Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 8
1.1. Структурная организация костной ткани 8
1.2. Репаративная регенерация костной ткани 15
1.3. Стимуляция репаративного остеогенеза 23
1.4. Имплантаты на основе коллагенового матрикса и неорганических солей 28
Результаты собственных исследований 40
Глава II. Материал и методы исследования 40
2.1. Химический анализ 40
2.2. Термографический анализ 41
2.3. Рентгенографический фазовый анализ (РФА) 41
2 4 Инфракрасная спектрография (ИКС) 41
2 5 Ядерный маїнитньїй резонанс (ЯМР; 41
2 6 Ренггеноспекіральньїй анализ (PC А) 41
2.7 Рентгеної рафия 42
2.8. Компьютерная томография 42
2.9. Сцитиграфия 42
2 10 Ультра?в\ковое сканирование (сониграфия, УЗИ) 43
2.11. Морфологические методы 43
2.12. Клинические методы 44
2.13. Статистическая обработка морфометрических данных 44
Глава III. Структлрно-химические особенности костной ткани и продуктов ее деминерализации 45
3.1. Результаты термической обработки костной ткани и продуктов ее деминерализации 45
3.2. Кинетические характеристики процесса деминерализации костной ткани 58
Глава IV. Получение коллаген-апатитового имплантата (материала «ЛитАр» 64
Глава V. Репаративный остеогенез на основе коллаген-апатитовых имплантатов (материала «ЛіітАр») в эксперименте 78
Глава VI. Результаты применения коллаген-апатитовых имплантатов (материала «ЛитАр») в стоматологии 95
Заключение 106
Выводы 110
Литература
- Стимуляция репаративного остеогенеза
- Рентгенографический фазовый анализ (РФА)
- Ультра?в\ковое сканирование (сониграфия, УЗИ)
- Кинетические характеристики процесса деминерализации костной ткани
Стимуляция репаративного остеогенеза
В ответ на повреждение кости организм отвечаеі комплексом приспособительных реакций, направленных на восстановление нарушенного гомеостаза Среди них - клеточные реакции - основные и наиболее важные (92). Проблема репаративного осіегенеза широко освещена как в рабоїах отечественных, так и зарубежных авторов (8, 36. 50. 58. 103. 139. 240, 410, 445, 506)
По в большинстве слуиев они не имеют прямою отношения к транспланіационному остеогенеп (228) 1ак переломы обычно устраняются самим оріаншмом при условиях прочною остеосинича, оптимального состояния нейрогуморальных, иммунных и биохимических показателей. Утраченная же часть кости в виде сегментарною дефекта, даже при благоприятном состоянии местных и общих факторов, самостоятельно не восполняется. При этой ситуации костная пластика наиболее оптимальный способ лечения. Трансплантат или имплантант создаёт ту материальную основу для репаративного остеогенеза, на которой организм создаёт новую кость.
Таким образом, перелом - это костная рана, костный дефект - это утраченная часть органа (228). При наличие костного дефекта пересадка костной ткани или использование синтетического имплантанта является такой же необходимостью, как и трансплантация утраченного жизненноважного органа Эта аналогия не совсем корректна, поскольку многие жизненноважиые органы после частичной резекции способны почти полностью восстанавливать свою первоначальную массу (124, 150, 242). Костный же транс план г ат играет лишь роль магрицы, используя которую, организм создаёт новую костную ткань на месте дефекта (59, 75, 101, 108, 445).
Процесс перестройки и интенсивного новообразования костной ткани происходи г в течение всей жизни животных и человека (291) Отсюда следует, что во взрослом организме остеогенные клетки - предшественники непрерывно самоподдерживаются Об интенсивности перестройки костной ткани во взрослом организме можно судить по тому, что у взрослого 50-летнего человека в день обновляется от 0,036 до 0,012 % всей его костной ткани На месте разрушающихся остеонов непрерывно строятся новые Время построения остеона у взрослою человека сосіавляеі 5 недель, причем около 1 мм костной ткани по длине остеона сгроигся ежедневно Столь интенсивные строительные процессы должны быть обеспечены активной клеточной пролиферацией С\дя по результатам. полученным с использованием И -гимндина, единственной категорией клеток остеогенной ткани, включающей импульсивную метку, являются преостеобласты. Индекс метки преостеобластов сильно варьирует в различных участках скелета, а так же у различных видов животных и их различных возрастных группах (349, 364, 376) Среди преостеобластов могут быть выделены два класса предшественников: для остеобластов и для остеокластов (338, 405, 412, 421). Оказалось, что среди преостеобластов различаются два типа клеток. А и Б. Клетки типа А имеют хорошо развитую эндоплазматическую сеть и другие признаки характерные для клеток, осуществляющих активную белковую секрецию. Клетки типа Б характеризуются большим количеством свободных рибосом и по своей ультраструктуре близки к фагоцитирующим клеткам. Остеобласты и остеокласты обладают несколькими чёткими гистохимическими характерне гиками Главные из них высокая активность щелочной фосфатазы у остеобластов (421) и кислой фосфаты и сукцинатдегидрогеназы у остеокластов (405)
Существование мигрирующих клеток гематогенного происхождения, индуцибельных к остеогенезу признается (117). Прямые опыты показывают, что костный мозг обладает выраженными остеогенными свойствами Однако это ещё не означает, что костная и кроветворная ткани имеют во взрослом организме общие клетки предшественники. Взаимосвязанность ДВУХ тканей мoжef заключатся в том, что одна оказывает на другую гистогенетическое воздействие типа индукционного, а остеогенные свойства костного мозга могут зависеть от присутствия в нём остеогенных клеток, не зависящих от линии стволовых кроветворных клеток (291). Ююногенные предшественники механоцитов, переносящих гемопоэтическое микроокружение, представляют собой стволовые остеогенные клеіки Поэтому при переломах наблюдаеіся анемия, сопровождающаяся отсутствием ре і и к\ леза, а развивающаяся костная мозоль тормози г эригропон (254) Моношпы принимаю! активное участие в регенераторных процессах костной ткани за счет своей способности дифференцироваться в остеокласты и іем самым обсспечиваїь остео класти чес кую резорбцию костной ткани (289) Количество моноциюв в периферической крови резко увеличивается в процессе восстановления целостности кости. В период формирования костной мозоли и трансформации её пластинчатую костную ткань содержание серотонина так же достоверно увеличивается (254).
Рентгенографический фазовый анализ (РФА)
Н отдельных учасікач дефскіа наряд\ с грубоволокнистой сослиниіельной тканью определялись \часіки зрелой пластинчатой костной ткани губчатой структуры ha ткань формировала стенки лакун, аподіісііньіч миелоидной тканью ірис 2Х.29) На 60-е и 90-е сутки жеперимеша юна дефскіа представляла собой достаточно однородную ндасіинчаїчю косш\ю ікань с чараклерной для тлбчатой кости і исюсір\кл\рой (рис 0) Іаким обраюм і истодої ическос изучение биодері адапии имндан ІДІОТІ імаїсриада «ІІшЛр») ікнводидо выдели і ь в нем іри морфоф\нкциональньіч юны смещающиеся оі ею периферии к ценіру I ичі\ ремо іедяции. 2 ииі\ пролиферации. юн\ инфилырапии На 5-е
Краевая юна или юна деструкции 1-е площадь зависит от операционной травмы при введение в коечный дефект иммлантата Реактивная зома-тю самая периферическая юна. в которой на фоне выраженной сосудистой реакции происходи! массивный гране эндотелиальный переход и І просвета микрососудов форменных элементов крови лимфоцитов, моноцитов, нейтрофильных гранулоцитов Именно из этой юны они мигрируют в имплантат () (повременно с забором кос гної о аутопеийнот материала выделялись региогТарные по отношению к верхней и нижней челюстям лимфатические \ злы, а так же фрагменты жировых тел щек (164) Морфологическое исследование этих периферических органов иммунной системы позволили дать обьективную информацию о реакции иммунной системы на имплантацию материала «ЛигАр» В исследованных лимфатических узлах задних подче.іюсіньїх. верхних гдчбоких яремных, .іаюрсыьмыч затлоточных и - конпшных - были обнар\жены изменения как н сір\ктлрньіх компонешах. і.ік и н кдеючном соиавс Оімечена выраженная реакция вюричш.іх димфоидиых зедков с іерминативньїми центрами. паракортикадьнои зоны и мояовоіо веіііесіва 1ак площадь, занимаемая лимфоилными узелками с іерминліивньїми центрами, возросла более, чем в 2 раза, а площадь, занимаемая паракоршкальной зоной і\л 25.0 "о Площадь же. занимаемая мозтвым веществом уменьшилась 15.2 о Паракортикальные зоны и ре тставляли собой дискретные структуры без достаточно четких границ под одиночными или сгруппированными лимфоилными узелками. Большая часть димфоидиых узелков в исследованных лимфатических узлах располагалась в коре по периферии узла, тем не менее лимфатические узелки встречаются в норме и тлубоких слоях паренхимы Подсчет объемной плотности различных клеточных элементов в задних подчелюстных лимфатических узлах взрослых собак в норме показал наличие в них значительного числа оласгных клеточных форм 1 ак в коре лимфоблаеты составляли более 23 о всех клеточных элементов, а паракортикальной зоне более II о Кроме того, в паракортикальной зоне плазмоциты составляли более 17 0 всех клеточных элементов этой зоны, а в мозговых тяжах - более 32 % (табл.3). Индекс митотической активности составлял 12.3 ± 1,6 , а индекс миграционной активности - 2,9 ± 0,1.
На 5-е сутки эксперимента в задних подчелюстных и околоушных лимфатических узлах были обнаружены выраженные морфофункшюнальные изменения микрососудов и синусов краевых и мозговых "Уго отёк и десквамация эндотелиоцитов, нарушения целостности сосудистой стенки. В просвете микрососудов и синусов определялись агрегаты форменных элементов крови и миротромбов, а пост капиллярных венулах с высоким эндотелием его набухание (рис 31) На 10-е сутки после оиреации наблюдалась высокая концентрация макрофаіов в лимфоидных узелках (рис 32), а во всех структурах лимфатических узлов в коре, моновом веществе, в просвете синусов- плазмокдеточная реакция
В с громе лимфатических узлов происходило утолщение ретикулярных волокон, усиливалась их артирофилия На протяжении последующих сроков жеперимента в лимфатических узлах задних под іелюстньїх. околоушных, верхних глубоких яремных-лимфопоэз оставался активным Причем на фоне бластической и плазмоцитарной реакции, достоверно увеличивалось число ацидофильных миелоцитов и грану лошпов и тканевых баюфилов. Ацидофильные гранулоциты наиболее часто определялись в мозговых тяжах и были представлены сегментоядерными формами. В мозговых синусах появлялись клетки округлой формы с широким ободком эозинофильной цитоплазмы, Такие же клетки выявлялись в подкапсулярном синусе, в просвете вокругузелковых корковых синусов. В эксперименте достоверно увеличивался диаметр посткапиллярных вену л с высоким эндотелием: до 30-34 мкм против 8-Ю мкм в контроле. Количество лимфоцитов в стенке посткапиллярных вену л и в непосредственной близости от них было
Ультра?в\ковое сканирование (сониграфия, УЗИ)
Широкое применение биодеградируемых имплантационных материалов на основе полимерной органической матрицы и гидроксоапатита предполагает их дальнейшее совершенствование. В нашей стране инициаторами исследований гидроксиапатита кальция в медицине были специалисты-химики (18., 429, 430). Перечень типов и форм гидроксиапатита, разработанных для применения в травматологии, ортопедии и стоматологии значителен.
Условно выделяется два его типа: резорбируемый (неотожженый) гидроксиапатит и его высокотемпературная керамика (21). У высоко кристаллического отожженного гидроксиапатита в порошке или мелкодисперсного «холодного» высококристаллического гидроксиапатита выявлен существенный недостаток: они вызывают развитие в зоне дефекта лимфомакрофагальные реакции, ведущие к развитию гигантоклеточных іранулем (21. 61,29.4. 341.363)
Кроме того, существующие материалы не обладают широким спектром физико-химических и механических характеристик, которые позволяли бы создавать и І них имилантагы для различных костей скелета и лаже для о і дельных у часі ков кос їси и использовать их для людей различною возраста С целью создания именно такою имплантационного материала нами были проведены исследования, позволившие выявить некоторые структурно-химические особенности костной ткани и продуктов её деминерализации Оказалось, что кинетика деминерализации костной ткани человека и экспериментальных животных имеет колебательный характер. Костная ткань адсорбирует ионы Са + из деминерализующего раствора до тех пор, пока не установится диффузное равновесие между ними и ионами ОН в растворе Изучение термической устойчивости костной ткани человека, экспериментальных животных и человеческого брефоостеоматрикса показало некоторую абстрактность понятия «термограмма кости». Оказалось, что в каждом конкретном случае необходимо делать поправки на видовые, возрастные и топографические особенности дефектного участка кос гной ткани. Поэтому термическая устойчивость может быть показателем биотрансформации синтетического имплангага в органотипичную костную ткань реципиеша
Исходя из этих условий, в качестве неорганического компонента имплантатов были синтезированы двойные основные сульфаты алюминия магния, а коллаген-апатитовые имплантаты (материал «ЛитАр») были получены путём диффузии ионов Са \ P(V и ОН в коллаїеновую матрицу. Для этого используется коллагеновая губка и гидроксоапатит, а одностадийный процесс осуществляется на специальной установке Растворение солевого компонента материала «ЛитАр» при его биодефадации имеет монотонно возрастающий характер в виду полного перехода гидроксоапатита в деминерализующий раствор При лом неорганический и органический компоненты материала «ЛитАр» остаются в нём индивидуальными веществами, химически не связанными между собой Неорганический компонеш достаточно равномерно распределен в і еле кодлагеновой маїрицьі Ьиолоіические испьпания пока кии. чіо маїсрилл «ЛитАр» соответствует всем іребов.шиям. предьявляемым к имплантационным материалам оісчтствие юксичносіи, иммуноіенносіи. при наличии биодег радируемое ти и необходимых механических свинств. Причем оказалось, что индуцирующие реиаративный оетеотенез факюры связаны, главным обраюм, с коллагеновой маїрицей материала «ЛитАр» Эта особенность материала «ЛитАр» позволяет готовить из него имплангаты с заданными свойствами, варьируя количеством введённого в коллатеновую матрицу гидроксоапатита от полного отсутствия его до 70 % всего объема имплантата. Результаты проведённого экспериментально-морфологического исследования репаративного остеогенеза в зонах дефекта верхней и нижней челюстей собак дали основания считать, что замещения коллаген-апатитовых имплантатов (материал «ЛитАр») органотипичной костной тканью реципиента является пролонгированным, упорядоченным во времени и пространстве прогнозируемым процессом. Собственные и литературные данные (139, 141, 143, 291) позволяют считать, чю репаративный остеогенез осуществляется при сочетании двух групп факторов. Первая группа - это факторы реципиента, реализующиеся через его костное ложе, вторая группа - это факторы самого имплантата. Выявленные в процессе биодеградации имплантатов (материал «ЛитАр») морфофункциональные микротопографические зоны как в самих имплантатах, так и окружающем их костном ложе отражают этапность процесса и соответствуют пролиферативной и адаптивной фазам репаративной регенерации заместительного типа.
Формирование микроциркуляторного русла в имплантатах происходит с образованием эндотелиальных тяжей и тонкостенных полостей, выстланных эндотелием. Стадийность его формирования и его морфология соответствует регенерационному ангиогенезу (139, 470). Очевидно, что активную роль в пролиферации эндотелиоцитов играет коллаген (144).
Биодеградация коллаген-апатитовых имплантатов (материал «ЛитАр») происходи! с периферии к ею центру Последоваюлыюсть этого процесса позволяет выделиіь в биодеірадирчюшем имплантатач три микротопографические зоны ремоделирования, пролиферации и инфилырации Динамическое смещение эгич юн от периферии к ценгр) имплантаюв характеризуется миграцией оеіеогенньїх клегок-предиіественников, фансформацией их в остеобласты и остеоциты и завершается формированием органотипичной костной ткани реципиента. Морфологические изменения в костном ложе реципиента создают условия для индукции осіеогенньїх клеток-предшественников и внедрения их в имплантат. Изучение периферических органов иммунной системы экспериментальных животных (регионарных лимфатических узлов и жировых тел щёк) показало, что введение в костные дефекты нижней и верхней челюстей имплантаты (материал «ЛитАр») оказывали стимулирующее действие на иммуногенез, пролиферацию лимфоцитов в герминативных центрах лимфоидных узелков, блаеттрансформацию лимфоцитов, значительное расширение синусов лимфатических узлов и синусоидных капилляров жировых тел щёк, накопление в их просвете иммунокомпетентных клеток.
Клиническое применение коллаген-апатитовых имплантатов (материала «ЛитАр») при различных стоматологических заболеваниях показало его высокую эффективность: быструю и полную биодеградацию, надёжное формирование органотипичной костной ткани без образования гранулятов, полное отсутствие послеоперационных осложнений. Кроме того, исследования периферической крови дали достоверные данные о иммуностимулирующем действии материала «ЛитАр». Таким образом, результаты экспериментально-морфологических и клинических исследований позволяют рекомендовать широкое применение имплантатов на основе материала «ЛитАр» в клинической практике.
Кинетические характеристики процесса деминерализации костной ткани
Учитывались анатомо-гистологические особенности различных отделов верхней и нижней челюстей, их регенераюрные потенции. Исходя из этого готовились имплантаты, плотность которых соответствовала или незначительно превышала плотность костной ткани оперируемых участков. Разработан комплекс лечебных мероприятий, применяемых до операции, во время её и в послеоперационном периоде Автор непосредственно участвовал в разрабоїке стратегии и тактики лечения, в подборе имплантаюв, самостоятельно проводил оперативные вмешательства. наблюдал больных в раннем и о і іаденном послеоперационном периоде Для чдобства хранения информации о больных. прооперированных с применением маїериала «Лиі.Лр» был соиан банк данных для персонального компьютера
Материал «ЛитАр» в виде полоски широко использовался для хирургического лечения среднетяжёлого и тяжелого пародонтоза Он хорошо восстанавливал костнхю ткань компактной формации и гчбчатой стрчктуры в обласні альвеолярных отростков и области межз\бных перетродок верхней и нижней челюстей. С 1997 по 2002 год материал «ЛшАр» был использован при хирургическом лечении генерализованных форм пародонтоза у (259 больных) и при лечении хронического периодонтита, сопровожтпюшегося разрушением тканей периодонта с дестр\кцней альвеолярного отростка челюсти вокруг верхушки корня зуба. Проанализировано 87 амбулаторных карт больных, прооперированных с применением материала «ЛитАр» и 73 амбулаторные карты больных, прооперированных без применения пластического материала Послеоперационный период у больных, у которых использовался материал «ЛитАр», протекал без осложнений. Осложнения при лечении и хронического периодонтита без применения материала «ЛитАр» наблюдались в 4,9 0 случаев
Для лечения кист челюстей разработан, а затем и внедрён в практику стоматологических учреждений гг. Самары, Ижевска, Тольятти, Димитровграда способ с пластикой дефектных участков костной ткани материалом «ЛитАр». Методика операции под инфильтрационной анестезией выкраивается слизисю-надкосіничньїй лоск і в зоне кисты Удаляется наружная стенка кисты. Края костной полости зашлифовываются фреюй После орошения полоста дикаином и высушивания её, в неё помешается материал «ЛитАр» в объёме, равном объёму дефектного участка костной ткани. Слизисто-надкостничный лоскут возвращается на место, точно сопоставляется с краями разреюв и ушивается кетгутом Линия швов изолируется биологическим клеем
Ьиодеірадация имплаиіаіа в юне операции контролировалась ренпенодотически, радиовишографически и сцинтиграфически Полчченные ре І\ л ы а і ы характеризуют биодеградацию материала «Лит Ар» не только качественно. но и лают количественные данные о плотности формирхюшейея на ею основе оріанотипнчной костном ткани реципиета
После заполнения костного дефекта материалом «ЛитАр». его плотность в зоне костного дефекта была меньше плотности мягкотканной структуры, плотность которой составляла до операции 200-260 Н. На 19-й день после операции наблюдалось увеличение плотности в зоне оперативного вмешательства до 320-360 Н. Это свидетельствовало о биодеградации материала «ЛитАр» в мягкоткантю структуру. На 90-е сутки после операции плоіность рентгенограмм зон замещённых дефектов разных пациентов составляла от 430 до 470 Н. Эти показатели соответствуют плотности рентгеновских снимков твердотканевых структур. По данному способу прооперировано 79 пациентов Послеоперационный период \ них без осложнений
В качестве иллюстрации приводим следующий случай Ьольная С., 39 лет, обратилась в стоматологическую поликлинику №3 г. Самары. Жалобы: боли в области первого верхнего резца справа. Объективно: на панорамной рентгенограмме в проекции верхушки корня первого правого верхнего резца определяется затемнение размерами 1,7 х 1,4 см Второй правый верхний резец отсутствует Правый верхний клык депульпирован и не соприкасается с зоной кисты Во время осмотра видимых изменений слизистой оболочки десны и переходной складки не обнаружено Диагноз. радикулярная киста первого верхнего правого резца До операции проведена радиовизиограмма кистозной полости, для чего она заполнена пломбировочным материалом (рис 34) Операция цистэктомия проведена по общепринятой методике Корень первою верхнего правою резца резецирован и полость кисгы заполнена материалом «ЛитАр» (рис 35) Па рентгеновском снимке регистрировалось незначительное затемнение, а плотность ею составляла 75 П. что соответствовало плотности имііланіаіа На 19-е сутки после операции плотность ренпеновскою снимка значительно увеличилась (рис 36) При виз\альном осмотре слизистая оболочка с проекции корня первого верхнею резка бледно-розовою цвета. послеоперационный рубец в хорошем состоянии При пальпации альвеолярного отростка в зоне первого верхнего правого резца и первою верхнею левого резца их плотность практически одинакова Jio обстоятельство дало основания предполагать, что в области костного дефекта верхней челюсти (в зоне кисты) происходит формирование костной ткани. В последующие сроки наблюдения (42-е суток) определялось нарастание оптической плотности в зоне оперативною вмешательства (рис 37) На 62-е сутки после операции неприятные ощущения в области
