Background: It is known that bioceramic implants containing various calcium or silicon compounds in isolation demonstrate osteoconductive effect in the replacement of post-traumatic bone defects. The combined use of these elements in single material should potentiate the organotypic filling of the bone cavity by creating favorable ion microenvironment and staged biodegradation.
AIM: To identify the correlation of radiological indicators of the density of newly formed bone tissue and content of micro- and macronutrients in a bone defect when it is replaced by bioceramics with various mass ratio of calcium phosphate and silicate.
MATERIALS AND METHODS: The study was performed on male rabbits of the “white giant” breed, which, after receiving a standardized delimited metaphysical bone defect, implants with variable ratio of calcium phosphate and calcium silicate (in proportions of 40/60, 50/50 and 60/40 wt. %) were used to replace it. The results were evaluated using multispiral computed tomography and scanning electron microscopy energy dispersive analysis with detection by the method of correlation analysis of possible connections between the obtained data.
RESULTS: Quantitative indicators of calcium and phosphorus content in bone regenerate in all groups increased mainly in the period from 30 to 60 days, and silicon content, reaching maximum amounts by the 30th day of the experiment, subsequently decreased monotonously, which showed participation of this element in the starting regenerative processes, and its decrease served as a marker of organotypic restructuring. In the elemental analysis of newly formed bone tissue during implantation of bioceramics containing phosphate and calcium silicate in the proportion of 60/40 wt. %. The highest amounts of calcium, phosphorus and silicon and the highest density of newly formed bone tissue were noted, which had direct correlation, and this pattern was observed both in the early stages (30 days) and throughout the experimental study.
CONCLUSION: Analyzing the data obtained, it can be concluded that it is advisable to study the features of the course of reparative osteogenesis depending on the ionic environment, as well as the high potential of using synthetic bioceramics in general and the prospects of using implants on the basis of phosphate-silicate composites for bone defects replacement.
Обоснование. Известно, что биокерамические имплантаты, изолированно содержащие различные соединения кальция или кремния, демонстрируют остеокондуктивный эффект при замещении посттравматических дефектов костной ткани. Совместное использование этих элементов в едином материале должно потенцировать органотипическое заполнение костной полости путём создания благоприятного ионного микроокружения и стадийной биодеградации.
Цель. Выявить корреляцию рентгенологических показателей плотности новообразованной ткани и содержания микро- и макроэлементов в костном дефекте при его замещении биокерамикой с различным массовым соотношением фосфата и силиката кальция.
Материалы и методы. Исследование выполнялось на кроликах-самцах породы белый великан, у которых после получения стандартизированного отграниченного метафизарного костного дефекта для его замещения использовали имплантаты с варьируемым соотношением фосфата кальция и силиката кальция (в пропорциях 40/60, 50/50 и 60/40 масс.%). Оценка результатов проводилась методами мультиспиральной компьютерной томографии и растровой электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа с выявлением методом корреляционного анализа возможных связей между полученными данными.
Результаты. Количественные показатели содержания кальция и фосфора в костном регенерате во всех группах нарастали преимущественно в сроки от 30 до 60 суток, а показатели кремния, достигая максимума к 30-м суткам эксперимента, в дальнейшем монотонно снижались, что свидетельствовало об участии этого микроэлемента в пусковых регенераторных процессах, а его снижение служило маркером органотипической перестройки. В ходе элементного анализа новообразованной костной ткани при имплантации биокерамики, содержащей фосфат и силикат кальция в пропорции 60/40 масс.%, были отмечены наибольшее количество кальция, фосфора и кремния и наибольшая плотность новообразованной костной ткани, что имело прямую корреляционную связь, причём эта закономерность наблюдалась как в ранние сроки (30 суток), так и на протяжении всего экспериментального исследования.
Заключение. Анализируя полученные данные, можно сделать вывод о целесообразности изучения особенностей течения репаративного остеогенеза в зависимости от ионного окружения, а также высоком потенциале использования синтетической биокерамики в целом и перспективности применения имплантатов на основе фосфатно-силикатных композитов для замещения костных дефектов.