Морфологическая оценка системного воздействия имплантатов с покрытием нитридов титана и гафния на организм экспериментальных животных и их потомства

Нитриды гафния повышают твердость поверхности, износостойкость и коррозионную                стойкость имплантационных  материалов. Данное покрытие     является     потенциально перспективным и характеризуется, как известно, химической инертностью, что важно при длительном нахождении имплантатов в организме [1]. Ранее авторами были представлены результаты морфологических исследований влияния испытываемых имплантатов на внутренние органы оперированных крыс [3], а также на состояние костной ткани, окружающей место их установки [4, 5]. Сравнительное изучение влияния на организм животных, а в частности на репродуктивную систему, различных имплантатов с покрытиями на основе сверхтвердых соединений при экспериментальном      моделировании дефекта,     является     одной     из фундаментальных проблем, имеющих прикладное        значение        для реконструктивно-восстановительной хирургии. Морфологическая картина состояния внутренних органов потомства крыс позволяет оценить проявление токсического воздействия металлов [7]. Результаты    данного    исследования являются завершающим этапом и дают объективную     оценку     состояния внутренних      органов      потомства экспериментальных животных при длительном нахождении имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния в костной ткани.

Цель исследования: выявить состояние внутренних органов крысят (печень, селезенка, сердце, легкие, почки, поджелудочная железа, кишечник, тимус), полученных от самцов и самок с чрескостными имплантатами (TiN+HfN).

Материал и методы исследований. Исследования проведены на кафедре ветеринарной хирургии Казанской ветеринарной академии им. Н.Э. Баумана. Экспериментальные исследования, уход, содержание и вывод из опытов выполнены согласно требованиям «Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментов и других научных целей» (1986). Эксперименты были проведены согласно ГОСТа: ИСО (Р) 10993 (П.11,12) и одобрены Локальным Этическим Комитетом при Казанском ГМУ (протокол №5 от 25 июня 2013 г.). Экспериментальной моделью явились 10 нелинейных белых крыс-самцов и самок в возрасте 8 месяцев с живой массой 250,0±30,0 г, которые были отобраны по принципу аналогов. Животных предварительно карантинировали в течение 10-и суток. Крыс имплантировали имплантатами из стали 12Х18Н9Т с покрытием нитридами титана и гафния (TiN+HfN). Гематологические исследования проводили по общепринятой методике [6]. Статистическую обработку проводили по методу Стьюдента с поправкой Bonferroni c применением пакетов прикладных программ SPSS v.13.0. Различия считались достоверными при уровне значимости Р˂0,05.

В ходе проведения исследования от экспериментальных животных было получено потомство – 10 крысят обоего пола, живой массой – 50-55 г, в возрасте 1 месяца выведены из эксперимента. Были избраны внутренние органы - печень, селезенка, сердце, легкие, почки, поджелудочная железа, кишечник, тимус. Гистологические срезы толщиной 5-7 мкм окрашивали гематоксилином и эозином [8]. Светооптическое изучение проводили на микроскопе "Axioscope", с последующим фотографированием с помощью фотонасадки "S/N:K 5000 176 5.OMP" [2].

Результат исследований. В первые сутки после имплантации общее состояние взрослых крыс было удовлетворительным, пищевая возбудимость сохранена, значимых патологических изменений со стороны общего состояния животных не выявлено. Волосяной покров, слизистые оболочки, наружные половые органы были в пределах нормы, изменений со стороны тканей, окружающих имплантаты, нами обнаружено не было. У экспериментальных животных температура тела менялась вне зависимости от срока эксперимента, оставаясь в рамках физиологической нормы. Пределы колебаний не превышали 3,5 %.

Наблюдаемое на 10-е сутки уменьшение количества эритроцитов, как защитно-приспособительная реакция организма на индуцированную костную ткань, повлекло за собой снижение концентрации гемоглобина (на 14,3%). Динамика содержания лейкоцитов в периферической крови претерпевала наименьшие колебания, отклонение в содержании лейкоцитов наблюдали лишь на 30-е сутки,  где его  увеличение относительно    исходного    значения составило 27,5 %. Данное состояние могло быть связано с проявлением защитнокомпенсаторной   реакции   организма животных, направленной на купирование воспалительного процесса, который инициирован продуктами распада крови, образовавшимися вследствие перелома. На сроке 10 суток содержание лимфоцитов практически не изменялось, вместе с тем произошло их снижение на 5,4  % относительно дооперационных значений. Нельзя исключить, что данное снижение связано     с     острым     периодом травматической    болезни,    который сопровождается задержанным выходом миелокариоцитов в периферическую кровь и, как следствие, резким снижением и лимфоцитов. Анализ гематологических показателей     показал     следующую динамику: на 10-е сутки (иногда к 30-м суткам) было выявлено их снижение относительно дооперационных значений, что свидетельствовало о реакции организма на травму и развитии травматической болезни. На 30-е сутки регистрировали восстановление всех показателей до фоновых значений, и данная тенденция сохранялась на 60-е и 90-е     сутки     эксперимента,     что свидетельствует      о      включении адаптационно-компенсаторных механизмов организма. Вместе с тем, наблюдаемые нами сдвиги показателей в меньшую или большую сторону относительно дооперационных значений не выходили за пределы средних показателей.       По       результатам гематологических    исследований    у животных исследуемой группы динамика показателей изменялась в пределах референтных значений и ее колебания соответствовали стадийности течения травматической болезни.

Результаты      гистологического исследования внутренних органов крысят. Печень. Во всех случаях наблюдалась зернистая, реже вакуольная дистрофия гепатоцитов (Рисунок 1  а). Сосуды, включая центральные вены, были

Встречались

периваскулярные

расширены, полнокровны, иногда с     лимфогистиоцитарные      инфильтраты наличием тромбов (Рисунок 1   б).      (Рисунок 1 в).

а                              б                              в

Рисунок 1 – а) Зернистая и вакуольная дистрофия гепатоцитов. Окраска гематоксилином и эозином. х 400; б) Печень: тромб в просвете сосуда. Окраска гематоксилином и эозином. х 400; в) Печень: периваскулярный лимфогистиоцитарный инфильтрат. Окраска гематоксилином и эозином. х 400

а                               б                              в

Рисунок 2 – а) Почка: полнокровие. Окраска гематоксилином и эозином. х 400; б) Почка: резкое расширение и полнокровие сосудов с гемолизом эритроцитов. Окраска гематоксилином и эозином. х 200; в) Миокард: умеренный периваскулярный и интерстициальный отек. Окраска гематоксилином и эозином. х 400

а

б

Рисунок 3 – а) Легкие: полнокровие сосудов. Окраска гематоксилином и эозином. х 200; б) Легкие: выход эритроцитов за пределы сосудистого русла с накоплением их в альвеолах и межальвеолярных перегородках. Окраска гематоксилином и эозином. х 200

Почки. Во всех наблюдениях – выраженное полнокровие (Рисунок 2 а), иногда интерстициальный отек, расширение просвета сосудов, сладж- феномен и гемолиз эритроцитов (Рисунок

• 2   б). Миокард. Визуализировался

умеренный      периваскуляный     и интерстициальный отек (Рисунок 2 в).

Легкие. Полнокровие сосудов (Рисунок 3 а), иногда выход эритроцитов за пределы сосудистого русла с накоплением их в альвеолах и межальвеолярных перегородках (Рисунок 3 б).

Селезенка. Умеренная гиперплазия лимфоидных фолликулов (Рисунок 4 а). В некоторых случаях – полнокровие сосудов с наличием в их просвете нейтрофилов (Рисунок 4 б).

Поджелудочная железа. В отдельных наблюдениях – полнокровие сосудов (Рисунок 5 а). Желудок. Во всех случаях – без особенностей (Рисунок 5 б).

Тонкая кишка. В большинстве наблюдений – без изменений (Рисунок 6 а), иногда с наличием лимфогистиоцитарных инфильтратов в подслизистом слое (Рисунок 6 б) и очаговая деструкция ворсин (Рисунок 6 в).

а

Рисунок 4 – а) Селезенка: гиперплазия лимфоидных фолликулов. Окраска гематоксилином и эозином. х 200; б) Селезенка: полнокровие сосуда с наличием в просвете нейтрофилов. Окраска гематоксилином и эозином. х 400

Рисунок 5 – а) Поджелудочная железа: полнокровие сосудов. Окраска гематоксилином и эозином. х 200; б) Нормальная гистологическая структура желудка. Окраска гематоксилином и эозином. х 200

а	б	в
Рисунок 6 – а) Нормальные ворсины тонкой кишки. Окраска гематоксилином и эозином. х

300; б) Тонкая кишка: лимфогистиоцитарный инфильтрат в подслизистом слое Окраска гематоксилином и эозином. х 400; в) Тонкая кишка: очаговая деструкция ворсин. Окраска гематоксилином и эозином. х 200

16                              17                              18

Рисунок 7 – а) Нормальные ворсины толстой кишки. Окраска гематоксилином и эозином. х 400; б) Толстая кишка: гиперплазия лимфоидного фолликула слизистой оболочки. Окраска гематоксилином и эозином. х 200; в) Тимус: полнокровие сосудов, периваскулярный и интерстициальный отек. Окраска гематоксилином и эозином. х 200

Толстая кишка. В большинстве случаев – без особенностей (Рисунок 7 а), иногда имела место гиперплазия лимфоидных фолликулов слизистой оболочки и подслизистой основы (Рисунок 7 б).

Тимус. Во всех случаях -полнокровие сосудов, периваскулярный и интерстициальный отек (Рисунок 7 в). Морфологическое исследование ряда органов крысят, полученных от самок и самцов с имплантатами с покрытием нитридами титана и гафния, имели неизмененную гистологическую структуру без грубых деструктивных и некротических изменений. В то же время встречались явления дистрофии, расстройств кровообращения и клеточных реакций, описание которых приводится выше.

Заключение. О биологической совместимости и безопасности применения имплантатов с покрытием NHf+TiN свидетельствует и результат нашего эксперимента, который показал отсутствие выраженных изменений в исследуемых органах потомства экспериментальных крыс. Таким образом моно сделать заключение, что указанные имплантаты не оказывают отрицательного воздействия на репродуктивную функцию оперированных крыс. В совокупности данные по морфологическим изменениям во внутренних паренхиматозных органах потомства крыс с имплантатами из стали 12X18H9T покрытой напылением из нитридов титана и гафния, полученные в ходе нашего эксперимента, указывают на безопасность их использования.

Резюме

Представлен материал морфологического исследования влияния чрескостных имплантатов из стали 12X18H9T с покрытием NHf+TiN на паренхиматозные органы и сердце потомства экспериментальных крыс. Анализ полученных результатов показал безопасность длительного нахождения имплантатов в костной ткани и отрицательного воздействия ионов металлов на развивающиеся эмбрионы. Морфологическое исследование ряда органов крысят в постнатальном периоде имели неизмененную гистологическую структуру без грубых деструктивных и некротических изменений.