Введение к работе
Актуальность проблемы. Лишение кости ее естественной нагрузки при применении металлических конструкций в эндопротезирования является весьма сложной, трудноразрешимой проблемой. Феномен " stteSSprotection. „f защита от нагрузки вызывает весьма хорошо известный эффект резорбции кости, возникающий вследствие большой разницы- модулей эластичности имплантата и кости. Это в свою очередь привело ученых к мысли о применении материалов с иэоэластичными свойствами для эндопротезирования суставов I&оу>г «/.., 1967/. Композиционные материалы на основе углерода обладают необходимыми в данном случае свойствами. Экспериментально было доказано, что углерод-углеродный композиционный материал, состоящий на 99,9 из углерода, обеспечивает большую передачу нагрузки на кость по сравнению с металлическими конструкциями и по своей прочности эндопротезы из , такого материала не уступают металлическим 1937/.
Еще одной важной стороной в эндопротезировании~"суставов является контакт кости с имплантатом, который чаще всего происходит через фиброзную капсулу, степень развития которой играет непоследнюо роль в асептическом расшатывании конструкции /Шерепо К.М., 1990/. Известно, что вследствие определенных физико-химических свойств поверхность углеродных материалов обладает биологической активностью» что при контакте с костью характеризуется в большей степени прямым костно-имплантацион-ным взаимодействием без фиброзной интерпозиции 1937/* Данное явление многие авторы характеризуют как биологическую фиксацию имплантата; особенно если последний имеет пористую, шероховатую поверхность, что подтверждается тестом
- 4 -на выталкивание /oLutd^.JnQ,/in, R-.,7~hctociS JC:A, t Cook .: , 1986/.
He менее важной характеристикой композиционных материа- лов на основе углерода, а в особенности углерод-углеродного композиционного материала является отсутствие биологической агрессивности продуктов их механического износа в отличие от металлов и полимеров, что было доказано многими эксперимен-" тальными и клиническими исследованиями /Муссалатов Х.А., 1990/. Пднако.все-же рекомендуется применять специальные покрытия, защищающие структуру углеродсодержащего композиционного материала, каковыми являются: гидроксиапатит, кальций-фосфат, пиролитический углерод, полисульфон и некоторые другие устойчивые к механическим воздействиям материалы J^nz/'s-ivt Р. , 1937/.
Учитывая эти важные особенности композиционных материа-^ лов,была проведена работа по изучению биосовместимости пред-Чл ложенного НПО "Композит" углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ).
Цель исследования. Экспериментально обосновать возмож-
ность использования углерод-углеродного композиционного ма
териала для создания однополюсного эндопротеза тазобедренно--
го сустава. ' *
Задачи исследования.
-
Изучить поверхностную микроструктуру углерод-углеродного композиционного материала.
-
Исследовать механические свойства эндопротезов тазобедренного сустава человека, изготовленных из УУКМ.
-
Провести сравнительное морфологическое исследование.' биосовместимости УУКМ без покрытия, покрытого карбином или
- 5 -пнроуглеродом при имплантации его в мышечную и костную ткани.
4. Использовать экспериментальную' модель эндопротеэиро-вания тазобедренного сустава однополюсными эндопротеэами из УУКМ и титанового сплава BT5-I для сравнительного изучения влияния эндопротезов на окружающие ткани в условиях ранней биомеханической нагрузки.
На защиту выносятся .следующие положения:
-
Сравнительное морфологическое исследование реакции мышечной и костной ткани на имплантированный углерод-углеродный композиционный материал б.ез покрытия и с нанесенным на его поверхность карбином или пнроуглеродом показало, что изученные материалы являются биоинертными и вызывают однотипную реакцию со стороны окружающих тканей. Углерод-углеродный композиционный материал не препятствует формированию и созреванию на его поверхности костной ткани и элементов кроветворно-го костного мозга.
-
При имплантации эндопротезов из углерод-углеродного композиционного материала отмечается меньшее число случаев нестабильности ножки по сравнению с эндопротезами из титанового сплава в условиях ранней биомеханической нагрузки на конечность, что является статистически достоверным. Шероховатая поверхность ножек эндопротезов из углерод-углеродного композиционного материала и близость величины модуля упругости данного материала и компактной кости способствуют увеличению стабильности имплантата.
-
Независимо от вида материала при нестабильности эндо-протеза вокруг нее формируется толстая фиброзная или фиброзно-хряідевая ткань, окруженная прерывистой слабо развитой костной манжеткой, сохраняющей участки незрелой костной ткани в позд-
-6-.
ние сроки исследования. При стабильной фиксации ножки эндопро-теза вокруг имплантата обычно формируется непрерывная костная манжетка, представленная зрелой костной тканью пластинчатого строения. Однакоі в некоторых случаях между костной манжеткой и имплантатом формируется тонкая соединительнотканная прослойка, что наблюдается значительно реже при использовании эндопротезов из углерод-углеродного композиционного материала.
Научная новизна. Впервые в эксперименте было изучено взаимодействие углерод-углеродного композиционного материала отечественного, производства с тканями организма (мышечная, костная) и доказаны преимущества эндопротезов из- данного материала по сравнению с таковыми из титанового сплава.
Полученные данные показали, что конструкции из углерод-углеродного композиционного материала отечественного производства не уступают зарубежным аналогам по изоэластическим характеристикам, влияющим на костное ремоделированйе и по своей способности к более надежной стабилизации в кости за счет биологической фиксации имплантата.
Одновременно, помимо достоинств конструкций из этого материала были выявлены конструктивно-технологические недостатки, при преодолении которых этот материал может быть допущен для изготовления эндопротезов тазобедренного сустава.
Практическая ценность. Результаты проведенного исследования являются экспериментальным обоснованием возможности клинического применения эндопротезов из углерод-углеродного композиционного материала производства НПО "Композит" после преодоления конструктивно-технологических недостатков.
Использованная в работе экспериментальная модель эндо-протезирования тазобедренного сустава может быть применена
- 7-.
'л
для изучения вопросов эндопротезирования с использованием других видов новых материалов в больших сериях экспериментов на кроликах.
Личный вклад диссертанта». Автором были самостоятельно выполнены оперативные вмешательства на подопытных животных (имплантация образцов УУКМ в шшцу и бедренную кость, эндопроте-зирование тазобедренного сустава кролика), произведены рентгенологические исследования результатов эндопротезирования, а также исследования секционного материала, полученного после забоя животных.
Публикации.' По материалам диссертации опубликовано 3 печатных работы.
Структура и объем работы. Текст диссертации изложен на 185 машинописных страницах, состоит из введения, обзора литературы, двух глав собственных исследований, заключения и выводов. Диссертация иллюстрирована 5 таблицами и 77 рисунками. « Библиография включает 42 отечественных и 197 зарубежных источников.
