Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 10
Глава 2. Материалы и методы исследования 25
2.1. Материалы исследования 25
2.2. Методы исследования 29
Глава 3. Результаты исследования 32
3.1. Особенности регенерации костной ткани при применении имплантов из наноструктурированного титана Grey 32
3.2. Особенности регенерации костной ткани при применении имплантов из наноструктурированной керамики 48
3.3 Регенерация костной ткани при применении композита из гидроксиапатита, декстрана, желатина 67
Глава 4. Обсуждение результатов исследования 82
Выводы 92
Список литературы 94
- Особенности регенерации костной ткани при применении имплантов из наноструктурированного титана Grey
- Особенности регенерации костной ткани при применении имплантов из наноструктурированной керамики
- Регенерация костной ткани при применении композита из гидроксиапатита, декстрана, желатина
- Обсуждение результатов исследования
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в связи со значительным расширением возможностей хирургического лечения больных: в онкологии, травматологии, челюстно-лицевой, косметологической, сосудистой хирургии, а также нейрохирургии, приоритетным направлением является восстановление структуры ткани, в том числе костной, сохранение функции с дальнейшим высоким качеством жизни больного (Шамаева Х.Х., 2012; Ошоров А.В., 2012).
Нарушение целостности кости в области хирургических вмешательств, травм, а также из-за хронических специфических и неспецифических воспалительных процессов нередко сопряжено с длительным заживлением, исходом которого может явиться неполное или неполноценное восстановление костной ткани (Лидерман Е.М., 2012; Пряников И.В., 2012).
Проблемы, приводящие к необходимости пластики кости, сложны и многообразны. Одно из первых мест в этом вопросе занимает травматизм, в том числе и костей черепа. Восстановление целостности костных органов, необходимое при лечении патологии костей – переломов, замедленной консолидации, ложных суставов и дефектов, является актуальной проблемой современной травматологии, ортопедии, стоматологии (Шаповалов В.М., 2000; Рукавишников А.С., 2000).
Травмы, в том числе вызванные современными видами оружия и техники, приводят к резкому снижению собственных регенераторных возможностей костной ткани с формированием состояния «остеогенной недостаточности» и требуют проведения мероприятий по оптимизации репаративного остеогенеза или выполнения костной пластики (Гололобов В.Г., 2001; Иванов Д.Е., 2001).
Несмотря на высокий регенераторный потенциал костной ткани, процент осложнений в виде несращений, деформации элементов костно-суставной системы, приводящих к инвалидности и стойкой потере трудоспособности, остается достаточно высоким (Дедух Н.В., 2004). Поэтому посттравматическая регенерация костей скелета является, с одной стороны, не только одним из важнейших разделов современной травматологии, но, с другой стороны, неотъемлемой частью единого общебиологического процесса перестройки (Мартынова Н.В. и соавт., 2000). Значительные успехи, достигнутые за последние годы в разработке проблем лечения переломов костей, сформировали современное представление о физиологической и патологической функциональной перестройке костной ткани (Лаврищева Г.И. и соавт., 2000). Особое значение приобретает освещение данной проблемы в фундаментальных медико-биологических дисциплинах морфологического профиля.
В костной ткани, как и в других тканях живого организма, происходит активный обмен веществ, интенсивность которого формируется степенью тяжести функциональной нагрузки (Campbell K.P. et al, 2002). Именно функциональная нагрузка в основном и обусловливает морфофункциональное состояние и микроэлементный состав костей.
Дентальная имплантация на современном этапе развития стоматологии является перспективным и активно развивающимся методом реабилитации пациентов с частичной и полной потерей зубов. Расширение возможностей и повышение эффективности ортопедического лечения улучшают качество жизни пациентов, что делает имплантацию неотъемлемым методом лечения в повседневной стоматологической практике (Безруков В.М., 2002; Hetz G., 2004).
Особое значение приобретает такой раздел сосудистой хирургии, как хирургическое лечение аневризм, инсультов, требующее дальнейшего восстановления костного дефекта (Казанчян П.О., 2012; Сотников П.Г., 2012; Ларьков Р.Н., 2012). По-прежнему важным является восстановление ткани после онкологических операций (Чиссов В.И., 2012; Осипова Н.А., 2012; Хованская Т.П., 2012).
Однако, несмотря на достигнутые успехи в дентальной имплантологии, остаются актуальными проблемы возникновения послеоперационных осложнений, а также вопросы качества позиционирования имплантатов для снижения биомеханического риска и повышения эстетического компонента лечения (Иванов С.Ю., 2004; Babbush С., 2001). Данный вопрос тесно связан с хирургическими аспектами реабилитации пациентов.
Усовершенствование методов хирургического лечения, в том числе при изучении различных вариантов имплантов, может привести к значительному сокращению послеоперационного периода, снижению осложнений, возможной инвалидизации больных, ускорению восстановления кости (Никитюк И.Е., 2012).
В ряде случаев опыт применения ряда материалов в клинических условиях показал их низкую эффективность, особенно при значительных дефектах кости, когда они не полностью заполняются исходной тканью, инкапсулируются соединительной тканью, создают возможность для хронического воспаления, усиливают резорбцию кости или частично отторгаются (Булгаков В.Г., 2012; Гаврюшенко Н.С., 2012). Особое значение эта проблема приобретает в стоматологии при использовании дентальных имплантатов, трансплантации костной ткани, образовании кист и ряде других проблем (Аганесов А.Г., 2012).
В связи с этим особую важность приобретает выбор такого метода лечения, в котором применялись бы материалы, удовлетворяющие современным требованиям (Ненашев Д.В., 2012; Варфоломеев А.П., 2012; Майков С.В., 2012). Остеопластические препараты должны иметь такие параметры, как отсутствие токсичности, бактериальную и вирусную безопасность, биосовместимость, сочетание остеокондуктивности и остеоиндуктивности (Сабодашевский О.В., 2012; Нетылько Г.И., 2012).
Особое значение имплантов в оптимизации остеогенеза заключается в том, что свои положительные качества они проявляют на всех этапах восстановления кости.
На современном этапе развития имплантологии особое значение приобретает прогресс в области нанотехнологии, который связан с разработкой наноматериалов для медицины (Гветадзе Р.Ш., 2012; Русанов Ф.С., 2012). При этом сегодня можно говорить о появлении нового направления – наномедицины (Гветадзе Р.Ш., 2012; Кречина Е.К., 2012; Королев В.М., 2012). Все сказанное выше определяет актуальность темы, служит обоснованием цели и задач работы.
Цель исследования
Повысить качество лечения дефектов костной ткани путем выявления морфофункциональных особенностей ее регенерации в экспериментальных условиях при применении различных видов наноструктурированных имплантов.
Задачи исследования
1. Изучить особенности воспалительных и регенераторных процессов костной ткани при применении композита из желатина-гидроксиаппатита-декстранана. Оценить динамику макро- и микроэлементного состава в матриксной кости во вновь образованной ткани.
2. В эксперименте выявить морфофункциональные особенности развития регенераторных процессов костной ткани при применении имплантов из наноструктурированной керамики.
3. Определить морфофункциональные особенности развития регенераторных процессов костной ткани при применении имплантов из структурированного наноструктурированного титана с обработкой путем микродугового оксидирования.
4. Провести сравнительную характеристику регенерации костной ткани при использовании различных видов наноструктурированных имплантов с целью выбора оптимальных нанобиокомпозитов.
Научная новизна
На различных структурных уровнях изучен морфогенез регенерации костной ткани черепа при применении: композитов из наноматериалов, наноструктурированных имплантов из керамики и титана Grey с микродуговой обработкой. В динамике проведено сопоставление макро- и микроэлементного состава костной ткани с морфологической картиной репаративных процессов.
Практическая значимость
Полученные экспериментальные данные могут быть в дальнейшем использованы в следующих отраслях практического здравоохранения: нейрохирургии, травматологии, ортопедии, стоматологии, пластической и эстетической хирургии. Выявленные особенности морфогенеза костной ткани при применении различных видов имплантов, предлагаются к изучению в ряде доклинических и клинических дисциплин.
Разработанные модели дефектов костей могут быть использованы при изучении процессов посттравматической регенерации, влияния на этот процесс различных материалов для замены костной ткани в онкологии, травматологии, челюстно-лицевой, косметологической, сосудистой хирургии, а также нейрохирургии с сохранением функции с дальнейшим высоким качеством жизни больного.
Положения, выносимые на защиту
-
Внедрение композитного покрытия из желатина и гидроксиаппатитно-декстранового соединения увеличивает скорость процессов регенерации за счет создания депо ионов кальция, фосфора и выполняет опорную функцию для вновь образованной ткани. При исследовании регенерации костной ткани через 2 недели после операции биокомпозит на границе с матриксовой костью был окружен равномерно распределенным слоем соединительной ткани. К 8 неделе вновь образованная ткань была более плотной и имела более однородную консистенцию. Зона демаркационного воспаления не просматривалась.
-
Использование наноструктурированного титана Grey с обработкой путем микродугового оксидирования и наноструктурированной керамики позволяет снизить вероятность травматизации головного мозга до окончания этапа формирования аутокости и значительно ускоряет процессы регенерации костной ткани черепа. Так при использовании наноструктурированного титана Grey на сроке экспозиции 2 недели покрытие тканью импланта составляло 1,0±0,2х0,6±0,03 мм, а при использовании наноструктурированной керамики 70,20±14,0 мм при том же сроке экспозиции. Через 16 недель импланты из наноструктурированного титана и наноструктурированной керамики были полностью покрыты вновь образованной тканью. Отек и гиперемия не наблюдались.
Внедрение результатов исследования в практику
Полученные в проведенной работе результаты используются при чтении лекций и проведении практических занятий на кафедрах патологической анатомии медицинского факультета БелГУ по специальностям «лечебное дело», «стоматология», «педиатрия», а так же института постдипломного медицинского образования БелГУ.
Апробация работы
Результаты диссертационного исследования вошли в доклады, сделанные на конференциях, опубликованы в сборниках: сборник студенческих научных работ «Вестник СНО БелГУ» (Белгород, 2010, 2011, 2012), «Медицинская биотехнология. Биофармацевтическая промышленность» // Региональный отраслевой форум (Белгород, 29 ноября 2012), а также на расширенном заседании кафедры патологии (Белгород, 2012) и совместном заседании кафедр патологии БелГУ и патологической анатомии МГМСУ им. А.И.Евдокимова (Москва, 2013). По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ, 5 публикации представлены в изданиях, включенных в утвержденный перечень периодических изданий, рекомендованных ВАК РФ, получены 2 патента на полезную модель.
Объем и структура диссертации
Особенности регенерации костной ткани при применении имплантов из наноструктурированного титана Grey
Через неделю после введения импланта у крыс выявлены следующие изменения. Вокруг имплантаиз наноструктурованного титана располагался относительно равномерный по толщине слой соединительной ткани, и этот вновь образованный фрагмент соединял его с костной тканью. В случае механического отделения импланта от матриксовой кости он относительно легко освобождался. При этом на его поверхности не было выявлено дефектов, которые могли наблюдаться в виде нарушения цвета, поверхности и коррозии металла. Была выявлена демаркационная зона воспаления в виде ободка шириной 1,61±0,30 мм (рис.1, табл. 2). Следует отметить, что вновь образованная тканьконтактировала с наноструктурированным имплантом на 3,2±3% по окружности и при этом выступала над поверхностью костной ткани на 0,60±0,23мм. Она была гиперемированной и отечной, что в большей степени наблюдалось непосредственной возле него.
При исследовании регенерации костной ткани через две недели после операции нами было обнаружено, что вокруг наноструктурированного им-планта из титана располагался одинаковой толщины слой соединительной ткани. Контакт между нею и матриксовой костью наблюдался уже на площади порядка 64±8%. При этом отмечено, что демаркационная зона воспаления была уже шириной 2,10±0,23 мм. Извлечение было уже более сложным и с повреждением соединительной ткани. Наноструктурированный имплант из титана и при двух неделях экспозиции не приобретал дефектов в виде нарушения поверхности, формы и цвета.Соединительная ткань находилась над поверхностью костной ткани черепа на высоте 1,60±0,12 мм. От первой до второй недели в ткани уменьшалось проявление гиперемии и отека.
Через четыре недели после введения наноимпланта у крыс описана следующая картина. Было показано, что наноструктурированный имплант из титана был окружен более толстым и плотным слоем соединительной ткани, чем на сроках до двух недель. При его выделении он уже менее свободно отделялся от вновь матриксовой кости. Однако он по-прежнему не имел дефектов. Было показано, что соединительная ткань связывала составляющие компоненты системы «костная ткань-имплант» на площади 97±5%. При этом она выступала над поверхностью ткани на 1,5±0,30 мм. Следует отметить, что ткань по-прежнему была гиперемированной, что особенно хорошо наблюдалось около импланта (табл. 2).
Через 6-8 недель после введения импланта у крыс мы наблюдали следующие изменения. Соединительная ткань полностью заполняла собой участок «костная ткань-имплант». Уменьшалась высота соединительной ткани над имплантом (1,40±0,21 мм). Ткань наслаивалась на имплант и закрывала его на 100%, хотя и была различной по толщине. Она по-прежнему была ги-перемирована. Имплант плохо извлекается от окружавшей его ткани. Через 12-14 недель имплант был полностью покрыт вновьобразованной тканью. Отек и гиперемия не наблюдались (табл. 2).
При светооптическом исследовании нами было показано, что через семь дней после опепации v всех кт»ыс мезенхимальная ткань заполняла участок между костями черепа и имплантом. На этом сроке остеобластические элементы уже сформировали сеть трабекул фиброретикулярной кости. При этом она располагалась уже над поверхностью наноструктурированного титана. Однако следует отметить, что в кости черепа в зоне операции были выявлены незначительные участки некротизированной ткани.
Следует отметить, что образовавшаяся над имплантом грануляционная ткань постепенно переходили в хрящ, образуя при этом небольшие участки (рис. 2). С седьмого дня после операции наблюдалась пролиферативная активность хондробластов в области перелома. При этом она достигала максимальных величин к двум неделям. К этому времени в молодой хрящ начинали проникать капилляры из костномозговых пространств новообразованной периостальной кости. Вокруг них располагалась остеогенная ткань. В таких участках были выявлены расширенные Гаверсовы каналы, которые содержали значительное число клеточных элементов, а также в их состав входили заполненные кровью сосуды. На этом сроке еще наблюдались фрагменты гематомы с волокнами фибрина. Они подвергались организации за счет прорастания в них фибробластических элементов.
Через неделю было уже выявлено увеличение количества полиморфных мезенхимальных и фибробластоподобных клеток. Через две недели в тканях над наноструктурированным имплантом из титана мы выявляли многочисленные фибробласты имезенхимальные клетки. Сеть трабекул новообразованной кости появляется уже на четырнадцатые сутки.
Следует отметить, что к двум неделям было выявлено замещение грануляционной ткани волокнистой соединительной тканью. В последней наблюдались многочисленные остеоидные трабекулы.
В зоне контакта «костная ткань-имплант» было выражено полнокровие. Наблюдались участки с диапедезными кровоизлияниями. Здесь же были обнаружены и клетки лимфоидного ряда. Некротически измененных клеток и апоптотических телец на данном сроке обнаружено не было.
При экспозиции величиной две недели во всех группах в просвете между костной тканью и композитом просматривалась хорошо сформированная соединительная ткань, богатая полнокровными сосудами.Мезенхимальная ткань формировалась уже над имплантом. Костная ткань черепа была аналогична недельной экспозиции. Снижалось нарушение кровообращения. При этом все же просматривались отдельные участки кровоизлияний. К четырем неделям участок между костью и имплантом был выполнен хорошо сформировавшейся хрящевой тканью. Следует все же отметить, что в этом участке костные балки были расположены хаотично. Здесь наблюдалось замещение костной тканью хрящевой.Однако наиболее хорошо это замещение наблюдалось к шестой неделе после операции.
К шести неделям над вновь образованной тканью формировался слой надкостницы. Остеобластыклеточного слоя наблюдались в основном расположенные в один слой. Больших промежутков между клетками не наблюдалось. Остеоциты располагались свободно в костных лакунах. Компактное вещество имело обычную структуру. Хорошо были выражены Гаверсовыка-налы. Ткань была полнокровной. Выявлены отдельные участки с диапедез-ными кровоизлияниями. Клеток лимфоидного ряда нами обнаружено не было. Исчезли также фрагменты с некротизированной тканью. Помимо этого не наблюдалось аутолитических реакций, а также участков с секвестрами.
При этом во вновь образовавшихся участках наблюдалась компактная кость с расположенными грубоволокнистыми костными трабекулами, а также фрагменты пластинчатой кости. Губчатая кость переходила в зрелую пла-стинчатую.На данном сроке регенерации была выявлена инвазия сосудов в область наноструктурированного импланта с формированием сосудистой сети. Высота вновь образованной ткани над центром импланта составляла 1,1±0,2 мм. Помимо этого, наблюдались новообразованные остеоны.
На сроке после операции двенадцать-четырнадцать недель все участки импланта прикреплены к кости. Однако даже при данной экспозиции наблюдаются фрагменты с гиперемией. Отек ткани умеренный. Выражено коллатеральное кровообращение. При извлечении импланта форма, размеры, цвет не изменены.
Сосуды микроциркуляторного русла расширены, инфильтрации клеток лейкоцитарного ростка выражены незначительно. Преобладала грубоволокнистая ткань. Остеогенные клетки расположеныне по всем участкам во вновь образованной ткани. В матриксовой кости диаметр капилляров расширял-ся.Строение костных балок было не нарушено. В костной ткани участков с некрозом и лизисом выявлено не было (рис. 3).
Через неделю после трефанации выявлены следующие изменения. Наблюдалось образование четко контурированного ободка соединительной ткани размерами 160,0±25,0 цт. Рост соединительной ткани прогрессировал от первой до второй недели. На этом сроке мезенхимальная ткань располагалась плотным слоем по краю импланта. Этот фрагмент ткани по краю нано-структурированного импланта составлял 180,0±30,0 цтп. Во фрагменте «костная ткань-имплант» выявлены какэластичные, так и коллагеновые волокна.
Нами была выявлена положительная реакция межклеточного вещества. Наблюдались клеточные элементы воспалительной реакции. Среди них были обнаруженыфибробласты с отходящими от них коллагеновыми волокнами, клетки эритроцитарного, а также лейкоцитарного ряда.
Через четыре недели после операции электронномикроскопически на его поверхности просматриваются еще участки со структурой импланта. Но большая часть импланта уже заполнена аргирофильными волокнами. Толщи на вновь образованной ткани составляла на 1-й неделе 56,10±20,0, а после 2-х недель - 70,20±14,0дт, на 4-й - 79± 19,71 и 6-й - 93,0±4,0 um. Затем вновь образованная ткань полностью закрывала имплант (табл. 3).
Особенности регенерации костной ткани при применении имплантов из наноструктурированной керамики
При внедрении керамического импланта было видно, что он по своей структуре хорошо подходил к зоне дефекта (рис.7).Через неделю после операции вокруг наноструктурированного керамического импланта определялась зона деморкационного воспаления величиной до 1,40±0,30 мм, которая сохранялась до шести недель. Имплант был окружен тонким ободкомсоеди-нительной ткани (табл. 5).
Удаление наноструктурированного имланта из керамики на этом этапе происходило свободно. Он не имел дефектов ни по цвету, ни по структуре. Было видно, что мезенхимальнаяткань была соединена с имплантомна протяжении 25±2% по окружности. При этом она выступала над поверхностью костной ткани на 0,50±0,20мм и была гиперемированной и отечной.
При исследовании регенерации костной ткани через две недели после операции нами было обнаружено, что наноимплант был окружен уже хорошо сформированнымслоем соединительной ткани. На данном сроке контакт между имплантом и матриксовой костью был выявлен на площади 55±3%. Демаркационная зона воспаления имела размеры 2,00±0,25 мм.При извлечении было видно, что он уже более плотно соединен с тканью черепа и при этом повреждалась соединительная ткань. Вновь образованная соединительная ткань поднималасьнад поверхностью костной ткани на 1,45±0,10 мм.Следует отметить снижение гиперемии и отека.
Через четыре недели соединение импланта с костями черепа было уже более прочным. Образованная ткань имела соединение с имплантом на 75±4% и поднималась над поверхностью костной ткани на 1,50±0,12мм. Она была по-прежнему гиперемированной, особенно в непосредственной близости от импланта (табл. 5).
Через 6-8 недель после введения импланта у животных, выведенных из эксперимента, выявлена следующая картина. Так, к восьми неделям он был полностью соединен с костной тканью. Вновь образованная ткань соединялась с имплантом по всей поверхности и выступала над поверхностью костной ткани на соответственно 1,12±0,07 и 1,20±0,60 мм, что было уже несколько меньше, чем в предыдущих группах. Ткань наслаивалась на имплант и закрывала его на 100%, хотя и была различной по толщине. Имплант плохо извлекался из окружавшей его ткани. Через 12-14 недель имплант был полностью покрыт вновь образованной тканью. К 16-ти неделям картина принципиально не отличалась от 14-ти недель (табл. 5).
При светооптическом исследовании показано, что уже при семи днях после операции у всех крыс промежутокмежду костной тканью и композитом заполнялся мезенхимальной тканью. Однако ткань рыхлая и связь непрочная. Между волокнистым и клеточными слоями не определялось четкой границы.
К данному сроку была образована сеть трабекул,которая частично располагающейся над имплантом. У раневой поверхности наблюдалисьнезначи-тельныеучастки некротизированных бесструктурных масс. Наблюдается прогрессивное увеличение числа полиморфных мезенхимальных клеток и фиб-робластоподобных клеток.
К первой неделе после операции происходила пролиферация хондро-цитов, которая возрастала к концу второй недели. Грануляционная ткань над имплантом постепенно превращается в хрящ. Было показано, что хрящевая ткань формировала небольшие участки. В ткани над имплантом нами были выявлены фибробласты и многочисленные мезенхимальные клетки. Выявлено замещение волокнистой соединительной тканью с многочисленными остеоидными трабекулами грануляционной.
Выявлено полнокровие ткани в участке «костная ткань-имплант».Наблюдались фрагменты с диапедезными кровоизлияниями. Отмечено наличие клеток лимфоидного ряда. Ткань в этом участке была в основном рыхловолокнистой. Во фрагменте между костной тканью и композитом была видна соединительная ткань, богатая полнокровными сосудами.
Через три недели после трефанации черепав молодой хрящ проходили капилляры.Рядом с ними находилась остеогенная ткань. Гаверсовы каналы остеонов были расширены.Мезенхимальная ткань формировалась уже над имплантом.
Через четыре недели после операции участок «костная ткань-имплант» был выполнен хрящевой тканью. При этом ближе к матриксовой кости она переходила в молодую костную ткань. Ткань была полнокровной. В этих участках балки костной ткани располагались беспорядочно. Данные изменения прогрессировали к шестой неделе. Молодая ткань сверху покрывалась надкостницей.Компактное вещество имело обычное строение. Над имплантом в формирующемся слое остеобласты располагались равномерно и однорядно. В матриксовойкости и во вновь образованной ткани участков некроза выявлено не было.
Через 8 недель после трефанации наблюдалась компактная кость с гру-боволокнистыми костными трабекулами, а также полями пластинчатой кости. Некробиотических и аутолитических реакций, участков с секвестрами нет. Выявлена инвазия сосудов в областьимпланта с формированием сосудистой сети, наличием эритроцитов. Фиброзная ткань не выражена. Наблюдались новообразованные остеоны (рис. 8).
Регенерация костной ткани при применении композита из гидроксиапатита, декстрана, желатина
При изучении взаимодействия композитов с оперативным внедрением смеси желатин-ГАП-декстран с костями черепа нами было показано, что через день после производства операции выявлялись черты воспаления, развивающиеся в ответ на проведение операции и введение материала. Макроскопически это проявлялось в виде покраснения и отечности тканей. Края раны чистые. К третьему дню макроскопически уже отмечено срастание краев кожного лоскута. Отечность тканей практически спадает. Однако полнокровие выражено еще достаточно сильно. Наблюдаются также стаз и диапедез. Содержание экссудата в значительной мере уменьшено. При изучении образцов через семь дней после операциинами была получена следующая картина. При этом макроскопическивыявлено срастание краев кожного лоскута путем первичного натяжения. Отек тканей незначительный. Полнокровие умеренно выраженное. Достаточно еще четко выражена зона демаркационного воспаления. Оперированный участок светло-коричневого цвета (рис. 16). К 21-му дню макроскопически снаружи уже виден шов, заросший путем первичного натяжения. При вскрытии кожного лоскутавидно уже появление ткани, в отличие от предыдущих образцов, присутствует четкая сформировавшаяся фиброзная капсула.
К четвертой-шестой неделям биоимплант, покрытый мезенхимальной тканью, по-прежнему выступал над поверхностью костной ткани. Зона демаркационного воспаления уменьшилась. К восьмой неделе на поверхности черепа был виден послеоперационный рубец. Вновь образованная ткань была более плотной и имела более однородную консистенцию. Зона демаркационного воспаления не просматривалась.
При микроскопичеком изучении образца видно, что к 7-ми дням начинала формироваться четкая капсула вокруг импланта. В жировой клетчатке был выявлен умеренный отек, а также слабая инфильтрация макрофагами и нейтрофильными лейкоцитами. В их цитоплазме были видны в отдельных участках мелкие гранулы фагоцитированного композита. Содержание последнего продолжает незначительно уменьшаться. В образце видны многочисленные фрагменты гидроксиапатита. Часть таких образований делятся на еще более мелкие фрагменты либо подвергаются распаду. Имплант содержал тяжи грануляционной ткани.Вокруг него они формировали тонкую соединительную капсулу. Помимо этого видно, что в тяжах, которые прорастали вглубь импланта, ткань была менее зрелая. Помимо этого, она имела большое число макрофагов и единичные многоядерные гиганские клетки, окружающие фрагменты коллагена и части гидроксиапатита.
При исследовании регенерации костной ткани через 2 недели после операции нами было обнаружено, что биокомпозит на границе с матриксовой костью был окружен равномерно распределенным слоем соединительной ткани. Вновь образованная соединительная ткань представляла по ширине 1,8±0,29 мм. Гиперемия и отек были выражены в меньшей степени, чем при недельной экспозиции (рис.17).
Через 4-6 недель у животных, выведенных из эксперимента, выявлена следующая картина. Так, биоимплант был окружен слоем мезенхимальной ткани, который соединялся с костью черепа. Вновь образованная ткань по окружности выступала над поверхностью костной ткани на 1,0±0,31мм и была гиперемированной, особенно в непосредственной близости от композита.
В жировой клетчатке по-прежнему отмечается умеренный отек, слабая инфильтрация нейтрофильными лейкоцитами и макрофагами. В их цитоплазме иногда видны мелкие гранулы фагоцитированного композита. Содержание последнего продолжает незначительно уменьшаться. В образце видны многочисленные фрагменты гидроксиапатита. Часть таких образований делятся на еще более мелкие фрагменты либо подвергаются распаду. Помимо этого, видны фрагменты коллагеновых волокон (рис. 18). Электронномикроскопически через сутки после внедрения композита было выявлено наличие его в зоне дефекта. Следует отметить, что его количество несколько (5-10%) уменьшено по сравнению с его внедрением за сутки до этого. При этом обращает на себя внимание тот факт, что композиционный материал за эти сутки уже начинает связываться с костной тканью с помощью нежных аргирофильных волокон. Наблюдается увеличение просвета между клетками, что также усиливает диапедез и развитие экссудации.
Через 7 дней соединение между композитом и стенками костного дефекта уже достаточно плотное. Наблюдаются прочные тяжи коллагена. Помимо этого, появляются отдельные фибробласты. Внутри композита видны нити четко контурированного коллагена, расположенного внутри гидрокси-апатита. Вокруг импланта появляются отдельные новообразованные капилляры, размножающиеся почкованием из предшествующих.
Внутрь импланта фибробласты и сосуды еще не прорастают, но здесь выявляются в умеренном количестве фибрин, эритроциты, которые в отдельных участках собираются в тромбы, в состав которых входят и фрагменты композита. Часть из эритроцитов гемолизирована. Обнаруживаются отдель ные нейтрофилы и макрофаги, окружающие фрагменты импланта. Все это свидетельствует о слабо выраженном асептическом воспалении вокруг импланта как первоначальной тканевой реакции на него. Однако следует отметить, что эта реакция выражена незначительно (рис. 19,20).
Экспозиция 7 дней. Биокомпозит (указано белой стрелкой) плотно прилегает к матриксной костной ткани. Между ними (указано красной стрелкой) образуется слой хорошо контурированных волокон. Среди гидроксианнатита - вновь образованный аколлаген. РЭМ. Рис. Б (хЮОО). В (хЗООО), Г (х4000) фрагменты Рис. А (х400) Рис. 20. Фрагмент костной ткани черепа крысы (теменная область) с биокомпозитом из желатина, декстрана, гидроксиапатита. 7 дней.Биокомпозит (указано белой стрелкой) фрагментарно прилегает к матриксной костной ткани. Видны фрагменты гидроксиапатита (указано красной стрелкой), эритроциты, фрагментыгрануляци онной ткани.РЭМ. Рис. Б (хбОО). В (хбООО), Г (хбООО) фрагменты Рис. А (х50)
Через две недели содержание фрагментов биокомпозита в зоне дефекта уменьшалось. Появлялась грануляционная ткань. Содержание клеток крови также заметно снижалось (рис. 21). Через три недели выявлено, что соединение между композитом и стенками костного дефекта уже более плотное, чем через сутки. Здесь уже наблюдаются значительные по размеру поля коллагена. Помимо этого, наблюдаются хорошо сформировавшиеся фибробласты. Вокруг и внутри им-планта появляются новообразованные капилляры (рис. 22,23,24). Рис. 22. Фрагмент костной ткани черепа крысы (теменная область) с биокомпозитом из желатина, декстрана, гидроксиапатита. 21 день.Биокомпозит (указано стрелкой) плотно прилегает к матриксной костной ткани с ровными краями без участков некроза (А, Б). Между ними образуется слой хорошо контурированной мезенхимальной ткани с остатками гидроксианнатита. С другой стороны матриксо-вой кости (В, Г) - остеосинтез.РЭМ. Рис. Б (х800). В х (400), Г (хбОО) фрагменты Рис. А (х200) Рис. 23. Фрагмент костной ткани черепа крысы (теменная область)с биокомпозитом из желатина, декстрана, гидроксиапатита. 21 день.Биокомпозит (указано стрелкой) плотно прилегает к матриксной костной ткани с ровными краями без участков некроза. Образуется слой хорошо контурированной мезенхимальной ткани с остатками гидроксианнатита.РЭМ. Рис. Б (х800). В (хІбОО), (хЗООО) фрагменты Рис. А (х400) Рис. 24. Фрагмент костной ткани черепа крысы (теменная область) с биокомпозитом из желатина, декстрана, гидроксиапатита. 21 день.Фрагменты биокомпозита (указано стрелкой), плотно соединенного с матриксовой костью (А, Б, В), с хорошо контурированным коллагеном (Б) и формированием Гаверсовых каналов (В).РЭМ. Рис. Б (хбОО). Рис. Г (х1200) фрагмент Рис. А (хЗОО).Рис. Г. Формирование плотного слоя коллагена (указано стрелкой) в дне раны. РЭМ. Рис. Г (хбОО)
Через 4-6 недель в зоне повреждения формировалась мезенхимальная ткань, преимущественно имевшая грубоволокнистый характер с Гаверсовы-ми каналами (рис. 25,26). Через 8 недель прослеживались фрагменты юной костной ткани. Рис. 25. Фрагмент костной ткани черепа крысы (теменная область) с биокомпозитом из желатина, декстрана, гидроксиапатита. 30 дней.Фрагменты биокомпозита с образованием мезенхимальной ткани с формирующимися Гаверсовыми каналами (указано стрелкой).РЭМ. Рис. А, Б (хЗООО). Рис. Г (хЗООО) фрагмент. Рис. В (х 1600)30 дней \
При изучении макро- и микроэлементов было показано, что при применении биокомпозитов из желатина, ГАП, декстрана через неделю содержание кислорода достоверно отличалось от матриксной кости (22,62±1,22) в центре биокомпозита (29,80±0,45). Через 4 и 8 недель содержание кислорода было выше в матриксной кости, чем по периферии и в центре биокомпозита (табл. 8).
Обсуждение результатов исследования
В настоящее время одну из наиболее актуальных проблем здравоохранения составляют остеопатии. Последствия различных патологических процессов, связанных с заболеваниями костной ткани, сложны и многообразны и часто приводят к физическим, моральным и экономическим потерям больного и общества в целом. Это могут бытьзаболевания, происходящие непосредственно в костной ткани и носящие как острый, например, переломы (Бело-хвостикова Т.С. и соавт., 2008; Леонова С.Н., Камека А.Л., 2009; Леонова С.Н., Малышев В.В.,2009; Леонова С.Н. и соавт., 2011), так и хронический характер: опухолевый рост, остеопороз, остеомиелит (Зайцев А.Б., Ручкина Е.В., 2006; Зайцев А.Б.,2007;Фаламеева О.В. и соавт., 2007; Фаламеева О.В.,2008; Фаламеева О.В и соавт., 2008). Помимо этого, это могут быть нарушения костной ткани, связанные с операционной активностью, идущей с нарушением целостности кости при опухолевых процессах, сосудистых заболеваниях, травмах, иной патологии органов и тканей.
Идущие при этом регенераторные процессы не всегда способны быстро и эффективно заполнить образовавшийся дефект и требуют временных, а также постоянных композиционных материалов и имплантов. Помимо этого, важное значение принимают вопросы стоматологии при ее интенсивном развитии, особенноприиспользовании различных видов имплантов (Мостовая О.С.,2010; Лепилина А.В. и соавт., 2010; Лепилина А.В. и соавт., 2011).
На современном этапе наноматериалы и нанотехнологии становятсяод-ним из главных напрвлений, которое реализует прогресс современной цивилизации, в частности в медицинских исследованиях, что показано и нашими исследованиями(Павлова Л.А. и соавт., 2009; Павлова Л.А. и соавт., 2010; Павлова Т.В. и соавт., 2012).
Титановые сплавы и изготовленные на их основе металлокерамические композиции являются до настоящего времени одним из наиболее эффектив ных материалов, которые могут быть использованы для создания импланта-тов и иных медицинских изделий. К титану в медицинских изделиях предъявляются повышенные требования. Это имеет отношение к его прочности, жесткости и диэлектрическим свойствам. С целью улучшения данных свойств поверхностных слоев титана используются различные методы оксидирования. При этом для улучшения биоинертных особенностей титана используются методы электрохимического оксидирования (Колобов Ю.Р., 2009). Показано, что при микродуговом оксидировании титанасвойства и структура находятся в прямой зависимости от вида предварительной поверхностной обработки. Эти свойства нами учитывались при выборе импланта.
При применении в экспериментальной модели имплантов из нано-структурированного титана нами было показано, что через один день в матриксовой кости наблюдались слабо выраженные альтеративные и воспалительные процессы. Через неделю было отмечено образование ободка из соединительной ткани (160,0 ±25,0 ц.т), увеличивавшегося к концу второй недели (80,0 ±30,0 um). При четырех неделях слой вновь образованной ткани представлен слоями волокон, но местами начинают образовываться островки губчатой кости. Просматривались еще участки со структурой импланта. Начинает формироваться надкостница. Большая часть импланта уже заполнена тканью, которая на данном этапе не однородна. Толщина вновь образованной ткани составляла к концу первой недели 56,10±20,0 цт, при 2-х неделях - 70,20±14,0, 4-й - 79± 19,71 и 6-й - 93,0±4,0 urn. После шести недель вновь образованная ткань полностью закрывала имплант. Хорошо был виден переход губчатой кости в компактную.Поверхность вновь образованной ткани при этом была ровной. Нами были выявлены остеогенные клетки свысокой функциональной напряженностью, что способствовалооб-разованию зрелой костной ткани. Выявлены участки формирования остео-нов. Формируются Гаверсовы каналы. Со стороны головного мозга ткань тоньше. Хорошо выражена надкостница. Соединение с матриксовой костью достаточно прочное. При экспозиции 12-14 недель все участки импланта прикреплены к кости, хотя в отдельных участках связь непрочная. Купол над имплантатом, соединение с имплантатом на 65-70%. Грубоволокнистая ткань диаметром 250,10±15,35 цт закрывает куполом имплант, совмещается с имплантом по его периферии на 29-30%, где толщина - 440,00±24, 31 цт и островки костной ткани. Толщина над центром импланта составляет 1205,0±8,52 {im.Xoponio выражена надкостница. Наблюдаются грубоволокнистые волокна. Остеогенные клетки расположены не по всем участкам во вновь образованной ткани. В материнской кости площадь капилляров увеличена.
Наноструктурированная керамика на настоящем этапе представляет собой один из перспективных объектов для имплантации в различных отраслях медицины.Керамика, имеющая наноструктуру, обладает высокой величиной коэффициента устойчивости к трещинам и прочностью. Такими свойствами в настоящее время не обладает ни один конструкционный материал (Lu.K., 2008).
Нами в эксперименте с применением нанокерамики показано, что через 1 неделю были выявлены лишь единичные фрагменты некротизированной ткани. Сосуды были по-прежнему расширены. Эритроциты по-прежнему наблюдались как в кровеносном русле, так и за его пределами. В зоне контакта «костная ткань-имплант» было выявлено наличие волокон. Они еще лишь не более чем на 30% закрывали промежуток между матриксовой костью и керамическим наноимплантом, и эта связь была еще непрочной. Постепенно наблюдалась все более тесная связь, и на сроке 4-6 недель мы не выявляли промежутков между тканью и имплантом. К 8-ми неделям грубо-волокнистая ткань покрывалась надкостницей, переходящей от материнской кости к нанокерамике, постепенно образовывая к 12-ти неделям единый конгломерат «костная ткань-имплант». Мезенхимальная ткань в этой зоне была толщиной до 1 мм.
Как и в группе с нанотитаном, на поверхности импланта по его периферии начинал образовываться к 1-й неделе ободок величиной 122,4±28,07 цт, хотя он был меньше, чем в предыдущей группе (160,0 ±25,0 цт). К 2-м неделям он составлял 156,0 ±35,00 цт (180,0 ±30,0 цт), 4-м - 165,0±36,0ші (185,0 ±30,0 цт). При 4-х неделях просматриваются еще участки со структурой импланта. Но большая часть импланта уже заполнена аргирофильными волокнами. Следует отметить, что в дальнейшем вновь образованная ткань располагалась в два слоя. При этом нижний слой - каркас из волокон, а верхний - формирующаяся костная ткань. Постепенно, к 12-ти неделям, нижний слой становился все тоньше и сливался с верхним. К 6-й неделе толщина ободка на поверхности импланта из соединительной ткани составляла 172,0 ±32,0 цт (189,0 ±30,0 цт). Затем, как и в предыдущей группе, благодаря процессам контактного остеогенеза и остеоинтеграции костные структуры полностью покрывали собой наноимплант с отсутствующими очагами резорбции.
Толщина вновь образованной ткани составляла на первой неде-ле50,15±25,0 um (56,10±20,0 цт в группе с нанотитаном), при 2-х неделях -65,25±13,0um (70,20±14,0 цт), на 4-й - 70,25±2,71 цт (79±19,71 цт) и 6-й -85,0±3,0 цт (93,0±4,0 цт). Следовательно, все показатели были в данной группе достоверно ниже, чем в группе с нанотитаном.
Через четыре недели после операции наблюдался рост грубоволокни-стой костной ткани. При этом волокна располагались рыхло, местами беспорядочно. Кроме того, отмечаются фрагменты пластинчатой костной ткани.На более поздних сроках экспозиции продолжала формироваться зрелая костная ткань. Уже на шестой неделе отчетливо видны признаки преобразования губчатой кости в компактную. Общая поверхность костной ткани при этом выравнивается, нет заметного перепада между постоперационным участком и матриксной костью. Наблюдается ремоделирование костной ткани на всю толщину изучаемой ткани. Выявлены участки формирования остеонов. Наблюдается пластинчатая костная ткань. Формируется надкостница.
Купол над имплантатом, соединение с имплантатом, в отличие от предыдущей группы, сохраняются до 12-16 недель. Толщина вновь образо ванной ткани над центром импланта составляла к 4-м неделям в группе с нанокерамикой 20,25±20,0 дт, что было достоверно ниже, чем в группе с нанотитаном (28,74±20,0). Такая же тенденция просматривалась и в других временных группах, составляя при этом: в 8 недель - 30,00±38,0 (49,70±29,510), 12 - 71,0±40,0 (1167,0±29,1), 16 - 810,0±50,0 (925,86±27,81) цт. При этом, как показано нами, толщина вновь образованной ткани в обеих группах несколько снижалась через 12 недель. Хорошо выражена надкостница. Следует отметить, что даже к 14-16 неделям наблюдались участки, где имплант неплотно прилегал к вновь образованной ткани, в отличие от группы с нанотитаном.
При рассмотрении ткани с обратной стороны, обращенной к ткани головного мозга, нами была отмечена несколько другая картина. Так, мезенхи-мальная ткань полностью закрывает операционный дефект и покрывает имплант с наружной стороны. Однако она преимущественно грубоволокнистая, располагается слоями, с промежутками между ними, превышающими 0,5 мм. При этом она прочно соединена с матриксовой костью.
Следующей широко распространенной группой применяемых для имплантации материалов, особенно после воспалительных процессов костной ткани, которыеимет хорошо выраженную опорную функцию, являются искусственный и натуральный гидроксиапатит, биокерамика, полигликолевая кислота, а также коллагеновые белки(Ргіез8 W. etal., 1998; YamashimaT., 1993; SchneiderO.D. etal., 2008). При этомгидроксиапатит может быть использован как самостоятельно, так и с костным имплантом. Сейчас для замещения костных дефектов в ортопедии, хирургической стоматологии и травматологии применяют различные формы гидроксиапатита. Они могут отличаться по форме и величине частиц. Известно, что дажеискусственно полученный гидроксиапатит по кристаллографическим свойствам и химическому составу практически идентичен гидроксиапатиту нативной ко-сти(Панасюк А.Ф., Ларионов Е.В., 2000; GuiY. etal., 2009).
