91393 (Заміщення дефектів довгих кісток штучними імплантантами на основі вуглецю), страница 3

Дослідження передбачали вивчення НДС при з’єднанні кісткових фрагментів імплантатом, що мав:

– циліндричну форму проксимального і дистального кінців внутрішньокісткового стержня;

– конусну форму обох кінців (з конусністю 5 і 10°);

– верхній циліндричний та нижній конічний кінець внутрішньокісткового стержня;

Проведені дослідження довели, що використання імплантату з різними формами кінців внутрішньокісткового стержня (верхнім циліндричним та нижнім конічним кінцями) зменшує напруження у найважливіших для довготривалої роботи імплантату зонах моделі, а саме: у зоні контакту спейсера з кортикальною частиною кістки та у зоні контакту кортикальної кістки з металевим гвинтом. Результати моделювання показали, що напруження в цілому вище у нижній частині імплантату, ніж у верхній. Ця тенденція зберігається у всіх без винятку моделей, що аналізувалися. Різниця стосується тільки величини напружень, але принципова картина розподілу напружень майже не міняється. Це дало нам підставу вважати доцільним «розвантаження» зони контакту нижньої частини імплантату з кісткою. Для розвантаження зон контакту кістки та імплантату доцільно використати накісткові вуглецеві або металеві пластини із захисним покриттям, що на порядок підвищить жорсткість фіксації і дозволить раннє навантаження кінцівки практично без обмежень.

Розроблені способи з’єднання кісткових відламків та заміщення післярезекційних дефектів пройшли клінічну апробацію в Державній установі “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Ситенка Академії медичних наук України” та Інституті травматології та ортопедії Донецького національного медичного університету ім. М.Горького МОЗ України. Результати клінічної апробації свідчать про те, що при використанні запропонованих методик оперативного лікування хворих з патологічними діафізарними перело­мами стегнової кістки клінічні ознаки зрощення (можливість одноопорного стояння) відзначаються вже до 3-х місяців з моменту операції. Швидко віднов­люються рухи в кульшовому і колінному суглобах оперованої кінцівки, активізація хворих можлива вже з другого-третього дня після операції. З цього моменту можлива ходьба на милицях з дозованою опорою на оперовану кінцівку, що, безумовно, є хорошим показником при переломах стегнової кістки у хворих старшої вікової групи та знесилених онкологічних хворих.

Використання вуглецевих імплантатів у якості замінника кісткової тканини успішно витримало клінічну апробацію у хворих з пухлинними ураженнями плечової та стегнової кісток. ВВКМ добре показав себе при різних варіантах використання: при сумісному використанні ВВКМ з металевими фіксаторами за оригінальними методиками заміщення сегментарних дефектів кістки; при сумісному використанні з кістковим цементом.

Результати клінічної апробації довели принципову можливість використання вуглецевого композиційного матеріалу в якості замінника різних сегментів довгої кістки. Результати клінічної апробації показали перспективи різноманітного застосування вуглецевих імплантатів, від простого спейсера у вигляді порожнистої трубки та циліндричного стержня до модульного ендопротеза проксимального відділу плечової кістки, а у перспективі – навіть ендопротеза окремої кістки.

ВИСНОВКИ

1. На підставі інформаційного аналізу визначено основні вимоги для моделі з’єднання кісткових фрагментів при заміщенні сегментарних дефектів довгої кістки, вимоги до імплантатів, що забезпечать підвищення ефективності такого заміщення та розроблено модель заміщення сегментарних дефектів довгої кістки, де у якості імплантаційного матеріа­лу виступає вуглецевий композиційний матеріал.

2. В експерименті на тваринах (лабораторних щурах) доведено біологічну інертність досліджуваного вуглецевого матеріалу:

– введення вуглецевого імплантату в кістковий дефект не перешкоджає репаративному остеогенезу;

– міграція мікрофрагментів вуглецю у м’які тканини поруч з зоною імплантації не призводить до запальних реакцій навколо вуглецевих мікрочасток;

– відсутність мікрочасток вуглецю при коротких (до 3 місяців) та великих (до 12 місяців) строках експозиції та різних видах введення імплантату (у порожнину кістковомозкового каналу, у губчасту кістку та під шкіру) у віддалених від зони імплантації органах експериментальних тварин.

3. Вивчено вплив різних видів функціонально-захисних покриттів на електрохімічну активність металевих імплантатів, що контактують з вуглець-вуглецевими композиційними матеріалами. Встановлено, що покриття на основі Al2O3, TiO2, AlN та АВП ефективно знижують електрохімічну активність металевих матеріалів при терті поверхні (механічній депасивації), в результаті чого контактні струми гальванопар зменшуються в 10-20 разів. Найефективнішими та стійкими виявилися захисні алмазоподібні покриття.

4. Встановлено, що алмазоподібне покриття товщиною 2-3 мкм, яке нанесено вакуумно-плазмовим електрозвуковим методом, характеризується також високими трибологічними характеристиками – низьким коефіцієнтом тертя та високою зносостійкістю. Біоінертні діелектричні покриття Al2O3 та AlN, для яких характерна висока твердість, але низька опірність пружно-пластичній деформації, можуть бути рекомендовані для виробів для остеосинтезу та заміщення кісткових дефектів, що не підлягають знакоперемінним циклічним навантаженням.

5. Методом математичного моделювання встановлено, що використання імплантатів при моделюванні заміщення сегментарних дефектів довгої кістки призводить до підвищення напруження в кістковій тканини і до появи додаткових зон значного навантаження, на що суттєво впливає форма фіксуючих кінців моделі імплантату та особливості їх фіксації:

– напруження у верхній та нижній частинах імплантату дещо відрізняються, а форма внутрішньокісткового фіксуючого стержня впливає на величину напружень;

– використання імплантату з конусоподібною формою (конусність 5°) кінців дозволяє дещо зменшити і перерозподілити напруження в кістковій тканині та імплантаті;

– використання імплантату зі збільшеною конусністю (до 10°) кінців внутрішньокісткового стержня призводить до помітного збільшення напруження верхньої та нижньої частин імплантату по відношенню до імплантату з величиною конуса кінців внутрішньокісткового стержня у 5°;

– використання імплантату з більшою кількістю гвинтів майже не призводить до зменшення напруження на кінцях внутрішньокісткового стержня, оскільки основне навантаження сприймають верхній (для верхньої частини імплантату) та нижній (для нижньої частини імплантату) з гвинтів;

– використання імплантату з циліндричною формою у верхній частині імплантату та конічною формою у нижній частині дозволяє зменшити напруження у верхній частині імплантату, що, в свою чергу, дозволить збільшити міцність з’єднання кістки та імплантату лише за допомогою зміни форми останнього.

6. Розроблено оригінальні способи з’єднання фрагментів довгих кісток кінцівок при діафізарних патологічних переломах, у тому числі на фоні остеопорозу, які передбачають використання внутрішньо­кісткового стержня та накісткової пластини, скріплених титановими гвинтами із захисним покриттям. Запропоновані способи остеосинтезу забезпечують надійну, тривалу стабілізацію відламків, що не погір­шується з часом і дозволяє навантажувати кінцівку відразу ж після операції.

7. Розроблено оригінальні способи заміщення сегментарних дефектів довгої кістки та пристрої для їх здійснення, які захищено деклараційними патентами України. Імплантати для заміщення дефектів являють собою внутрішньокістковий стержень з вуглецевого матеріалу та спейсер у вигляді порожнистої трубки, внутрішній діаметр якої відповідає діаметру стержня.

8. Проведена клінічна апробація розроблених способів остеосинтезу та заміщення кісткових дефектів довела:

– принципову можливість використання імплантатів з ВВКМ для остеосинтезу та заміщення великих кісткових дефектів;

– очевидну перевагу імплантатів з ВВКМ перед металевими при вираженому остеопорозі, яка простежується у більш надійній, тривалій фіксації кісткових фрагментів, якість якої не погіршується з часом;

– більш високу клінічну ефективність запропонованих способів остеосинтезу та заміщення кісткових дефектів у порівнянні з відомими за рахунок можливості дозованого навантаження кінцівки відразу ж після операції, що покращує якість життя оперованої людини;

– наявність великої перспективи подальшого використання імплантатів з ВВКМ у травматології та ортопедії.

9. Вуглецевий композиційний матеріал є перспективною сировиною для виготовлення імплантатів для заміщення практично будь-яких дефектів довгих кісток кінцівок. За своїми фізико-хімічними та механічними якостями, біологічною інертністю, надійністю та зручністю він є унікальним імплантаційним матеріалом, з якого можливо виготовлення пристроїв для остеосинтезу та ендопротезів довгих кісток будь-якої довжини, форми та розмірів.

Список робіт, опублікованих за темою дисертації

1. Тяжелов О.А. Оцінка біосумісності вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу в експерименті / Тяжелов О.А., Ашукіна Н.О., Іванов Г.В., Комаров М.П. // Ортопедия, травматология и протезирование. – 2006. – № 4. – С. 47- 50.

Особистий внесок здобувача полягає у постановці мети та аналізі отриманих результатів

2. Гребенюк Ю.А. Комбинированные способы пластики пострезекционных дефектов плечевой кости / Гребенюк Ю.А., Тяжелов А.А., Комаров М.П. // Травма 2006 – Том 7, №5. – С. 538-541.

Особистий внесок здобувача полягає у розробці методик заміщення кісткових дефектів.

3. Тяжелов О.А. Напружено-деформований стан моделі стегнової кістки при заміщенні сегментарного діафізарного дефекту вуглецевими імплантатами різної форми / Тяжелов О.А., Суббота І.А., Полєтаєва Н.Ю., Комаров М.П. // Здобутки клінічної і експериментальної медицини. – 2006. – №2. – С. 99-103.

Особистий внесок здобувача полягає у постановці завдання та мети дослідження, участі у побудові моделі, аналізі отриманих результатів.

4. Пат. 16399 UA А61B17/56 /u Спосіб заміщення сегментарного дефекту довгої кістки / Бабоша В.О., Гребенюк Ю.О., Гончарова Л.Д., Ілларіонов В.В., Ткаченко С.О., Сірота Є.Г., Тяжелов О.А., Комаров М.П., Тарасенко В.І., Гурін І.В. – № 200600067; Заявл. 03.01.2006; Опубл. 15.08.2006. Бюл. №8.

Особистий внесок здобувача полягає в розробці конструкції ендопротеза кістки.

5. Пат. 16400 UA А61B17/56, А61B17/68 /u. Спосіб заміщення суглобового кінця довгої кістки / Бабоша В.О., Гребенюк Ю.О., Гончарова Л.Д., Ілларіонов В.В., Ткаченко С.О., Сірота Є.Г., Тяжелов О.А., Комаров М.П., Тарасенко В.І., Гурін І.В. № 200600068; Заявл. 03.01.2006; Опубл. 15.08.2006. Бюл. №8. Особистий внесок здобувача полягає в пропозиції автора ідеї та дизайну конструкції ендопротезу суглобового кінця довгої кістки.

6. Комаров М.П. Возможности использования углеродного композитного материала для замещения диафизарных послерезекционных костных дефектов / Комаров М.П., Тяжелов А.А. // XIV з’їзд ортопедів-травматологів України: Тези доповідей, 21-23 вересня 2006 р., Одеса. – Одеса, 2006. – С. 268-270. Особистий внесок здобувача полягає в аналізі перспектив використання вуглецевого композиційного матеріалу у якості замінника кістки.

7. Тяжелов О.А. Покращання електрохімічної сумісності біоінженерних матеріалів за допомогою покриттів / Тяжелов О.А., Севідова О.К., Тимченко І.Б., Голухова А.Г., Комаров М.П. // Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности: Тезисы докладов международной научно-технической конференции, 26-27 апреля 2006 г., Харьков. – Харьков, 2006. – С.31-32. Особистий внесок здобувача полягає у постановці завдання та мети дослідження, аналізі отриманих результатів.

АНОТАЦІЯ

Комаров М.П. Заміщення дефектів довгих кісток штучними імплантатами на основі вуглецю. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.01.21 – травматологія та ортопедія. Державна установа “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Ситенка Академії медичних наук України”, Харків, 2008.

В основу дисертації покладено дослідження, спрямовані на розробку та експериментальне обґрунтування методик заміщення кісткових дефектів штучними імплантатами з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу (ВВКМ).

Експериментальними дослідженнями доведено: біологічну інертність ВВКМ, відсутність токсичної дії на навколишні та віддалені тканини; принципову можливість сумісного використання вуглецевих імплантатів з металевими виробами для остеосинтезу, зокрема із захисним ізолювальним покриттям; достатні механічні характеристики запропонованої моделі заміщення кісткового дефекту за основними показниками напружено-деформованого стану.

Розроблено оригінальну конструкцію імплантату, що являє собою внутрішньокістковий стержень з вуглецевого матеріалу та спейсер у вигляді порожнистої трубки, внутрішній діаметр якої відповідає діаметру стержня, та оригінальну модель заміщення сегментарних дефектів довгої кістки з різними варіантами з’єднання кісткових відламків, які захищено деклараційними патентами України.

Клінічна апробація розроблених способів та пристроїв довела принципову можливість та перспективність використання імплантатів з ВВКМ для заміщення практично будь-яких дефектів довгих кісток кінцівок.