Серия «Естественные и Технические науки» # ИЮНЬ  2016

Целью работы явилось изучения эффективности использования имплантатов из титанового сплава (ВТ6) с покрытием содержащим природный кальций-фосфатный комплекс (аналог гидроксиапатита), при чрескостном остеосинтезе модели нестабильного повреждения костей таза у экспериментальных животных. Хирургическому лечению подвергнуты 12 беспородных собак, которым выполнялась модель вертикально-нестабильного повреждения таза с последующим остеосинтезом аппаратом наружной фиксации. Животные разделены на две группы. В первой группе в качестве внутренних элементов использовались спицы с напылением из природного наноструктурного кальций-фосфатного комплекса (ПНКФК), во второй применялись обычные спицы. Для сравнительной оценки применения различных спиц применены клинико-морфологический, рентгенологический, гистологический и молекулярно-генетический методы исследования. В процессе эксперимента определено, что при использовании спиц с покрытием из ПНКФК не выявлено воспалительной реакции в мягких тканях, не наблюдалось эпизодов нестабильности аппарата. При гистологическом исследовании выявлено, то что процессы репаративной регенерации и образование зрелой костной ткани происходят раньше в случаях использования спиц с покрытием. Ключевые слова: Природное наноструктурное кальций-фосфатное покрытие, биоактивное покрытие, эксперимент.

Введение

Нестабильные повреждения таза относятся к одними из самых тяжелых повреждений опорно-двигательного аппарата [3, 13]. Общепризнанным методом патогенетической терапии при травме таза является остеосинтез аппаратом наружной фиксации (АНФ) [1,2,4,14]. Данный метод лечения малоинвазивен, позволяет выполнить репозицию смещения и надежную фиксацию, а так же создает оптимальные условия для сращения переломов [5]. Недостатком данного метода является связь внешней части погружных элементов аппарата (спицы, стержни) с внешней средой. В результате этого могут возникать осложнения в виде воспаления мягких тканей (в 5,7 – 30% случаев) вокруг этих элементов [1,2,3,14] и развитии их нестабильности [4, 6]. Воспалительная реакция зачастую  развивается в результате отсутствия плотного контакта мягких тканей с поверхностью погружного элемента, слабой его интеграции в кости. В настоящее время, для профилактики подобных осложнений поверхность погружных элементов покрывают различными биоактивными материалами [7, 8, 9,10,14].  Целью работы являлось выявить эффективность использования погружных элементов с покрытием из природного наноструктурного кальций-фосфатного покрытия при чрескостном остеосинтезе модели нестабильного повреждения костей таза у экспериментальных животных.

Материал и методы

Экспериментальное исследование проведено на 12 беспородных собаках обоего пола, в возрасте от одного года до четырех лет, без патологии в области костей и сочленений таза. Всем животным моделировали идентичное вертикально-нестабильное повреждение таза, для получения которого выполняли остеотомию в области крестцово-подвздошного сочленения на толщину внутренней кортикальной пластинки заднего отдела крыла подвздошной кости, и остеотомию в области лонного сочленения на толщину кортикальной пластинки вертикальной ветви лонной кости с этой же стороны, после чего добивались вертикального смещения половины таза.

После репозиции половины таза выполняли остеосинтез аппаратом наружной фиксации, путем проведения 3 взаимоперекрещивающихся спиц через крылья подвздошных костей и тело VII поясничного позвонка [10]. Концы спиц фиксировали на полукольце аппарата Илизарова необходимого диаметра. После остеосинтеза проводили рентгенографию в прямой и боковой проекциях.

Для остеосинтеза таза в первой группе экспериментальных животных применяли спицы с ПНКФК покрытием,  разработанным в лаборатории нанопокрытий при Национальном исследовательском Томском политехническом университете электрохимическим способом.  Во второй группе использовали обычные спицы без покрытия. Диаметр спиц в обеих группах составил 2 мм.

Выведение животных из опыта выполняли через 14, 30 и 60 суток (по  2 животных основной и контрольной группы в каждый срок).

При проведении исследований использовали экспериментально-клинический, рентгенографический, гистологический и молекулярно-генетический методы.

В процессе наблюдения за экспериментальными животными отмечали наличие воспалительной реакции в области погружных элементов аппарата и определяли его стабильность. Рентгенограммы таза выполняли в передне-задней и боковой проекциях перед операцией, после остеосинтеза и перед выведением животного из эксперимента. Для гистологического исследования производили забор фрагментов костной и мышечной тканей из области контакта их с имплантатами. Срезы изготавливали из блоков декальцинированной кости и мышечной ткани на санном микротоме. Для светооптических исследований материал фиксировали в 10,0% водном растворе нейтрального формалина, проводили декальцинацию костных объектов в 4,0% растворе ЭДТА (трилон В) в течение 10 суток, дофиксировали в 10,0% нейтральном формалине, после обезвоживания в спиртах заливали в парафин. Серийные срезы 6 мкм приготавливали на микротоме МПС – 2,  окрашивали гематоксилином и эозином и по Ван – Гизону. Подсчет клеточных элементов выполняли в десяти полях зрения, в 28 препаратах на каждый срок эксперимента. Гистологические препараты исследовали с использованием фотомикроскопа фирмы «Opton»  (Германия).

Молекулярно-генетическое изучение проводили в ООО «Центр молекулярно – генетической диагностики» (г.Тюмень). Экспрессию рецепторов сосудисто-эндотелиального фактора роста (VEGFR) определяли реактивами BioscinceVEFF-A(Австрия) в пг/мл сыворотки крови, взятой натощак. Экспрессию рецепторов эпидермального фактора роста (EGFR) выявляли по парафиновым срезам при помощи аллель – специфической ПЦР.           Количественные параметры обрабатывались на ПК Pentium – IV 2,1 гГц ОЗУ 2 гБ в ОС Windows 7 с использованием пакета прикладных программ «PrimerofBiotatistics. Version 4.03 byStationA. Glants» и представлены в виде: M±m, где М – среднее арифметическое, m – ошибка среднего арифметического. Сравнение между группами в зависимости от распределения проводили критерием Стьюдента для независимых групп и непараметрическим критерием Манна-Уитни. Статистически значимыми считались отличия при p≤0,05. Количественные данные проверяли на нормальность распределения критерием Колмагорова-Смирнова.

При выполнении исследования были соблюдены требования приказа МЗ СССР № 775 от 12.08.1977 г. «О мерах по дальнейшему улучшению организационных форм работы с использованием экспериментальных животных», приложение к приказу №775 от 12.08.1977 г. И Федерального закона от 01.12.1999 г. «О защите животных от жестокого обращения», а так же Европейская конвенция по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей [4].

Результаты

Макроскопически после 14 суток эксперимента у животных, которым выполняли чрескостный остеосинтез таза с использованием спиц без покрытия, в области устьев спиц наблюдали локальное расплавление мягких тканей с серозно-гнойным отделяемым, а также отмечали нестабильность аппарата в виде его подвижности относительно таза животного.

У животных, чрескостный остеосинтез которым выполнялся спицами с покрытием, кожа вокруг спиц во все сроки наблюдения не имела признаков воспаления, аппарат в костях таза был фиксирован стабильно, признаков расшатывания спиц не отмечалось.

Необходимо отметить, что при удалении спиц с покрытием приходилось применять большее физическое усилие, чем при удалении спиц у животных контрольной группы, у которых спицы удалялись свободно. При этом часть покрытия, в местах контакта с костями, отсутствовала.

Рентгенологически у животных из контрольной группы через 14 суток   не определяется значимых изменений в области расположения спиц АНФ. У собак из основной группы в этот же период в области расположения спиц отмечали гипероссификацию подвздошной кости по наружному и внутреннему кортикальному слоям.

На рентгенограммах животных оперированных с использованием спиц без покрытия, выведенных на 30 и 60 сутки в боковой проекции четко определялись зоны склероза в области прохождения спиц, что косвенно подтверждает наличие воспаления и нестабильности аппарата.  У животных, оперированных с использованием спиц с покрытием, зон склероза не отмечалось, кость в местах прохождения спиц была обычной структуры. Нарушение архитектоники костной ткани в данной группе не выявлялось.

При гистологическом исследовании процессы регенерации повреждений костей в основной и контрольной группах животных принципиально не отличалась, протекали стадийно, по закономерностям репаративного процесса в костной ткани.

В начальном периоде эксперимента у животных контрольной группы происходит формирование остеобластического пула и микроциркуляторной сети сосудов, вдоль которых образуются костные балки, характерные для ретикулофиброзной костной ткани. Трабекулы тканевых структур включают в состав клеточные элементы: остеобласты – 7,85±0,37%, остеоциты – 5,03±0,68%, остеокласты – 3,73±0,43%.

В основной группе выявлен идентичный клеточный состав, заметно отличающийся количественными характеристиками: остеобласты – 12,63±0,44%, остеоциты – 7,13±0,38%, остеокласты 4,88±0,63%. Кроме того, отмечается выраженная микроциркуляторная сеть с пролиферирующим эндотелием сосудов.  В отдельных участках выявляются мелкие очаги органического костного матрикса, пролиферация клеток-предшественников и остеобластов. Размеры пролиферирующих элементов с базофильным ядром по длиннику составляют 42,77±8,13 Pix, в поперечнике – 21,77±8,13 Pix. (табл.)

Читать полный текст статьи …

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Бондаренко А.В., Смазнев К.В. Чрескостный остеосинтез в реабилитации пациентов с повреждениями таза и вертлужной впадины при политравме. Вестник травматологии и ортопедии им. Н. Н. Приорова. 2006; (4):18–23.
2. Гудзь Ю.В., Хомутов В.П. Остеосинтез переломов тазовых костей. Травматология и ортопедия России. 2006; 40(2):90.
3. Грицук А.Н., Пусева М.Э., Тишков Н.В., Ткаченко А.В., Васильев В.Ю., Бушманов А.В. Лечение нестабильных повреждений таза – история и перспективы. Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2008; (4):11-18.
4. Европейская конвенция по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей. Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. 2003; (4): 34-36.
5. Кирсанов К.П., Краснов В.В., Силантьева Т.А., Чиркова А.М. Репаративная регенерация костей и соединений таза в условиях управляемого чрескостного остеосинтеза. Гений Ортопедии. 2008; (4):32-38.
6. Лобанов Г.В. Морфо-биомеханический выбор вида связи «кость-аппарат» в лечении тяжелой травмы таза. В кн.: Кутепов С.М., ред. Диагностика, лечение и реабилитация больных с повреждениями костей таза. Екб.; 1996. с. 42-48.
7. Никурадзе В.К. Применение гидроксиапатит-содержащего материала в хирургии шейного отдела позвоночника [дис. … док. мед. наук]. М.: Первый ГМУ. им. И.М. Сеченова Минздравсоцразвития; 2013.
8. Хлусов И.А., Карлов А.В., Суходоло И.В. Генез костной ткани на поверхности имплантатов для остеосинтеза. Гений Ортопедии. 2003; (3):16-26.
9. Шевцов В.И., Волокитина Е.А., Лунева С.Н., Гребнева О.Л., Ковинька М.А., Талашова И.А., Стогов М.В., Накоскин А.Н., Силантьева Т.А., Кононович Н.А., Петровская Н.В., Ткачук Е.А., Гасанова А.Г., Еманов А.А., Гайдышев А.И. О перспективах использования наноматериалов в лечении повреждений и заболеваний тканей опорно-двигательной системы. Гений Ортопедии. 2008; (4):26-31.
10. Шевцов В.И., Кирсанов К.П., Меньщикова И.А., Мельников Н.М. Топографо-анатомическое обоснование внешней аппаратной фиксации таза и крестца экспериментальных животных. Гений Ортопедии. 1999; (2):43-46.
11. Yuan H., Yang Z., Li Y. Osteoinduction by calcium phosphate biomaterials. J. Mater. Sci. Mater. Med. 1998; (9).723-726.
12. Saithna A. The influence of hydroxyapatite coating of external fixator pins on pin loosening and pin track infection: A systematic review. Injury, Int. J. Care Injured 2010; (41).128–132.
13. Smith W.R., Ziran B.H., Morgan S.J. Fractures of the pelvis and acetabulum. New York: Informa Healthcare USA; 2007. 135 p.
14. Solomon L.B., Pohl A.P., Sukthankar A., Chehade J. The Subcristal Pelvic External Fixator: Technique, Results, and Rationale. J. Orthop. Trauma. 2009; 23(5):365–369.
15. Пат. 100392 РФ, МПК А61В17/60 Погружной стержень для аппаратов внешней фиксации таза. Гринь А.А., Сергеев К.С., Рабченюк М.А., Козлов Л.Б. Заявитель и потентообладатель ГБОУ ВПО ТюмГМА. № 2010126106/14; заявл. 28.06.2010; опубл. 20.12.2010. Бюл. № 35.