Рентгенологическая оценка экспериментальной работы по применению биоактивной пластины в разных географических и климатических условиях

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 614.2                                          

Развитие инноваций в медицине основано на использовании новых методов исследования и лечения и на поиске инновационных материалов. Вследствие перелома костей происходит снижение регенераторных возможностей кости в связи, с чем необходимы усилия по улучшению репаративного остеогенеза. Применение композиционных материалов является одним из таких аспектов, претендующих на значительный прогресс и приобретает все большую актуальность в современной медицине [11]. Однако, существуют случаи, когда отдельные имплантаты инкапсулировались, создавая при этом очаг хронического воспаления, происходило усиление резорбции кости, а также наблюдалось полное или частичное отторжение [2]. Поверхность имплантируемых материалов полностью не взаимодействуют как надо с костной тканью, поэтому в 10-15% случаев наблюдается расшатывание имплантатов и даже их миграция, а около 30% случаев может достигать это осложнение при политравме [1]

Имплантируемые материалы должны соответствовать целому ряду требований, и это является важным принципом имплантологии. К таким требованиям относятся: биосовместимость, вирусная и бактериальная безопасность, сочетание остеокондуктивности и остеоиндуктивности при отсутствии токсичности [7, 9].

Данным требованиям отвечают биоактивные имплантаты, поверхность которых способны интегрироваться с костной тканью и вовлекаются в процессы репаративного остеогенеза. Имплантаты с данным покрытием, не только обеспечивают необходимую механическую фиксацию, но и биологическую фиксацию. Они обладают высокими прочностными характеристиками, интегрируют с костной тканью и участвуют в процессе репаративного остеогенеза [4, 10].

Большая часть территории Центральной Азии сосредоточены в низко-средне - и высокогорной зоне. Геофизические факторы горной местности гипоксия, резкие перепады суточных и сезонных температур, ветровой режим, повышенная инсоляция и др. -формируют экстремальные условия, предъявляющие высокие требования к организму человека, вызывая глубокие функционально-структурные сдвиги [8].

Проблема кислородного обеспечения опорно-двигательного аппарата тесно связана с развитием патологии данной системы [3, 5, 12], поэтому изучение особенностей репаративной регенерации костной ткани организма, адаптирующегося к условиям горной местности, приобретает немаловажное значение.

Материалы и методы исследования

Бишкекский научно-исследовательский центр травматологии и ортопедии совместно с лабораторией материаловедения Института химии и химических технологий НАН КР разработали новый способ формирования поверхности имплантатов предназначенных для фиксации переломов костей, изготовленных из титана. Поверхность имплантата упрочнена методом электроискрового легирования графитовыми электродами в специально разработанных жидких средах, содержащих фосфор, кальций, являющимися элементами, входящими состав костной ткани, а также серебра и меди как бактерицидных элементов (патент КР №1952 от 31.03.2017 г.). Данный имплант мы назвали биоактивная накостная пластина, а импланты без формирования поверхности, назвали биоинертная накостная пластина.

Эксперимент составили 96 беспородные собаки обоего пола в возрасте 2–5 года массой 10–15 кг. Произведено исследование особенностей репаративной регенерации бедренной кости у экспериментальных собак в динамике двухмесячного наблюдения (Таблица).

Таблица

ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ

Серии	В условьях низкогорья (Бишкек, 780 м над ур. моря)		В условьях высокогорья (пер. Туя-Ашу, 3200 м над ур. моря)
Группы	основная	контрольная	основная	контрольная
Сроки наблюдения	7, 20, 30, 40, 50, 60.	7, 20, 30, 40, 50, 60.	7, 20, 30, 40, 50, 60.	7, 20, 30, 40, 50, 60.
Количество животных	24	24	24	24

Подопытные животные разделены на 2 серии. В первую серию вошли 48 животных, у которых исследуется, структурные изменения костного регенерата при моделировании перелома бедренной кости в динамике в условиях низкогорья (Бишкек, 780 м над у. м). Во вторую серию также вошли 48 животные, которые исследуется в условиях высокогорья (пер. Туя-Ашу, 3200 м над у. м). В свою очередь каждая серия разделена на контрольную группу (24), которую составили животные где использовали биоинертную накостную пластину, а основную группу составят животные с моделированным переломом бедренной кости при использовании биоактивного имплантата. с целью оценки целесообразности применения биоактивного имплантата для лечения переломов длинных костей в условиях высокогорья. Все животные до начала экспериментов выдерживались в виварии не менее 2 недель. Животные получали стандартный сбалансированный пищевой рацион при свободном доступе к воде и пище. На 20, 40, 60 сутки производили рентген контроль, с целью оценки процессов остеорегенерации.

Результаты и их обсуждение

В результате исследования нам удалось выявить то что, при применении биоактивной накостной пластины отмечается улучшение репаративной регенерации костной ткани. На 20, 40, 60 день после операции производили рентген контроль. На 20-е сутки после операции произведен рентген контроль (Рисункb 1, 2). На Рисунке 1 представлен рентген контроль при использовании биоактивного имплантата в условиях низкогорья. На этом рентгенографии определяется умеренные признаки регенерации костной ткани, межфрагментарная зона не определяется, признаков остеопороза не определяется. На Рисунке 2 представлен рентген контроль при использовании биоинертного имплантата в условиях низкогорья, где определяются признаки умеренной регенерации костной ткани, но межфрагментарная зона четко не визуализируется. В ходе исследования выявлено, что четкой разницы на рентген снимках не определяется. Это возможно связана тем, что рентгенография на первых сутках исследовании видимых различии не определяет.

Рисунок 1 Биоактивный имплант в условиях низкогорья 20 сутки

Рисунок 2 Биоинертный имплант в условиях низкогорья 20 сутки

На Рисунке 3 представлен рентген контроль при использовании биоактивного имплантата в условиях высокогорья, в котором определяется умеренные признаки регенерации костной ткани, межфрагментарная зона не определяется, признаков остеопороза не определяется.

Рисунок 3 Биоактивный имплант в условьях высокогорья 20 сутки

Рисунок 4 Биоинертный имплант в условьях высокогорья 20 сутки

На Рисунке 4 представлен рентген контроль при использовании биоинертного имплантата в условиях высокогорья, где определяются признаки умеренной регенерации костной ткани костная, но межфрагментарная зона четко визуализируется, остеопороз костных фрагментов, что может свидетельствовать о недостаточной нагрузке оперируемой конечности. На 40-е сутки после операции произведен рентген контроль (Рисунки 5, 6). На Рисунке 5 представлен рентген контроль при использовании биоактивного имплантата в условиях низкогорья. Определяется полная регенерация кости, костномозговой канал диафиза бедренной кости сохранен, определяется корковый слой кости, вокруг винтов и накостной пластины резорбции нет. При использовании биоинертного имплантата в условиях низкогорья (Рисунок 6) признаков консолидации нет, межотломковая зона четко прослеживается, имеется краевые костные разрастания, но костномозговой канал диафиза бедренной кости не закрыт. Также отмечается остео лизис краевой зоны отломков и на границе кость-имплантат.

Рисунок 5. Биоактивный имплант в условиях низкогорья 40 сутки

Рисунок 6. Биоинертный имплант в условиях низкогорья 40 сутки

Рисунок 7. Биоактивный имплант в условиях высокогорья 40 сутки

Рисунок 8. Биоинертный имплант в условиях высокогорья 40 сутки

Незначительные костные кисти, что свидетельствует о воспалительном процессе костной ткани. На Рисунке 7 представлен рентген контроль при использовании биоактивного имплантата в условиях высокогорья. Межотломковая зона прослеживается, но отмечается хороший регенерат в стадии не полного завершения, краевые костные разрастания, незначительное миграция дистальных винтов. На Рисунке 8 рентген контроль биоинертного имплантата в условиях высокогорья. Межотломковая зона четко прослеживается, отмечается остео лизис с незначительными признаками регенерации по краю.

Также на 50–60-е сутки после операции произведен рентген контроль (Рисунки 9–11). На Рисунке 9 представлен биоактивный имплант в условиях низкогорья, при этом определяется полная консолидация костной ткани, межотломковая зона не прослеживается. На 50-е сутки (Рисунок 10) после операции произведен рентген контроль биоинертного импланта в условиях низкогорья, связи с наличием некоторого неудовлетворения остеорегенерацией на предыдущем этапе эксперимента (Рисунок 7).

Рисунок 9. Биоактивный имплант в условиях низкогорья 50 сутки

Рисунок 10. Биоинертный имплант в условиях низкогорья 50 сутки

Рисунок 11. Биоинертный имплант в условиях низкогорья 60 сутки

На Рисунке 12 представлен рентген контроль при использовании биоактивного имплантата в условиях высокогорья. Определяется полная регенерация кости, костномозговой канал диафиза бедренной кости сохранен, определяется корковый слой кости, вокруг винтов и накостной пластины резорбции нет. На Рисунке 13 представлен рентген контроль при использовании биоинертного имплантата в условиях высокогорья. Определяются признаки ложного сустава, имеется замыкательная пластина, выраженные краевые костные разрастания, межфрагментарная зона определяется. Вокруг винтов накостной пластины имеется резорбция кости, связи, с чем произошла миграция винтов и пластины.

Рисунок 12. Биоактивный имплант в условиях высокогорья 60 сутки

Рисунок 13. Биоинертный имплант в условиях высокогорья 60 сутки

Выводы

Как нам уже известно, в условиях высокогорья регенерация костной ткани замедляется, или даже может образоваться ложный сустав [6]. На основании рентген исследования при применении биоактивной пластины в условиях низкогорья, нами отмечена полная консолидация уже на 40-е сутки, а при применении биоинертной пластины консолидация костной ткани наступил на 50–60 сутки. При применении биоинертной накостной пластины на 40 сутки произошел воспалительный процесс и это спровоцировал остеолизису, связи, с чем процесс остеорепарации замедлился. При применении биоактивной пластины в условиях высокогорья, полная консолидация наступила на 60-е сутки, т. е. срок регенерации костной ткани при применении биоактивной пластины в условиях высокогорья уравнивается сроку регенерации костной ткани при применении биоинертной пластины в условьях низкогорья.

Биоактивная накостная пластина ускоряет процесс остеорепарации за счет кальций-фосфор-медь-серебренного покрытия. Они более биосовместимы, так как относятся к группе естественных метаболитов костной ткани, хорошо интегрируются с костной тканью. Мы считаем, что в условиях горной местности целесообразно применение биоактивных накостных пластин, для ускорения процессов остеорепарации и улучшения остеорегенерата.