Морфологические аспекты остеорегенерации в условиях применения имплантатов с покрытием на основе сверхтвердых соединений

Введение. В последние десятилетия в материаловедении активно развивается новое научное направление, связанное с созданием и исследованием «объемных» наноструктурных материалов. Для широкого клинического внедрения новых материалов с модифицированной структурой требуется проведение всестороннего исследования, прежде всего влияния их на ткани организма [4]. Выход ионов металлов может вызвать такие осложнения, как металлоз, а у имплантатов реакцию отторжения. Развитие современных высокотехнологичных «НАНО» отраслей может предложить использование схемы «металлическая основа

– биопокрытие», что позволяет улучшить биосовместимость металлических имплантатов с тканями живого организма, предотвращая процессы нагноения и их отторжения [3].

Настоящие исследования предприняты с целью выяснения вопроса определения воздействия имплантатов с покрытиями нитридов титана и гафния на организм животных.

Материал и методы. Исследования проводились на кафедре ветеринарной хирургии КГАВМ. Проведение эксперимента, содержание, уход проводились согласно требованиям «Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментов и других научных целей» (1986). Исследования были проведены на 30 кроликах обоего пола в возрасте 6-7 месяцев с массой тела 2 526,5±74,4г. Всем животным проводили открытую остеотомию большеберцовой кости в области средней и нижней трети диафиза c одномоментным ретроградным введением имплантата в костномозговой канал. В обеих группах (в группе сравнения спицы из биоинертной медицинской стали 12ХI8H9Т, dх2 мм, в опытной группе – спицы из стали 12ХI8H9Т с покрытием нитридов титана и гафния, dх2 мм).

Исследования были проведены на оборудовании: компьютерный томограф Toshiba Aquilion-16 на 10, 30 и 60 сутки после операции. Система Aquilion-16 представляет собой мультисрезовый КТ-сканер, выполняющий 16 срезов толщиной 0,5 мм со временем полного оборота 0,5 с [2].

Реактивные морфологические преобразования в зоне перелома определяли на сроках 10-е, 30-е и 60-е сутки течения опыта. Полученный материал фиксировали в 10%-ом нейтральном формалине. Декальцинацию проводили препаратом «BIODEC» (Италия). После обезвоживания в спиртах возрастающей концентрации и ксилоле, материал заливался в парафин. На микротоме изготавливались гистологические срезы толщиной 5-7 мкм, которые окрашивались гематоксилином и эозином и по методу Ван Гизона [1].

Результаты исследований. На 10 сутки на серии рентгеновских компьютерных томограмм у животных обеих групп были получены изображения костей голени правой конечности, где определялся поперечный перелом нижней трети большеберцовой кости, фиксированной интрамедуллярной конструкцией. В зоне остеотомии наблюдалась сформировавшаяся избыточная периостальная мозоль.

Результаты морфологических исследований. У животных опытной группы на данном этапе имелась полностью сформированная предварительная соединительнотканная мозоль, которая трансформировалась в предварительную костную мозоль, состоящую преимущественно из грубоволокнистой кости (Рис. 1). У животных в группе сравнения заживление в целом протекало также, как и при использовании спиц с напылением. Однако в некоторых случаях в периостальной части мозоли костеобразование протекало через формирование хряща (Рис. 2).

Рис. 1. Рассасывание некротически измененных концов старой кости. 1 группа наблюдений. 10 сутки эксперимента. Окраска гематоксилином и эозином. х 200.

Рис. 2. Костеобразование через формирование хрящевой ткани. 2 группа наблюдений. 10 сутки эксперимента. Окраска гематоксилином и эозином. х 200.

При исследовании методом КТ на 30 сутки у животных контрольной группы (Рис. 3) объем костного регенерата составил ≈ 5,2 мм, что значительно превышает таковой у животных опытной группы ≈ 3,5 мм. (Рис. 4).

Рис. 3 КТ зоны перелома костей голени на 30 сутки, группа сравнения..

Рис. 4 КТ зоны перелома костей голени на 30 сутки, опытная группа.

Плотность регенерата у животных с имплантатами, покрытых нитридами титана и гафния, была значительно выше, что составило 1000-1600HU, чем у животных с имплантатом из биоинертной стали 900 – 1400 НU.

Цветовое картирование зоны интереса на 30 сутки выявило формирование эндостальной мозоли в обеих группах, однако в опытной группе имело место начало формирования пластинчатых костных структур. В группе сравнения предварительная костная мозоль соединяла оба отломка.

Результаты морфологических исследований . В большинстве случаев у животных опытной группы имело место неосложненное заживление с началом формирования пластинчатых костных структур. В то же время окончательной перестройки костной мозоли не происходило – наружная ее часть в той или иной степени сохранялась. Из ее внешних слоев формировался периост, сливающийся с периостом отломков. Внутренняя мозоль рассасывалась с восстановлением костного мозга. У животных группы сравнения процесс заживления несколько отставал от первой группы наблюдений. Во всех случаях имелась полностью сформированная предварительная костная мозоль, представленная грубоволокнистой костью, которая на большинстве участков соединяла оба отломка.

На 60-е сутки при исследовании методом КТ объем костного регенерата у животных группы сравнения составлял ≈ 4,8 мм и значительно превышал таковой у животных опытной группы ≈ на 3,2 мм. Плотность регенерата у животных группы сравнения (имплантаты из биоинертной стали) составила 1000-1500 HU, у животных опытной группы

1000-1800 HU.

Цветовое картирование зоны интереса на 60 сутки выявило полную консолидацию отломков у животных обеих групп с признаками перестройки костной мозоли.

Результаты морфологических исследований . На данном сроке существенных различий между исследуемыми группами не наблюдалось. Имело место полное заживление с наличием сформированной пластинчатой кости.

По данным исследования посредством компьютерной томографии доказано, что перестройка костной ткани в зоне сформировавшегося регенерата у животных с исследуемым покрытием происходила в более ранние сроки в отличие от контрольной группы.

Заключение. Таким образом, результаты проведенного исследования позволяют сделать вывод о том, что у животных опытной группы (с применением имплантатов с покрытием нитридов титана и гафния) показатели количественного изменения плотности сформировавшегося регенерата более выражены, что может являться признаком биоинертности данного покрытия.

Следует подчеркнуть, что меньший объем регенерата при большей плотности соответствует более качественному характеру перестройки костной мозоли с формированием ее конечной генерации – пластинчатой кости.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Автандилов Г.Г. Морфометрия в патологии / Г.Г. Автандилов. – М.: Медицина, 1973.-248 с. 2. Дьячкова Г.В., Митина К.А., Дьячков Д.А. Клинические аспекты современной лучевой диагностики в травматологии и ортопедии/Г.В. Дьячкова // Гений ортопедии. 2011. № 2. С. 91-97; 3. Кишковская Е.А. Сращение переломов. Вестник рентгенологии и радиологии. -1980. №3. С.27-30; 4. Прокоп М, Галански М. Спиральная и многослойная компьютерная томография: Учебн. Пособие: В 2т./Пер. с англ.; Под ред. А. В. Зубарева, Ш.Ш.Шотемора.-2-е изд.-М.: МЕДпресс-информ,2009. С. 712; 4. Стогов М.В., Кононович Н.А., Накоскин А.Н. Особенности остеорепаративных процессов при заживлении экспериментальных переломов с различной степенью травматизации костного мозга / М.В. Стогов// Гений ортопедии.2008. № 2. С.5-8.

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОСТЕОРЕГЕНЕРАЦИИ В УСЛОВИЯХ ПРИМЕНЕНИЯ ИМПЛАНТАТОВ С ПОКРЫТИЕМ НА ОСНОВЕ СВЕРХТВЕРДЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Шакирова Ф.В., Файззулина Н.З., Мечов М.Р., Валеева А.Н.

Резюме

В статье представлен анализ результатов морфологических исследований и компьютерной томографии зоны перелома костей голени в условиях применения интрамедуллярных имплантатов с покрытием нитридов титана и гафния

MORPHOLOGICAL ASPECTS OF OSTEOREGENERATION UNDER CONDITIONS OF APPLYING IMPLANTS WITH SUPERHARD COMPOUND-BASED COATING

Shakirova F.V., Faizullina N.Z., Mechov M.P., Valeeva A.N.

Sammary

The results of morphological studies and computer tomography in the zone of shin bone fracture under conditions of applying implants coated with titanium and hafnium nitrides are discussed.