Введение к работе
Актуальность проблемы
Актуальной проблемой медицины является разработка остеопластических материалов для замещения костных дефектов. С этой целью активно разрабатываются различные биостабильные и резорбируемые, а также комбинированные синтетические биосовместимые композиционные материалы, близкие по физико-механическим свойствам костной ткани. Среди биостабильных композитов важная роль принадлежит полиметилметакрилату, сверхвысокомолекулярному полиэтилену и полиамиду-12. Данные композиты используются в практической стоматологии и других областях медицины (Дробышев А.Ю., 2001; Бондаренко В.А., Краснов А.П., и др. 2002; Бондаренко В.А. и др., 2003; Shikinami, M. Okuno, 2001). Для усиления биосовместимости, физико-механических свойств и остеоинтегративности в состав полимеров вводят синтетический гидроксиапатит (Чергештов Ю.И., 2000; Воложин А.И., 1997-2005; Krasnov A.P. и соавт., 2003). В механизме действия гидроксиапатита важная роль принадлежит его способности сорбировать эндогенные факторы остеогенеза, такие как морфогенетические протеины и пептиды (Десятниченко К.С. и соавт., 2000). От этих веществ в значительной мере зависит эффективность костной пластики при замещении дефектов костей скелета, в том числе в челюстно-лицевой области. В многочисленных работах, выполненных в данном направлении, использованы кристаллы синтетического гидроксиапатита (Бирюкбаев Т.Т., 2002; Алиев А.У., 2002; Немерюк Д.А., 2002; Свирко Е.В., 2002; Топольницкий О.З., 2002; Воложин А.И., Григорьян А.С., 2002; Григорьян А.С., Кулаков А.А., Воложин А.И. и соавт., 2003; Григорьян А.С., Воложин А.И., Краснов А.П. и соавт., 2003.).
Применительно к цели и задачам нашего исследования следует выделить работы Е.В. Свирко (2002) и Д.А. Немерюка (2002), которые разрабатывали и экспериментально изучали композиции плотного и пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена и гидроксиапатита для костной пластики в челюстно-лицевой хирургии. В этих и других исследованиях использован ГАП размером около 5-10 мкм, кроме того, недостаточно полно изучены физико-механические свойства биостабильных наполненных полимеров, что играет принципиально важную роль для планирования их применения в челюстно-лицевой области в качестве имплантационного материала.
Анализ данных литературы показывает, что дальнейшее увеличение физико-механических свойств, биосовместимости и остеоинтеграции имплантатов из минералнаполненных полимеров может быть осуществлено путем применения ГАП разного гранулометрического состава. Такая возможность была показана на примере биорезорбируемого полимера - полилактида (Жарков А.В., Краснов А.П., Воложин А.И., 2005; Жарков А.В., 2006). В отношении биостабильных имплантационных материалов таких исследований проведено не было, что определяет теоретическую и практическую направленность планируемой работы. Но для решения этой проблемы необходимо проведение специальных лабораторных и экспериментальных доклинических исследований, что определило цели и задачи нашей работы.
Цель исследования: определить оптимальный состав биостабильных минералнаполненных композитных материалов на основе Сверхвысокомолекулярного полиэтилена и Полиметилметакрилата для замещения костных дефектов в челюстно-лицевой хирургии, провести оценку их физико-механических и остеоинтегративных свойств в эксперименте.
Задачи работы
-
Исследовать дисперсность и степень полидисперсности наполнителя (ГАП) на лазерном анализаторе размеров частиц. Определить влияние дисперсной и ультрадисперсной формы ГАП, введенной в состав СВМПЭ на предел прочности при изгибе и ударную вязкость образцов композита.
-
Изучить влияние дисперсной и ультрадисперсной формы ГАП, введенной в состав ПММА на показатели: предел прочности при изгибе, ударную вязкость образцов композита.
-
Исследовать роль дисперсной и ультрадисперсной формы ГАП в изменении физико-механических свойств СВМПЭ и ПММА: удельную ударную вязкость, микротвердость поверхности, плотность и твёрдость образцов композитов.
-
Провести термомеханические испытания текучести полимеров и ГАП-наполненных полимерных систем на основе СВМПЭ и ПММА.
-
Определить величину краевого угла смачивания полимеров и ГАП-наполненных полимерных систем на основе СВМПЭ и ПММА.
-
Использовать сканирующую электронную микроскопию для структурных исследований полимеров и ГАП-наполненных полимерных систем на основе СВМПЭ и ПММА.
-
Оценить в эксперименте остоинтегративную способность ГАП-наполненных полимерных систем на основе ПММА в зависимости от гранулометрического состава ГАП: дисперсного и ультрадисперсного.
-
Определить тканевые реакции нижней челюсти кроликов при имплантации в дефект ветви челюстной кости пластин ПММА, наполненных дисперсным, ультрадисперсным ГАП или их смесью.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Существенное улучшение физико-механических и остеоинтегративных свойств биостабильных полимеров: СВМПЭ и ПММА, используемых в качестве имплантационного материала в челюстно-лицевой области, происходит в результате введения в их состав 15% дисперсного и 15% ультрадисперсного ГАП.
-
В результате введения ГАП-уд в состав СВМПЭ его высокотемпературная деформация существенно снижается, достигая 40%, что обусловлено повышением вязкости композиции вследствие значительно более высокого насыпного объема ГАП-уд из-за его низкой плотности по сравнению с ГАП-д.
-
После кипячения твердость образца СВМПЭ с ГАП-д снижается, изменения в образце с ГАП-уд отсутствуют, а показатели микротвердости уменьшаются у всех образцов. Эти эффекты объясняются проникновением воды вначале в поверхностные слои образцов по микроканалам, образованным в ассоциатах ГАП и в зоне «интерфейса» СВМПЭ – ГАП, разрыхляя и пластифицируя поверхностный слой. Более дефектная структура композита с ГАП-уд по сравнению с ГАП-д приводит к понижению показателей прочности и ударной вязкости композитов, среди которых лучшие результаты имеет композит ПММА со смесью 24% ГАП-д+ 6%ГАП.
-
Костно-фиброзная интеграция имплантатов из композитов ПММА+ГАП-д и ПММА+ГАП-уд. проявляется через 2 месяца после операции в области шурупов, которые плотно прикрепляют имплантат к кости. При использовании имплантатов из ПММА, содержащих 15% ГАП-д и 15% ГАП-уд костный компонент интеграции обусловлен прямым контактом минерализованных костных структур с поверхностью композита.
-
Имплантаты из ПММА, химически связанного с 15% ГАП-д и 15% ГАП-уд, вызывают падение интенсивности патологических эффектов; усиление интеграции в окружающих тканях; повышение остеогенетического потенциала костной ткани. По степени убывания патологических эффектов от воздействия имплантатов на окружающие ткани и эффективности инициирования построения костной ткани они могут быть расположены в следующий ряд: «чистый» ПММА (1), ПММА+30%ГАП-д (2), ПММА+30%ГАП-уд (3), ПММА +15% ГАП-д и 15% ГАП-уд (4).
Научная новизна
Впервые установлено, что физико-механические и остеоинтегративные свойства биостабильных полимеров: СВМПЭ И ПММА, существенно улучшаются путем введения в их состав 15% дисперсного и 15% ультрадисперсного ГАП. Научной новизной отличаются данные о существенной зависимости между размерами частиц ГАП и свойствами композитов. Введение ГАП-д в состав образца СВМПЭ вызывает снижение его деформации, что связано с повышением вязкости деформируемой системы в связи с введением жесткого минерального наполнителя. При введении ГАП-уд в состав СВМПЭ его высокотемпературная деформация продолжает снижаться вследствие дальнейшего повышения вязкости композиции, и обусловлено низкой плотностью ГАП-уд по сравнению с ГАП-д. Впервые установлено, что в результате кипячения композита СВМПЭ с ГАП («д» или «уд») вода в первую очередь проникает в поверхностные слои образцов по микроканалам, образованным в ассоциатах ГАП, разрыхляя и пластифицируя поверхностный слой. Более дефектная структура композита с ГАП-уд по сравнению с ГАП-д приводит к понижению показателей прочности и ударной вязкости композитов с ГАП-уд, среди которых лучшие результаты имеет композит ПММА со смесью 24% ГАП-д+ 6%ГАП. Использование композита ПММА с ГАП-уд приводит к более умеренным, чем в группе с ГАП-д, проявлениям воспалительно-деструктивных изменений, повышению активности остеогенетических процессов в области контакта имплантата с челюстью и интенсификации созревания новообразованной костной ткани.
Практическое значение
Для клинических испытаний в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии предложены биостабильные композиционные материалы – минералнаполненные СВМПЭ и ПММА, содержащие ГАП в химической связи с полимером с применением полиакриловой кислоты. Для оптимизации остеоинтегративных процессов оптимальное содержание ГАП составляет 30% по весу композита. С целью повышения остеоинтегративных процессов и снижения патогенных эффектов инородного материала в состав композита следует вводить 15% дисперсного ГАП и 15% ультрадисперсного ГАП. Рекомендовано применение ГАП производства ЗАО НПО «Полистом». Разработанные биостабильные полимеры, наполненные минералом, могут быть рекомендованы для изготовления имплантатов при замещении врожденных и приобретенных дефектов костей лицевого скелета, контурной пластики, коррекции размеров альвеолярной кости и др. Создание новых апатитопластов с другими свойствами требует проведения дополнительных лабораторных и экспериментальных исследований.
Личное участие автора
Автором лично изучены физико-химические и механические свойства минералнаполненных композитов СВМПЭ и ПММА, а также их остеоинтегративные свойства. Цифровые данные автор обработал методами вариационной статистики. Соискателем лично проведены эксперименты на кроликах и изучены гистологические препараты с целью анализа репаративных процессов в челюсти под влиянием композитов.
Внедрение
Полученные данные используются в учебном процессе и в дальнейшей научной работе на кафедре патофизиологии стоматологического факультета и на кафедре госпитальной терапевтической стоматологии МГМСУ.
Апробация работы.
Основные положения и результаты исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на совместном совещании сотрудников кафедр патологической физиологии стоматологического факультета, госпитальной хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии и кафедры госпитальной хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии ФПДО ГОУ ВПО МГМСУ Росздрава 27 марта. 2008 года.
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на 155 страницах машинописного текста. Состоит из введения, главы «Обзор литературы», главы собственных исследований, Обсуждения результатов, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 56 российских и 58 иностранных авторов. В диссертации представлено 9 таблиц и 59 рисунков.
![Обоснование методов определения размеров зубных дуг в периоде прикуса постоянных зубов по морфометрическим параметрам челюстно-лицевой области [Электронный ресурс]](/i/i/4395/201632.png "Обоснование методов определения размеров зубных дуг в периоде прикуса постоянных зубов по морфометрическим параметрам челюстно-лицевой области [Электронный ресурс] Гальцов Алексей Юрьевич")
