Введение к работе
Актуальность проблемы
При лечении детей и подростков с дефектами и деформациями костей лицевого черепа наиболее важной остается проблема выбора дополнительного пластического материала, определение источника его получения, расчет размеров трансплантата, учитывая биологический возраст и перспективу роста ребенка.
На кафедре детской стоматологии ММСИ, а в дальнейшем кафедре детской челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии МГМСУ за 37 лет на лечении находилось более 500 пациентов, у которых применяли различные виды аллотрансплантатов. Для возмещения дефектов нижней челюсти на ранних этапах реконструктивно-восстановительных операций у детей особое внимание уделялось выбору трансплантатов по способу консервации и хранения (замороженные, лиофилизированные, формалинизированные) и его анатомическому строению (ортотопические, не ортотопические). Однако, по комплексной оценке используемого пластического материала проблема в полной мере не разрешена.
С.В.Дьяковой (1999) отражены периоды и этапы применения аллогенных трансплантатов, отмечены особенности образования репаративного регенерата при первичной, отсроченной и повторной костной пластике дефектов нижней челюсти у детей.
Было установлено, что остеоиндуктивные процессы в замороженных и
лиофилизированных аллотрансплантатах протекают однотипно.
Формалинизированная кость образует более выраженную соединительно-тканную капсулу, связанную с местно-раздражающей реакцией, медленней происходит остеогенез по сравнению с применением других аллотрансплантатов (А.А.Колесов, А.С.Иммамалиев, С.В.Дьякова, 1971; А.А.Колесов, С.В.Дьякова, 1975,1989; Е.П.Ерадзе, 1970; М.Ю.Назаренко, 1989; С.А.Ульянов, 1990).
Изучалось влияние деминерализованного матрикса на активность остеогенеза (Ю.И.Мищенко, В.И.Савельев, 1984; О.З.Топольницкий, 1994; И.З.Нейман, Л.Г.Карягина и др., 1987).
По данным литературы (в эксперименте и в клинике) и по нашим клинико-экспериментальным результатам было установлено, что деминерализованный костный матрикс способствует более выраженной остеоиндуктивной реакции. Однако, данный материал не имел требуемой (С.А.Ульянов, 1990;С.В.Дьякова, 1999) механической прочности, возможности воспроизведения анатомической формы, достаточного уровня остеоинтегративных и остеоиндуктивных свойств, что важно при отсроченной и повторной костной пластике. В то же время, этот пластический материал доступен для транспортировки и хранения.
Учитывая эти факторы, нами (О.З.Топольницкий и др.) в 1990 году был разработан метод частичной деминерализации трансплантата, позволивший из кортикальной пластины формировать любой отдел нижней челюсти, при сохранении остеоиндуктивных свойствах его деминерализованной части, а также сохранения механических свойств за счет оставшихся кальцифицированных
участков кости (авторское свидетельство №1600754, 1990).
Показания к использованию данного вида трансплантата индивидуальны, особенно при возмещении сложных анатомических отделов нижней челюсти. Недостатком метода оставались длительность получения материала, необходимость сложного оборудования и специализированной лаборатории.
Исследования свойств синтетического гидроксиапатита (коммерческое название препарата «Гидроксиапол», производство фирмы «Полистом») положили начало работам по созданию пластического материала нового поколения, обеспечивающего более высокую остеоиндуктивную и остеоинтегративную активность в комбинации с лиофилизированным, замороженным или формалинизированным костным трансплантатом в сочетании с деминерализованным матриксом и «Гидроксиаполом».
По данным экспериментальных исследований (А.И.Воложин, 1995-2001) и клиническим наблюдениям, комбинация аллотканей и синтетического гидроксиапатита позволила более успешно использовать трансплантат при повторной и отсроченной костной пластике нижней челюсти у детей и подростков.
В отличие от первичной костной пластики частота осложнений при отсроченной и повторной достигает 42,4% - 60% (С.В.Дьякова, 1999; Н.А.Плотников, 1973 - 1982; СА.Ульянов, 1990), что связано, прежде всего, с неблагоприятными условиями ложа и особенностями проявления биологической активности аллотрансплантата.
Неблагоприятными вариантами проведения реконструкции нижней челюсти у детей остается отсроченная и повторная пластика, когда имеется рубцово-измененное ложе, а также при замещении дистальных отделов нижней челюсти, которые несут существенные механические и физиологические нагрузки. Симптомокомплекс дефекта нижней челюсти формируется к 4-6 месяцам после резекции челюсти и всегда сопровождается склерозом костной ткани культей фрагментов, деформацией и грубым рубцеванием мягкотканного ложа, вторичными трехмерными деформациями костей лицевого скелета, зубоальвеолярными деформациями, изменением соотношения зубов и нарушением окклюзии. Развивается атрофия жевательных и мимических мышц, их дезадаптация (В.И. Гунько , 1990-2000, Т.А.Локпшна, 2001). В области концевого дефекта зубного ряда по краю костного дефекта развивается атрофия альвеолярного отростка по типу локального пародонтита, зуб становится подвижным, что в последующем затрудняет его использование для фиксации ортопедических конструкций, устраняющих дефекты зубных рядов. При наличии дефекта нижней челюсти у детей под действием жевательных мышц нижняя челюсть теряет свойственный ей изгиб, усугубляются вторичные деформации костей лицевого черепа (С.В.Дьякова, 1969 - 1999). В этих условиях выбор более совершенного пластического материала остается актуальным.
По данным Американской Ассоциации Хирургов и Ортопедов, только в США в 1995 году было сделано свыше 426000 реконструктивно-восстановителъных операций с использованием аутотрансплантатов - 58%, аллотрансплантатов - 36% и синтетических — 8%. Согласно прогнозу, доля искусственных заменителей костной ткани в ортопедической травматологии и челюстно-лицевой хирургии,
будет увеличиваться по мере разработки и появления новых синтетических материалов с улучшенными биохимическими и биофизическими свойствами.
Современные технологии синтеза органических соединений позволяют неограниченно получать разнообразные типы полимерных материалов и композитов, обладающих высокими биохимическими и физико-химическими свойствами, определяющими хорошую, иногда идеальную биосовместимость с костной тканью (А.И. Воложин 1996-2001, B.C. Агапов и др. 1997-2000 г.).
К числу биомедицинских полимеров относят такие материалы как:
полиэтилен, поливинилхлориды, полипропилен, полистирол,
политетрафторэтилен (Vasconcelos М. et al., 1997), полиметилметакрилат, полиоксиметилен, силиконы и другие (Pkhakadze G., Grigorieva М. et al., 1996; Popov V. etal., 1997).
К наиболее распространенным материалам, применяемым в медицине, относятся акриловые пластмассы. Основным недостатком композитов, применяемых на основе акрилатов, является их токсичность за счет мономера, низкомолекулярных олигомеров и технологических примесей.
В челюстно-лицевой хирургии остается проблема разработки композитного материала на базе акриловых пластмасс, лишенных токсических свойств, обладающих остеоинтегративными и биоинертными свойствами без ухудшения физико-механических характеристик материала и изготовленных из него трансплантатов.
Важным в реконструктивно-восстановительной хирургии костей лицевого черепа является индивидуальный подбор трансплантата по размерам (С.САбрамов и др., 1998; С.В.Дьякова, 1999; А.А.Колесов, и др., 1967 - 1972, О.З.Топольницкий, 1994) с учетом трехмерности формирующихся деформаций и роста пациента.
В 90-е годы появилась возможность создания точных трехмерных моделей исследуемого объекта (А.В.Евсеев и др., 1993 - 1998) методом лазерного стереолитографическото моделирования. Используя трехмерную твердую модель, можно точно рассчитать индивидуальные размеры предполагаемого дефекта и эффективно провести индивидуальный расчет требуемой гиперкоррекции трансплантата, смоделировать из моделировочного материала (воск) модель дефекта в трехмерном соотношении и провести пробную операцию на данной модели. Этот перспективный метод создания трехмерной твердой модели не адаптирован и не применяется в детской челюстно-лицевой хирургии, хотя относится к более точным, чем телерентгенологическое, рентгенологическое и морфометрическое исследование, особенно с учетом роста и индивидуальных характеристик каждого пациента.
Таким образом, разработка и внедрение в клиническую практику новых композитных материалов для замещения дефектов костей лицевого скелета у детей и подростков, создание стандартного набора эндопротезов для реконструкции нижней челюсти, а также создание и использование трехмерных органотопичных моделей методом стереолитографии, остается актуальной проблемой стоматологии и челюстно-лицевой хирургии детского возраста, что определило цель и задачи диссертации.
Цель исследования.
Научно обосновать применение эндопротезов из нового композитного материала на основе акриловых пластмасс и синтетического гидроксиапатита — ПММА-ГАП, лишенного токсических свойств и обладающего биосовместимостью и остеоинтегративными свойствами, для замещения дефектов нижней челюсти у детей и подростков.
Обосновать использование лазерной стереолитографии в создании твердых индивидуальных трехмерных моделей, как идентичного метода подбора размеров эндопротезов в растущем организме.
Задачи исследования.
-
Определить физико-механические свойства и морфологическую структуру композитов ПММА-ГАП с разным содержанием минерала в эксперименте.
-
Исследовать реакцию костной ткани на имплантат из композита ПММА - ГАП и после воздействия на него сверхкритической среды СОг (СКС СОг) в эксперименте.
-
Определить влияние СКС СОг на механические и морфологические свойства имплантируемого материала в эксперименте.
-
Экспериментально изучить физико-механические и остеоинтегративные свойства ГАП-содержащего композита, полученного стереолитографическим методом.
-
Разработать и внедрить в практику методику получения твердой модели путем лазерной стереолитографии для предоперационного планирования и проведения расчетов размеров имплантируемой ткани при замещении дефекта нижней челюсти у детей и подростков.
-
Внедрить композитный пластический материал на основе ПММА-ГАП для замещения дефектов нижней челюсти и других костей лицевого скелета у детей.
-
Разработать и предложить для реконструкции нижней челюсти набор стандартизированных эндопротезов из композитного материала ПММА-ГАП.
-
Оценить ближайшие и отдаленные результаты костной пластики дефектов и деформаций нижней челюсти и костей лицевого скелета у детей и подростков эндопротезами из композитного материала на основе ПММА - ГАП, определить показания к его применению.
Научная новизна.
Впервые нами на основании фундаментальных теоретических, лабораторных и экспериментальных исследований получен биоинертный, нетоксичный композитный материал ПММА - ГАП для клинического применения.
На основании экспериментальных исследований установлено, что остеоинтегративные процессы более выражены в композите, содержащем ГАП, а использование сверхкритической среды СОг позволило получить пористую структуру композитов, положительно влияющую на степень их остеоинтеграции в организме.
Нами установлено, что физико- механические свойства данного композитного материала, наполненного гидроксиапатитом, постепенно снижаются с увеличением процента содержания минерала и обладают высокой адгезией в системе полимер-наполнитель.
Впервые нами выполнены модели, определяющие индивидуальные трехмерные параметры эндопротезов для реконструктивно-восстановительных операций на нижней челюсти у детей и подростков при дефектах различной этиологии, размеров и локализации, что сокращает объем и продолжительность обследования ребенка.
Впервые нами разработана и внедрена в практику методика получения твердой стереолитографической модели для предоперационного трехмерного планирования и моделирования хирургического вмешательства, проведения расчетов и создания по ним индивидуального трансплантата с учетом роста пациента.
Впервые создан и применен в клинике унифицированный набор эндопротезов из предложенного нами композитного материала ПММА — ГАП для реконструкции нижней челюсти.
Практическая значимость работы
-
Предложена методика обследования детей различного возраста с применением индивидуального стереолитографического моделирования дефекта и его точного топографического соотношения с окружающими структурами в трехмерном изображении.
-
Предложена методика получения нового вида композитного материала и изделия из него (эндопротезы для замещения дефектов нижней челюсти и проведения контурной пластики при ее деформациях).
-
Выполнены изделия по наиболее сложным параметрам различных отделов нижней челюсти с учетом частоты образования дефектов при патологических процессах в челюстно-лицевой области различной этиологии.
-
Предложена и внедрена методика серийного изготовления стандартного набора эндопротезов из композита ПМММА - ГАП материала для замещения дефектов нижней челюсти в клинике.
-
Предложена и внедрена методика предоперационной подготовки пациента (клинико-рентгенологическое обследование с использованием метода лазерной стереолитографии, предоперационная ортодонтическая подготовка).
-
Предложены методики хирургического замещения дефектов и устранения деформаций челюстно-лицевой области различной этиологии композитными эндопротезами и индивидуальные способы их фиксации.
Внедрение результатов исследования
Результаты полученные нами за период 1995-2002 внедрены в практическую работу клиники кафедры детской челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, кафедры госпитальной хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии МГМСУ, челюстно-лицевого отделения ДКБ №2 Святого Владимира, челюстно-лицевого отделения Центрального военного госпиталя МВД России, отделения детской челюстно-лицевой хирургии Детской клинической Ивано-Матренинской больницы г. Иркутска.
Материалы диссертации используются при проведении занятий со студентами, интернами, ординаторами, врачами ФПДО и слушателями ФПК преподавателей, на кафедре детской челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии и на кафедре патологической физиологии стоматологического факультета МГМСУ.
Положения, выносимые на защиту
-
Композитный материал ПММА - ГАП, состоящий из полиметилметакрилата и «Гидроксиапола» в весовом соотношении 70% к 30% с последующим воздействием СКС С02.
-
Эффект влияния сверхкритической среды двуокиси углерода (СКС С02) на физико-механические и морфологические свойства имплантируемого материала в эксперименте.
-
Принцип применения индивидуальных эндопротезов из композитного материала ПММА - ГАП при замещении дефектов и деформаций костей лицевого скелета у детей и подростков.
-
Разработка и применение стандартного набора эндопротезов для нижней челюсти из композитного материала ПММА -ГАП.
-
Физико-механические и остеоинтегративные свойства композитного материала, полученного методом лазерной стереолитографии.
-
Методика получения твердой модели при помощи лазерной стереолитографии для предоперационного планирования и проведения расчетов размеров имплантируемой ткани при замещении дефектов нижней челюсти у детей и подростков.
Апробация результатов исследования
Основные положения диссертации доложены: Топольницкий О.З., Дьякова СВ., Ульянов С.А., Воложин А.И., Шорстов Я.В. Применение искусственной костной ткани при реконструктивно-восстановительных операциях на нижней челюсти у детей. Материалы V
международной конференции челюстно-лицевых хирургов и
стоматологов. - Россия, Санкт-петербург, 30 мая - 1 июня июня 2000. С. 127.
-
Топольницкий 0.3., Воложин А.И, Дьякова СВ., Ульянов С.А., Докторов А.А., Кузнецова Е.Б., Медведева Е.С.. Добавление гидроксиапола в пластмассу с целью усиления ее стимулирующих и остеоинтегративных свойств. Материалы Международного конгресса стоматологов. 17-18 октября 1997. - Тбилиси. С. 103-105.
-
Ульянов С.А., Топольницкий О.З., Дьякова СВ., Гунько Н.И., Медведева Е.С.. Выбор вида пластического материала при реконструктивных операциях на нижней челюстьи у детей и подростков. Материалы Международного конгресса стоматологов. 17-18 октября 1997. —Тбилиси. С. 106-108.
-
Roginsky V.V., Volozhin A.I., Topolnitsky O.Z., Popov V.K., Krasnov A.P. "Elimination of Mandible Defects in Children with the Use of Synthetic Biocomposite Material Poly-HAP Previously Exposed in CO2 Supercritical Medium " "Замещение дефектов нижней челюсти у детей с помощью синтетического биокомпозитного материала ПолиГАП, обработанного в сверхкритической среде СО2"//J. Dent. Res. 80, Absracts, 2001.- Р.235
-
Топольницкий О.З., Ульянов С.А., Дьякова СВ., Рогинский В.В., Воложин А.И., Шорстов Я.В. Применение биокомпозитного материала «ПолиГап» при реконструктивно-восстановительных операциях на нижней челюсти у детей. Материалы 3-го Международного симпозиума "Передовые технологии лечения на стыке веков". - Москва, 23-24 ноября 2000, С.161-163.
-
Ульянов С.А., Топольницкий О.З., Фабелинская И.В., Суркин А.Ю., Арапов Н.С., Сметанников П.В. Комплексная реабилитация детей и подростков при врожденных и приобретенных деформациях челюстей. Материалы Российского научного форума с международным участием: «Стоматология нового тысячелетия». - Москва, февраль 2002. С.82-84.
Результаты исследований, изложеные в диссертационной работе, апробированы на межкафедральном заседании кафедры детской челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, кафедры патологической физиологии стоматологического факультета, кафедры госпитальной хирургической стоматологии, кафедры факультетской хирургической стоматологии с курсом имплантологии, кафедры анестезиологии и реаниматологии ФУВС МГМСУ.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 32 работы.
Структура и объем исследования
