Ro- семиотика состояния костной ткани при чрескостном введении имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния в эксперименте

Стремительный рост хирургической активности в клиниках ортопедотравматологического профиля в последние годы, сопровождается неизбежным увеличением числа осложнений, в ряде случаев, связанных с реакцией отторжения, которые обусловлены аллергической реакцией на сплавы, используемых при изготовлении погружных конструкций [6]. Длительное нахождение устанавливаемых пластин, винтов, стержней, в достаточно агрессивной среде, к каковой можно отнести организм пациента, предъявляет особые требования к материалам, из которых изготовлен имплантат. Актуальность темы обусловлена необходимостью создания перспективных и безопасных покрытий [5], которые не проявляются аллергическими реакциями на сплавы, используемые при изготовлении погружных конструкций. Серьезный недостаток металлических изделий: они подвержены коррозии, из-за которой снижается механическая прочность, а на организм оказывают определенное воздействие перешедшие в раствор ионы металлов. Создать защитный барьер для их выхода в биологические жидкости организма способны оболочки-покрытия, имеющие минимальную толщину и биологическую устойчивость к воздействию достаточно агрессивной окружающей среды [1]. В этой связи, важным аспектом является применение методов, позволяющих правильно и надежно оценить их взаимодействие с окружающими тканями и организмом в целом [4]. Перспективными являются покрытия, содержащие производные сверхтвёрдых металлов, которые характеризуются химической и биологической инертностью. В предыдущих публикациях был обозначен ряд преимуществ названных покрытий при оценке реакции биологических маркеров [2,3], однако не было отслежено их локального влияния на костную ткань в зоне имплантации.

Целью настоящей работы явилось сравнительное рентгенографическое исследование ответной реакции костной ткани на чрескостное введение в диафизы большеберцовых костей экспериментальных крыс имплантатов из меди (Cu), стали 12X18H9T, стали 12X18H9T с вариантами покрытий нитридами титана и гафния (TiN+HfN), а так же нитридами титана и циркония (TiN+ZrN).

Материалы и методы. Исследования проводились согласно ГОСТ ИСО 10993(Р) и были одобрены Локальным Этическим Комитетом казанского государственного медицинского университета. Экспериментальные исследования проводились на белых крысах самцах. Масса животных составила 250-300 г.Кормление и содержание лабораторных животных осуществляли согласно рекомендациям по кормлению и содержанию лабораторных животных. Животных содержали в индивидуальных клетках по 5 крыс в каждой. В рацион включали продукты животного и растительного происхождения.

Имплантаты, изготовленные на НПО «Мединструмент» (г. Казань) представляли собой шпильки длиной 8-10 мм, диаметром Ø=0,8мм. Данные образцы обезжиривались бензином Б-70 и осушались 96° этиловым спиртом. Образцы устанавливались внутри рабочей камеры установки ННВ 6.6-И1 с давлением в камере в 1,6*10-2 Па. Нанесение покрытия осуществлялось путем ионной бомбардировки при следующих параметрах: Энергия ионов металла - 0,8-1 кЭв, температура подложки - 500°С, давление в камере - 1,6*10-2 Па, частота вращения карусели - 2 Об/мин. Перед нанесением покрытия в рабочую камеру подавался реакционный газ (азот) для формирования нитридного покрытия. Толщина покрытия составила 5μм.

Имплантацию производили с соблюдением правил асептики и антисептики с рассечением параоссальных тканей под общей анестезией (0,2% раствором рометара в дозе 0,1 мл/100 г массы тела животного) в среднюю треть диафиза большой берцовой кости чрескостно после предварительного рассверливания. Концы шпилек загибали в виде скобы и погружали под кожу. Рана ушивалась наглухо.

В зависимости от материала, из которого были изготовлены имплантаты животных разделили на четыре группы. Две группы сравнения: №1 - с имплантатами из стали 12Х18Н9Т (n=20) и №2 - с имплантатами из меди Cu (n=20), не имевшими покрытия. Две опытных группы: №3 - с имплантатами из стали 12Х18Н9Т, покрытыми комбинацией нитридов титана и гафния (TiN+HfN) (n=20), №4 - с имплантатами из стали 12Х18Н9Т, покрытыми нитридами титана и циркония (TiN+ZrN) (n=20) .

По окончании каждого срока выводили опытных крыс из эксперимента путем декапитации, затем проводили рентгенографические исследования на оборудовании:

• -    рентгеновский аппарат 9Л5У2 на 10е, 30-е, 60-е и 90-е сутки после оперативного вмешательства. Время экспозиции 0,1 сек. на расстоянии 70 см при мощности тока 20 мA.

Для оценки воздействия имплантатов на костную ткань крыс было проведено визуальное исследование рентгенограмм с помощью негатоскопа, где обращали внимание на следующие параметры:

• •    Срок появления реакции периоста;

• •    Степень выраженности реакции периоста и эндоста;

• •    сроки и качество консолидации костного дефекта вокруг имплантата.

Результаты         исследования.

Имплантаты        находились        в непосредственном контакте с костью, надкостницей и мягкими тканями зоны оперативного вмешательства. У животных в группах №1 (сталь 12X18H9T) и №3 с покрытием нитридами титана и гафния (TiN+NHf) не регистрировалось каких-либо изменений со стороны тканей, окружающих имплантаты. Отмечено, что в толще параоссальных тканей вокруг имплантатов из меди к 10 суткам эксперимента образовывалась мощная безболезненная соединительнотканная капсула диаметром в 1-1,5- см, заполненная густым гнойным экссудатом желтоватого цвета.К концу эксперимента               происходило самопризвольное вскрытие капсулы с вытеканием наружу гнойного экссудата.

У крыс в группе с имплантатами с покрытием нитридами титана и циркония

(TiN+ZrN) на этом же сроке наблюдалась локальная безболезненная плотная припухлость в зоне травмы диаметром в 1,5-2 см без дифференциации контуров имплантата, которая сохранялась до конца 60-х суток эксперимента.

На 10 сутки в области контакта с имплантатами из стали 12Х18Н9Т (группа №1) отмечались признаки обызвествления надкостницы. На 30 сутки эксперимента помимо, определившейся ранее, периостальной реакции костной ткани присутствовала реакция со стороны эндоста. К этому периоду формировалась нечеткость контуров костного дефекта. К 60 суткам наступила консолидация костного дефекта вокруг имплантата, а к 90-м картина оставалась практически неизменной.

У животных с имплантатами из меди (группа №2) реакция периоста на 10 сутки не прослеживалась. Лишь к 30 суткам у половины животных наблюдалась выраженная реакция надкостницы в виде обызвествления. На 60 сутки в ряде случаев на рентгенограммах определялась нечеткость контуров костного дефекта, склеротические явления вокруг него, а также признаки начала формирования эндостального окостенения. На 90 сутки склерозирующие массы вокруг дефекта возрастали, начинались процессы консолидации и костеобразования на месте бывшего дефекта у всех животных. Можно констатировать значительное отставание в развитии каждого из этапов консолидации у животных этой группы.

В группе №3 с имплантатами из стали с покрытием нитридами титана и гафния (TiN+HfN) в целом динамика трансформации костной ткани была такой же, как и в первой группе наблюдений (12Х18Н9Т), что характеризуется формированием на 10 сутки маловыраженного обызвествления надкостницы. Уже на этом сроке у ряда животных нет четкой визуализации костного дефекта. К 30-м суткам у одного животного вместо костного дефекта вокруг имплантата была выявлена краевая деформация периоста. У остальных крыс уже на этом периоде наблюдения наличие костного дефекта не прослеживалось, что говорит об ускорении репаративной активности костной ткани при наличии данного вида имплантатов. Это подтверждается тем, что к 60-м суткам степень консолидации костного дефекта была выражена больше чем у исследуемых животных других групп. На 90-е сутки у всех животных наступила полная консолидация, и рентгенологическая картина соответствовала нормальной кости. Следует отметить, что у одного из животных этой группы при введении имплантата после рассверливания произошёл перелом большой берцовой кости в зоне вмешательства. Несмотря на это, консолидация на фоне имплантата с покрытием нитридом титана и гафния к окончанию эксперимента оказалась полноценной и по рентгенологической картине не уступала таковой у остальных животных группы №3 (несмотря на возникшую угловую деформацию).

В опытной группе животных, которым были установлены имплантаты из стали с покрытием нитридами титана и циркония на 10-е сутки в зоне вмешательства тень мягких тканей оказалась более плотной, чем у животных в группе с медными имплантатами. Таким образом, обозначился еще один характерный фактор местной реакции тканей на имплантат: рентгенпозитивное состояние параоссальных тканей. Причем, на этом сроке у одного из животных группы появлялся периостальный компонент, который лишь к 30-м суткам проявляется у каждого из них. К концу следующего периода наблюдения, т.е. на 60-е сутки у 20% животных периостальная реакция сохранялась, а у 40% наступала консолидация зоны дефекта. К концу периода эксперимента (90-е сутки), как и во всех группах, у животных с имплантатом покрытым нитридами титана и циркония наступала консолидация костной ткани вокруг имплантата.

Таким образом, результаты проведенных исследований предполагают целесообразность применения имплантатов из стали 12Х18Н9Т с покрытием нитридами титана и гафния. Данное покрытие не оказывает отрицательного воздействия на процессы остеорегенерации. Периостальная мозоль вокруг зоны индуцированной травмы большая по протяженности с минимальными признаками обызвествления. При визуализации более

«нежная», что, в конечном счете сказывается на качестве формирования костной мозоли. У животных с имплантатами из стали 12Х18Н9Т без покрытия к 90 суткам наблюдений встречались случаи деформации кости. При использовании имплантатов с покрытием нитридами титана и циркония реакция параоссальных тканей и надкостницы на ранних сроках наблюдения была более выраженной, что возможно является признаком воспалительного процесса. Периостальная реакция у животных этой группы проявлялась позже, чем при использовании конструкций из стали 12Х18Н9Т без покрытия и с наличием покрытия нитридами титана и гафния. Медные имплантаты приводят к задержке формирования периостального и

ЛИТЕРАТУРА: 1. Абдуллин, И. Ш. Бактерицидные и биологически стойкие покрытия для

эндостального регенерата что, в конечном счете, сказывается на сроках консолидации зоны повреждения.

Заключение. Результаты проведенных исследований показали, что при рентгенографии полноценная реакция периоста и эндоста, консолидация зоны костного дефекта более выражена при использовании имплантатов из стали с покрытием нитридами титана и гафния. В группах с имплантатами из стали, покрытыми нитридами титана и циркония,периостальная и эндостальная реакции кости возникали позднее Консолидация костного дефекта происходила позднее и была низкого качества, что свидетельствует об ингибиции процессов остеорегенерации данными имплантатами.

медицинских имплантатов и инструментов /Абдуллин И. Ш., Миронов М. М., Гарипова Г.И. – М.: Мед.техника.-2004.-№4.- С.20-22. 2. Ахтямов, И.Ф. Исследование взаимодействия

биосовместимого покрытия из смеси нитридов металлов IV группы с тканями живого организма / Ахтямов И.Ф., Гатина Э.Б., Кадыров Ф.Ф. и др. – Казань: Вестник Казанского технологического университета, Т.15. №20; 2012. – С. 176 -179. 3. Ахтямов, И.Ф. Оценка острой фазы при экспериментальном остеосинтезе имплантамисбиоинертным покрытием нитридами сверхтвердых металлов Ахтямов И.Ф., Шакирова Ф.В., Гатина Э.Б. и др. – Курган: Гений ортопедии им. академика Г.А. Илизарова 2013, №4, -С. 80-83.4. Загородний, Н.В. Реакция на кобальт как причина ревизионного эндопротезирования коленного сустава /Загородний Н.В., Бухтин К.М., Кудинов О.А. и др. – М.: Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова 2013, №2. – С. 65-68. 5.Steinemann SG. Metal implants and surface reactions // Injury. 1996; №27:Suppl3: SC 16-22.6. YousefA. Effect of hafnium and titanium coated implants on several blood biochemical markers after osteosynthesis in rabbits / Yousef A., Akhtiamov I., Shakirova F.et al. Int. J. Clin. Exp. Med. 2014; 7(10): Р.3473-3477.

R O - СЕМИОТИКА СОСТОЯНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ ПРИ ЧРЕСКОСТНОМ ВВЕДЕНИИ ИМПЛАНТАТОВ С ПОКРЫТИЕМ НИТРИДАМИ ТИТАНА И ГАФНИЯ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Манирамбона Ж.К., Валеева А.Н., Коритам А.Ш Резюме

Определены зависимости степени и качества консолидации образованного после введения имплантатов костного дефекта при рентгенографии, в зависимости от вида имплантата и состава нанесенного на имплантат покрытия. Имплантаты из стали с покрытием из нитридов титана и гафния химически и биологически инертны. А имплантаты из меди и из стали с покрытием, содержащим цирконий, токсичны и вызывают ингибицию процессов костной регенерации.

R O - SEMIOTICS OF BONE STATE AFTER TRANSOSSEOUS INTRODUCTION OF IMPLANTS COATED WITH TITANIUM AND HAFNIUM NITRIDES IN AN EXPERIMENT

Manirambona J.C., ValeevaА.N., KoritamА.SH.