Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

ПЛАСТИКА ПОЛОСТИ ТЕЛА ПОЗВОНКА БИОКЕРАМИЧЕСКИМИ ГРАНУЛАМИ

Рерих В.В. 1, 2 Аветисян А.Р. 1
1 ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
2 ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава России
Цель. Определить остеоинтеграционные возможности биокерамических гранул при выполнении ими больших полостей тела позвонка. Материалы и методы. Эксперимент проведен на 6 беспородных собак весом от 15 до 18 кг. Производилась имплантация изучаемых гранул в дефекты тел поясничных позвонков. Оценивались результаты электронной микроскопии распилов препаратов через локусы имплантации гранул. Результаты. Установлено, что спустя 6 месяцев после имплантации в периферической зоне конгломерата гранул на основе алюмооксидной биокерамики отмечается проникновение новообразованной костной ткани с прямым контактом с их поверхностью, однако в центральной зоне конгломерата отмечалась только врастание волокон соединительной ткани. В отличие от предыдущих материалов, после имплантации гидроксиапатитовых гранул в центральной зоне конгломерата в 6 отмечались пустые полости. Заключение. Алюмооксидные биокерамические гранулы в отношении интеграции с окружающей костной тканью в эксперименте показали лучшие результаты, чем биокерамические гранулы на основе кораллового гидроксиапатита, у которых не отмечено заполнения полостей в центральной зоне конгломератов.
эксперимент
алюмооксидная биокерамика
гранулы
имплантация
остеоинтеграция
кость
1. Рерих В.В., Аветисян А.Р., С.В. Савченко, А.И. Попелюх, А.М. Аронов, Е.С. Семанцова. Сравнительный анализ восстановления формы и прочности тел поврежденных грудопоясничных позвонков алюмооксидными биокерамическими гранулами // Хирургия позвоночника. – 2014. – № 3. – С. 86–94.
2. Кирилова И.А., Садовой М.А., Подорожная В.Т. Сравнительная характеристика материалов для костной пластики: состав и свойства // Хирургия позвоночника. – 2012. – № 3. – С. 72–83.
3. Кудяшев А.Л. Оценка кровоснабжения несвободного костного аутотрансплантата при лечении больного с ложным суставом ладьевидной кости запястья (клиническое наблюдение) / А.Л. Кудяшев, Н.Г. Губочкин // Травматология и ортопедия России. – 2008. – № 1(47). – С. 59–61.
4. Buck B.E. Bone transplantation and human immunodeficiency virus. An estimate of risk of acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) / Buck B.E., Malinin T.I., Brown M.D. // Clin Orthop Relat Res. – 1989; – 240. – P. 129–136.
5. Carter C.B. Ceramics in Biology and Medicine / C.  Barry Carter, M. Grant Norton // Ceramic Materials. – Springer New York, 2007. – P. 635 – 651. – ISBN 978-0-387-46270-7 (Print) 978-0-387-46271-4 (Online). – DOI: 10.1007/978-0-387-46271-4.
6. Georgy B.A. Feasibility, safety and cement leakage in vertebroplasty of osteoporotic and malignant compression fractures using ultra-viscous cement and hydraulic delivery system / B.A. Georgy // Pain Physician. – 2012 May – Jun. – Vol. 15(3). – P. 223–228.
7. Huang K-Y. Histopathologic Findings of Retrieved Specimens of Vertebroplasty with Polymethylmethacrylate Cement / K-Y. Huang, J-J. Yan, R-M. Lin // Spine. – 2005. – Vol. 30. – № 19. – P. E585–E588.
8. Leakage of cement in percutaneous transpedicular vertebroplasty for painful osteoporotic compression fractures / J.S. Yeom, W.J. Kim, W.S. Choy, C.K. Lee, B.S. Chang, J.W. Kang // J Bone Joint Surg [Br]. – 2003. – Vol. 85B. – P. 83–89.
9. Nishioka K.1, Imae S., Kitayama M., Miki J., Okawa  T., Itakura T. Percutaneous vertebroplasty using hydroxyapatite blocks for the treatment of vertebral body fracture. Neurol Med Chir (Tokyo). 2009 Nov;49(11):501-6.
10. Rapan S. Vertebroplasty – high viscosity cement versus low viscosity cement / S. Rapan, S. Jovanovic, G. Gulan, V.  Boschi, V. Kolarevic, T. Dapic // Coll Antropol. – 2010 Sep. – Vol. 34(3). – P. 1063–1067.

В современной практике золотым стандартом среди трансплантатов и искусственных материалов, замещающих костную ткань, является аутологичный костный трансплантат.

Практическое применение собственной костной ткани пациента сопряжено с ограниченным количеством данного заместителя, а забор костной ткани нередко сопровождается осложнениями, в том числе и частичной резорбции в имплантационном ложе, что может привести к их усталостному или перестроечному разрушению [3]. Применение аллогенного костного трансплантата сопровождается опасностью развития реакции его отторжения организмом донора и передачи через материал патогенных агентов [4].

Технологии тканевой инженерии позволяют избежать указанных выше рисков. К ним относится замещение костного дефекта синтетическими и природными биоматериалами, способствующими миграции, адгезии и пролиферации клеток, синтезирующих межклеточное вещество костной ткани. Наиболее перспективными являются биокерамические материалы. Их главное преимущество перед другими материалами (металлы, полимеры) – превосходная биосовместимость [2; 5].

Практическое применение биокерамики на основе гидрооксиаппатита, ограничено низкой прочности на сжатие, приводящей к их разрушению в нагружаемых локализациях [8; 6; 9; 10]. Инъекционные костные цементы на основе полиметилметакрилата, фосфатов кальция, инкапсулируются [7]. Алюмооксидная биокерамика физическими свойствами значительно превосходит биокерамику на основе гидроксиапатита [1; 5].

Таблица 1

Форма и прочность исследуемых гранул

Гранулированные заместители, их размер, диаметр пор и вид пористости.

Биокерамические алюмоксидные цилиндры с диаметром 1 мм. Сквозная пора с диаметром 500 μm.

Биокерамические гранулы на основе кораллового гидрокисапатита размерами 0,5÷1 мм.

Средний диаметр пор 400 μm, сквозная пористость (поры сообщаются между собой).

Прочность на сжатие

Не менее 300 МПа

12 МПа

Сокращенное обозначение

Al2O3

CaP

В литературе крайне мало сведений относительно способности алюмоксидных биокерамических гранул к остеоинтеграции, а также их применения для замещения дефектов костной ткани в нагружаемых локализациях скелета.

Цель исследования: изучить остеоинтеграцию конгломерата алюмооксидных и гидрооксиапатитных гранул, а также процесс роста и распространения окружающих тканей в пространство между гранулами в различных частях дефекта тела позвонка.

Материалы и методы исследования

Эксперимент проведен на 6 беспородных собаках весом от 15 до 18 кг. Выполнялась имплантация синтетических пластических гранул в тела поясничных позвонков лабораторных животных. Применены материалы представлены в табл. 1.

Как Al2O3 так и гранулы CaP имплантировались каждому животному в смежные позвонки.

Послеоперационное наблюдение проводилось в течение 6 месяцев. По истечению указанного срока животные выводились из эксперимента, после чего осуществлялся забор материалов и их подготовка к морфологическому исследованию. Из забранных материалов сформированы две группы препаратов по 6 образцов с одним видом пластического материала: в группе 1 имплантатами служили гранулы Al2O3, в группе 2 – гранулы CaP.

Хирургическая техника

Операция проводилась под общей анастезией. Осуществлялся доступ к поясничным позвонкам. В каудальной части тела нижележащего позвонка на вентролатеральной поверхности слева сверлом диаметром 5 мм в направлении спереди назад и от периферии к центру формировался цилиндрический дефект костной ткани, слепо заканчивающийся в губчатом веществе тела позвонка глубиной примерно 6 мм. Дефект заполнялся пластическим материалом CaP. Аналогичным образом в краниальной части того же тела позвонка на вентролатеральной поверхности слева формировался дефект с теми же размерами, который замещался пластическим материалом Al2O3. Осуществлялся гемостаз по ходу операции, послойно накладывались швы на рану.

Подготовка материалов и морфологические методы исследования

После забор материала и подготовленные препараты с имплантатами были анализированы на сканирующем электронном микроскопе Carl Zeiss EVO50 (Carl Zeiss AG, Германия). Структурные исследование проводились при ускоряющем напряжении 5 кВ в режиме регистрации вторичных электронов.

На всех полученных во время электронной микроскопии микрофотографиях оценивались две зоны поверхности распила препарата в месте их имплантации – периферическая и центральная. Схема распределения зон приведена на рис. 1. Каждая зона разделена на 8 равных секторов. В каждом секторе проводилась оценка морфологических данных следующим образом: если между гранулами пространство, незаполненной ни трабекулами костной такни, ни волокнами соединительной ткани, то данному сектору балл не присваивался; если между гранулами отмечалось врастание волокон соединительной ткани, сектору присваивался 1 балл, а в случае врастания костной ткани – 2 балла. Затем баллы всех секторов каждой зоны суммировались, а полученный результат учитывался при статистической обработке данных.

Результаты исследования и их обсуждение

При проведении экспериментов во время наблюдения за животными в послеоперационном периоде осложнений не было отмечено.

Результаты электронной микроскопии

На микрофотографиях плоскости распила препаратов через зону имплантации в группе 1 отмечался конгломерат алюмооксидных гранул Al2O3 (рис. 2). Выявлено врастание новообразованной костной ткани в пространство между гранулами в периферической зоне, где также наблюдался прямой контакт костной ткани с их поверхностью Пространство между гранулами всегда было заполнено волокнами соединительной ткани, которая также нарастала на их поверхность.

В отличие от предыдущей группы, где контакт костной ткани и пластических гранул в периферической зоне конгломерата отмечался во всех препаратах, в группе 2, где были имплантированы гранулы СaP, только в 3 препаратах из 6 наблюдали аналогичные результаты. В оставшихся препаратах отмечалась массивная соединительнотканная капсула, которая отделяла гранулы от новообразованной костной ткани. Во всех препаратах в центральной зоне отмечалась пустая полость, в которой свободно располагались гранулы CaP.

rer1.tif

Рис. 1. Схема поверхности распила тела позвонка в месте имплантации конгломерата гранул (D) с обозначением границ его периферической (A) и центральной (B) зон. С – трабекулы костной ткани

rer2.tif

Рис. 2. Электронная микрофотография поверхности распила тела позвонка в зоне имплантации конгломерата гранул Al2O3 спустя 6 месяцев после операции. Увеличение в 3 раз: отмечается врастание новообразованной костной ткани в пространство между гранулами в периферической зоне

Результаты бальной оценки полученных микрофотографий приведены в табл. 2.

Проведено тестирования нормальности распределения в сравниваемых выборка. Гипотеза о нормальности распределения отвергалась, если достоверность критерия Shapiro-Wilks (SW-W и p на гистограммах) была меньше целевого уровня α (0,05).

Баллы, полученные при оценке периферической и центральной зон конгломератов в группах, статистически достоверно не различались (табл. 3, 4).

Таблица 2

Результаты бальной оценки микрофотографий на предмет наличия остеоинтеграции имплантированных гранул в группах

Группа

Номер препарата

Периферическая зона, бб

Центральная зона, бб

1

31 AL

16

8

32 AL

16

8

30 AL

9

6

34 AL

13

13

35 Al

14

11

36 Al

12

13

2

31 CaP

13

10

32 CaP

12

8

30 CaP

14

14

34 CaP

15

13

35 CaP

12

0

36 CaP

8

0

Таблица 3

Достоверность различий при сравнении баллов, полученных при оценке периферической зоны конгломератов на микрофотографиях во второй серии экспериментов

 

Группа 1

Группа 2

pA = 0,511

pM = 0,423

Примечание. pA – вероятность ошибки определенная методом 1-way ANOVA; pM – аналогичное значение, полученное при статистическом анализе с применением U-критерия Манна-Уитни.

Таблица 4

Достоверность различий при сравнении баллов, полученных при оценке центральной зоны конгломератов на микрофотографиях во второй серии экспериментов

 

Группа 1

Группа 2

pA = 0,423

pM = 0,749

Примечание. pA – вероятность ошибки определенная методом 1-way ANOVA; pM – аналогичное значение, полученное при статистическом анализе с применением U-критерия Манна-Уитни.

Заключение

Таким образом, в опытной группе 1 спустя 6 месяцев после имплантации конгломерата алюмооксидных гранул со сквозной порой в месте дефекта губчатой костной ткани тела позвонка поясничного отдела позвоночника беспородной собаки в периферической зоне конгломерата отмечается проникновение новообразованной костной ткани в пространство между гранулами с прямым контактом с их поверхностью, однако в центральной зоне конгломерата отмечается только врастание волокон соединительной ткани, которая заполняет все свободное пространство между ними. Изучаемые алюмооксидные биокерамические гранулы в отношении интеграции с окружающей костной тканью в эксперименте показали лучшие результаты, чем биокерамические гранулы на основе кораллового гидроксиапатита, у которых не отмечено заполнение полостей в центральной зоне конгломератов.


Библиографическая ссылка

Рерих В.В., Аветисян А.Р., Рерих В.В. ПЛАСТИКА ПОЛОСТИ ТЕЛА ПОЗВОНКА БИОКЕРАМИЧЕСКИМИ ГРАНУЛАМИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 12-4. – С. 653-656;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=7997 (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