristics of fibers decreased. At the end of the experiment, the proportion of modified conductors 2.3-fold exceeded the norm (p = 0.33×10-4) — 3.7±0.4%, the numerical density of fibers remained 10.2% below the norm (p = 0.0362), making up 17436±865, but the average axon diameter and thickness of myelin sheaths were restored. Conclusion. Microcirculatory dysfunction, axonal atrophy, demyelination, Wallerian degeneration of a part of myelin nerve fibers and a decrease in their number revealed in the tibial nerves during the treatment of large tibia defects using the Masquelet technique combining with Ilizarov non-free bone grafting indicated the need for the use of adequate neurometabolic pharmacotherapy and effective rehabilitation.

Актуальность. Применение технологии Masquelet в комплексе с несвободной костной пластикой по Илизарову для устранения крупных дефектов костей голени позволяет добиться полноценного костного сращения и безрецидивного течения заболевания, но проблема реабилитации пациентов остается актуальной. Течение и длительность восстановительного периода зависят от морфофункционального состояния большеберцовых нервов. Цель работы — выявить морфологические изменения большеберцового нерва собак при замещении крупных дефектов большеберцовой кости аппаратом Илизарова в комбинации с методом Masquelet в эксперименте. Материал и методы. Десяти беспородным собакам, применяя метод Илизарова, моделировали дефект-псевдоартроз большеберцовой кости на уровне верхней трети голени, создавали дефект-диастаз протяженностью 25 мм, размещали цементный спейсер, который извлекали через 30 суток. На уровне нижней трети осуществляли поперечную остеотомию и дистракцию с темпом 1 мм за 4 приема в сутки до полного контакта отломков в области дефекта. Исследования большеберцовых нервов проводили в сроки 60 суток фиксации (Ф60) и 30 суток после демонтажа аппарата (БА30). Результаты. Механические повреждения нервов отсутствовали. В течение опыта часть эпиневральных вен и артерий имели облитерированные просветы, в БА30 наблюдалось двукратное снижение численной плотности эндоневральных артериол, венул и капилляров — 97,5±2,5 в 1 мм2 (норма 182,0±22,0), что свидетельствует о микроциркуляторных расстройствах, прогрессирующих к концу опыта. Наряду с типичными повреждениями волокон при дистракционном остеосинтезе — демиелинизацией и аксональной дегенерацией, обнаруживались картины валлеровской дегенерации. В Ф60 доля измененных волокон составляла 7,7±1,5%, что в 4,8 раза выше (р = 0,52×10-5) нормы, численные плотности и размерные характеристики волокон снижались. В конце опыта доля измененных проводников превышала норму в 2,3 раза (р = 0,33×10-4) — 3,7±0,4%, численная плотность волокон оставалась ниже нормы на 10,2% (p = 0,0362) — составляла 17436±865, но средний диаметр аксонов и толщина миелиновых оболочек восстанавливались. Заключение. Выявленные в большеберцовых нервах микроциркуляторные расстройства, аксональная атрофия, демиелинизация, валлеровская дегенерация части миелиновых нервных волокон и снижение их численности при замещении крупных дефектов большеберцовой кости методом Masquelet в комплексе с несвободной костной пластикой по Илизарову указывают на необходимость применения адекватной нейрометаболической фармакотерапии и эффективных методов реабилитации.

tibia defectMasquelet techniquetibial nervehistomorphometryдефект голениметод Masqueletбольшеберцовый нервгистоморфометрия1. Тихилов Р.М., Кочиш А.Ю., Родоманова Л.А., Кутянов Д.И., Афанасьев А.О. Возможности современных методов реконструктивно-пластической хирургии в лечении больных с обширными посттравматическими дефектами тканей конечностей. Травматология и ортопедия России. 2011;60(2):164-170. doi: 10.21823/2311-2905-2011-0-2-164-170.2. Dou H., Wang G., Xing N., Zhang L. Repair of large segmental bone defects with fascial flap-wrapped allogeneic bone. J Orthop Surg Res. 2016;11(1):162. doi: 10.1186/s13018-016-0492-9.3. Mauffrey C., Hake M.E., Chadayammuri V., Masquelet A.C. Reconstruction of Long Bone Infections Using the Induced Membrane Technique: Tips and Tricks. J Orthop Trauma. 2016;30(6):e188-e193. doi: 10.1097/BOT.0000000000000500.4. Jin Z.C., Cai Q.B., Zeng Z.K., Li D., Li Y., Huang P.Z. et al. [Research progress on induced membrane technique for the treatment of segmental bone defect]. Zhongguo Gu Shang. 2018;31(5):488-492. (In Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1003-0034.2018.05.018.5. Morelli I., Drago L., George D.A., Romanò D., Romanò C.L. Managing large bone defects in children: a systematic review of the ‘induced membrane technique’. J Pediatr Orthop B. 2018;27(5):443-455. doi: 10.1097/BPB.0000000000000456.6. Mathieu L., Bilichtin E., Durand M., de l’Escalopier N., Murison J.C., Collombet J.M. et al. Masquelet technique for open tibia fractures in a military setting. Eur J Trauma Emerg Surg. 2019. doi: 10.1007/s00068-019-01217-y. Epub ahead of print.7. Raven T.F., Moghaddam A., Ermisch C., Westhauser F., Heller R., Bruckner T. et al. Use of Masquelet technique in treatment of septic and atrophic fracture nonunion. Injury. 2019;50 Suppl 3:40-54. doi: 10.1016/j.injury.2019.06.018.8. Vidal L., Kampleitner C., Brennan M.Á., Hoornaert A., Layrolle P. Reconstruction of Large Skeletal Defects: Current Clinical Therapeutic Strategies and Future Directions Using 3D Printing. Front Bioeng Biotechnol. 2020;8:61. doi: 10.3389/fbioe.2020.00061.9. Masquelet A.C., Kishi T., Benko P.E. Very longterm results of post-traumatic bone defect reconstruction by the induced membrane technique. Orthop Traumatol Surg Res. 2019;105(1):159-166. doi: 10.1016/j.otsr.2018.11.012.10. Morwood M.P., Streufert B.D., Bauer A., Olinger C., Tobey D., Beebe M. et al. Intramedullary Nails Yield Superior Results Compared With Plate Fixation When Using the Masquelet Technique in the Femur and Tibia. J Orthop Trauma. 2019;33(11):547-552. doi: 10.1097/BOT.0000000000001579.11. Борзунов Д.Ю., Соколова М.Н. Методические принципы замещения дефектов костей предплечья с использованием технологии чрескостного остеосинтеза. Травматология и ортопедия России. 2010;57(3):102-111. doi: 10.21823/2311-2905-2010-0-3-103-110.12. Masquelet A.C., Obert L. [Induced membrane technique for bone defects in the hand and wrist]. Chir Main. 2010;29 Suppl 1:S221-S224. (In French). doi: 10.1016/j.main.2010.10.007.13. Masquelet A.C., Begue T. The concept of induced membrane for reconstruction of long bone defects. Orthop Clin North Am. 2010;41(1):27-37. doi: 10.1016/j.ocl.2009.07.011.14. Karger C., Kishi T., Schneider L., Fitoussi F., Masquelet A.C. Treatment of posttraumatic bone defects by the induced membrane technique. Orthop Traumatol Surg Res. 2012;98(1):97-102. doi: 10.1016/j.otsr.2011.11.001.15. Krappinger D., Irenberger A., Zegg M., Huber B. Treatment of large posttraumatic tibial bone defects using the Ilizarov method: a subjective outcome assessment. Arch Orthop Trauma Surg. 2013;133(6):789-795. doi: 10.1007/s00402-013-1712-y.16. Chimutengwende-Gordon M., Mbogo A., Khan W., Wilkes R. Limb reconstruction after traumatic bone loss. Injury. 2017; 48(2):206-213. doi: 10.1016/j.injury.2013.11.022.17. Tong K., Zhong Z., Peng Y., Lin C., Cao S., Yang Y. et al. Masquelet technique versus Ilizarov bone transport for reconstruction of lower extremity bone defects following posttraumatic osteomyelitis. Injury. 2017;48(7):16161622. doi: 10.1016/j.injury.2017.03.042.18. Durand M., Barbier L., Mathieu L., Poyot T., Demoures T., Souraud J.B. et al. Towards Understanding Therapeutic Failures in Masquelet Surgery: First Evidence that Defective Induced Membrane Properties are Associated with Clinical Failures. J Clin Med. 2020;9(2):450. doi: 10.3390/jcm9020450.19. Барабаш А.П., Кесов Л.А., Барабаш Ю.А., Шпиняк С.П. Замещение обширных диафизарных дефектов длинных костей конечностей. Травматология и ортопедия России. 2014;72(2):93-99.20. Шаталин А.Е., Бобров М.И., Митрофанов В.Н., Королев С.Б. Техника Masqelet при замещении дефектов костей предплечья в условиях гнойной хирургической инфекции. Архив клинической и экспериментальной медицины. 2018;27(3):72-77.21. Cui T., Li J., Zhen P., Gao Q., Fan X., Li C. Masquelet induced membrane technique for treatment of rat chronic osteomyelitis. Exp Ther Med. 2018;16(4):30603064. doi: 10.3892/etm.2018.6573.22. Wang J., Yin Q., Gu S., Wu Y., Rui Y. Induced membrane technique in the treatment of infectious bone defect: A clinical analysis. Orthop Traumatol Surg Res. 2019;105(3):535-539. doi: 10.1016/j.otsr.2019.01.007.23. Morelli I., Drago L., George D.A., Gallazzi E., Scarponi S., Romanò C.L. Masquelet technique: myth or reality? A systematic review and metaanalysis. Injury. 2016;47 Suppl 6:S68-S76. doi: 10.1016/S0020-1383(16)30842-7.24. Taylor B.C., French B.G., Fowler T.T., Russell J., Poka A. Induced membrane technique for reconstruction to manage bone loss. J Am Acad Orthop Surg. 2012;20(3):142-150. doi: 10.5435/JAAOS-20-03-142.25. Masquelet A.C. Induced Membrane Technique: Pearls and Pitfalls. J Orthop Trauma. 2017;31 Suppl 5:S36-S38. doi: 10.1097/BOT.0000000000000979.26. Masquelet A., Kanakaris N.K., Obert L., Stafford P., Giannoudis P.V. Bone Repair Using the Masquelet Technique. J Bone Joint Surg Am. 2019;101(11):10241036. doi: 10.2106/JBJS.18.00842.27. Konda S.R., Gage M., Fisher N., Egol K.A. Segmental Bone Defect Treated With the Induced Membrane Technique. J Orthop Trauma. 2017;31 Suppl 3:S21-S22. doi: 10.1097/BOT.0000000000000899.28. Aurégan J.C., Bégué T., Rigoulot G., Glorion C., Pannier S. Success rate and risk factors of failure of the induced membrane technique in children: a systematic review. Injury. 2016;47 Suppl 6:S62-S67. doi: 10.1016/S0020-1383(16)30841-5.29. Morris R., Hossain M., Evans A., Pallister I. Induced membrane technique for treating tibial defects gives mixed results. Bone Joint J. 2017;99-B(5):680-685. doi: 10.1302/0301-620X.99B5.BJJ-2016-0694.R2.30. Giotikas D., Tarazi N., Spalding L., Nabergoj M., Krkovic M. Results of the Induced Membrane Technique in the Management of Traumatic Bone Loss in the Lower Limb: A Cohort Study. J Orthop Trauma. 2019;33(3):131-136. doi: 10.1097/BOT.0000000000001384.31. El-Hadidi T.T., Soliman H.M., Farouk H.A., Radwan M.A.E. Staged bone grafting for the management of segmental long bone defects caused by trauma or infection using induced-membrane technique. Acta Orthop Belg. 2018;84(4):384-396.32. Кутиков С.А., Lettreuch A.R., Saighi-Bouaouina A., Борзунов Д.Ю., Дьячкова Г.В. Врожденный ложный сустав голени. Проблемы, возможные варианты решения. Гений ортопедии. 2014;(3):24-30.33. Борзунов Д.Ю., Горбач Е.Н., Моховиков Д.С., Колчин С.Н. Комбинированные костнопластические вмешательства при реабилитации пациентов с врожденным ложным суставом костей голени. Гений ортопедии. 2019;25(3):318-323. doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-3-304-31134. Pelissier P., Boireau P., Martin D., Baudet J. Bone reconstruction of the lower extremity: complications and outcomes. Plast Reconstr Surg. 2003;111(7):22232229. doi: 10.1097/01.PRS.0000060116.21049.53.35. Althagafi A., Nadi M. Acute Nerve Injury. [Updated 2020 Aug 10]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2020. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK549848/.36. Burnett M.G., Zager E.L. Pathophysiology of peripheral nerve injury: a brief review. Neurosurg Focus. 2004;16(5):E1. doi: 10.3171/foc.2004.16.5.2.37. Щудло М.М., Щудло Н.А., Варсегова Т.Н., Борисова И.В. Реакция нервов на растяжение и их структурная адаптация к удлинению конечности. Гений ортопедии. 2009;(4):48-55.38. Yamagishi Y., Samukawa M., Kuwahara M., Takada K., Saigoh K., Mitsui Y. et al. Charcot-Marie-Tooth disease with a mutation in FBLN5 accompanying with the small vasculitis and widespread onionbulb formations. J Neurol Sci. 2020;410:116623. doi: 10.1016/j.jns.2019.116623.39. Wang A.P., Catana D., Provias J.P., Reddy K.K.V. Hypertrophic Interstitial Neuropathy of the Trigeminal Nerve: Case Report and Literature Review. Neurosurgery. 2020;87(1):E41-E47. doi: 10.1093/neuros/nyz418.