Многочисленными экспериментальными и клиническими исследованиями [2; 5; 10] доказана возможность оптимизации процессов репаративной регенерации костной ткани с помощью лазерного излучения в красном и инфракрасном (ИК) диапазоне. Установлено, что низкоинтенсивное лазерное излучение является фактором, регулирующим рост и структурную организацию костной ткани [3; 9]. Большая часть исследований, связанных с низкоинтенсивной лазерной стимуляцией остеорепарации, выполнена на длинных трубчатых костях [4; 8]. Последние научные исследования в данной области свидетельствуют об определенном интересе, проявляемом к возможностям, которые предоставляет использование импульсного излучения полупроводникового лазера инфракрасного спектрального диапазона высокого уровня мощности (ПЛИКВУМ) при лечении переломов нижней челюсти [7; 14]. Нижняя челюсть обладает органоспецифическими особенностями, отличающими ее от длинных трубчатых костей [1; 17]. Патофизиологические процессы перестройки губчатого и компактного костных компонентов нижней челюсти при травме и плановых оперативных вмешательствах интересны не только травматологам и челюстно-лицевым хирургам, но и стоматологам-имплантологам [6; 11]. В последнее десятилетие стоматологическая имплантология стала междисциплинарным направлением медицинской науки, собравшим проблемы не только хирургической и ортопедической стоматологии, но и биологии, физиологии, медицинского материаловедения и биотехнологий [12; 15]. Данное направление позволило значительно расширить показания к применению несъемных ортопедических конструкций, в том числе на нижней челюсти [13; 16]. Однако в современной литературе научных работ, отражающих особенности заживления переломов нижней челюсти или процессов регенерации костной ткани нижней челюсти после дентальной имплантации под действием ПЛИКВУМ, нами не обнаружено, что и стало предопределяющим фактором к разработке данного научного направления.
Цель исследования - морфологическое изучение динамики формирования регенерата в области перелома нижней челюсти под действием импульсного излучения полупроводникового лазера инфракрасного спектрального диапазона высокого уровня мощности.
Материалы и методы исследования. Эксперименты проводили на 26 половозрелых кроликах породы «Серый Великан» массой 2-2,5 кг. Животных содержали в обычных условиях вивария на привычном для них пищевом рационе. Под внутримышечным тиопенталовым наркозом и местной анестезией в асептических условиях моделировали типичный перелом нижней челюсти в области ее угла. Костные отломки репонировали и фиксировали проволочными швами. В зависимости от метода лечения всех животных разделили на 3 группы: 12 кроликов 1-й группы служили контролем, во 2-й и 3-й опытных группах также взято по 12 животных. Кроликам опытных групп на 2-е сутки после операции проводили лазеротерапию ИК-лазером «Интрадонт» с выходной мощностью 20 Вт, с длиной волны 0,9±0,01 мкм и длительностью импульса лазерного излучения 100±50 нс (2-я группа) и ИК-лазером «Интрадонт» с выходной мощностью 40 Вт, с длиной волны 1,9±0,02 мкм и длительностью импульса лазерного излучения 250±50 нс (3-я группа). Экспозиция во второй и третьей группах составляла 20 минут 3 раза в сутки с интервалом 8 часов ежедневно, до момента выведения кроликов из эксперимента. Контрольных и подопытных животных выводили из опыта введением в ушную вену воздуха через 3, 7, 10, 15, 21, 28 и 35 суток.
Оперированную половину нижней челюсти освобождали от мягких тканей и выпиливали блоки, которые фиксировали в 10%-ном растворе забуференного формалина. Декальцинацию производили в трилоне-Б. Блоки заливали в парафин и готовили серийные срезы, которые окрашивали гематоксилином и эозином, по Маллори и по Ван Гизону. Помимо изучения качественных характеристик регенерата, определяли количественные его показатели с помощью морфометрии. Для проведения количественного анализа использовали метод точечного счета. При увеличении микроскопа в 400 раз с помощью окулярной стереометрической сетки Автандилова Г.Г. на поперечном срезе биоптата определяли количество остеобластов, остеокластов и лимфоцитов. Использованы результаты оценок 40 случайных наложений окулярной сетки, имеющей 100 тест-точек. Учитывали только те клетки, которые соприкасались с тест-точками сетки. Полученный экспериментальный материал обработан методами вариационной статистики с использованием t-критерия Стьюдента с помощью пакета программ медицинской статистики Microsoft Excel.
Результаты исследования и их обсуждение. Как показал анализ экспериментальных исследований, в раннем посттравматическом периоде при качественной оценке регенерата у животных опытных и контрольной групп не выявлялось существенных различий. Так, спустя 3 суток после травмы превалировали деструктивно-некротические процессы. В зоне перелома нижней челюсти определялись фрагменты кости, обрывки мягких тканей, между которыми видны эритроциты, скопления лимфоцитов и нейтрофильных лейкоцитов. Мелкие кровеносные сосуды расширены, в них наблюдался стаз. По краю костных отломков встречались единичные остеокласты. Элементы периоста и эндоста находились в состоянии пролиферации. В периостальной и межотломковой зонах малодифференцированная соединительная ткань, которая представлена малодифференцированными клетками и молодыми коллагеновыми волокнами. Однако при количественном изучении клеточного состава у животных, подвергнутых воздействию ПЛИКВУМ, наблюдалось увеличенное содержание остеобластов.
Морфометрическая оценка активности репаративного остеогенеза (М±m)
Сутки |
Группы животных |
||||||||
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
|
лимфоциты |
остеобласты |
остеокласты |
|||||||
3 |
0,4±0,2 |
0,9±0,5 |
0,7±0,4 |
7,5±1,8 |
18,0±8,3* |
40,5±12,6* |
0,6±0,4 |
0,6±0,3 |
0,6±0,1 |
7 |
1,2±0,5 |
0,6±0,4 |
0,7±0,5 |
26,4±5,6 |
23,5±9,4 |
41,5±10,5 |
0,7±0,6 |
0,4±0,4 |
0,5±0,3 |
10 |
0,7±0,2 |
0,7±0,4 |
0,7±0,3 |
29,0±7,2** |
28,3±11,2* |
31,9±8,4 |
0,4±0,3 |
0,5±0,3 |
0,3±0,2 |
15 |
0,9±0,3 |
0,3±0,2 |
0,5±0,3 |
14,7±2,4 |
19,0±7,9* |
18,5±7,2 |
0,6±0,3 |
0,4±0,3 |
0,4±0,3 |
21 |
0,7±0,3 |
0,4±0,3 |
0,6±0,4 |
30,5±7,8** |
23,0±8,6 |
23,0±9,8* |
0,4±0,2 |
0,3±0,2 |
0,3±0,2 |
28 |
0,6±0,2 |
0,4±0,2 |
0,3±0,3 |
12,0±2,6** |
17,0±8,8 |
16,3±6,9 |
0,2±0,1 |
0,3±0,2 |
0,3±0,2 |
35 |
0,2±0,2 |
0,5±0,4 |
0,5±0,4 |
10,7±2,2* |
23,0±10,1 |
45,5±14,1* |
0,1±0,1 |
0,3±0,2 |
0,4±0,3 |
Примечание: * - достоверность различий по сравнению с группой контроля;
** - достоверность показателей по сравнению с исходными данными
Причем этот показатель у кроликов 2-й группы превышал контрольный в 2 раза, а у животных 3-й группы - более чем в 5 раз (различие статистически достоверно, р<0,05). Количество лимфоцитов и остеокластов у животных всех групп являлось приблизительно одинаковым. Через 7 дней отмечалась активизация пластических реакций, в результате чего происходило очищение костной раны и заполнение дефекта нижней челюсти формирующимся регенератом. Наибольшая пролиферативная активность в этот срок отмечалась у животных, подвергнутых воздействию ПЛИКВУМ.
На 10-е сутки наблюдения изменялись как качественные характеристики, так и количественные показатели регенерата у кроликов опытной и контрольных серий. У животных 1-й и 2-й групп в этот период преобладали пролиферативные явления. Количество остеобластов по сравнению с исходным заметно увеличивалось. Напротив, у животных 3-й группы число остеобластов имело тенденцию к уменьшению. На основании этого можно предположить, что в условиях стимуляции ПЛИКВУМ происходит более быстрая дифференцировка остеобластов в остеоциты. Образование первичной костной мозоли у кроликов 3-й группы происходило быстрее, нежели у животных 1-й и 2-й групп. На 15-е сутки у животных контрольной группы отмечалась частичная консолидация переломов. В костной мозоли, соединяющей отломки нижней челюсти, хорошо видны часто встречающиеся балочки, не связанные между собой и окруженные слоем остеобластов (рис. а).
Микропрепараты. Морфологическая картина в зоне перелома нижней челюсти через 15 суток (а) и 21 (б) сутки после начала эксперимента.
а – формирующаяся костная мозоль, видны не связанные между собой костные балочки.
Окраска гематоксилином и эозином. Ок. 10, об. 20;
б – энхондральное окостенение. Окраска по Маллори. Ок. 10, об. 20
В балочках определялись равноудаленные линии роста кости. Межбалочные пространства заполнены малодифференцированной соединительной тканью, в которой наблюдались кровеносные сосуды различного диаметра. Кое-где в зоне перелома встречались участки новообразованной хрящевой ткани. Следует отметить, что, начиная с 15-х суток и до конца наблюдения, у животных контрольной группы отмечалось постепенное уменьшение бластных клеток в регенерате. У кроликов, подвергнутых воздействию ПЛИКВУМ, периоды снижения активности остеобластов чередовались с периодами усиленной их пролиферации (15-е и 21-е сутки).
Спустя 21 день у всех животных в костной ране преобладали продуктивные костеобразовательные процессы, в результате которых формировалась и перестраивалась первичная костная мозоль (рис. б). Под влиянием ПЛИКВУМ отчетливо активизировалось образование остеоидных балок. Так, у кроликов 3-й группы через 28 суток в регенерате, представленном широкими связанными между собой костными балочками, имелось большое количество активных бластных элементов.
Консолидация переломов нижней челюсти у животных контрольной группы наблюдалась в среднем на 4-7 дней позднее, чем у животных 2-й и 3-й групп. Обобщая результаты морфологических исследований, сопоставляя качественные и количественные характеристики регенерата у контрольных и подопытных животных, удалось выявить стимулирующее действие излучения полупроводникового лазера инфракрасного спектрального диапазона высокого уровня мощности на репаративную регенерацию костной ткани, которое отчетливо проявлялось в период пролиферации и дифференцировки остеогенных клеточных элементов.
Заключение. Таким образом, под влиянием излучения полупроводникового лазера инфракрасного спектрального диапазона высокого уровня мощности (3-я группа) улучшались условия течения репаративного остеогенеза и сокращались сроки заживления переломов нижней челюсти у экспериментальных животных. Воздействие низкоинтенсивного лазерного излучения (2-я группа) в раннем посттравматическом периоде приводило к усилению пролиферативной активности и более быстрой дифференцировке остеобластов в остеоциты. В условиях воздействия ПЛИКВУМ выявлены особенности течения репаративной регенерации костной ткани - периоды стихания активности остеобластов чередовались с периодами усиленной их пролиферации. Более выраженное стимулирующее действие отмечено в третьей группе, где использовалось излучение полупроводникового лазера инфракрасного спектрального диапазона высокого уровня мощности.