Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

О РЕАКЦИИ ОСТЕОПОРОТИЧЕСКИ ПЕРЕСТРОЕННОЙ КОСТИ НА ВВЕДЕНИЕ МЕТАЛЛОФИКСАТОРОВ С АЛМАЗОПОДОБНЫМ ПОКРЫТИЕМ(ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)

Ганжа А.А. 1 Гюльназарова С.В. 1 Кудрявцева И.П. 1
1 ФГБУ «Уральский НИИ травматологии и ортопедии им. В.Д. Чаклина» Минздрава России
В эксперименте проведен анализ особенностей реакции остеопоротически перестроенной костной ткани на введение спиц с алмазоподобным покрытием в сравнении со стандартными спицами из медицинской стали. Экспериментальным животным (крысы линии Вистар) предварительно моделировали иммобилизационный остеопороз путем ампутации голени одной из задних конечностей. После этого им имплантировали спицы 0,8 мм в метафизы большеберцовой и бедренной костей. Все особи были разделены на две серии – имплантация стандартных спиц и спиц с алмазоподобным покрытием. Проводилась микроскопия и морфометрия гистологических препаратов с последующим статистическим анализом полученных данных. В первой серии выявлено формирование фиброзной капсулы вокруг спицы, активация костной резорбции, увеличение диаметра спицевого канала. Во второй серии реакция костной ткани на введение спицы с покрытием отсутствовала: не были выявлены фиброзная капсула и резорбция на границе контакта «кость – спица», диаметр спицевого канала не увеличивался, соответствуя исходным данным.
репаративный остеогенез
фиброзная капсула
спица
алмазоподобное покрытие
иммобилизационный остеопороз
кость
1. Ганжа А.А., Кузнецова О.А. Осложнения при чрескостном остеосинтезе у пациентов с ложными суставами на фоне сопутствующего иммобилизационного остеопороза // Вестник травматологии и ортопедии Урала. – 2012. – № 3-4. – С. 57-60.
2. Гюльназарова С.В. Оксигенобаротерапия и костное ремоделирование при экспериментальном иммобилизационном остеопорозе / С.В. Гюльназарова, А.Ю. Кучиев, Е.Б. Трифонова, И.П. Кудрявцева // Проблеми остеологии : науково-практичний журнал. - 2011. – Т. 14, № 2. - С. 43-47.
3. Гюльназарова С.В., Кузнецова О.А. Оценка состояния минеральной плотности костной ткани при псевдоартрозах и несросшихся переломах костей нижних конечностей // Гений ортопедии. – 2002. – № 1. – С. 161-162.
4. Лазарев А.Ф., Солод Э.И., Родионова С.С. Перкутанный остеосинтез переломов на фоне остеопороза в комплексе с патогенетически обоснованной медикаментозной терапией // Российский конгресс по остеопорозу : научная программа и тезисы, 20-22 октября 2003, Москва, Россия. – Ярославль : Литера, 2003. – С. 167.
5. Макарова Э.Б., Захаров Ю.М., Рубштейн А.П. Особенности метаболических процессов в костной ткани при использовании композитных имплантатов из пористого титана с алмазоподобным нанопокрытием // Гений ортопедии. – 2012. – № 3. – С. 147-149.
6. Малышкина С.В., Дедух Н.В., Белоус В.А., Попова Н.Г. Бактерицидные качества покрытий на основе диоксида титана и их биосовместимость (исследование in vitro) // Український морфологічний альманах. – 2011. – Т. 9, № 1. – С. 78-81.
7. Поворознюк В.В., Макогончук А.В. Посттравматическая остеопения при переломах длинных трубчатых костей // Травма. – 2014. – Т. 15, № 2. – С. 25-28.
8. MacLeod A.R., Simpson A.H., Pankaj P. Reasons why dynamic compression plates are inferior to lockingplates in osteoporotic bone: a finite element explanation // Comput Methods Biomech. Biomed. Engin. – 2015. – Dec. – Vol. 18 (16). – P. 1818-1825.
9. Jung S.W. [et al.] Factors that influence Reduction Loss in Proximal Humerus Fracture Surgery / S.W. Jung, S.B. Shim, H.M. Kim, J.H. Lee, H.S. Lim // J. Orthop. Traum. – 2014. – Dec. 2. DOI: 10.1097/BOT.0000000000000252.
10. Yoo J.H., Kim S.W., Kwak Y.H., Kim H.J. Overlapping intramedullary nailing after failed minimally invasive locked plating for osteoporotic distal femur fractures - Report of 2 cases // Injury. – 2015. – Jan. 16. 32(6). DOI: 10.1016/j.injury.2015.01.011.

Особым разделом современной травматологии и ортопедии является лечение ложных суставов длинных костей на фоне иммобилизационного остеопороза (ИОП), развивающегося вследствие длительного дефицита весовой и динамической нагрузок поврежденной конечности после травмы [3]. Число таких пациентов в последние годы постоянно увеличивается [7].

Оперативное лечение пациентов с несращениями костей на фоне ИОП в связи со сниженной механической прочностью костной ткани сопровождается резорбцией в зоне её контакта с фиксатором [1], увеличением подвижности его при динамических нагрузках с последующей миграцией, формированием нестабильности, рефрактур или вторичных деформаций [9; 10 и др.]. При ИОП увеличивается длительность нетрудоспособности, возрастает число неблагоприятных исходов лечения [4].

Для оптимизации исходов лечения пациентов на фоне ИОП применяются различные модификации фиксаторов и оперативных технологий [7; 8 и др.], хирургические вмешательства сочетают с медикаментозными средствами или воздействием физических факторов, способствующих активизации остеогенеза [2; 3].

В современной научной литературе большое внимание уделяется изучению биоактивных и биоинертных покрытий металлических фиксаторов, уменьшающих негативное влияние металла на окружающие ткани, активизирующих остеорепарацию [5]. Однако исследования в основном касаются имплантатов для постоянного использования [6], данные об использовании покрытий для временных (удаляемых) имплантатов до сих пор малочисленны.

Цель исследования – изучить в эксперименте морфоструктурные особенности реакции остеопоротически перестроенной кости на введение стандартных металлофиксаторов и фиксаторов с алмазоподобным (DLC) покрытием.

Материалы и методы. В исследовании использовались 80 самцов крыс Вистар в возрасте 3-4 месяцев, массой 100-200 г. Все опыты проводились согласно «Правилам проведения работы с использованием экспериментальных животных» (приложение по приказу МЗ СССР № 755) и Европейской конвенции защиты животных, принятой в 1986 году в Страсбурге. Животные разделены на две серии по 40 особей в каждой. Оперативные пособия проводились под внутримышечным наркозом. Всем животным предварительно моделировали ИОП, ампутируя 1/3 голени одной из задних конечностей, что обеспечивало формирование её неопороспособности. Крысам обеих серий проведена имплантация спиц: 1 серия - спицы из медицинской стали d = 0,8 мм в область дистального метафиза бедренной и проксимального метафиза большеберцовой костей, 2 серия – спицы из медицинской стали d = 0,8 мм с алмазоподобным покрытием (DLC) по аналогичной схеме. Сроки наблюдения составили: 14, 30, 90, 120 дней после операции. Выведение из эксперимента проводилось согласно Международным правилам гуманного отношения к животным.

Экспериментальный материал представлял костные блоки бедренных и большеберцовых костей. Гистологические препараты окрашивали гематоксилин-эозином, по Ван Гизону. Изучение морфологического материала выполняли с использованием микроскопа Olimpus (Япония). Ввод изображений производили на цифровом модуле визуализации и документирования VIDI–CAM (Россия, СПб). Для анализа оцифрованных изображений использовали программное обеспечение «Видео – Тест Мастер – Морфология 5.2.» (Россия, СПб.). Различия сравниваемых показателей считали достоверными при p≤0,05.

Результаты исследования и обсуждение

Через 14 дней после имплантации спиц в первой серии к стенкам спицевого канала на отдельных участках прилегала капсула, сформированная из коллагеновых волокон различной степени зрелости (рис. 1А). В серии с DLC-покрытием стенка спицевого канала в этот срок состояла из костной ткани с участками тонкой фиброзной выстилки (рис. 1Б). Средняя объемная доля новообразованной костной ткани в стенке спицевого канала в первой серии составила 0,304 ± 0,00465, во второй – 0,350 ± 0,00316.

Рис. 1А. Микрофотография спицевого канала. 1 серия, 14 дней опыта. Гематоксилин - Эозин. Увеличение × 100 Формирование капсулы (К) на стенке спицевого канала.

Рис. 1Б. Микрофотография спицевого канала. 2 серия, 14 дней опыта. Гематоксилин - Эозин. Увеличение × 100 Формирование тонкой фиброзной выстилки на стенке спицевого канала.

Через 30 дней после операции в костной ткани обеих серий сохранялись истонченные, атрофические трабекулы, характерные для остеопороза. В спицевых каналах у животных первой серии определялась утолщенная фиброзная капсула (рис. 2А), в прилежащей к спицевому каналу кости сохранялись дистрофические и очаговые склеротические изменения. Во второй серии стенка спицевого канала состояла из костной ткани с фрагментами фиброзной выстилки, аналогичной по структуре предыдущему сроку (рис. 2Б). Показатель средней объемной доли новообразованной костной ткани в первой серии составил 0,291 ± 0,0035, во второй – 0,423 ± 0,00319.

Рис. 2А. Микрофотография спицевого канала. 1 серия, 30 дней опыта. Ван Гизон. Увеличение × 100. Утолщение капсулы, её разволокнение.

Рис. 2Б. Микрофотография спицевого канала. 2 серия, 30 дней опыта. Гематоксилин - Эозин. Увеличение × 100. Стенка канала состоит из костной ткани (КТ) с фрагментами фиброзной капсулы (ФК).

Через 90 дней наблюдения фиброзная капсула 1 серии была представлена упорядоченными зрелыми коллагеновыми волокнами (рис. 3А) с участками новообразованной незрелой костной ткани, признаками ИОП: истонченными костными трабекулами и расширенными межтрабекулярными пространствами. В серии с использованием спиц с DLC-покрытиями стенка спицевого канала состояла из костной ткани с прилежащими полями компактной и новообразованной губчатой ткани. Фиброзная капсула в спицевом канале в этой серии отсутствовала (рис. 3Б). Средняя объемная доля новообразованной костной ткани в стенке спицевого канала в первой серии составила 0,267±0,0043, во второй серии – 0,430±0,00357.

Рис. 3А. Микрофотография спицевого канала. 1 серия, 90 дней опыта. Гематоксилин - Эозин. Увеличение × 100. Фиброзная капсула на стенке спицевого канала.

Рис. 3Б. Микрофотография спицевого канала. 2 серия, 90 дней опыта. Гематоксилин - Эозин. Увеличение × 100. Стенка спицевого канала представлена костной тканью.

Через 120 дней стенки спицевого канала животных обеих серий были представлены костью компактного строения. Отдельные фрагменты уплотненной фиброзной капсулы определялись на стенках спицевого канала в 1 серии. Во второй серии спицевой канал, так же как в 90 дней, имел стенку, состоящую из костной ткани. Фиброзная капсула в спицевом канале отсутствовала.

При морфологическом исследовании ткани, расположенной на стенках спицевого канала, в первой серии эксперимента отмечено формирование фиброзной капсулы в спицевом канале, что является характерным для внедрения любого инородного тела или материала в кость. Во второй серии опытов фиброзная капсула в спицевом канале отсутствовала, что свидетельствует об инертности алмазоподобного покрытия, отсутствии реакции костной ткани на его внедрение. Сохранение во второй серии (DLC) диаметра спицевого канала неизмененным в течение всего опыта свидетельствует об отсутствии резорбтивных процессов на границе «кость-спица». К завершению эксперимента (120 дней) у животных обеих серий в окружающем спицевом канале костной ткани сохранялись явления остеопороза. Остальные морфологические признаки были аналогичны сроку 90 дней наблюдения.

Результаты экспериментального морфологического исследования показали, что при ИОП вокруг имплантированной спицы у животных первой серии формировалась фиброзная капсула, толщина которой на протяжении эксперимента постепенно увеличивалась (рис. 4), прогрессировали резорбтивные процессы с увеличением диаметра спицевого канала (рис. 5). У животных второй серии (спицы с DLC-покрытием) признаки полноценной капсулы не определялись на протяжении всего эксперимента (рис. 4), а диаметр спицевого канала достоверно сохранялся на исходном уровне (рис. 5) в течение всего срока наблюдения.

Рис. 4. Динамика изменений толщины капсулы (мкм) в спицевом канале. * р≤0,05 относительно первой серии.

Рис. 5. Динамика изменений диаметра спицевого канала (мкм). * р≤0,05 относительно первой серии.

Анализ динамики изменений показал, что у животных первой серии после имплантации стандартных спиц явления остеопороза прогрессировали: увеличилось число участков пазушной и остеокластической резорбции, истонченных костных трабекул, расширенных межтрабекулярных пространств с прогрессирующим снижением показателя средней объемной доли костной ткани. Во второй серии опытов морфологические признаки прогрессирования ИОП отсутствовали, что подтверждается достоверным увеличением показателя объемной доли новообразованной костной ткани в стенке спицевого канала в процессе эксперимента (рис. 6).

Рис. 6. Динамика изменения средней объемной доли новообразованной костной ткани в стенке спицевого канала. * р≤0,05 относительно первой серии.

Заключение

Морфологические изменения, развивающиеся при ИОП в зоне «кость - имплантат», принципиально отличались в опытных сериях. У животных с имплантацией стандартных спиц явления остеопороза активизировались, прогрессировало увеличение диаметра спицевого канала. Использование спиц с DLC-покрытием не вызывало прогрессирования ИОП. Формирование фиброзной капсулы в спицевом канале у животных было отлично только в первой серии. У животных с имплантацией спиц с DLC-покрытием фиброзная капсула в спицевом канале отсутствовала, что свидетельствовало об отсутствии типичной реакции костной ткани на введение спицы. Увеличение показателя объемной доли новообразованной кости в спицевом канале при имплантации спиц с DLC-покрытием можно рассматривать как остеоиндуктивное влияние этого покрытия на костную ткань.

Рецензенты:

Волокитина Е.А., д.м.н., профессор кафедры ФПК и ПП ГБОУ ВПО «УГМУ» Минздрава России, г. Екатеринбург;

Данилова И.Г., д.б.н., заведующая лабораторией морфологии и биохимии Института иммунологии и физиологии УрО РАН, г. Екатеринбург.


Библиографическая ссылка

Ганжа А.А., Гюльназарова С.В., Кудрявцева И.П. О РЕАКЦИИ ОСТЕОПОРОТИЧЕСКИ ПЕРЕСТРОЕННОЙ КОСТИ НА ВВЕДЕНИЕ МЕТАЛЛОФИКСАТОРОВ С АЛМАЗОПОДОБНЫМ ПОКРЫТИЕМ(ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ) // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 4. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=21164 (дата обращения: 23.09.2021).

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 = 1.074