КТ-семиотика репаративных процессов в большеберцовой кости при интрамедуллярном остеосинтезе имплантатами с покрытием нитридами титана и гафния в эксперименте

Актуальной задачей травматологии является проблема выбора оптимального способа фиксации костных отломков и правильный выбор материалов, используемых при остеосинтезе и имплантации [12].

Металлические имплантаты имеют ряд недостатков, связанных с невысокой стойкостью к коррозии, особенно под воздействием биологически активных сред, что приводит к металлозу, несовместимости с тканями живого организма и отторжению имплантатов. Чаще это заканчивается несращением перелома, развитием гнойных процессов. В этой связи постоянно ведутся разработки по созданию оптимальных конструкций имплантатов и изыскиваются соответствующие биосовместимые материалы [9].

Одним из решений проблемы получения нового поколения имплантатов является использование схемы «металлическая основа-биопокрытие», то есть нанесение на их поверхность биосовместимых нерезорбируе-мых покрытий [2]. В настоящее время в этом качестве рассматриваются покрытия на основе нитридов титана. Они привлекательны биосовместимостью, обеспечивают низкий коэффициент трения и адекватную остеоинтеграцию [13]. Потенциально перспективными представляются также покрытия, содержащие нитрид гафния, который характеризуется химической инертностью, хорошей устойчивостью к окислению в экстремальных условиях [14], а также бактерицидностью [1]. Однако исследования этого вида покрытий единичны.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводились на кафедре ветеринарной хирургии ФГБОУ ВПО Казанской государственной академии ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана. Все экспериментальные исследования, содержание, уход и эвтаназия проводились согласно требованиям «Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментов и других научных целей» (1986) [7].

Использованные в эксперименте имплантаты представляли собой спицы из стали 12ХI8H9T, диаметром 2 мм. Часть спиц была подвергнута камерному нанесению покрытий из нитридов титана и гафния методом конден- сации из плазменной фазы при ионной бомбардировке.

Эксперименты были проведены согласно ГОСТ ИСО (Р) 10993 (п. 11, 12) и одобрены Локальным Этическим Комитетом при ФГБОУ ВПО «Казанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (протокол № 5 от 25 июня 2013 г.).

Экспериментальная модель использована на 40 кроликах в возрасте 6-7 месяцев с массой тела 2 526±74,4 г. Длина большеберцовой кости кроликов составила 105±3 мм. Животные были подобраны по принципу аналогов и разделены на две равные группы по 20 в каждой. Кролики содержались в одинаковых условиях, на одинаковом рационе, согласно рекомендациям по кормлению и содержанию лабораторных животных (Приказ Минздрава СССР от 12.08.1977 № 755).

При проведении опыта операцию осуществляли под общей анестезией (Rometar 2 % – 0,15-0,2 мл/кг, Золетил 100 – 10-15 мг/кг). Всем экспериментальным животным осуществлена открытая остеоклазия большеберцовой кости в области средней трети диафиза с медиальной поверхности голени с последующим ретроградным введением в костномозговую полость одной интрамедуллярной спицы [10]. В послеоперационном периоде проводилась внешняя иммобилизация оперированной конечности гипсовой повязкой до 10 суток.

При нарушении целостности большеберцовой кости путем остеоклазии у 38 кроликов (95 %) отмечался поперечный перелом, а у 2-х кроликов (5 %) оскольчатый.

Длительность эксперимента составила 180 суток. В послеоперационном периоде за животными вели ежедневные клинические наблюдения на протяжении всего периода лечения.

Компьютерную томографию проводили на муль-тиспиральном компьютерном томографе Toshiba Aquilion-16 (МСКТ) на 10, 30, 60, 90, 120,150 и 180 сутки после оперативного вмешательства (параметры – 120 кВ, 200 мАс, фильтр Bone, толщина среза 0,5 мм) [3, 11]. При проведении денситометрии определяли плотность периостальной мозоли и кортикальной пластинки в зоне остеоклазии.

Статистическую обработку полученных цифровых данных выполняли с применением пакета программ «SPSS», версия 13. Вычисляли среднеарифметическое выборочное значение показателя (М), стандартную ошибку среднеарифметического значения (m) по каждой из сравниваемых величин с определением достоверности различий (p) по методу Стьюдента-Фишера.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

При проведении МСКТ костей голени интактных кроликов плотность кортикальной пластинки большеберцовой кости в зоне в средней трети диафиза составляла 2890,0±63,1 HU (табл. 1).

На 10 сутки после операции на серии рентгеновских компьютерных томограмм у животных обеих групп были получены изображения костей голени правой конечности, фиксированных интрамедуллярной конструкцией (рис. 1). В обеих группах в зоне остеоклазии наблюдалась сформировавшаяся периостальная реакция. Плотность формировавшейся периостальной мозоли у животных группы сравнения на данном сроке составляла 443,0±44,0 HU, что в 1,9 раза ниже чем у животных опытной группы (877,0±30,0 HU) (р=0,001) (табл. 1).

На 30-е сутки были выявлены достоверные различия между группами, где плотность кортикальной пластинки у животных с имплантатами из стали без покрытия была достоверно меньше на 23 % – 1163±44,8 НU, чем у животных с имплантатами, покрытыми нитридами титана и гафния (1429±6,8HU) (р=0,001) (рис. 2). Отмечалась полная консолидация отломков большеберцовой кости у животных обеих групп.

Плотность вновь сформированной кортикальной пластинки в зоне остеоклазии у животных группы сравнения на 60 сутки (имплантаты из стали 12ХI8H9T) составила 1708,0±171,6 HU и была достоверно ниже на 26 %, чем у животных опытной группы – 2159,7±80,8 HU (р=0,045) (рис. 3).

При проведении МСКТ на последующих сроках (90-х, 120-х, 150-х суток) отмечалась тенденция к увеличению плотности кортикального слоя большеберцовой кости, где показатели опытной группы были на 15,5 % выше аналогичных значений животных группы сравнения.

При проведении МСКТ костей голени на 180 сутки плотность кортикальной пластики у животных группы сравнения составила 2414,5±115,5 HU, что на 18 % ниже, чем у животных с исследуемым покрытием – 2857,5±200,5 HU (рис. 4).

Таблица 1

Денситометрические показатели кортикальной пластинки (HU)

Группа животных	До операции	10 сутки	30 сутки	60 сутки	90 сутки	120 сутки	150 сутки	180 сутки
Группа сравнения	2890,0±63,1	443,0±44,0+++	1163,3±44,8+++	1708,0±171,6+	2191,0±277,0	2247,5±38,5	2321,0±284,0	2414,5±115,5
Опытная группа		877,0±30,0	1429,3±6,8	2159,7±80,8	2299,0±165,2	2742,5±287,5	2754,5±291,5	2857,5±200,5

Примечание: + – достоверные различия в отношении показателей опытной группы: + – р<0,05, +++ – р<0,001.

Рис. 2. МСКТ большеберцовой кости, зона перелома. 30-е сутки эксперимента (MPR): а – группа сравнения; б – опытная группа

Рис. 1. МСКТ большеберцовой кости в области перелома на 10-е сутки (MPR): а – группа сравнения, б – опытная группа

Рис. 3. МСКТ большеберцовой кости, зона перелома. 60-е сутки эксперимента (MPR): а – группа сравнения; б – опытная группа

Рис. 4. МСКТ большеберцовой кости, зона перелома. 180 сутки эксперимента (MPR): а – группа сравнения; б – опытная группа

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, проведенное исследование позволяет заключить, что применение имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния, обладающих высокой прочностью, термической и химической стабильностью, сопровождается формированием кортикальной пластинки в зоне остеоклазии с более высокими показателями плотностных характеристик. Так, на 10 сутки эксперимента плотность формировавшейся периостальной мозоли у животных опытной группы была достоверно выше в 1,9 раза. Подобные результаты отмечались на всех последующих сроках эксперимента. На 30-е сутки плотность кортикальной пластинки у животных с исследуемым покрытием была выше на 23 %, на 60-е сутки – на 26 %. На 90-е, 120-е, 150-е, 180-е сутки не было выявлено достоверных различий между группами, но плотность кортикального слоя большеберцовой кости у животных с имплантатами, покрытыми нитридами титана и гафния, была выше в среднем на 15-18 %.

Исходя из результатов исследования можно заключить, что процессы ремоделирования костной ткани в зоне остеоклазии у животных, где применялись имплантаты с покрытием нитридами титана и гафния, происходила в более ранние сроки в отличие от группы сравнения.

Применение имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния при погружном остеосинтезе следует считать перспективным, клинически оправданным методом и позволяет рекомендовать его для широкого клинического внедрения.