Клинико-морфологические особенности репаративного остеогенеза при имплантации фиксаторов с покрытием на основе металлов IV группы

Актуальность темы исследования В современной ветеринарной ортопедии и травматологии предъявляются все более высокие требования к качеству остеофиксаторов, используемых при проведении реконструктивно-восстановительной хирургии опорно-двигательного аппарата (Самошкин И.Б., 2008; Шакирова Ф.В., 2008, 2011; Дюльгер П.Г., Ягников С.А., 2012). Металлические остеофиксаторы имеют ряд недостатков, связанных с невысокой стойкостью к коррозии, особенно под воздействием биологически активных сред, что приводит к металлозу, несовместимости с тканями живого организма и различным осложнениям и их отторжению. Также актуальны вопросы остеорегенерации, протекающей в условиях применения различных металлов, которые находятся в центре внимания клиницистов, хирургов и морфологов. Это обусловлено тем, что от характера и скорости репаративного процесса зависит качество функциональной активности конечности (Анников В.В., 2011; Ватников Ю.А., 2012). Задача травматолога – обеспечить раннее восстановление функции оперированной конечности (Анников В.В., 2011; Машков В.М., 2012; Дюльгер П.Г., Ягников С.А., 2013). В последние годы внедряются высокие технологии, в частности рентгеновская компьютерная томография (Хоружик С.А., 2011), позволяющая точно диагностировать преобразование костной системы, при этом отмечаются патогномоничные рентгеноморфологические корреляции (Шевцов В.И., 1999). Одним из решений проблемы получения нового поколения имплантатов является использование схемы «металлическая основа – биопокрытие» – нанесение на их поверхность биосовместимых нерезорбируемых покрытий, механические и биологические свойства которых должны быть оптимальными для формирования быстрой и прочной связи с окружающей тканью. В настоящее время в качестве упрочняющих и защитных поверхностей используются покрытия на основе нитридов титана. Покрытия имплантатов, содержащие нитриды титана, привлекательны биосовместимостью, обеспечивают низкий коэффициент трения и адекватную остеоинтеграцию (Sovak G., 2000). Потенциально перспективными представляются также покрытия, содержащие нитрид гафния, который характеризуется химической инертностью, хорошим сопротивлением к окислению в экстремальных условиях (Абдуллин И.Ш., 2004), однако исследования по использованию этого вида покрытий единичны. Анализ отечественной и зарубежной литературы свидетельствует о том, что достаточно большое количество работ посвящено исследованиям с покрытием нитридом титана, однако сведений, посвященных нанопокрытиям редких металлов IV группы, в частности гафнию, нам обнаружить не удалось.
Цель исследования – оценить системные и локальные эффекты индуцированной костной травмы у животных при хирургической коррекции имплантатами с покрытием нитридами титана и гафния.
В связи с этим были поставлены следующие задачи: 1. Выявить динамику клинических, гематологических и биохимических показателей при имплантации остеофиксаторов с покрытием нитридами титана 4 и гафния. 2. Установить особенности формирования костной мозоли и представить денситометрические показатели регенерата методом компьютерной томографии. 3. На основании результатов морфологических исследований оценить локальные изменения в костной ткани у экспериментальных животных. 4. Провести клиническую апробацию исследуемого покрытия при оказании хирургической помощи животным со спонтанными травмами.
Научная новизна На основании комплексного подхода выявлено, что покрытие нитридами металлов IV группы (титан и гафний) не вызывает острых воспалительных явлений в зоне контакта металл – кость, тем самым продлевая срок службы фиксаторов. На основании стабильного уровня ферментов АсАТ, АлАТ и ЛДГ установлено отсутствие гепатотоксического действия данного покрытия, что характеризует его биоинертность. На основании методов лучевой диагностики представлена количественная и качественная оценка состояния контактного регенерата и стадийности перестройки кости при открытых диафизарных переломах костей голени, позволяющая оценить течение репаративной регенерации в раннем и позднем послеоперационном периоде.
Теоретическая и практическая значимость работы На основании комплексного методического подхода, включающего хирургические, клинико-морфологические, гематологические, биохимические, научно обоснованы положения о возможности прогнозирования репаративной регенерации тканей в области погружного остеосинтеза фиксаторами с покрытием нитридами титана и гафния. Результаты морфологических исследований и денситометрии – костного регенерата позволили разработать алгоритм оценки состояния тканей в зоне репарации в целях контроля и прогнозирования консолидации отломков при переломах длинных трубчатых костей, позволяющий внести своевременную коррекцию в процесс остеоинтеграции. Изучены морфологические изменения крови, позволяющие судить об отсутствии токсического влияния нитридов титана и гафния на организм животных. Полученные данные расширяют представление о клинико-морфологических изменениях в организме животных при костной травме, открывая новые возможности для научно обоснованного подхода к применению фиксаторов с покрытием нитридами титана и гафния для погружного остеосинтеза в качестве профилактики воспалительных процессов в условиях длительной фиксации.
Методология и методы исследования Научное обоснование репаративного остеогенеза при имплантации фиксаторов с покрытием нитридами титана и гафния дало комплексный подход к изучаемой проблеме, включающий использование классических и современных методов исследования: клинический, гематологический, биохимический, классическую рентгенографию, рентгеновскую компьютерную томографию и световую микроскопию гистологических срезов.
Положения, выносимые на защиту Использование остеофиксаторов для погружного остеосинтеза с покрытием нитридами титана и гафния – основа для создания условий течения регенерации и органотипической перестройки костных структур до их полного функционального восстановления. Метод рентгеновской компьютерной томографии позволяет получить информацию о состоянии остеорегенерата, оценить характер ремоделирования кости в зоне травмы. Разработаны критерии визуального контроля структурного состояния и качества костной мозоли для объективной оценки процесса консолидации отломков. Рентгенографические данные, подтвержденные морфологическими исследованиями, являются объективными критериями в диагностике течения постоперационного периода.
Степень достоверности и апробация результатов исследования Исследования были проведены на достаточном количестве материала. Использовали гематологический, биохимический, рентгенографический и морфологический методы исследования. В процессе эксперимента полученные цифровые данные были подвергнуты статистической обработке (Ахтямов И.Ф., 2008). Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: - Международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения», г. Белгород, 20-21 ноября 2012 года. - 87-й Всероссийской научно-практической конференции студентов и молодых ученых, посвященной 155-летию Л.О. Даршкевича, г. Казань, 21-22 марта 2013 года. - Международной научно-практической конференции, посвященной 140- летию КГАВМ имени Н.Э. Баумана «Научное и кадровое обеспечение инновационного развития агропромышленного комплекса», г. Казань, 27-30 мая 2013 года. - Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Занятия молодых для развития ветеринарной медицины и АПК страны и ХХII Международной выставки товаров и услуг для домашних животных «ЗООСФЕРА – 2013», г. Санкт-Петербург, 22-23 ноября 2013 года. - Presented the poster «A comparative study of experimental implants coated with titanium and hafnium nitrides» at the Southern European Veterinary Conference 48 AVEPA National Congress (Barcelona, Spain. 17-19 October, 2013). По материалам диссертации опубликованы 10 печатных работы, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Сведения о практическом использовании научных результатов Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедрах ветеринарной хирургии ФГБОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана»; диагностики, внутренних незаразных болезней, фармакологии, хирургии и акушерства ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина»; ветеринарно-санитарной экспертизы, хирургии и акушерства ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет».
Личный вклад автора и выполнение работы Диссертантом самостоятельно проведен аналитический обзор литературы по изучаемой проблеме, выполнены морфологические, рентгенографические исследования. Проведены экспериментальные исследования, связанные с оперативными вмешательствами и послеоперационной реабилитацией животных. Обобщены, проанализированы и статистически обработаны полученные данные.
Объем и структура работы Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста и состоит из глав: Введение; Обзор литературы; Материалы и методы исследования; Результаты исследований; Обсуждение результатов исследований; Заключение; Выводы; Практические предложения; Список литературы. Последний включает 210 источников, в том числе 177 отечественных и 33 зарубежных авторов. Работа иллюстрирована 64 рисунками и 25 таблицами.