THE APPLICATION OF TITANIUM DEVICES COATED WITH NANOSTRUCTURED BIOMATERIALS FOR THE COMBINED TREATMENT OF MANDIBLE FRACTURES

Full Text

Хирургическое лечение переломов нижней челюсти является наиболее перспективным методом. Доказанной является эффективность применения металлоконструкций из титанового сплава. Эти конструкции обладают высокой биосовместимостью, хорошей коррозионной стойкостью, биоинертностью, гипоаллергенностью, нетоксичны [1, 2]. Основным недостатком и сдерживающим фактором для расширения спектра применения титана и его сплавов в стоматологии, ортопедии и травматологии является низкий уровень предела текучести и прочности, сопротивления усталостному разрушению и износостойкости. Определенные перспективы к уменьшению этих недостатков вносит применение конструкций из наноструктурного титана [3]. В настоящее время актуальным является использование в медицине имплантатов из наноструктурных материалов с биопокрытиями, разработанных на базе Белгородского центра наноструктурных технологий. Использование титановых сплавов с наноструктурой, обеспечивающей высокие механические свойства при стати- Коротких Николай Григорьевич - д-р мед. наук, проф., зав. каф., тел. 8 (4732) 57-96-41 16 ческом и циклическом нагружении, позволяет разработать новые конструкции имплантатов с улучшенными функциональными свойствами. С использованием золя наногидрок-сиапатита на костных имплантатах из титановых сплавов золь-гель-методом формируются «гладкие» биоактивные покрытия, обладающие высокими адгезионными характеристиками и остеокондуктивными свойствами [4]. Разработка направлена на производство конкретных конструкций костных и зубных имплантатов. Целью исследования явилось применение наноструктурных титановых минипластин с покрытием наногидроксиа-патитом при лечении переломов нижней челюсти с экспериментальным использованием на лабораторных животных. Материал и методы Экспериментально-морфологическая часть работы по моделированию перелома нижней челюсти с последующим остеосинтезом наноструктурными титановыми пластинами с биопокрытием выполнена на 20 половозрелых беспородных лабораторных кроликах с начальной массой 3,5 кг в условиях экспериментально-биологической клиники Научно-исследовательского института экспериментальной КЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ биологии и медицины Воронежской государственной медицинской академии им. Н. Н. Бурденко. Животные разделены на 2 группы: основную (п = 10) - применялись наноструктурные минипластины с биопокрытием; группа сравнения (п = 10) - применялись минипластины из крупнозернистого титана Grade 4 производства фирмы “Конмет”. Длительность содержания животных составляла не более 1 календарного месяца с учетом моделирования переломов (производили под эфирным наркозом) на нижней челюсти. Все животные находились в условиях свободного перемещения и в свободном доступе к корму и воде. Для морфологического исследования иссекали фрагмент нижней челюсти, включая участок сращения с костной мозолью, проксимальный и дистальный отломки. Фиксацию материала проводили в 10% растворе нейтрального формалина в течение 14-20 дней. После этого тщательно промывали фрагмент в проточной воде не менее 2 сут. Принимая во внимание большую подвижность концов отломков и костного регенерата, все процедуры подготовки материала для декальцинации, промывки и обезвоживания производили исключительно пальцами без пинцета, тупоконечными глазными ножницами под контролем налобной анатомической лупы. Декальцинация материала проведена в содержащей азотную кислоту смеси, при этом осуществляется текущий контроль элиминации минерального комплекса кости с помощью длинной острой препаравальной иглы, которой проникали в костную ткань. При этом определяли уровень сопротивления сохранившейся кости. После декальцинации материал промывали несколько суток в проточной воде, проводили через батарею спиртов возрастающей концентрации и диоксан. Обезвоженные тканевые блоки заливали в парафин, затем проводилась серийная резка на ультрамикротоме. Срезы изготавливались толщиной 3-5 мкм. Результаты и обсуждение В основной группе через 14 сут после создания перелома нижней челюсти и фиксации отломков наноструктурными титановыми мини-пластинами отмечалась бурная пролиферация соединительнотканных элементов в месте моделирования перелома: начальное формирование коллагенового (преимущественно II тип волокон) матрикса (рис. 1 на вклейке). В последний прорастают молодые фибробласты (интенсивность прорастания 7-9 в поле зрения). В группе сравнения в те же сроки имело место формирование схожего коллагенового матрикса (рис. 2 на вклейке). На микрофото видны преимущественно волокна II типа. Они более тонкие, слабоокрашенные (по сравнению с таковым в основной группе). Такое явление происходит в связи с тем, что молодые фибробласты значительно разреженнее (3-5 в поле зрения) распространены по матриксу. Описанное свидетельствует о том, что на 14-е сутки в основной группе четче выражены регенеративные процессы. Так, плотнее формируется коллагеновый матрикс, интенсивнее выделяются компоненты стромы за счет большего числа в поле зрения молодых фибробластов. Нейтральные гликопротеины еще не выражены в полном объеме во всех сериях эксперимента, но уже (на 14-е сутки) можно судить о том, что регенерат приобрел свои тинкториальные свойства более интенсивно в основной группе. Последнее обстоятельство может свидетельствовать о более интенсивных процессах восстановления, протекающих именно здесь. Усиление метахромазии, появление в очаге формирования костной ткани гранулированных тканевых базофилов -прямой признак начала регенерации. Чем больше в поле зрения формирующегося матрикса определяется таких клеток, тем интенсивнее идет процесс регенерации. На препаратах основной группы определяется 9-12 клеток в поле зрения (рис. 3 на вклейке). При этом на препаратах группы сравне ния - не более 6 клеток (причем встречаются в поле зрения дегранулированные и юные формы тканевых базофилов). Ретикулярная строма на 14-е сутки эксперимента еще не выражена (рис. 4 на вклейке). Однако на препаратах основной группы уже отчетливо определяются формирующиеся линии ретикулиновых волокон. Такое формирование свидетельствует о более полном процессе восстановления и пластики костной ткани. Согласно данным литературы, а также классическим гистологическим принципам, базовым был избран срок 28 сут [5]. Именно на этом сроке наиболее полно можно описать дальнейшее развитие процесса в костной ткани, т. е. каков путь регенерации, и адекватность выполнения иммобилизации костных отломков. На обзорных гистологических срезах, окрашенных гематоксилином и эозином, установлен процесс регенерации кости, достигающий максимума, опережающий основной процесс регенерации на 6-8 дней. Определяется значительная васкуляризация пространства кости. Остеоциты уже погружены в лакуны, интенсивность окрашивания свидетельствует о повышенных обменных процессах и формировании основных тяжей костной грубоволокнистой ткани (рис. 5 на вклейке). Сами тяжи грубоволокнистой ткани ассоциируются в оксифильно окрашенные поля, в которых в большей степени (до 75%) определяются остео-циты, небольшое число (10-15%) оставшихся остеобластов. Изредка (не более 5%) встречаются следовые остеокласты. Такое состояние клеточного фона костной ткани и развитие микроциркуляторного русла в регенерате свидетельствует об ускоренном заживлении. Срок ускорения процессов регенерации по сравнению с нормой 5-6 сут. На 28-е сутки в нашем эксперименте начинают формироваться, а в отдельных местах уже полностью сформированы участки коллагеновых волокон III и IV типа. Интенсивность окрашивания аморфного вещества значительно выше, чем при обыкновенных процессах регенерации. Тинкториальные свойства наиболее проявились в зонах формирования лакун и сосудов микроциркуляции. При этом считаем, что для формирования коллагенового матрикса достаточно синтетического компонента. Эти процессы наступают необычайно рано в сравнении с имеющимися в гистологическом литературе данными [6]. В строме регенерирующей кости установлена интенсивная метахромазия, по колористическим свойствам близкая к β-метахромазии (рис. 6 и 7 на вклейке). Такой тип метахро-мазии свидетельствует о наличии активных тканевых базо-филов, секретирующих пролиферативный компонент костной ткани, а также вещества, регулирующего метаболизм основных компонентов хряща и коллагеновых волокон. Этот процесс метахромазии характерен для интенсивной регенерации. На 28-е сутки эксперимента в норме накопление нейтральных гликопротеинов происходит умеренно, так как нет полностью сформированного матриксного аппарата, а сосуды микроциркуляции еще полностью не справляются с основными задачами. В ходе проведения эксперимента нейтральные гликопротеиды уже значительно распределены по матриксу, что и подтверждается усиленным образованием коллагена III и IV типа. На 28-е сутки проводимого эксперимента уже полностью определяется сформированная картина нормального процесса регенерации (рис. 8 на вклейке). При этом ретикулин преобладает в зоне лакун остеобластов, а гиалуроновая кислота в большей степени расположена в матриксе стромы, но не вблизи сосудов, что свидетельствует об активных процессах регенерации в ходе эксперимента [7]. Таким образом, морфологическое формирование зоны репарации при моделировании у кроликов происходит необычайно рано (опережение на 6, а по некоторым критериям и на 7-8 сут) по сравнению с имеющимися в гистологической литературе данными. Это определяется формированием зоны тяжей грубоволокнистой ткани уже на 28-е сутки.

About the authors

N. G Korotkikh

D. Yu Bugrimov

O. E Larina

I. V Stepanov

I. N Stanislav

References

Supplementary files