Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 11
1.1. Структура кости 11
1.2. Механизм возникновения переломов 14
1.3. Репаративная остеорегенерация 15
1.4. Осложнения после проведения остеосинтеза 21
1.5. Материалы, используемые в травматологии и ортопедии 24
1.5.1. Классификация биоматериалов 30
1.5.1.1. Металлы и сплавы металлов 31
1.5.1.2. Керамические покрытия 32
1.5.1.3. Полимеры 33
1.5.1.4. Другие материалы 33
1.5.2. Биологическая совместимость металлов в профилактике токсических, иммунологических и аллергических реакций 33
1.5.3. Нанесение покрытий в профилактике явления металлоза и аллергических реакций 36
1.6. Перспективы применения сплавов переходных металлов
четвертой группы на примере титана в травматологии и ортопедии 37
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 42
2.1. Материалы и объекты исследования 43
2.2. Методы исследования
2.2.1. Клинический метод исследования 45
2.2.2. Гематологический метод исследования 46
2.2.3. Рентгенографический метод исследования 46
2.2.4. Гистологический метод исследования 46
2.2.5. Методы статистической обработки результатов 47
ГЛАВА 3. Результаты собственных исследований и их обсуждение 48
3.1. Клинический мониторинг общего состояния животных 48
3.2. Динамика гематологических показателей 53
3.3. Результаты рентгенографического исследования
3.3.1. Результаты обзорной рентгенографии 60
3.3.2. Результаты компьютерной томографии с томоденситометрией. 65
3.4. Результаты гистологического исследования 69
Заключение 75
Выводы 78
Рекомендации по использованию научных выводов 80
Список литературы
- Репаративная остеорегенерация
- Биологическая совместимость металлов в профилактике токсических, иммунологических и аллергических реакций
- Гематологический метод исследования
- Результаты рентгенографического исследования
Введение к работе
Актуальность проблемы
Стремительный рост хирургической активности в клиниках ортопедо-травматологического профиля в последние годы сопровождается увеличением спроса на металлоконструкции, применяемые для остеосинтеза. Использование некачественных остеофиксаторов сопровождается увеличением числа послеоперационных осложнений, связанных преимущественно с реакцией отторжения имплантируемых металлоконструкций (Yousef A. и др., 2014). Длительное нахождение установленных пластин, винтов, стержней, в достаточно агрессивной среде, к каковой можно отнести организм животного, предъявляет особые требования к имплантируемым материалам. Исходя из этого, разработка перспективных и безопасных покрытий (Абдуллин И. Ш., 2004), которые минимизируют аллергическую реакцию на сплавы, используемые при изготовлении погружных конструкций, остается одной из фундаментальных проблем ветеринарной хирургии (Steinemann S.G., 1996; Reems M. и др., 2003; Krettek C. и др., 2001).
Костная травма, как известно, относится к наиболее распространенной патологии опорно-двигательного аппарата человека и животных в условиях мегаполиса. В этой связи для изготовления металлических имплантатов для остеосинтеза широко используют титан, медицинскую нержавеющую сталь и др. (Мюллер М.Е., 1996; Самошкин И.Б., 2008, Ягников С.А., 2010). Основополагающие требования, предъявляемые к любым материалам, призванным соприкасаться с костными структурами это высокая коррозионная стойкость, биологическая инертность и прочность. Срок службы имплантатов лимитирует лизис кости вокруг металлического компонента вследствие биологической активности металла, что приводит к дестабилизации имплантатов (Загородний Н.В., 2013; Kesemenli C. и др., 2002).
Для успешного решения данной проблемы на костные фиксаторы наносят покрытия с целью обеспечения безопасных свойств, необходимых для качественной регенерации костных фрагментов в зоне повреждения.
Более того, их коррозионная стойкость исключает переход ионов конструкций в раствор, предотвращая, таким образом, несовместимость имплантатов с тканями живого организма, их отторжение, а также металлоз, сопровождающийся развитием аллергических реакций (Summer B., 2007). Покрытия отличаются многообразием своих физико-химических свойств. Наиболее часто применяемые в травматологии и ортопедии – это нитриды или оксиды некоторых сверхтвердых металлов, что связано с выявленной у них биологической совместимостью с тканями живого организма. Вместе с тем, для создания защитного барьера, с целью предупреждения выхода ионов металлов в биологические жидкости организма, используют оболочки-покрытия, имеющие минимальную толщину и биологическую устойчивость к воздействию достаточно агрессивной окружающей среды (Horowitz S.M., 1995, Sovak G., 2000). Замедленная диффузия ионов металлов в окружающие биологические ткани способствует активному прорастанию клеток непосредственно в
имплантат (Анников В.В., 2008), что служит основой для процесса остеоин-теграции.
Потенциально перспективными в этом отношении являются покрытия, содержащие нитрид гафния, характеризующиеся, как известно, химической инертностью, высокой температурой плавления и относительно высокой стойкостью к окислению в экстремальных условиях (Gasch M., и др.,2004, Srivatsan T.S. и др., 2007). Нитриды гафния повышают твердость поверхности (Tamura Y и др., 2002), износостойкость (Alsabeeha N.H., и др., 2011) и коррозионную стойкость (Endo, K и др., 1994) имплантационных материалов, а также обладают антимикробными свойствами (Yoshinari M. и др., 2011).
Исходя из вышеизложенного, сравнительное изучение влияния на организм животных различных имплантатов с покрытиями на основе сверхтвердых соединений и без покрытий, введенных чрескостно, при экспериментальном моделировании дефекта, является одной из фундаментальных проблем имеющих прикладное значение для реконструктивно-восстановительной хирургии.
Цель и задачи исследования
Цель исследования – представить клинико-морфологическое обоснование использования металлических чрескостных имплантатов с покрытием на основе сверхтвердых соединений.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
Изучить динамику клинических показателей при имплантации скоб c покрытием нитридами титана и гафния, а также с покрытием нитридами титана и циркония в условиях индуцированной травмы.
-
Провести сравнительный анализ динамики гематологических показателей при имплантации скоб с покрытиями нитридами титана и гафния, нитридами титана и циркония.
-
На основании обзорной рентгенографии и компьютерной томографии выявить особенности течения репаративной регенерации костной ткани в условиях индуцированной травмы.
4. Дать этапную характеристику морфофункциональному состоянию
костной ткани в зоне имплантации.
Научная новизна
Научно обоснованы и экспериментально подтверждены эффективность и преимущество использования чрескостных имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния, по сравнению с таковыми с покрытием нитридами титана и циркония. В условиях индуцированной травмы показано, что остеофиксаторы с гафниевым покрытием не оказывают отрицательного системного и локального влияния при их имплантации. Выявлено отсутствие угнетения эритро- и лейкопоэза, что подтверждается результатами гематологических исследований. Использование скоб с исследуемым покрытием, нитридами титана и гафния, не нарушает последовательности фаз репаратив-ного остеогенеза, что сопровождается более ранним и качественным формированием регенерата, по сравнению со скобами, покрытыми нитридами
титана и циркония. Восстановление кости и костного мозга происходит в более ранние сроки и без осложнений, в группе с имплантатами из стали с покрытием нитридами титана и гафния по сравнению с таковыми, покрытыми нитридами титана и циркония, что доказывает его преимущество использования в реконструктивно-восстановительной хирургии.
Теоретическая и практическая значимость работы
Представлено научное обоснование целесообразности использования в реконструктивно-восстановительной хирургии имплантатов с покрытиями на основе сверхтвердых металлов, что подтверждается комплексом клинических, гематологических, рентгенографических и морфологических показателей. Представлены закономерности репаративного остеогенеза на основе этапной характеристики морфофункционального состояния костной ткани в области имплантации при индуцированной костной травме.
Полученные результаты являются базой для оценки воздействия на организм имплантатов, применяемых при чрескостном внеочаговом остеосин-тезе. Установленная динамика гематологических показателей может использоваться в качестве дополнительного критерия оценки состояния системы гемопоэза в послеоперационном периоде. Денситометрические показатели костной ткани в области оперативного вмешательства целесообразно использовать для прижизненной, не инвазивной диагностики течения репаративной регенерации, а также при разработке методов коррекции послеоперационной терапии при костной травме.
Полученные в ходе комплексного исследования данные целесообразно использовать в учебном процессе при изучении патологической физиологии, гистологии, клинической, визуальной и лабораторной диагностики и хирургии животных вузов ветеринарного профиля.
Материалы диссертационной работы используются в практической деятельности ветеринарных клиник г. Казани, а также в учебном процессе на кафедре ветеринарной хирургии ФГБОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины», на кафедре диагностики, внутренних незаразных болезней, фармакологии, хирургии и акушерства ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина», на кафедре морфологии, патологии, фармации и незаразных болезней ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет», на кафедре хирургии, акушерства, фармакологии и терапии, на кафедре хирургии, акушерства, фармакологии и терапии ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П. А. Столыпина».
Методология и методы исследования
Методологической основой научных исследований явился комплексный подход к изучаемой проблеме, заключающийся в использовании классических и современных методов исследований: клинического, гематологического, рентгеновского (в том числе компьютерной томографии), гистологического и статистического.
Положения, выносимые на защиту
Применение имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния не нарушает течение процессов остеорегенерации, обеспечивая биосовместимость с окружающими тканями, не вызывая воспалительных реакций.
Динамика гематологических показателей в оценке реакции организма на введение имплантатов с различными покрытиями.
- Рентгеноморфологические корреляции при чрескостном введении
имплантатов в зоне костной травмы как критерий оценки полноценности
сформировавшегося регенерата.
- Томоденситометрия в оценке степени зрелости костного регенерата и
смежного с ним участка.
Степень достоверности и апробация результатов
Основные положения, выводы и практические предложения, изложенные
в диссертационной работе, отвечают цели и задачам работы, логически вытекают из емкого фактического материала, подтверждаются большим объемом клинических, гематологических, рентгеновских, гистологических исследований, проведенных на современном уровне со статистической обработкой полученных данных.
Результаты диссертации доложены, обсуждены и одобрены на:
- XXVI SICOT Triennal World Congress. 46th Brazillian Congress of
Orthopedics and Traumatology (Rio de Janeiro. Brazil, 2014, E-poster);
- LXXXVIII всероссийской научно-практической конференции студентов
и молодых ученых медицинских университетов (г. Казань, 2014);
IV Всероссийской межвузовской конференции по ветеринарной хирургии (г. Москва, 2014);
Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Знания молодых для развития ветеринарной медицины и АПК страны» (г. Санкт- Петербург, 2013) (диплом III степени).
- Всероссийская научно-практическая конференция студентов и молодых
ученых ветеринарных вузов (г. Казань, 2013) (диплом II степени).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 16 печатных статей, в которых отражены основные положения диссертационной работы, из них 7 в ведущих рецензируемых научных журналах, включенных в Перечень ВАК Минобрнауки РФ.
Объем и структура диссертации
Репаративная остеорегенерация
Костная ткань содержит четыре вида клеток: остеогенные клетки, остеобласты, остеоциты и остеокласты.
Остеогенные клетки – это клетки ранней стадии специфической дифференциации мезенхимы в процессе остеогенеза. Они сохраняют способность к митозу. Эти клетки характеризуются овальным, но бедным хроматином ядром. Их цитоплазма слабо окрашивается основными или кислыми красителями. Эти клетки находятся на поверхности костной ткани: в надкостнице, эндоосте, в Гаверсовых каналах и других зонах формирования костной ткани. Остеогенные клетки размножаются и, дифференцируясь, пополняют запас остеобластов, которые обеспечивают рост и перестройку костного скелета.
Остеобласты – это клетки, которые продуцируют органические вещества межклеточного вещества костной ткани: коллаген, гликозамингликаны, белки и т. д. Это крупные клетки кубической или призматической формы, расположенные по поверхности формирующихся костных балок. Их тонкие отростки анастомозируют друг с другом. Ядра остеобластов округлые с крупным ядрышком и расположены эксцентрично. Их цитоплазма содержит хорошо развитую зернистую эндоплазматическую сеть и свободные рибосомы, что ей придает базофилию [78, 118, 165, 166].
Остеоциты – клетки костной ткани, лежащие в особых полостях межклеточного вещества лакунах, которые соединены между собой большим количеством костных канальцев. Остеоциты длиной 22–55 мкм и шириной 6–15 мкм имеют форму уплощенного овала, соответствующую лакуне. Их многочисленные тонкие отростки, распространяясь по костным канальцам, анастомозируют с отростками соседних клеток. Система лакун и костных канальцев содержит тканевую жидкость и обеспечивает уровень обмена веществ, необходимый для жизнедеятельности костных клеток [78, 118, 165, 166]. Морфологическая организация цитоплазмы остеоцитов соответствует степени их дифференцировки. Молодые формирующиеся клетки по составу органелл и степени их развития близки к остеобластам. В более зрелой кости цитоплазма клеток беднее органеллами, что свидетельствует о снижении уровня обмена веществ, в частности синтеза белков.
Остеокласты – это крупные, многоядерные клетки, от 20 до 100 мкм в диаметре. Остеокласты находятся на поверхности костной ткани в местах ее резорбции. Поверхность их, обращенная к резорбируемой кости, имеет большее количество тонких, плотно расположенных, ветвящихся отростков, образующих в совокупности гофрированную каемку [78, 118, 165, 166]. Здесь секретируются и концентрируются гидролитические ферменты, участвующие в процессах резорбции кости.
Костная перестройка обеспечивается последовательностью разрушительных действий остеокластов, а затем конструктивных действий остеобластов. В случае репаративной остеорегенерации, после перелома костей, образуется неорганизованная по структуре первичная ткань, которая постепенно под воздействием остеокластов и остеобластов принимает организованную форму и превращается в костную ткань [91].
Кость – это живая ткань, способная к саморемоделированию (самовосстановлению) на протяжении всей жизни организма [120]. Она адаптируется в соответствии с различными воздействиями, приложенными к ней. Данное саморемоделирование заключается в модификации архитектуры или геометрии костной ткани. Если нагрузки, приложенные к костям ниже физиологических стимулов, то плотность кости уменьшается за счет истощения минеральной части. Это приводит к расширению диафиза и костномозгового канала [135]. Истончаются трабекулы губчатого вещества кости [135]. Аналогичные явления наблюдаются, если животные не используют конечности в качестве опоры в течение длительного времени. С механической точки зрения растягивающаяся кость первоначально ведет себя линейно и упруго [135]. Если силы растяжения остановлены, то кость восстанавливает свою первоначальную форму: она реагирует как пружина. Помимо данного упругого поведения, кость в дальнейшем приобретает необратимую пластичность: после действия сил растяжения остается остаточное удлинение, и кость так или иначе модифицирована. Если нагрузка (растяжение или компрессия) на кости продолжает увеличиваться, то сопротивляемость достигает своего предела и происходит перелом кости.
Под воздействием одинаковых нагрузок, компактная кость и губчатая кость ведут себя по-разному [58]. Губчатая кость ломается при воздействии меньших сил растяжения, чем компактная кость. C другой стороны, губчатая кость имеет широкий диапазон пластичности (упругости), связанный с прогрессирующим коллапсом трабекул при приложении сжимающей (компрессирующей) силы [58].
Кортикальная кость имеет переменные свойства при воздействии растягивающей или сжимающей силы. Кость обладает вязкоупругими свойствами. Это означает, что количество энергии, поглощенной до момента разрыва, больше, если сила прилагается быстрее [58]. Поэтому требуется больше энергии, чтобы сломать кость во время внезапного механического воздействия, чем если силы приложены к кости медленно и продолжительно [135].
В случаях травмы перелом происходит, когда кость не в состоянии отдать обратно аккумулированную ею энергию. Она "удаляет" излишки поглощенной энергии переломом. Сложность перелома и тяжесть разделения кости пропорциональны количеству поглощенной энергии. Растягивающая сила вызывает образование поперечного перелома, в то время как сила сжатия (компрессия) вызывает косой перелом [58].
Биологическая совместимость металлов в профилактике токсических, иммунологических и аллергических реакций
Динамика содержания лейкоцитов в периферической крови у групп с имплантатами из стали 12Х18Н9Т и с имплантатами из стали с покрытием нитридами титана и гафния (TiN+HfN) претерпевала наименьшие колебания, оставаясь в пределах физиологической нормы. Однако к завершению эксперимента этот показатель в группе со сталью 12Х18Н9Т снизился относительно исходных значений на 46,4 %, оставаясь в пределах референтных значений. В группе с имплантатами из стали с покрытием нитридами титана и гафния (TiN+HfN) отклонение в содержании лейкоцитов наблюдали лишь на 30-е сутки, где его увеличение относительно исходного значения составило 27,5 %. Данное состояние может быть связано с проявлением защитно-компенсаторной реакции организма животных, направленной на купирование воспалительного процесса, который инициирован продуктами распада Таблица 6 Динамика гематологических показателей экспериментальных крыс группы с имплантатами из стали с покрытием нитридами титана и гафния (TiN+HfN)
В подопытной группе TiN+ZrN на 10-е сутки отмечали снижение содержания лейкоцитов (на 41,5 % по отношению к фоновым значениям). С 30-х по 60-е сутки происходило восстановление количества лейкоцитов и к концу опыта на сроке 90-х суток был выявлен лейкоцитоз, выходящий за пределы нормы на 10,2 % (табл. 3-6). Таким образом, во всех исследуемых группах нами выявлена аналогичная динамика, кроме группы TiN+ZrN, где к концу опыта количество лейкоцитов выходило за пределы средних дооперационных значений (табл. 4) [20].
На сроке 10-х суток содержание лимфоцитов практически не изменилось как в контрольных, так и в подопытных группах. Вместе с тем, во всех группах отмечали снижение содержания лимфоцитов относительно доопера-ционных значений: на 2,4 % в группе Cu, на 0,9 % в группе 12Х18Н9Т, на 5,4 % в группе TiN+HfN и на 11,2 % в группе TiN+ZrN. Максимальное снижение количества лимфоцитов наблюдали в группе TiN+ZrN. Нельзя исключить, что данное снижение связано с острым периодом травматической болезни, который сопровождается задержанным выходом миелокариоцитов в периферическую кровь и, как следствие, резким снижением и лимфоцитов, что ассоциируется с мнением Панкратовой Т. Н. [34].
На сроке 30-х суток наблюдали восстановление концентрации лимфоцитов у животных всех групп вне зависимости от имплантированного материала до уровня дооперационных значений, а в группах Cu и 12ХI8Н9Т их незначительное увеличение на 3,4 % и 2,6 %, соответственно.
На 60-е сутки тенденция увеличения количества лимфоцитов во всех группах сохранялась, кроме группы с медными имплантатами, где выявлено снижение количества лимфоцитов ниже дооперационных значений на 3,3 %.
Снижение содержания лимфоцитов ниже дооперационных значений во всех остальных группах наблюдали на 90-е сутки эксперимента, кроме подопытной группы с покрытием из нитридов титана и циркония (TiN+ZrN), где число лимфоцитов превышало исходное дооперационное значение на 8,6 % с достоверным отличием от групп 12Х18Н9Т (p=0,003) и TiN+HfN (p=0,043) (табл. 3-6).
Таким образом, динамика содержания лимфоцитов характеризовалась взаимосменяемыми темпами снижения и увеличения концентрации лимфоцитов во всех группах. Значительные колебания показателей относительно дооперационных значений выявлены в группах Cu и TiN+ZrN, в то время как данный показатель претерпевал наименьшие изменения в группах 12Х18Н9Т и TiN+HfN. Вместе с тем, наблюдаемые колебания соответствовали пределам нормы.
При анализе лейкограммы 10-е сутки наблюдений отличались сдвигом ядра влево, характеризующим воспалительный процесс. Повышение количества палочкоядерных нейтрофилов было в 3,2 и 4,6 раза относительно исходных значений в группах Cu и TiN+ZrN, соответственно. На 30-е сутки отклонение в меньшую сторону от исходного значения выявлено только у животных группы Сu (76,9 %). В последующие сроки значимых изменений не наблюдали (табл. 3-6) [20].
На 10-е сутки не было выявлено значимых отклонений от доопераци-онных значений в количестве эозинофилов у животных всех групп. На 30-е сутки установлено снижение этого показателя по сравнению с дооперацион-ным лишь в группах Cu и TiN+ZrN, где оно составило 54,4 % и 57 %, соответственно. На 60-е сутки значительное отклонение от дооперационного уровня эозинофилов регистрировали в группе TiN+HfN (64,2 %). К концу эксперимента отмечали уменьшение эозинофилов относительно фоновых лишь у животных группы TiN+ZrN (57 %), а увеличение наблюдали в группе Cu (63,3 %). Однако статистически значимых различий в данных группах не выявлено, а наблюдаемые сдвиги происходили в пределах нормы (табл. 3-6).
На 10-е сутки обнаружено снижение количества моноцитов во всех изучаемых группах, однако, оно не выходило за пределы нормы. На 30-е сутки выявлена обратная тенденция. На 60-е сутки количество моноцитов вновь уменьшилось относительно дооперационных лишь в группах TiN+HfN и TiN+ZrN на 78,5 % и 68,4 %, соответственно. На 90-е сутки отклонение этого показателя от исходного значения, не выходящее за пределы нормы, наблюдали только в группе TiN+ZrN (табл. 3-6).
У животных всех групп на протяжении всего эксперимента в картине крови отсутствовали базофилы (табл. 3-6). Сравнительный анализ гематологических показателей во всех исследуемых группах за исключением групп Cu и TiN+ZrN показал сходную динамику: на 10-е сутки (иногда к 30-м суткам) было выявлено их снижение относительно дооперационных значений, что свидетельствует о реакции организма на травму и развитии травматической болезни [15].
На 30-е сутки регистрировали восстановление всех показателей до фоновых значений, и данная тенденция сохранялась на 60-е и 90-е сутки эксперимента, что свидетельствует о включении адаптационно-компенсаторных механизмов организма. Вместе с тем, наблюдаемые нами сдвиги показателей в меньшую или большую сторону относительно дооперационных значений не выходили за пределы средних показателей. Отклонения от средних значений регистрировали в группе TiN+ZrN на 90-е сутки по показателям гемоглобина, палочкоядерных нейтрофилов и лейкоцитов. В структуре лейко-граммы на 10-е сутки в группах Cu и TiN+ZrN регистрировали сдвиг нейтро-фильного ядра влево, что может быть связано с продолжающимся воспалительным процессом в костной и параоссальных тканях (табл. 3-6).
Гематологический метод исследования
В группе, где были использованы имплантаты из меди, на 10-е сутки отмечено увеличение в массе подопытных крыс, которое составило 1,6 % по отношению к исходным дооперационным значениям (рис. 6). Тем временем, в группе с имплантатами из стали 12Х18Н9Т отмечали снижение массы тела на 3,9 %. У животных с имплантатами с покрытием TiN+ZrN выявлено увеличение массы тела крыс на 5,6 %. В отличие от этой группы (p=0,015), подопытные животные теряли в массе 7,8 % при использовании стальных им-плантатов с покрытием нитридами титана и гафния (TiN+NHf).
На 30-е сутки эксперимента у животных всех групп обнаружено возрастание массы тела. В группах сравнения (Cu) этот показатель составил 20,6 %, а в группе с имплантатами из стали без покрытия 12,2 % относительно исходного уровня. У животных группы TiN+ZrN масса тела возросла на 15,9 %. В группе с имплантатами, покрытыми комбинацией нитридов титана и гафния, не смотря на положительную динамику, масса тела подопытных крыс отставала на 2,3 % от начальных данных. На этом сроке исследования весовые показатели животных группы TiN+HfN статистически значимо отличались от параметров животных группы Cu (p=0,001), 12Х18Н9Т (p=0,031)
Динамика массы тела экспериментальных крыс 60-е сутки эксперимента характеризовались сохранением тенденций, намеченных на предыдущем сроке: в группе Cu увеличение массы составило 36,2 %, в группе 12Х18Н9Т 27,6 %, а в группе TiN+ZrN 28,6 %. Минимальные показатели динамики массы были в группе TiN+HfN (22,4 %).
На 90-е сутки наблюдений в группе сравнения Cu масса тела увеличилась на 39,9 %, а в группе 12Х18Н9Т на 44,6 %. У животных группы TiN+ZrN она возросла на 33,8%, а в группе TiN+HfN лишь на 28,4 %. На этих сроках статистически значимых отличий между группами не выявлено.
Анализ динамики массы тела показал ее возрастание пропорционально срокам наблюдений. При этом наиболее ярко эта закономерность была выражена у представителей группы сравнения, подвергшихся имплантации стали 12Х18Н9Т (рис. 6) [13].
У животных всех групп температура тела менялась вне зависимости от имплантированного материала и срока эксперимента, оставаясь в рамках физиологической нормы. Пределы колебаний не превышали 3,5 %. Статистически значимых отличий по этому показателю выявлено не было [13].
Локальные изменения тканей области операционной раны В зоне оперативного вмешательства установлено, что в толще параос-сальных тканей вокруг имплантатов из меди уже к 10-м суткам эксперимента была выявлена соединительнотканная капсула, заполненная густым гнойным экссудатом желтоватого цвета (рис. 7А).
У животных в группах с имплантатами из стали 12X18H9T и с покрытием нитридами титана и гафния (TiN+NHf) изменений со стороны тканей, окружающих имплантаты, нами не обнаружено (рис. 8А и Б).
У крыс в группе с имплантатами с покрытием нитридами титана и циркония (TiN+ZrN) уже на 10-е сутки был выражен локальный отек мягких тканей без дифференциации его контуров (рис. 7Б) [13].
Область послеоперационного рубца на оперированных конечностях животных группы Отсутствие локальных патологических изменений на кожном покрове в зоне оперативного вмешательства: А - импланты из (TiN+NHf); Б - импланты из стали 12X18H9T. 3.2. Динамика гематологических показателей
Наиболее объективным методом оценки адаптационных механизмов организма при воздействии эндо и экзофакторов является мониторинг гематологических показателей. В зависимости от стадии травматической болезни, происходит восстановление организма [10]. Так или иначе, воздействие на организм факторов внешней и внутренней среды любой силы влияет на адаптационные механизмы организма, а, следовательно, и на гематологические показатели [15].
Результаты гематологических исследований показали на 10-е сутки после оперативного вмешательства недостоверное, находящееся в пределах средних значений, снижение скорости оседания эритроцитов (СОЭ) во всех изучаемых группах, за исключением группы с имплантатами из меди, где СОЭ увеличилось на 15,3 % по отношению к фоновому значению. На 90-е сутки эксперимента значимое увеличение СОЭ относительно фонового значения регистрировали только в группе Cu, которое составило 46,1 %.
Таким образом, динамика скорости оседания эритроцитов во всех группах (кроме группы Cu) была идентична: на 10-е сутки эксперимента наблюдали снижение значений этого показателя, которое на 30-е и 60-е сутки сменилось его увеличением с последующим восстановлением до фоновых значений. На 90-е сутки показатели СОЭ значимо не отличались от фоновых во всех группах (табл. 3-6) [65, 98, 107, 162].
У животных всех групп на 10-е сутки наблюдали незначительную эритроцитопению как следствие сгущения и депонирования крови при оперативном вмешательстве. Данное снижение составило 14,2 % в группе Cu, 10 % в группе 12Х18Н9Т, 12,5 % в группе TiN+HfN и 22 % в группе TiN+ZrN. На 30-е сутки показатели эритроцитов восстанавливались до дооперацион-ных значений. На 60-е сутки сохранилась тенденция предыдущего срока наблюдений за исключением групп Cu и 12Х18Н9Т, где отмечали незначительное снижение их количества ниже дооперационных на 8,5 % и 11,4 %, соответственно. Таблица 3 Динамика гематологических показателей экспериментальных крыс группы с медными имплантатами (Си) (n=20, М±щ)
На 90-е сутки показатели эритроцитов соответствовали пределам нормы (табл. 3-6). Наблюдаемое на 10-е сутки уменьшение количества эритроцитов, как защитно-приспособительная реакция организма на индуцированную костную ткань, повлекло за собой снижение концентрации гемоглобина у животных всех групп на данном сроке наблюдения. Концентрация гемоглобина по сравнению с исходными значениями уменьшилась на 4,9 % в группе Си, на 14,3 % в группе TiN+HfN, на 10,5 % в группе TiN+ZrN. А в группе 12Х18Н9Т она практически не изменялась (табл. 3-6).
Результаты рентгенографического исследования
На 10-е сутки в области контакта с имплантатами из стали 12Х18Н9Т выявлены соединительнотканные структуры с разрастанием коллагеновых волокон и явлениями остеогенеза (рис. 21). Этот факт согласуется с данными литературы, описывающими результаты исследования процессов остеореге-нерации вокруг никелидтитановых имплантатов, где в первых 10 суток послеоперационного периода в остеоиде зоны остеоинтеграции выявляется сеть коллагеновых волокон с локализацией функционально активных остеобластов [18].
Вновь образованные костные балки имели поперечные перемычки, пространство между которыми было заполнено рыхлой волокнистой соединительной тканью, что отражало формирование ретикулофиброзной кости. Практически во всех случаях на данном этапе не выявлены участки грануляционной и хрящевой ткани, а также очаги некроза. Воспалительная клеточная реакция проявлялась в виде незначительных лимфогистиоцитарных инфильтратов.
Микроморфология зоны имплантации. Группы 12Х18Н9Т/TiN+HfN:ретикулофиброзная кость балочного строения.10-е сутки эксперимента. Ван Гизон Об. 10, ок. 40.
На 30-е сутки эксперимента грубоволокнистая кость была сформирована. По краям перфоративного отверстия костные трабекулы резорбировались, что инициировало перестройку ретикулофиброзной костной ткани в пластинчатую кость (рис. 22 А). В костном мозге формировались новые трабе-кулы параллельно с заполнением жировой ткани клетками гематогенного происхождения (рис. 22 Б), что согласуется с данными литературы, в которых на данном сроке описана васкуляризация регенерата, окружающего им-плантат [18].
На 60-е сутки по границе с имплантатами была сформирована пластинчатая кость с развитой системой гаверсовых каналов и восстановленным костным мозгом (рис. 23 А).
На 90-е сутки была обнаружена сходная с предыдущими сроками картина (рис. 23 Б). Рис. 22. Микроморфология зоны имплантации. 30 сутки. Группа с имплантатами из стали 12Х18Н9Т. эксперимента: А – перестройка ретикулофиброзной костной ткани в пластинчатую кость. Гематоксилин и эозин. Об. 10, Ок. 20; Б – костный мозг: развитие трабекул и заполнение жировой ткани клетками гематогенного происхождения. Гематоксилин и эозин. Об. 10, Ок. 20.
В группе с имплантатами из стали с покрытием нитридами титана и гафния (TiN+HfN) в целом динамика трансформации костной ткани соответствовала таковой, как и в группе 12Х18Н9Т: на 10-е сутки происходило формирование ретикулофиброзной кости балочного строения (рис. 21), на 30-60-е сутки – трансформация ее в пластинчатую кость (рис. 22 А, Б и 23 Б), регенерация костного мозга и сохранение на 90-е сутки наблюдений картины 60-х суток (рис. 24 Б). Отсутствовали грануляционная и хрящевая ткани, очаги некроза и воспаления.
Процесс заживления дефекта на границе с имплантатом из стали с покрытием нитридами титана и циркония (TiN+ZrN) аналогичен таковой в группе с имплантатами из меди (Cu). Однако выявлено снижение темпов регенераторного процесса с формированием хрящевой ткани, а также наличие воспаления с деструкцией кости (рис. 24 А). Формирование хрящевой ткани в зоне имплантации характерно при введении имплантатов из сплава Ti-6Al-4V и характеризуется воспалительным процессом [23].
Микроморфология зоны имплантации: А - группа c имплан-татами из стали с покрытием нитридами титана и циркония (TiN+ZrN). 90-е сутки эксперимента. Деструкция, некроз и лизис костной ткани. Ван Гизон. Об. 10, Ок. 20; Б - группа c имплантатами из стали с покрытием нитридами титана и гафния (TiN+HfN). 90-е сутки эксперимента. Зрелая пластинчатая кость с гаверсовыми каналами. Ван Гизон. Об. 10, Ок. 40.
Таким образом, в группах 12Х18Н9Т и TiN+HfN процессы восстановления травмированного участка кости протекали без осложнений и в более ранние сроки по сравнению с группами с медными имплантатами и с им-плантатами из стали с покрытием нитридами титана и циркония (TiN+ZrN), где процессы остеорегенерации характеризовались явлениями гнойного воспаления, некроза, остеомиелита и образованием хрящевой ткани. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные исследования показали, что использование имплантатов с покрытием нитридами сверхтвердых металлов не однозначно отражается на состоянии организма животных. Так, использование нитридов титана и циркония (TiN+ZrN) оказало негативное влияние на подопытных крыс, несмотря на то, что имплантаты с покрытием из циркония часто используются в стоматологии. Минимальное воздействие на общее состояние организма и локальные проявления в области послеоперационной раны вызвал вариант покрытия имплантата с использованием смеси нитридов титана и гафния (TiN+HfN).
Клинические исследования показали, что на 10-е сутки после операции медные имплантаты вызывают в большей степени локальные, нежели системные, патологические изменения: локальное реактивное воспаление мягких тканей в виде инкапсуляции соединительнотканных элементов вокруг имплантатов в зоне имплантации. Образованная капсула была заполнена густым гнойным экссудатом желтоватого цвета. В группе, где стальные имплан-таты были покрыты нитридами титана и циркония, локальные изменения в области имплантации ограничивались отеком мягких тканей без видимой демаркации контуров имплантата. Помимо местных проявлений, воздействие данных имплантатов носило и системный характер, что проявлялось наличием геморрагического отделяемого из носовых ходов и конъюнктивы, изъязвлением слизистых оболочек носовой и ротовой полостей, язвенным орхитом.
Каких-либо патологических изменений со стороны мягких тканей, окружающих имплантаты из стали 12Х18Н9Т и стали с покрытием нитридами титана и гафния (TiN+HfN), не выявлено. Данная тенденция сохранялась до конца эксперимента.
Результаты проведенных исследований показали стремительное повышение массы тела подопытных животных в послеоперационном периоде, за исключением группы с имплантатами из стали с покрытием нитридами титана и гафния (TiN+HfN), где снижение веса на 10-е сутки сменилось его ростом. Проведенные эксперименты показали, что композиции имплантатов не влияют на динамику температуры тела подопытных крыс.
Гематологические исследования выявили, что покрытие из нитридов титана и гафния (TiN+HfN) не оказывает негативного влияния на эритро- и лейкопоэз. Введенные имплантаты с покрытием из нитридов титана и циркония (TiN+ZrN) привели к незначительному повышению концентрации гемоглобина и количества лейкоцитов и палочкоядерных нейтрофилов.
Анализ данных рентгенографических исследований показал, что им-плантаты из стали с покрытием из нитридов титана и гафния (TiN+HfN) не препятствуют процессам консолидации и заживления травмированной кости, поскольку уже на 10-е сутки процесс костного сращения характеризуется слабовыраженной кальцификацией надкостницы, отсутствием на этом сроке четкой визуализации костного дефекта, что свидетельствует об ускорении репаративной активности костной ткани. Степень консолидации костного дефекта усиливалась к 60-м суткам наблюдений и превосходила по этому показателю представителей других подопытных групп. На 90-е сутки у всех животных выражена полная консолидация дефекта, и рентгенографическая картина остеорепарации соответствовала нормальной кости. Это нашло подтверждение в результатах компьютерной томографии, отражающих характеристику плотности костной ткани в зоне травмы. При использовании им-плантатов с покрытием нитридами титана и гафния плотность костной ткани при травме не отличалась от плотности интактной кости и составила 1126,4±94,9 HU (при плотности интактной кости, равной 1181,4±67,6 HU).
В подопытной группе животных, которым были установлены имплан-таты из стали с покрытием нитридами титана и циркония (TiN+ZrN), процесс остеорегенерации характеризовался появлением на рентгенограммах выраженной тени мягких тканей, что эквивалентно развитию отека. Известно, что отечные мягкие ткани препятствуют качественной реваскуляризации и, следовательно, качественной остеорегенерации. Плотность кости в зоне имплантации составила 797,3±26,5 HU, что почти в 1,5-2 раза ниже таковой у жи-76 вотных группы с имплантатами, покрытыми нитридами титана и гафния и интактной кости.
При анализе гистологической картины в зоне повреждения установлено, что процессы восстановления травмированного участка кости протекали без осложнений и в более ранние сроки в группе с имплантатами из стали с покрытием из нитридов титана и гафния (TiN+HfN), чем в остальных исследуемых группах: на 10-е сутки уже формировалась ретикулофиброзная кость, при отсутствии грануляционной и хрящевой тканей, а также очагов некроза, что отражает первичное заживление кости. На 30-е сутки выявлена перестройка ретикулофиброзной кости в пластинчатую кость и формирование костного мозга в отличие от группы с имплантатами с покрытием нитридами титана и циркония (TiN+ZrN), где процессы остеорегенерации протекали с явлениями гнойного воспаления, некроза, а репарация энхондральным путем.