Влияние метода обработки кости на ее прочность

Автор: Антипов Александр Павлович, Гордина Екатерина Михайловна, Марков Михаил Александрович, Божкова Светлана Анатольевна

Журнал: Гений ортопедии @geniy-ortopedii

Рубрика: Оригинальные статьи

Статья в выпуске: 6 т.28, 2022 года.

Бесплатный доступ

Введение. Для восполнения дефектов костной ткани, образующихся во время хирургических вмешательств, оптимальным вариантом является использование костных трансплантатов. Такой биоматериал высоко адаптивен, структурно динамичен, метаболически активен и характеризуется высокой прочностью. Стандартная подготовка графтов для последующей имплантации включает в себя очистку с последующей глубокой заморозкой и стерилизацией. Однако используемые методы обработки костного материала и реагенты могут изменять биомеханические свойства кости. Цель. Изучить влияние этапа разработанной химической очистки и последующей лиофилизации на механическую прочность костных графтов в сравнении с нативной свежезамороженной костью. Материалы и методы. В исследовании использовали срезы метаэпифиза единого уровня одной большеберцовой кости одной особи крупного рогатого скота, для исключения влияния вариабельности плотности нативной кости, полученной от разных доноров. Кость распиливали ручной пилой на блоки. В зависимости от метода обработки формировали 3 группы образцов - свежезамороженная нативная кость, очищенная методом комбинирующего химического и физического воздействия на кость и очищенная тем же способом кость, с последующей лиофилизацией. Измерение механических свойств проводили в режиме одноосного сжатия на разрывной машине 1958У-10-1. Статистический анализ полученных данных выполняли с использованием критерия Колмогорова-Смирнова (K-S) и поправкой Лильефорса (Lilliefors), наличие статистической значимости различий оценивали методом однофакторного дисперсионного анализа (One-Way ANOVA). Результаты. Площадь поперечного сечения блоков, изготовленных ручным способом, была сопоставима. Вне зависимости от способа обработки костной ткани не регистрировали снижение прочности ниже исходной. Наибольшие прочностные характеристики продемонстрировали очищенные костные блоки до лиофилизации. После лиофилизации прочность образцов снижалась, однако, несмотря на это данный показатель оставался выше, чем для свежезамороженной нативной кости. Кроме того, между группами образцов не регистрировали статистически значимых различий в параметрах максимального прилагаемого усилия и площади сечения. В то время как значения модуля упругости и относительной деформации между группами имели статистически значимые отличия (р function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }

Еще

Биомеханическая прочность, костный банк, аллографты, трансплантат, метод обработки

Короткий адрес: https://sciup.org/142236817

IDR: 142236817   |   DOI: 10.18019/1028-4427-2022-28-6-783-787

Список литературы Влияние метода обработки кости на ее прочность

  • Bohner M., Galea L.G., Dobelin N. Calcium phosphate bone graft substitutes: Failures and hopes // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. Vol. 32, No 11. P. 2663-2671. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2012.02.028.
  • National Hospital Discharge Survey: 2007 summary / M.J. Hall, C.J. DeFrances, S.N. Williams, A. Golosinskiy, A. Schwartzman // Natl. Health Stat. Report. 2010. No 29. P. 1-20, 24.
  • Giannoudis P.V., Dinopoulos H., Tsiridis E. Bone substitutes: an update // Injury. 2005. Vol. 36, No Suppl. 3. P. S20-S27. DOI: 10.1016/j. injury.2005.07.029.
  • Bone Grafts and Substitutes Market Size, Share & Trends Analysis Report by Material Type (Natural, Synthetic); by Application Type (Spinal Fusion, Craniomaxillofacial, Long Bone); by Region - Segment Forecast, 2021 - 2028. 2020, 120 p.
  • McGovern J.A., Griffin M., Hutmacher D.W. Animal models for bone tissue engineering and modelling disease // Dis. Model Mech. 2018. Vol. 11, No 4. dmm033084. DOI: 10.1242/dmm.033084.
  • Patel R., Trampuz A. Infections transmitted through musculoskeletal-tissue allografts // N. Engl. J. Med. 2004. Vol. 350, No 25. P. 2544-2546. DOI: 10.1056/NEJMp048090.
  • Periosteum mimetic coating on structural bone allografts via electrospray deposition enhances repair and reconstruction of segmental defects / Z. Zhuang, J.V. John, H. Liao, J. Luo, P. Rubery, A. Mesfin, S.K. Boda, J. Xie, X. Zhang // ACS Biomater. Sci. Eng. 2020. Vol. 6, No 11. P. 62416252. DOI: 10.1021/acsbiomaterials.0c00421.
  • Оптимизация свойств аллогенной кости при хирургическом лечении переломов плато большеберцовой кости (предварительные данные клинического исследования) / А. Ваза, А. Файн, С. Гнетецкий [и др.] // V Международный конгресс ассоциации ревмоортопедов : [материалы]. М., 2021.
  • A novel, multi-level approach to assess allograft incorporation in revision total hip arthroplasty / T. Rolvien, C. Friesecke, S. Butscheidt, T. Gehrke, M. Hahn, K. Püschel // Sci. Rep. 2020. Vol. 10, No 1. 15226. DOI: 10.1038/s41598-020-72257-3.
  • Эпидемиология эндопротезирования тазобедренного и коленного суставов и перипротезной инфекции в Российской Федерации / А.П. Середа, А.А. Кочиш, А.А. Черный, А.П. Антипов, А.Г. Алиев, Е.В. Вебер, Т.Н. Воронцова, С.А. Божкова, И.И. Шубняков, Р.М. Тихилов // Травматология и ортопедия России. 2021. Т. 27, № 3. С. 84-93.
  • Management of acetabular bone loss in revision total hip arthroplasty / G.K. Deirmengian, B. Zmistowski, J.T. O'Neil, W.J. Hozack // J. Bone Joint Surg. Am. 2011. Vol. 93, No 19. P. 1842-1852. DOI: 10.2106/JBJS.J.01197.
  • Acetabular reconstruction using fresh frozen bone allograft / A. Dua, K Kiran, R Malhotra, S. Bhan // Hip Int. 2010. Vol. 20, No 2. P. 143-149. DOI: 10.1177/112070001002000203.
  • Ullmark G., Obrant K.J. Histology of impacted bone-graft incorporation // J. Arthroplasty. 2002. Vol. 17, No 2. P. 150-157. DOI: 10.1054/ arth.2002.29393.
  • Segmental bone defects: from cellular and molecular pathways to the development of novel biological treatments / S.G. Pneumaticos, G.K. Triantafyllopoulos, E.K. Basdra, A.G. Papavassiliou // J. Cell Mol. Med. 2010. Vol. 14, No 11. P. 2561-2569. DOI: 10.1111/j.1582-4934.2010.01062.x.
  • Biological basis of bone strength: anatomy, physiology and measurement / N.H. Hart, R.U. Newton, J. Tan, T. Rantalainen, P. Chivers, A. Siafarikas, S. Nimphius // J. Musculoskelet. Neuronal Interact. 2020. Vol. 20, No 3. P. 347-371.
  • Gamma radiation sterilization reduces the high-cycle fatigue life of allograft bone / A. Islam, K. Chapin, E. Moore, J. Ford, C. Rimnac, O. Akkus // Clin. Orthop. Relat. Res. 2016. Vol. 474, No 3. P. 827-835. DOI: 10.1007/s11999-015-4589-y.
  • Биомодель костной ткани и ксеногенного костного трансплантата: механические свойства / A.M. Цициашвили, А.М. Панин, С.Д. Арутюнов, В.А. Какуша, М.Г. Ковалев, Д.А. Саващук // Российский стоматологический журнал. 2019. Т. 23, № 6. С. 254-262.
  • Structural mechanical properties of radiation-sterilized human bone-tendon-bone grafts preserved by different methods / G. Gut, J. Marowska, A. Jastrzebska, E. Olender, A. Kaminski // Cell Tissue Bank. 2016. Vol. 17, No 2. P. 277-287. DOI: 10.1007/s10561-015-9538-1.
  • The mechanical stability of allografts after a cleaning process: comparison of two preparation modes / D. Putzer, D.C. Huber, A. Wurm, W. Schmoelz, M. Nogler // J. Arthroplasty. 2014. Vol. 29, No 8. P. 1642-1646. DOI: 10.1016/j.arth.2014.03.028.
  • Influence of water and fat content on compressive stiffness properties of impacted morsellized bone: an experimental ex vivo study on bone pellets / L. Fosse, H. R0nningen, P. Benum, R.B. Sandven // Acta Orthop. 2006. Vol. 77, No 1. P. 15-22. DOI: 10.1080/17453670610045641.
  • What factors influence the biomechanical properties of allograft tissue for ACL reconstruction? A systematic review / D.A. Lansdown, A.J. Riff, M. Meadows, A.B. Yanke, B.R. Bach Jr. // Clin. Orthop. Relat. Res. 2017. Vol. 475, No 10. P. 2412-2426. DOI: 10.1007/s11999-017-5330-9.
  • Autograft or allograft for reconstruction of anterior cruciate ligament: a health economics perspective / H. Mistry, A. Metcalfe, J. Colquitt, E. Loveman, N.A. Smith, P. Royle, N. Waugh // Knee Surg. Sports Traumatol. Arthrosc. 2019. Vol. 27, No 6. P. 1782-1790. DOI: 10.1007/s00167-019-05436-z.
  • Meniscal allograft sterilisation: effect on biomechanical and histological properties / D. Bui, V. Lovric, R. Oliver, N. Bertollo, D. Broe, W.R. Walsh // Cell Tissue Bank. 2015. Vol. 16, No 3. P. 467-475. DOI: 10.1007/s10561-014-9492-3.
  • Clostridium infections associated with musculoskeletal-tissue allografts / M.A. Kainer, J.V. Linden, D.N. Whaley, H.T. Holmes, W.R. Jarvis, D.B. Jernigan, L.K. Archibald // N. Engl. J. Med. 2004. Vol. 350, No 25. P. 2564-2571. DOI: 10.1056/NEJMoa023222.
  • Eastlund T. Infectious disease transmission through cell, tissue, and organ transplantation: reducing the risk through donor selection // Cell Transplant. 1995. Vol. 4, No 5. P. 455-477. DOI: 10.1177/096368979500400507.
  • Kang Q., An Y.H., Friedman R.J. Effects of multiple freezing-thawing cycles on ultimate indentation load and stiffness of bovine cancellous bone // Am. J/Vet. Res. 1997. Vol. 58, No 10. P. 1171-1173.
  • Biomechanical examinations of cancellous bone concerning the influence of duration and temperature of cryopreservation / H.P. Matter, T.V. Garrel, U. Bilderbeek, W. Mittelmeier // J. Biomed. Mater. Res. 2001. Vol. 55, No 1. P. 40-44. DOI: 10.1002/1097-4636(200104)55:1<40::aid-jbm60-3.0.co;2-6.
  • Currey J.D. The effect of porosity and mineral content on the Young's modulus of elasticity of compact bone // J. Biomech. 1988. Vol. 21, No 2. P. 131-139. DOI: 10.1016/0021-9290(88)90006-1.
  • Radiation-induced alterations of fracture healing biomechanics / R.R. Pelker, G.E. Friedlaender, M.M. Panjabi, D. Kapp, A. Doganis // J. Orthop. Res. 1984. Vol. 2, No 1. P. 90-96. DOI: 10.1002/jor.1100020114.
  • Martin R.B. Is all cortical bone remodeling initiated by microdamage? // Bone. 2002. Vol. 30, No 1. P. 8-13. DOI: 10.1016/s8756-3282(01)00620-2.
  • Божкова С.А., Новокшонова А.А., Конев В.А. Современные возможности локальной антибиотикотерапии перипротезной инфекции и остеомиелита // Травматология и ортопедия. 2015. № 3 (77). С. 92-107.
  • Viguet-Carrin S., Garnero P., Delmas P.D. The role of collagen in bone strength // Osteoporos. Int. 2006. Vol 17, No 3. P. 319-336. DOI: 10.1007/ s00198-005-2035-9.
  • Chng H.K., Palamara J.E., Messer H.H. Effect of hydrogen peroxide and sodium perborate on biomechanical properties of human dentin // J. Endod. 2002. Vol. 28, No 2. P. 62-67. DOI: 10.1097/00004770-200202000-00003.
  • Remodeling of ACL allografts is inhibited by peracetic acid sterilization / S.U. Scheffler, J. Gonnermann, J. Kamp, D. Przybilla, A. Pruss // Clin. Orthop. Relat. Res. 2008. Vol. 466, No 8. P. 1810-1818. DOI: 10.1007/s11999-008-0288-2.
  • Effects of carbodiimide crosslinking conditions on the physical properties of laminated intestinal submucosa / K. Billiar, J. Murray, D. Laude, G. Abraham, N. Bachrach // J. Biomed. Mater. Res. 2001. Vol. 56, No 1. P. 101-108. DOI: 10.1002/1097-4636(200107)56:1<101::aid-jbm1074-3.0.co;2-6.
  • Thermal stability of calf skin collagen type I in salt solutions / R. Komsa-Penkova, R. Koynova, G. Kostov, B.G. Tenchov // Biochim. Biophys. Acta. 1996. Vol. 1297, No 2. P. 171-181. DOI: 10.1016/s0167-4838(96)00092-1.
Еще
Статья научная