Рентгенограмметрическое исследование диафиза большеберцовых костей овец в норме для разработки и тестирования новых ортопедических конструкций
Рубрика: Ветеринария
Статья в выпуске: 2 т.266, 2026 года.
Бесплатный доступ
В статье представлены результаты рентгенограмметрического исследования середины диафиза больших берцовых костей 43 взрослых беспородных овец. Определены значения следующих параметров: длинна (226,12±13,75 мм); наружный диаметр в прямой (17,68±2,01 мм) и боковой (14,19±1,07 мм) проекциях; диаметр костномозгового канала в прямой (8,71±1,72 мм) и боковой (6,43±1,11 мм) проекциях; толщина корковой пластинки (3,48±0,56 мм). Выявлена высокая корреляционная взаимосвязь между наружным диаметром середины диафиза и диаметром костномозгового канала (в прямой проекции); заметная корреляционная взаимосвязь между длиной кости и наружным диаметром (в прямой и боковой проекциях); умеренная корреляционная взаимосвязь между наружным диаметром и диаметром костономозгового канала (боковая проекция), наружным диаметром и толщиной корковой пластинки (в прямой и боковой проекциях), а также между длиной кости и толщиной корковой пластинки (боковая проекция). Овцы нередко используются при выполнении доклинических испытаний по разработке и тестированию имплантатов для замещения обширных дефектов диафиза длинных костей. С целью стандартизации условий эксперимента in vivo, полученные значения размеров анатомических структур середины диафиза большой берцовой кости овцы позволили определить оптимальные поперечные типоразмеры для изготовления разрабатываемых образцов имплантатов. При этом определили, что необходимо основываться на поперечных размерах участка кости в соответствии с рентгеновскими изображениями на боковой проекции. Поперечные размеры имплантируемого изделия не должны превышать 14,19±1,07 мм и не должны быть равны или быть меньше 6,43±1,11 мм. Выявленные значения размеров середины диафиза большой берцовой кости взрослой овцы можно использоваться при разработке, изготовлении и доклиническом тестировании в экспериментах in vivo новых имплантатов для замещения обширного дефекта диафиза длинной кости.
Короткий адрес: https://sciup.org/142248494
IDS: 142248494 | УДК: 616.718.5-073.756.8-092.9 | DOI: 10.31588/2413_4201_1883_2_266_48
Radiographic study of normal sheep tibial diaphysis for development and testing of new orthopedic design
The article presents the results of a radiographic study of the diaphysis’s middle of tibias of 43 adult mongrel sheep. The following parameters were determined: length (226.12 ± 13.75 mm); outer diameter in the frontal (17.68 ± 2.01 mm) and lateral (14.19 ± 1.07 mm) projections; the diameter of the medullary canal in frontal (8.71±1.72 mm) and lateral (6.43±1.11 mm) projections; the thickness of cortical plate (3.48±0.56 mm). A high correlation was revealed between the outer diameter of diaphysis’s middle and the diameter of medullary canal (in frontal projection); a noticeable correlation between the bone length and the outer diameter (in the frontal and lateral projections); a moderate correlation between the outer diameter and the diameter of medullary canal (lateral projection), the outer diameter and the thickness of cortical plate (in frontal and lateral projections), and between the bone length and the thickness of cortical plate (lateral projection). Sheep are often used in preclinical trials to develop and test implants to replace extensive defects in the diaphysis of long bones. To standardize in vivo experimental conditions, the obtained values for dimensions of anatomical structures of the mid-diaphysis of the sheep tibia allowed us to determine optimal transverse dimensions for the fabrication of the implant prototypes. It was determined that the transverse dimensions of the bone section should be based on X-ray images on the lateral projection. The transverse dimensions of implanted device should not exceed 14.19 ± 1.07 mm and should not be equal to or less than 6.43 ± 1.11 mm. Identified reference values for the mid-diaphysis dimensions of the adult sheep tibia can be used in the development, fabrication and preclinical testing of new implants for filling extensive long bone diaphysis defects in vivo.
Текст научной статьи Рентгенограмметрическое исследование диафиза большеберцовых костей овец в норме для разработки и тестирования новых ортопедических конструкций
Учитывая эти обстоятельства достаточную перспективность и востребованность получили имплантаты из искусственных материалов (металлов, композитов из биодеградируемых полимеров и др.), подтверждение эффективности и безопасности которых требует предвари- тельного выполнения доклинических испытаний на животных. При этом стандартизация условий эксперимента позволяет снизить вариативность и увеличивает степень достоверности полученных результатов [8, 9, 10]. Очевидно, что тестовые образцы изделий должны быть идентичны по размерным и структурным характеристикам.
Для изготовления серии образцов новых имплантатов (одинаковых по размеру и структуре) требуется знание референсных значений размеров замещаемого участка кости. Нередко подобного рода новые конструкции в экспериментах in vivo тестируют на крупных лабораторных животных, в том числе овцах, а моделирование костного дефекта выполняют в области середины диафиза большой берцовой кости [11, 12, 13]. В доступной литературе нет четких сведений о морфометрических характеристиках данного сегмента тазовой конечности у овец, в частности его диафизарной области.
Цель исследования – по рентгенограммам определить анатомические размеры диафиза большеберцовой кости у взрослых клинически здоровых овец, для последующей разработки, изготовления и тестирования в экспериментах in vivo новых имплантатов для замещения обширного дефекта длинной кости.
Условия, материалы и методы. Перед началом экспериментального исследования было принято решение о том, что для определения оптимальных поперечных размеров новых разрабатываемых имплантатов будут использоваться наименьшие поперечные размеры середины диафиза большеберцовых костей (предполагаемая область моделирования дефекта кости) взрослых беспородных клинически здоровых овец, определяемые по рентгенографическим изображениям сегмента в двух стандартных проекциях (прямой и боковой).
Для достижения основной цели осуществили рентгенограмметрическое исследование большеберцовых костей 43 клинически здоровых взрослых беспородных овец обоего пола, в том числе без визуально определяемых патологических состояний костно-мышечной системы. Возраст животных варьировал от 1 до 2 лет. Животные были приобретены у разных поставщиков.
На рентгенограммах, выполненных в боковой и прямой проекции (рис. 1) в середине диафиза большеберцовой кости измеряли: наружный диаметр диафиза, диаметр костномозгового канала, толщину корковой пластинки. Дополнительно на рентгенограммах, выполненных в боковой проекции, измеряли длину большеберцовой кости. Другие авторы, для измерения длины данного сегмента у экспериментальных животных, также использовали боковую рентгеновскую проекцию [14].
Рисунок 1 – Рентгенограммы большой берцовой кости взрослой овцы: А – прямая проекция; Б – боковая проекция; В – костномозговой канал; Г – корковая пластинка; прямоугольной рамкой выделена середина диафиза кости.
Рентгенографию осуществляли с помощью рентгеновской системы Premium VET (TOSHIBA (Rotanode) Model E7239. N: 10G749, Япония) и системы цифровой рентгенографии c плоскопанельным детектором CANON CXDI-401C COMPACT (Canon Inc. Medical Equipment Group, Япония).
Измерения выполняли при помощи специализированного программного обеспечение «Hi-scene». Полученные количественные данные объединяли и подвергали статистической обработке с использованием методов параметрического анализа. Накопление, корректировка, систематизация исходной информации и визуализация полученных результатов осуществлялись в электронных таблицах Microsoft Office Excel 2016. Статистический анализ проводили с использованием надстройки AtteStat версии 13.1 к электронным таблицам Excel (2016, 16.0.5278.1000). При статистической обработке количествен- ных данных с использованием критерия Шапиро-Уилка определили нормальный характер распределения выборок, что позволило в последующем использовать параметрические методы статистики. Полученные количественные данные объединяли в вариационные ряды, в которых методами описательной статистики проводили расчет средних арифметических величин (M), стандартных отклонений (SD), медиан (Me) и 1-3 квартилей (Q1-Q3). При сравнении средних величин в нормально распределенных совокупностях количественных данных рассчитывали t-критерий Стьюдента. Различия показателей считались статистически значимыми при уровне значимости p<0,05. Дополнительно, с целью изучения связи между представленными количественными данными, использовался коэффициент корреляции rxy Пирсона. Значения коэффициента корреляции Пирсона интерпретировали в соответствии со шкалой Чеддока (табл. 1).
Таблица 1 - Шкала Чеддока
|
Значения коэффициента корреляции Пирсона |
||||||
|
менее 0,1 |
0,1-0,3 |
0,3-0,5 |
0,5-0,7 |
0,7-0,9 |
0,9-0,99 |
|
|
Характеристика тесноты корреляционной связи |
связь отсутствует |
слабая |
умеренная |
заметная |
высокая |
весьма высокая |
При определении коэффициента корреляции Пирсона, автоматически рассчитывалась статистическая значимость корреляционной связи с помощью t-критерия. Перед началом исследования все животные содержались в одинаковых условиях вивария на стандартном сбалансированном рационе при свободном доступе к воде в течение 45 суток и больше. При содержании животных соблюдали требования ГОСТ Р 33044-2014 «Принципы надлежащей лабораторной практики», ГОСТ 332152014 «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила оборудования помещений и организации процедур». ГОСТ 34088-2017 «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила содержания и ухода за сельскохозяйственными животными». Также соблюдали требования Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментов и других научных целей, и Директивы 2010/63/EU Европейского парламента и Совета Европейского союза от 22.09.2010 по охране животных, используе- мых в научных целях.
Результаты и обсуждение. В результате выполненного рентгенограмметрического исследования определили длину большеберцовой кости, наружный диаметр и диаметр ее костномозгового канала, а также толщину корковой пластинки в середине диафиза у взрослых клинически здоровых беспородных овец не зависимо от пола (табл. 2). Анализ полученных количественных данных показал, что некоторые изучаемые размерные параметры большеберцовых костей в середине диафиза у взрослых овец имеют статистически значимые отличия в зависимости от проекции рентгенографического изображения. В частности, наружный диаметр и диаметр костномозгового канала середины диафиза в прямой проекции были на 3,5 мм и на 2,3 мм больше соответственно, чем в боковой проекции. Толщина корковой пластинки в данной области на рентгенографических изображениях в двух стандартных проекциях не имела достоверных различий (табл. 2).
Таблица 2 - Анатомические размеры большеберцовой кости взрослой беспородной овцы в середине диафиза
|
Рентгенограмметрический параметр |
Проекция |
M±SD |
Me (Q1-Q3) |
|
Длина большеберцовой кости (мм) |
Боковая |
226,12±13,75 |
222 (217-234) |
|
Наружный диаметр в середине диа- |
Прямая |
17,68±2,01* |
17,4 (16,4-18,9)* |
|
физа (мм) |
Боковая |
14,19±1,07 |
14,1 (13,5-14,9) |
|
Диаметр костномозгового канала в |
Прямая |
8,71±1,72* |
8,4 (7,4-9,6)* |
|
середине диафиза (мм) |
Боковая |
6,43±1,11 |
6,2 (5,5-7,2) |
|
Толщина корковой пластинки в се- |
Прямая |
3,72±0,57 |
3,8 (3,3-4,0) |
|
редине диафиза (мм) |
Боковая |
3,48±0,56 |
3,5 (3,1-3,8) |
Примечание: * - различия показателя прямой проекции со значениями боковой проекции, р<0,05.
С использованием коэффициента корреляции Пирсона определили положительную взаимосвязь между изучаемыми параметрами разной степени выраженности (табл. 3).
Результаты исследования показали, что высокую положительную статистически значимую линейную взаимосвязь имеют между собой параметры: наружный диаметр диафиза и диаметр костномозгового канала в сагиттальных рентгенографических проекциях (прямая задняя или прямая передняя), отражающие размерные характеристики исследуемой области с латеральной и медиальной поверхностей большеберцовой кости. При этом, те же параметры на фронтальных проекциях (направление рентгеновского луча справа налево или слева направо), демонстрирующие переднюю и заднюю поверхности большеберцовой кости, имеют умеренную статистически достоверную взаимосвязь. Диаметр костномозгового канала в прямой и боковой проек- циях от наружного диаметра диафиза на этом же уровне в этих же проекциях составляет 49,3% (1,0:2,03) и 45,3% (1,0:2,21) соответственно.
Заметную, статистически значимую корреляционную взаимосвязь имеют размерные характеристики наружных диаметров середины диафиза фронтальных (боковая проекция) и сагиттальных (прямая проекция) рентгенографических изображений с длиной большеберцовой кости.
Выполненное рентгенограмметрическое исследование показало, что для определения размерных характеристик экспериментальных образцов имплантата для замещения циркулярного дефекта середины диафиза большеберцовой кости взрослой клинически здоровой овцы необходимо использовать размерные характеристики изображений рентгенограмм, выполненных во фронтальной проекции (боковой).
Таблица 3 - Корреляция рентгенограмметрических характеристик середины диафиза большеберцовой кости взрослой овцы
|
Рентгенограмметрические параметры переменных |
Коэффициент корреляции r xy |
Теснота корреляционной связи |
|
Наружный диаметр в середине диафиза, прямая проекция |
0,72* |
Высокая |
|
Диаметр костономозгового канала в середине диафиза, прямая проекция |
||
|
Наружный диаметр в середине диафиза, боковая проекция |
0,34* |
Умеренная |
|
Диаметр костономозгового канала в середине диафиза, боковая проекция |
||
|
Наружный диаметр в середине диафиза, прямая проекция |
0,35* |
Умеренная |
|
Толщина корковой пластинки, прямая проекция |
||
|
Наружный диаметр в середине диафиза, боковая проекция |
0,32* |
Умеренная |
|
Толщина корковой пластинки, боковая проекция |
||
|
Длина большеберцовой кости |
0,61* |
Заметная |
|
Наружный диаметр в середине диафиза, прямая проекция |
||
|
Длина большеберцовой кости |
0,65* |
Заметная |
|
Наружный диаметр в середине диафиза, боковая проекция |
||
|
Длина большеберцовой кости |
0,26 |
Слабая |
|
Диаметр костономозгового канала в середине диафиза, прямая проекция |
||
|
Длина большеберцовой кости |
0,21 |
Слабая |
|
Диаметр костономозгового канала в середине диафиза, боковая проекция |
||
|
Длина большеберцовой кости |
0,23 |
Слабая |
|
Толщина корковой пластинки, прямая проекция |
||
|
Длина большеберцовой кости |
0,35* |
Умеренная |
|
Толщина корковой пластинки, боковая проекция |
Примечание: * - статистическая значимость корреляционной связи, р<0,05.
Это связано с тем, что наружный диаметр и диаметр костномозгового канала середины диафиза кости на изображениях рентгенограмм выполненных в боковой проекции достоверно меньше аналогичных параметров изображений в прямой проекции на 19,74% и 26,18% соответственно. При этом физиологически нормальные анатомические пропорции наружного диаметра обследуемого участка середины диафиза большеберцовой кости в боковой проекции (14,19±1,07 мм) по отношению к длине сегмента (226,12±13,75) у овец составили 1,0 : 15,9. К тому же эти параметры имели заметную положительную статистически значимую корреляционную связь между собой.
Физиологически нормальные анатомические пропорции диаметра костномозгового канала в обследуемой области (6,43±1,11 мм) к наружному поперечному диаметру диафиза кости (14,19±1,07 мм) на боковой проекции составили 1,0 : 2,21. Между ними была определена положительная умеренная статистически значимая корреляционная взаимосвязь.
Согласно литературным данным при замещении обширного диафизарного дефекта рост костной ткани как со стороны надкостницы, так и эндооста направлен от концов костных отломков к центру дефекта [5, 11, 15]. Соответственно, новые разрабатываемые имплантируемые медицинские изделия, предназначенные для замещения дефектов диафиза длинных костей, должны иметь типоразмеры и другие конструктивные характеристики, которые смогут обеспечивать возможность продольного роста костных структур в дистальном (от верхнего отломка к нижнему) и проксимальном (от нижнего отломка к верхнему) направлениях, а также в глубь имплантата. Предположили, что обеспечение таких условий возможно в случаях, когда попереч- ные размеры разрабатываемых имплантатов не будут превышать диаметр замещаемого участка диафиза кости и не будут равными или меньшими диаметру костномозгового канала (для предотвращения миграции имплантата в костномозговой канал). Это позволило сделать ниже приведенные выводы.
Выводы. В результате выполненного рентгенограмметрического исследования определили значения размеров середины диафиза большой берцовой кости взрослой беспородной овцы, которые можно использовать при разработке, изготовлении и доклиническом тестировании в экспериментах in vivo новых имплантатов для замещения обширного дефекта диафиза длинной кости.
- Определили, что при изготовлении серии тестовых образцов имплантатов для замещения обширного дефекта середины диафиза большой берцовой кости взрослой беспородной овцы и с целью стандартизации условий эксперимента: 1) необходимо основываться на поперечных размерах замещаемого участка кости в соответствии с рентгеновскими изображениями боковой проекции; 2) для овец поперечные размеры имплантата не должны превышать 14,19±1,07 мм, и не должны быть равны или быть меньше 6,43±1,11 мм.
