Послеоперационные изменения поверхности металлических фиксаторов и костной ткани

В настоящее время уделяется большое внимание инертности металлических фиксаторов для остеосинтеза к биологическим тканям животных и малоинвазивным способам иммобилизации отломков костей [1, 2]. Одновременно с этим проводимый анализ частоты переломов и характера повреждения трубчатых костей у животных имеет заметную долю успеха при подходе к промышленному изготовлению металлоконструкций для остеосинтеза . Однако морфометрические характеристики костей скелета животных имеют определенные особенности , обусловленные рядом факторов ( порода , пол , возраст , особенности индивидуума , физиологическое состояние организма и др .), что сказывается на неполной оснащенности ветеринарного хирурга фиксаторами различной конструкции для остеосинтеза . Особенности конкретного случая требуют индивидуального заказа на изготовление этих изделий , что зачастую не исключает дополнительного моделирования и адаптации фиксаторов к отломкам костей непосредственно в операционной .

Потребность травматологии в легко деформирующихся фиксаторах не отпала и в настоящее время , примером тому может служить довольно успешное применение проволоки для остеосинтеза , стальной нити и др . [3]. Необходимость во время оперативного вмешательства в адаптации к отломкам костей более массивных металлических изделий для остеосинтеза ( интрамедуллярные фиксаторы , пластины и др .) может сказаться на их инертности к тканям .

Поэтому необходимо изучить состояние поверхности подвергнутых моделированию различных металлических фиксаторов до остеосинтеза и после удаления их из кости по завершению консолидации отломков , а также выявить среди них наименее конфликтные с биологическими тканями фиксаторы по особенностям структуры биоптата костной мозоли .

Материалы и методика исследований

С использованием сканирующего электронного микроскопа Hitachi TM-1000 на базе Инновационного научно - исследовательского испытательного центра Орел ГАУ проведен анализ микроструктуры поверхности подвергнутых моделированию спиц для чрескостного остеосинтеза разных сплавов до их использования , а также после контакта в течение 45 суток с большеберцовой костью кошки . Качество образцов изучали в низковакуумном режиме Standart Mode ( стандартные условия для образцов промышленного материала ) при зазоре 1,0 мм между верхней частью 132

исследуемого образца и верхней частью шахты под столик с образцом . Исследуемый образец обезжиривали и очищали от пыли 96,0% этиловым спиртом непосредственно перед помещением на держатель образца . Исследовано также состояние участка костного регенерата в месте контакта со спицами взятого при их удалении на 45 сутки после остеосинтеза .

Было сформировано две группы кошек (n=5 в каждой ) в возрасте 1-2 года живой массой 3-3,5 кг со спонтанными закрытыми поперечными переломами большеберцовой кости в средней ее трети . На базе ветеринарного диагностического центра ФГБОУ ВПО « Орел ГАУ » ( г . Орел ) и ветеринарной клинике " Вита " ( г . Воронеж ) под общей анестезией при оперативном доступе с медиальной поверхности голени проведена иммобилизация отломков по нашему способу [4], при котором необходима конфигурация металлических фиксаторов . Способ заключался в проведении спиц через диафиз отломков кости перпендикулярно длинной оси каждого из них и соответственно параллельно линии перелома , а также на отдалении от нее до упора в сформированные в спицах ушки . При этом фиксация отломков в правильно приданном осевом положении осуществлялась проволокой для остеосинтеза за ушки и концы изогнутых спиц .

В каждой группе кошек использовали спицы из разного материала при одинаковом диаметре – 1,5 мм .

Результаты и их обсуждение

При сканирующей электронной микроскопии поверхности спиц для чрескостного остеосинтеза после снятия заводской смазки на микрофотографии в целом установлены однородность структуры и отсутствие наслоений . При этом после изгиба под углом 45° спиц из нержавеющей стали марки 12 Х 18 Н 9 Т выявлено нарушение целостности поверхности с внутренней стороны сформированного угла на изделии в виде поперечных трещин длиной до 19,15 um ( рис . 1), а у спиц из нержавеющей стали марки 316L длина поперечных трещин достигла 31,91 um.

Рисунок 1 – Поверхность спицы марки 12 Х 18 Н 9 Т в месте ее изгиба

Не исключено , что такие дефекты могут способствовать снижению инертности фиксатора к тканям . Следует отметить , что поверхность в месте изгиба спиц марки 12 Х 18 Н 9 Т более гладкая , чем у спиц марки 316L ( рис . 2).

Рисунок 2 – Поверхность спицы марки 316L в месте ее изгиба

В первой группе кошек для иммобилизации отломков использовали спицы из нержавеющей стали марки 12 Х 18 Н 9 Т , а во второй – спицы из нержавеющей стали марки 316L. В целом после фиксации отломков по нашему способу наблюдали полное восстановление опорной функции больной конечности кошек в среднем на 26-27 сутки после операции . Отмечено , что при такой фиксации отломков металлические имплантанты находятся вдали от линии перелома и не оказывают своего влияния на формирование костной мозоли ( рентгенограмма 1). Этот способ проявляет высокую стабильность фиксации при поперечных переломах , где возможную свободу смещения отломков под углом ограничивают плотно соприкасающиеся полуокружности диафизов проксимального и дистального отломков кости – « отломки фиксируют сами себя ».

Рентгенограмма 1 – На контрольной рентгенограмме большеберцовой кости кошки на 14 сутки после оперативного вмешательства наблюдаются тени формируемого регенерата без выраженной периостальной костной мозоли

После удаления из кости на 45 сутки после остеосинтеза спицы из нержавеющей стали марки 12 Х 18 Н 9 Т анализ состояния ее поверхности не выявил значительных нарушений в ее однородности ( рис . 3).

ТМ-1000_0308          2009.08.31  10:30 Х5ОО 200 um

Рисунок 3 – Поверхность спицы марки 12 Х 18 Н 9 Т в месте ее изгиба после удаления из кости через 45 суток

Присутствие спицы из этого сплава в зоне консолидации отломков практически не отразилось на формировании регенерата , что указывает на ее низкую конфликтность и даже ее инертность к тканям .

В тоже время взаимодействие с биологическим объектом материала спицы марки 316L было более очевидным . При проведении анализа ее поверхности были обнаружены поперечные трещины и изломы длиною до 34,04 um и шириною до 21,27 um ( рис . 4).

ТМ-1000_0310          2009.08.31 10:40       х500   200 um

Рисунок 4 – Поверхность спицы марки 316L в месте ее изгиба после удаления из кости через 45 суток

Изменения в структуре спицы из нержавеющей стали марки 316L после ее применения формировались из полученных у изделия дефектов после его деформации при дооперационном моделировании . Выявление отличия между состоянием металлического фиксатора до использования и после его извлечения из большеберцовой кости позволили установить выраженную конфликтность между имплантантом и биологическим объектом .

Костный регенерат характеризовался умеренной оссификацией в месте вхождения спицы марки 12 Х 18 Н 9 Т . Щ ель в месте остеотомии закрыта без значительных повреждений . Фрагменты находятся в плотном контакте . Темные регенерирующие остеоны проросли навстречу друг другу ( рис . 5).

Рисунок 5 – Поверхность костного регенерата на 45 сутки после контакта со спицей марки 12 Х 18 Н 9 Т

Воздействие на организм продуктов разрушения спицы из стали марки 316 L проявилась в формировании регенерационной ткани более низкой организации ( рис . 6).

Рисунок 6 – Поверхность костного регенерата на 45 сутки после контакта со спицей марки 316L

Выводы

Испытание спиц из нержавеющей стали марки 12 Х 18 Н 9 Т выявило большую устойчивость к изменениям в состоянии поверхности после их деформации при дооперационном моделировании , чем спиц из нержавеющей стали марки 316L. Значительные изменения на 45 сутки после остеосинтеза в структуре спиц из стали марки 316L отразились на более бедной организации костного регенерата , что указывает на более выраженную конфликтность этих металлических фиксаторов с биологическими тканями . Установленные высокие инертные свойства спиц из стали марки 12 Х 18 Н 9 Т по отношению к биологическому объекту указывают на возможность их моделирования с целью адаптации к кости непосредственно в ходе операции по иммобилизации отломков . Выявленная возможность расширения арсенала легко моделирующихся фиксаторов для остеосинтеза снижает опасность применения неконгруэнтных имплантантов .