Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СОВМЕСТИМОСТИ УГЛЕРОДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ВОЛОКОН ДЛЯ ШИНИРОВАНИЯ ЗУБОВ

Седегова О.Н. 1 Асташина Н.Б. 1 Карпунина Т.И. 1 Логинова Н.П. 1
1 ГБОУ ВПО «ПГМУ имени академика Е.А.Вагнера» Минздрава России
Одной из важных задач современной стоматологии является повышение эффективности лечения воспалительных заболеваний пародонта. Применение адгезивно-волоконных систем для шинирования подвижных зубов вызывает особый интерес стоматологов. В качестве конструкционного материала для шинирования зубов возможно применение углеродного волокна, обладающего высокой прочностью и стойкостью к усталостным нагружениям. Для оценки возможности использования углеродного волокна в качестве шинирующей конструкции были изучены его медико-биологические свойства и определена устойчивость к микробной колонизации. Результаты экспериментов показали, что при имплантации композиционного углеродного волокна выраженных патоморфологических изменений в органах экспериментальных животных не выявлено. В ходе проведенных исследований подтверждена биологическая совместимость углеродного волокна по отношению к тканям организма, что дает возможность использования данного материала в практической стоматологии.
генерализованный пародонтит.
материалы для шинирования зубов
углеродное волокно
биологически совместимые материалы
1. Акулович А.В. Клинико-лабораторное исследование применения современных иммобилизационных систем для шинирования в комплексном лечении заболеваний пародонта: Дис. ... канд. мед. наук. ‒ СПб., 2010. ‒ 136 с.
2. Анциферов В.Н., Рогожников Г.И., Асташина Н.Б. и др. Применение современных конструкционных материалов при комплексном лечении больных с дефектами челюстно-лицевой области // Перспективные материалы. ‒ 2009. - №3. ‒ С. 46-51.
3. Гулуев Р.С. Оценка эффективности применения адгезивно – волоконных материалов для временного шинирования в комплексном лечении хронических пародонтитов: Дис. …канд. мед. наук. ‒ Н. Новгород, 2013. ‒ 195с.
4. Иванова Д.В., Коледа П.А., Жолудев С.Е. Клинические возможности замещения единично отсутствующего зуба при заболеваниях пародонта // Проблемы стоматологии. ‒ 2012. - №2. ‒ С. 57-61.
5. Кузьмина Э.М. Кузьмина И.Н., Петрина Е.С. и др. Стоматологическая заболеваемость населения России. Состояние тканей пародонта и слизистой оболочки полости рта / под ред. Янушевича О.О. – М., 2009. ‒ 224 с.
6. Ряховский А.Н. Вантовые мостовидные протезы // Панорама ортопедической стоматологии. ‒ 2002. - №3. ‒ С. 2.
7. Ряховский А.Н., Хачикян Б.М., Карапетян А.А. Новые высокопрочные нити для вантового шинирования // Институт стоматологии. ‒ 2007. ‒ Т.1. - №34. ‒ С. 120-123.
8. Щурик А.Г. Искусственные углеродные материалы. ‒ Пермь, 2009. ‒ 340 c.
Одной из важных задач современной стоматологии является  повышение эффективности лечения  воспалительных заболеваний пародонта, частота встречаемости которых,  по мнению большинства авторов, составляет от 80 до 95% [5].  Важное значение в комплексе терапевтических мероприятий имеет этап ортопедического лечения  хронического генерализованного пародонтита, направленный на   стабилизацию подвижных зубов, при помощи различных методов шинирования, а также,  устранение вторичной травматической окклюзии и перераспределение жевательной нагрузки.  Применение адгезивно-волоконных систем для шинирования подвижных зубов вызывает  особый интерес стоматологов [1,3,7].  В клинической практике наибольшую распространенность получили 2 вида адгезивных шинирующих систем: 1. Волокна неорганической природы на основе стекловолокна «Fiber Splint» (Швейцария), «Glas Span» (США); 2. Волокна органической природы на основе полиэтилена «Ribbond», «Connect»(США). В зависимости от способа пропитки волокна неорганические арматуры делятся на предварительно наполненные (пропитка осуществляется в заводских условиях) и наполняемые непосредственно перед их применением. Однако, специальных исследований, результаты которых однозначно выявили бы приоритет какой-либо одной группы материалов, в доступной литературе мы не встретили. Кроме того, необходимость импортозамещения    известных адгезивно – волоконных систем  указывает на возможность поиска новых материалов и способов   шинирования подвижных зубов при пародонтите, которые способствовали бы восстановлению полноценной биомеханики зубочелюстной системы.           

Интенсивное развитие материаловедения в стоматологии обусловлено разработкой и изучением наиболее безопасных и функциональных материалов, обладающих биологической совместимостью и высокими прочностными характеристиками, применение  которых  позволит  повысить эффективность лечения пациентов с патологией зубочелюстной системы.

В качестве армирующего компонента адгезивно -  волоконной системы нами предложено использование углеродного волокна (УВ), в виду его биологической совместимости с тканями организма,  высоких прочностных характеристик, а также отсутствия токсичности и канцерогенности [2,8]. Для оценки возможности использования УВ в качестве шинирующей конструкции были изучены его медико-биологические свойств и проведена сравнительная оценка устойчивости к микробной колонизации ленты «Ribbond» (США), УВ и хлопчатобумажной нити.

Цель исследования. Повышение комплексного лечения заболеваний пародонта на основе разработки и внедрения новых биологически совместимых углеродных композиционных материалов.

Материалы и методы. Изучаемые углеродные композиционные материалы  представляют собой ленту шириной 2,5-3,5 мм, состоящую из 6000-12000 однонаправленных параллельных нитей (филаментов). Для предотвращения повреждения и разрушения УВ, непосредственно после получения, их поверхность подвергается аппретированию. Данный процесс представлен нанесением на поверхность волокна 0,7-2% термопластичного полимера.  Для получения «чистого» УВ производили смыв аппрета в погружении их  в «Ацетон ЧДА», с последующей тщательной промывкой водой  и сушкой в сушильной печи при температуре   100°С, в течение 60 минут.

С целью определения реакции биологических тканей на внутримышечное введение образцов УВ проводили морфологическое исследование органов опытных животных. Эксперимент проводился  в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных или иных научных целей; в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных»;  с требованиями международного стандарта ISO 10993 «Оценка биологического действия медицинских изделий»; рекомендаций  «Сборника руководящих методических материалов по токсико-гигиеническим исследованиям полимерных материалов и изделий медицинского назначения» и утвержден решением этического комитета  ГБОУ ВПО ПГМА им. ак. Е.А. Вагнера Минздрава России.

В эксперименте использованы 3 группы  беспородных белых крыс (самцов), содержащихся на стандартной диете вивария:  первую группу составляли 25 животных, которым внутримышечно имплантировано «чистое» УВ, а вторую – 25 животных с внутримышечно введенным аппретированным УВ. Контрольная группа включала в себя 20 животных, содержащихся на тех же условиях, что и экспериментальные группы, но без имплантации каких-либо материалов.  Выведение животных из эксперимента проводили на 10-ые (ранний срок) и 90-ые (отдаленный срок) сутки после операции, что соответствует международному стандарту ИСО/ДИС «Биологический контроль материалов и изделий медицинского назначения», в котором определена длительность имплантационного теста от 7 до 90 суток (Draft International Standard). Для гистологического исследования забирались: головной мозг, сердце, печень, селезенка, почки, брыжеечные лимфатические узлы, околоушная и подъязычная слюнные железы, скелетная мышечная ткань из зоны имплантации материала. Органы фиксировали в 10% нейтральном формалине (pH=7,2), в дальнейшем материал проводили по стандартной методике с заливкой в парафин, срезы окрашивали гематоксилином и эозином. Съемку препаратов проводили на морфометрической установке «Олимпус» (зав. лабораторией Отдела учебно-методического и научного обеспечения  ГБОУ ВПО ПГМА им. ак. Е.А. Вагнера, к.б.н. Н.В. Чемурзиева).                                                                                                Для сравнительной оценки устойчивости к микробной колонизации  ленты «Ribbond», хлопчатобумажных нитей  и УВ  испытуемые образцы помещали в стандартизованные суточные бульонные культуры тест штаммов грамположительных (Staphylococcus aureus®25923), грамотрицательных бактерий (Escherichia coli®25922), а также их миксты и выдерживали в термостате при 370С в течение 5 суток. По прошествии указанного срока готовили «влажные» препараты, которые подвергали бактериоскопическому исследованию. Микрофотосъемка произведена с использованием установки «Olympus» (Япония) при инструментальных увеличениях 200-400х.

Результаты и обсуждения. При изучении  реакции  органов на введение имплантатов из углеродного волокна (1-ая и 2-ая группы) установлено, что к 10 суткам патологических изменений в тканях головного мозга не выявлено. Гемодинамика не нарушена. Строение головного мозга на 90-ые сутки исследования соответствовало видовой норме. Нейроциты имели правильные формы и размеры.  Цитоархитектоника и миелоархитектоника сохранена.                                             

          Морфологическое состояние сердца на введение УВ на 10-ые сутки соответствовало физиологической норме. В отдаленный срок (90-ые сутки) структура тканей сердца также соответствовало нормальному строению. Во всех группах кардиомиоциты сохраняли цилиндрическую форму, без признаков гипертрофии. Поперечная исчерченность кардиомиоцитов сохранена.

В печени, у животных в группах с имплантированным УВ на 10-ые сутки верифицировалась слабая реакция со стороны сосудов, проявляющаяся признаками замедления венозного и капиллярного кровообращения, что сопровождалось умеренным отеком тканей печени. На 90-ые сутки исследования структура печени животных в 1-ой и 2-ой не отличается группы контроля и соответствовала норме.

В селезенке у животных при имплантации УВ имеются признаки иммунного напряжения разной степени выраженности. У животных 2-ой группы в паренхиме органа венозные сосуды расширены и переполнены клетками крови.  У животных 1-ой группы в органе сосудистые проявления были умеренные. Сосуды широкие, часть из них полнокровна, явлений гемостаза нет.  В отдаленные сроки в селезенке, не зависимо от типа имплантируемого УВ,  белая пульпа занимает около трети органа и представлена вторичными лимфоидными узелками разного размера. В пределах органа их активность разная. Многие из них содержат пролиферирующие клетки лимфоидного ряда.  Все функциональные зоны белой пульпы развиты.  В красной пульпе синусы расширены умеренно и частично заполнены клетками крови.

В почках, на 10 сутки  в группах животных с введением УВ с аппретом и без аппрета наблюдали однотипные изменения,  отмечались сосудистые проявления разной степени выраженности, не ведущие к  патоморфологическим перестройкам.

В лимфатических узлах,  независимо от вида имплантата, наблюдали признаки умеренного иммунного напряжения, проявляющегося увеличением функциональных зон. В отдаленные сроки, в области коры формировались активные лимфоидные узелки.

При изучении реакции слюнных желез на имплантаты из УВ в 1-ой и во 2-ой группах опытных животных  в околоушной и подъязычной железах строение тканей в пределах нормы, сохраняющиеся до 90 дня исследований. Все отделы желез находились в нормальном физиологическом состоянии (рис.1 а, б).

Описание: C:\Наташа\стоматологи\Асташина (аппрет)\Асташина апрет\асташина\Асташина ред без апред\слюнная железа\P1010306r.JPG    Описание: C:\Наташа\стоматологи\Асташина (аппрет)\Асташина апрет\асташина\Асташина ред без апред\слюнная железа\P1010254r.JPG

А                                                                                   Б

Рис. 1. Подъязычная слюнная железа в отдаленный срок исследования (90 дней). А - углеродное волокно с аппретом. Б - углеродное волокно без аппрета. Окраска: гематоксилин-эозином. Ув.: х 600.

 В строении скелетной мышечной ткани в обеих группах,  на 10 сутки,  в зоне контакта с УВ верифицировали  умеренный отек и рыхлость расположения мышечных волокон. У животных в этот же срок при введении УВ с аппретом реакция мышечной ткани в месте контакта похожа. Через 90 дней исследования морфологической реакции на имплантацию УВ, как с аппретом, так и без аппрета,  со стороны скелетной мышечной ткани не было.

В  ходе выполнения работы проведено сравнительное изучение устойчивости к микробной колонизации ленты «Ribbond» , хлопчатобумажных нитей  и углеродного волокна. (Рис. 2 а, б).  

Описание: P1010062rОписание: P1010058r

А                                                                            Б

Рис. 2. Микробная колонизация хлопчатобумажных (А) и углеродных (Б) нитей.

При анализе  данных бактериоскопического исследования  выявлено, что    структура синтетических укрепляющих волокон на протяжении всего исследования сохраняется монолитной,  в отличие от хлопчатобумажных нитей. Очевидно, что особенности поверхности и структуры углеродного волокна и ленты «Ribbond», не способствуют бактериальной адгезии и дальнейшей микробной колонизации. Микроорганизмы, присутствующие в культуральной жидкости, остаются в планктоне, не переходя к биопленочной форме существования. Напротив,  неоднородная структура  хлопчатобумажных нитей обеспечивает благоприятные условия для закрепления и размножения на них микроорганизмов. 

Заключение. Результаты эксперимента показали, что при имплантации УВ, выраженных  патоморфологических изменений в органах экспериментальных животных не выявлено. На протяжении всего исследования мышечная ткань в месте контакта с имплантатом,  реагирует умеренным отеком, рыхлостью расположения мышечных волокон. Эти незначительные морфологические проявления к концу срока исследования исчезают. Как в ранний, так и в поздний срок наблюдений в мышечной ткани реакция со стороны сосудов отсутствует, четкость исчерченности сохраняется во все периоды наблюдений.

      В остальных органах в динамике установлены однотипные морфологические проявления. На ранних сроках отмечена умеренная реакция со стороны сосудов, которая проявляется замедлением капиллярного и венозного кровообращения, что сопровождается слабым отеком тканей изучаемых органов, без серьезных структурных перестроек. К концу исследования состояние органов соответствует нормальному физиологическому строению.

       Сравнительное изучение различных, в том числе углеродных, усиливающих волокон при бактеиоскопии не выявило преимуществ какого-либо образца.      Данные эксперимента подтвердили биологическую совместимость УВ по отношению к тканям организма. На микрофотографиях визуализируются «незаселенные» бактериями  поверхности исследованных нитей, что указывает на их практически идентичную способность противостоять биопленкообразованию.

Проведенные нами экспериментальные исследования дают   возможность дальнейшего  изучения свойств  углеродного волокна, в качестве использования как основного конструкционного    материала для лечения пациентов с заболеваниями пародонта  в практической стоматологии.

Рецензенты:

Данилова М.А., д.м.н., профессор, заведующая кафедрой детской стоматологии и ортодонтии ГБОУ ВПО ПГМУ им. Академика Е.А. Вагнера Минздрава России, г. Пермь;

Ишмурзин П.В., д.м.н., доцент, врач-консультант ООО «Орто-центр», г. Пермь.



Библиографическая ссылка

Седегова О.Н., Асташина Н.Б., Карпунина Т.И., Логинова Н.П. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СОВМЕСТИМОСТИ УГЛЕРОДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ВОЛОКОН ДЛЯ ШИНИРОВАНИЯ ЗУБОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=19039 (дата обращения: 15.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252