Показатели весовых индексов внутренних органов, как оценка воздействия имплантатов с покрытиями на организм животных в эксперименте

Металлические имплантаты, применяемые в ортопедии и травматологии, обладающие прочностными характеристиками, могут иметь ряд недостатков, связанных с развитием осложнений и их отторжением, вследствие несовместимости с тканями живого организма [3]. Воспалительная реакция тканей на трансплантат, как на инородное тело, способствует развитию общей ответной реакции организма, местная реакция сопровождается формированием соединительнотканного регенерата, что замедляет репаративный процесс [11]. Потенциально перспективными в данном направлении являются покрытия, наносимые на поверхность имплантатов [4, 5], в том числе, содержащие нитриды титана и гафния, обладающие устойчивостью к развитию коррозии и химической инертностью [1, 7].

Ранее авторами были представлены результаты влияния испытываемых имплантатов на общую реакцию организма, а также на состояние костной ткани, окружающей место их установки [2, 6, 8] и введение токсичных соединений как контроль [9, 10]. Результаты данного исследования являются следующим этапом и дают объективную оценку состоянию внутренних органов экспериментальных животных при длительном нахождении имплантатов в костной ткани.

Целью исследования было определение относительной массы внутренних органов (печень, селезенка, сердце, легкие, почки), и на основе полученных данных оценка системного воздействия чрескостных имплантатов с покрытием и без него на организм подопытных животных.

Материал и методы исследований. Исследования проводились на кафедре ветеринарной хирургии ФГБОУ ВО «Казанской государственной ветеринарной академии им. Н.Э. Баумана». Все экспериментальные исследования, уход, содержание и вывод из опытов были выполнены согласно требованиям «Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментов и других научных целей» (1986). Эксперименты были проведены согласно ГОСТ: ИСО (Р) 10993 (П.11,12) и одобрены Локальным Этическим Комитетом при КГМУ МЗ РФ (протокол № 5 от 25 июня 2013 г.).

Эксперимент выполнен на 80 нелинейных белых крысах-самцах массой тела 250-300 г, отобранных по принципу аналогов. Имплантаты, используемые в данной работе, представляют собой шпильки длиной 8-10 мм и диаметром Ø=0,8 мм.

Исходя из различия материалов, применяемых для изготовления имплантатов, были сформированы 4 группы животных, среди которых исследуемые конструкции в двух контрольных группах были представлены имплантатами из стали 12ХI8Н9Т (n=20) в группе 1 и имплантатами из меди Cu (n=20) во 2. Оставшиеся две опытные группы состояли из животных с имплантатами из стали 12ХI8Н9Т с покрытием нитридами титана и гафния TiN+NHf (n=20, группа 3) и с имплантатами из стали 12Х18Н9Т с покрытием нитридами титана и циркония TiN+ZrN (n=20, группа 4).

Имплантацию крысам проводили в боковом положении с соблюдением правил асептики и антисептики под общей потенцированной анестезией путем введения одной из выше перечисленных конструкций в заранее сформированное сквозное отверстие в средней трети диафиза большеберцовой кости.

На 10-е, 30-е, 60-е и 90-е сутки эксперимента подопытных крыс выводили из опыта путем декапитации, после чего взвешивали и определяли массу внутренних органов: печени, селезенки, сердца, легких и почек с помощью электронных весов марки ВЛТЭ-150 с точностью до 10-3 г. Характеристики устройства: НПВ = 150g, е=0,01g, НмПВ=0,02g, d=0,001g.

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.

Индекс органов или относительную массу вычисляли по формуле:

И.О.= (А.М/Ж.М.)* 100, где: А.М. – абсолютная масса исследуемого органа, Ж.М. – живая масса крысы, из которой извлечен орган

Результат исследований. Печень (Таблица 1). На 10 сутки после проведенной имплантации в группе 4 (TiN+ZrN) отмечалось наибольшее увеличение относительной массы печени, составившее 7,42 %. Можно предположить, что наблюдаемая прибавка массы была связана с пролиферативным увеличением печени, однако на данном сроке полученное отличие между группами не являлось достоверным (p>0,05). Ранее проведенные гематологические исследования показали, что на 10-е сутки наблюдали незначительное повышение скорости оседания эритроцитов (СОЭ) в группе с имплантатами из меди. Выраженный эритроцитоз наблюдался у животных в группах с имплантатами из меди и с покрытием нитридами титана и гафния TiN+NHf. Данный скачок мог быть проявлением токсического воздействия данных металлов. В опытной группе с имплантатами с покрытием нитридами титана и циркония TiN+ZrN отмечалась выраженная лейкоцитопения, что на 41,5 % была выше по отношению к фоновым значениям.

На 30-е сутки эксперимента, несмотря на наметившееся снижение весового индекса в группе 4 с имплантатами, покрытыми нитридами титана и циркония, он был достоверно выше (М=5,48 %), чем в группах с имплантатами из меди (М=4,49 %) и стали 12Х18Н9Т (M=4,69 %). Согласно гематологическим исследованиям на 30-е сутки эксперимента отмечалась выраженная эозинопения и эритроцитоз у животных из групп с имплантатами из меди и с покрытием нитридами титана и циркония TiN+ZrN. В группе с медными имплантатами на этом же сроке регистрировали лейкоцитоз, который составил к исходным данным 53,5 %. Также отмечалось понижение палочкоядерных и сегментоядерных нейтрофилов, относительно фоновых показателей.

На 30-60 сутки эксперимента в каждой из экспериментальных групп наблюдали стабильность показателя относительной массы органа. На 60-е сутки достоверного отличия между группами не выявлено (p<0,05). На 90-е сутки эксперимента отмечалась тенденция к снижению весового индекса печени, причем достоверно в группе животных с имплантатами из стали и с имплантатами, покрытыми TiN+NHf (группа 3). При этом анализ гематологических показателей

90-е сутки наблюдений отмечалось восстановление количества лимфоцитов до дооперационных значений у групп с имплантатами из стали 12ХI8Н9Т и с имплантатами покрытыми TiN+NHf, в то время как, в группе животных с медными имплантатами отмечалось их снижение, что указывает на токсические свойства меди.

крови, проводимых ранее, выявил, что на

Таблица 1 – Весовой индекс печени, относительная масса (%)

Наименование органа	Группа	M±m	Maximum	Minimum
Время наблюдения: 10 суток
Печень	Cu	5,88±0,36	7,0	4,8
	12ХI8Н9Т	5,48±0,10	5,9	5,3
	TiN+NHf	6,42±0,26	7,3	5,9
	TiN+ZrN	7,42±0,97	10,1	5,2
	Время наблюдения: 30 суток
	Cu	4,49±0,18	5,0	3,8
	12ХI8Н9Т	4,69±0,15	5,2	4,3
	TiN+NHf	5,18±0,19	5,6	4,5
	TiN+ZrN	5,48±0,26	6,1	4,9
	Время наблюдения: 60 суток
	Cu	4,65±0,20	5,3	4,2
	12ХI8Н9Т	4,89±0,13	5,2	4,6
	TiN+NHf	4,68±0,11	5,0	4,5
	TiN+ZrN	4,63±0,23	5,2	3,8
	Время наблюдения: 90 суток
	Cu	4,65±0,19	5,4	4,3
	12ХI8Н9Т	3,25±0,29	3,9	2,4
	TiN+NHf	4,56±0,17	5,0	4,2
	TiN+ZrN	4,48±0,19	5,2	4,1

Анализируя результаты гематологических исследований, полученных нами ранее, можно предположить, что морфологическое состояние периферической крови подопытных животных претерпевало значительные изменения в экспериментальных группах, где применялись имплантаты из меди и с покрытием нитридами титана и циркония TiN+ZrN.

Селезенка. На 10-е сутки эксперимента относительная масса селезенки в группе 4 с имплантатами, покрытыми нитридами циркония, была максимальна (0,69 %) и превышала этот показатель в других группах (p>0,05) (Таблица 2). 30-е сутки эксперимента характеризовались падением весового индекса селезенки во всех четырех группах экспериментальных животных, причем относительная масса селезенки снижалась у крыс с имплантатами из меди (М=0,38 %) и с покрытием нитридами титана и циркония TiN+ZrN (М=0,46 %). На 60-е сутки наблюдения, достоверного отличия в весовых индексах селезенки между группами не было выявлено. На 90-е сутки эксперимента в контрольной группе животных c имплантатами из меди (M= 0,42 %) наблюдалось достоверное (p>0,05) повышение весового индекса селезенки, в то время как в 1 контрольной группе      всех животных, участвующих в весовой индекс был самым низким среди     эксперименте (M=0,31 %).

Таблица 2 – Весовой индекс селезенки, относительная масса (%)

Наименование органа	Группа	M±m	Maximum	Minimum
Время наблюдения: 10 суток
Селезенка	Cu	0,51±0,05	0,6	0,4
	12ХI8Н9Т	0,50±0,04	0,6	0,4
	TiN+NHf	0,50±0,04	0,7	0,4
	TiN+ZrN	0,69±0,16	1,3	0,4
	Время наблюдения: 30 суток
	Cu	0,38±0,03	0,5	0,3
	12ХI8Н9Т	0,43±0,06	0,6	0,3
	TiN+NHf	0,44±0,02	0,5	0,4
	TiN+ZrN	0,46±0,03	0,5	0,4
	Время наблюдения: 60 суток
	Cu	0,37±0,03	0,5	0,3
	12ХI8Н9Т	0,40±0,02	0,5	0,3
	TiN+NHf	0,33±0,04	0,4	0,2
	TiN+ZrN	0,37±0,04	0,5	0,3
	Время наблюдения: 90 суток
	Cu	0,42±0,03	0,5	0,3
	12ХI8Н9Т	0,31±0,02	0,3	0,2
	TiN+NHf	0,33±0,02	0,4	0,3
	TiN+ZrN	0,33±0,03	0,4	0,2

Таблица 3 – Весовой индекс сердца, относительная масса (%)

Наименование органа	Группа	M±m	Maximum	Minimum
Время наблюдения: 10 суток
Сердца	Cu	0,33±0,02	0,4	0,3
	12ХI8Н9Т	0,42±0,05	0,6	0,3
	TiN+NHf	0,42±0,02	0,5	0,4
	TiN+ZrN	0,45±0,05	0,6	0,3
	Время наблюдения: 30 суток
	Cu	0,39±0,01	0,4	0,4
	12ХI8Н9Т	0,41±0,04	0,5	0,3
	TiN+NHf	0,51±0,05	0,7	0,4
	TiN+ZrN	0,38±0,02	0,4	0,3
	Время наблюдения: 60 суток
	Cu	0,36±0,02	0,4	0,3
	12ХI8Н9Т	0,35±0,01	0,4	0,3
	TiN+NHf	0,38±0,02	0,4	0,3
	TiN+ZrN	0,34±0,02	0,4	0,3
	Время наблюдения: 90 суток
	Cu	0,36±0,01	0,4	0,3
	12ХI8Н9Т	0,39±0,02	0,4	0,4
	TiN+NHf	0,35±0,01	0,4	0,3
	TiN+ZrN	0,36±0,01	0,4	0,3

Сердце. По данным, полученным на 10-е сутки эксперимента, относительная масса у изучаемых животных не имела достоверных отличий (Таблица 3), однако следует отметить, что у экспериментальных животных из 4 группы с имплантатами, покрытыми нитридами циркония, весовой индекс сердца был выше (М=0,45 %), чем у представителей других экспериментальных групп. Эти данные схожи с весовым индексом селезенки, где на 10-е сутки эксперимента у животных в группе 4 этот показатель был самым высоким. На 30-е сутки наблюдалось достоверное отличие между показателями групп 4 (TiN+ZrN) и 3 (TiN+NHf) (p>0,05). На всех последующих сроках, а именно на 60-е и 90-е сутки у подопытных животных всех экспериментальных групп, достоверного отличия между результатами не отмечалось. Возможно, что дилатация полостей и стенок сердца, наступающая в момент его посмертного кровенаполнения, могло несколько искажать реальные данные.

Легкие. На 10-е сутки после проведенной имплантации в группе 2 с медными имплантатами отмечалось значимое повышенное значение весового индекса по сравнению с данными показателями в группах 1 со сталью без покрытия (p>0,05) и в экспериментальной группе 3 c покрытием TiN+HfN (p>0,05) (Таблица 4). В группе 4 весовой индекс легких был недостоверно завышен до 1,05 %. Основываясь на гематологических исследованиях, проведенных ранее, можно предположить, что медные имплантаты проявляют токсическое воздействие на внутренние органы.

Таблица 4 – Весовой индекс легких, относительная масса (%)

Наименование органа	Группа	M±m	Maximum	Minimum
Время наблюдения: 10 суток
Легкие	Cu	1,20±0,04	1,3	1,1
	12ХI8Н9Т	0,84±0,03	1,0	0,8
	TiN+NHf	0,90±0,09	1,0	0,6
	TiN+ZrN	1,05±0,10	1,2	0,7
	Время наблюдения: 30 суток
	Cu	1,42±0,06	1,6	1,3
	12ХI8Н9Т	1,12±0,07	1,3	0,9
	TiN+NHf	0,78±0,04	0,9	0,7
	TiN+ZrN	1,11±0,06	1,3	1,0
	Время наблюдения: 60 суток
	Cu	0,93±0,04	1,0	0,8
	12ХI8Н9Т	1,25±0,09	1,5	1,0
	TiN+NHf	0,93±0,07	1,1	0,8
	TiN+ZrN	0,95±0,06	1,1	0,8
	Время наблюдения: 90 суток
	Cu	0,95±0,04	1,1	0,9
	12ХI8Н9Т	1,22±0,18	1,7	0,7
	TiN+NHf	1,13±0,05	1,3	1,0
	TiN+ZrN	1,11±0,04	1,2	1,0

Почки. На 10-е сутки эксперимента показатель весового индекса почек у животных с имплантатами с покрытием нитридами титана и циркония был недостоверно выше относительно других подопытных групп (Таблица 5). В группе животных с имплантатами из стали без покрытия относительная масса почки имела самый высокий показатель на этом сроке эксперимента (M=0,98 %). На 30-е сутки эксперимента у животных из 2 экспериментальной группы (имплантаты из меди) весовой индекс значимо (p>0,05) отличался от группы с имплантатами из стали без покрытия и составил – M=0,92 %. На 60-е сутки достоверных отличий по показателям весового индекса у экспериментальных животных не было обнаружено. На 90-е сутки наблюдения относительная масса почки в группах 2 (M=0,92 %) и 1 (M=0,75 %) достоверно отличались (p>0,05). У животных с медными имплантатами масса почек

(M=0,92 %) также достоверно (p>0,05) отличалась от показателей группы 4 (имплантаты c покрытием TiN+ZrN). Таким образом, на всем протяжении эксперимента у подопытных животных из группы с имплантатами из меди относительная масса почек была самой высокой, что подтверждалось достоверными показателями.

Таблица 5 – Весовой индекс почек, относительная масса (%)

Наименование органа	Группа	M±m	Maximum	Minimum
Время наблюдения: 10 суток
Почки	Cu	0,90±0,05	1,0	0,8
	12ХI8Н9Т	0,98±0,05	1,2	0,9
	TiN+NHf	0,91±0,04	1,0	0,8
	TiN+ZrN	1,08±0,11	1,5	0,9
	Время наблюдения: 30 суток
	Cu	0,92±0,03	1,0	0,8
	12ХI8Н9Т	0,79±0,04	0,8	0,6
	TiN+NHf	0,96±0,04	1,0	0,8
	TiN+ZrN	0,82±0,04	0,9	0,7
	Время наблюдения: 60 суток
	Cu	0,85±0,03	0,9	0,7
	12ХI8Н9Т	0,85±0,04	1,0	0,8
	TiN+NHf	0,71±0,04	0,8	0,6
	TiN+ZrN	0,85±0,05	0,9	0,7
	Время наблюдения: 90 суток
	Cu	0,92±0,03	1,0	0,8
	12ХI8Н9Т	0,75±0,04	0,8	0,6
	TiN+NHf	0,90±0,03	1,0	0,8
	TiN+ZrN	0,76±0,05	0,9	0,6

Заключение. Сравнительный анализ относительной массы печени, селезенки, сердца у животных разных экспериментальных групп показал, что на 10 сутки эксперимента в группе 4 с покрытием нитридами титана и циркония (TiN+ZrN) весовой индекс имел самое высокое значение (M=7,42 % печень), (M=0,69 % селезенка), (M=0,45 % сердце) – такая тенденция наблюдалась на протяжении всего эксперимента, что может быть проявлением токсического воздействия данного покрытия на внутренние органы и организм в целом. Выявлено, что у животных, которым установлены имплантаты из меди, относительная масса внутренних органов имела достоверно высокий показатель среди всех сравниваемых групп, что указывает на токсические свойства меди и подтверждается ранее проведенными исследованиями      по      изучению морфологического     состава     крови подопытных крыс. На основании сравнительного анализа полученных показателей выявлено, что менее токсичными являются имплантаты из стали 12Х18Н9Т и стали 12Х18Н9Т, покрытые нитридами титана и гафния (TiN+NHf), после установки которых гематологические показатели оставались в пределах физиологической нормы.

Резюме

Полученные в ходе данного эксперимента результаты свидетельствуют о безопасности использования имплантатов из стали 12Х18Н9Т и стали 12Х18Н9Т, покрытыми нитридами титана и гафния (TiN+NHf). Анализ полученных результатов указывает на токсические свойства меди, что подтверждается ранее проведенными исследованиями по изучению морфологического состава крови подопытных крыс.