Клинико-морфологический контроль репаративной регенерации тканей в условиях погружного остеосинтеза фиксаторами с покрытием нитридами титана и гафния

Создание условий, оптимизирующих заживление костных травм, способ-ствующих сокращению сроков консолидации и влияющих на процессы остео-генеза - одна из актуальных проблем в области ветеринарной хирургии (Козлов Н.А., 2000; Козлов Н.А., 2002; Сахно Н.В., 2007; Краснов В.В., 2008; Самошкин И.Б., Слесаренко Н.А., 2008; Ягников С.А., 2010; Анников В.В. и др., 2011; Ан-ников В.В. и др., 2013; Ватников Ю.А., 2012). При этом важнейшим этапом для осуществления остеоинтегрирующей операции является выбор оперативного метода (Челноков А.Н., Лазарев А.Ю., 2012; Коробейников А.А. и соавт., 2013; Краснов В.В., 2015) и имплантируемого материала (Мартель И.И и соавт., 2012; Ночовная Н.А. и соавт., 2014). В последние годы разработаны и внедрены в клиническую практику многочисленные разнообразные по структуре и составу имплантационные материалы (Давыдов Е.А. и соавт., 2010; Мартель И.И. и со-авт., 2012; Кирилова И.А. и соавт., 2013). Однако, несмотря на значительные успехи в данном направлении, существуют определенные предпосылки для дальнейшего совершенствования имплантатов. Зачастую металлические им-плантаты, обладающие удовлетворительными прочностными характеристика-ми, имеют ряд недостатков. Они связаны с развитием осложнений и отторже-нием имплантата вследствие его несовместимости с тканями живого организма (Попов В.П. и соавт., 2014). Возникающая воспалительная реакция тканей на трансплантат как на инородное тело способствует избыточному формированию соединительнотканного регенерата, что задерживает репаративный процесс (Топольницкий Е.Б. и соавт., 2012). Именно поэтому задача создания новых имплантатов сводится к поиску материалов, обладающих биоинертностью (Аб-дуллин И.Ш. и др., 2011). Успешному решению этой проблемы способствуют результаты научных исследований ряда ученых (Лунева С.Н. и соавт., 2012; Попов В.П. и соавт., 2012; Ирьянов Ю.М. и соавт., 2012; Попков А.В., Попков Д.А., 2014), которые показали, что при проведении операций по остеосинтезу применение специальных биологически совместимых покрытий обеспечивает создание оптимальных условий для заживления костного дефекта (Макарова Э.Б. и соавт., 2012; Попов В.П. и соавт., 2014). Потенциально перспективными в данном направлении являются нанопокрытия, наносимые на поверхность имплантатов (Перикова М.Г. и соавт., 2013), в том числе содержащие нитриды титана и гафния, обладающие устойчивостью к окислению и развитию поверх-ностной коррозии, а также химической интертностью (Абдуллин И.Ш. и др., 2004; Шакирова Ф.В. и соавт., 2013; Мечов М.П., 2015).
Для профилактики вероятных осложнений при лечении животных с пере-ломами костей немаловажной представляется проблема прогнозирования течения процесса регенерации тканей в области костного дефекта (Ахтямов И.Ф., Шакирова Ф.В. и др., 2016). Очевидно, что на процесс восстановления анатомической целостности и функциональной состоятельности костной ткани ок-зывают влияние множество факторов (Корж Н.А. и соавт., 2008; Умаров Ф.Х., 2010;) в том числе характер васкуляризации мягких тканей в области костного дефекта (Ручкина И.В., 2005; Шакирова Ф.В. и соавт., 2008; Шакирова Ф.В.,2011). В пользу данного положения свидетельствуют результаты исследований, показывающие, что мягкие ткани и их сосудистая сеть участвуют в обмене веществ, происходящем в области регенерирующей кости (Chandrasekhar K.S. и соавт., 2011). Однако, несмотря на то, что имеются данные об использовании морфосонографии для контроля состояния и качества окружающих мягких тка-ней и костной мозоли (Шакирова Ф.В., 2011), проведенный критический ана-лиз доступной литературы свидетельствует, что возможности оценки состояния репаративной регенерации костной ткани, основанные на динамике заживления параоссальных тканей над зоной перелома при интрамедуллярном остеосинтезе полностью не изучены. Более того, окончательно не выяснено влияние самих имплантатов на планиметрические показатели регенерирующих тканей в области костного дефекта и раны кожи.
В связи с этим, цель исследования – разработать объективные клинико-морфологические критерии контроля течения остеорегенерации в условиях погружного интрамедуллярного остеосинтеза с применением имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. Провести сравнительный анализ изменений клинических и гематологических показателей у крыс при подкожной имплантации пластин из стали марки У8А и меди без покрытия и с покрытием нитридами титана и гафния.
2. Представить динамику планиметрических показателей костной ткани и кожи при интрамедуллярном остеосинтезе большой берцовой кости кролика имплантатами из стали марки 12Х18Н9Т без покрытия и с покрытием нитридами титана и гафния.
3. Установить морфологические корреляции регенераторного процесса в тканях зоны индуцированной травмы.
4. Дать этапную характеристику степени зрелости фибрина в тканях зоны индуцированной травмы у животных исследуемых групп.
Научная новизна
Установлена взаимозависимость репаративных преобразований, происходящих в тканях области индуцированной травмы в условиях погружного остео-синтеза.
Определены прогностические критерии оценки полноценности течения процесса остеорепарации, основанные на морфологических корреляциях ново-образованных тканей в зоне повреждения.
Показано, что качественные показатели рубцовой ткани коррелируют со стадийностью формирования костной мозоли.
Установлено, что характеристики имплантата (биосовместимость, физико-химические свойства), находящегося в интрамедуллярном канале трубчатой кости, влияют на планиметрические показатели рубцовой ткани над областью костной травмы.
Научно обоснованы дополнительные критерии оценки течения процесса остеорепарации по степени морфологической зрелости интра- и периваскулярного фибирина в тканях над областью зоны перелома большой берцовой кости.
Теоретическая и практическая значимость работы
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность применения исследуемых покрытий.
Выявлены изолирующие свойства покрытия нитридами титана и гафния, позволяющие пролонгировать нахождение остеофиксаторов в костномозговом канале, снижая степень и выраженность воспалительных процессов.
Разработан алгоритм оценки течения и прогнозирования регенераторного процесса, основанный на морфологической взаимосвязи тканей (костная ткань, кожа) в области костной травмы.
Установлены закономерности репаративной регенерации при использовании биосовместимых фиксаторов с покрытием нитридами титана и гафния, создающих оптимальные условия для заживления тканей в зоне индуцированной травмы. Показано, что увеличение лейкоцитрно-некротических масс коррелирует с образованием незрелого костного регенерата, в то время как увеличение площади покрывающего рубец эпителия сопровождается снижением планиметрического показателя хрящевой ткани, что позволяет прогнозировать процесс репаративной регенерации. Полученные результаты являются базой для оценки влияния имплантатов на организм, и целесообразно использовать их для прижизненного неинвазивного контроля репаративной регенерации и свое-временной профилактики развития осложнений при консолидации костных переломов.
Показано, что степень морфологической зрелости интра- и периваскулярного фибрина коррелирует с процессом заживления костного дефекта и в связи с этим может являться дополнительным критерием оценки полноценности остерепарации в смежных работах.
Материалы диссертации внедрены в клиническую практику ветеринарных клиник Казани, а также служат материалом для подготовки курсов лекций по хирургии, патологической анатомии и гистологии некоторых ветеринарных ВУЗов России.
Положения, выносимые на защиту
1. Экспериментальное обоснование возможности применения имплантатов с покрытями нитридами титана и гафния.
2. Динамика морфологических и морфометрических показателей тканей в зоне костной травмы и их корреляции как объективные критерии течения процесса остеорепарации.
3. Морфологические корреляции новообразованных тканей в зоне повреждения как отражение влияния характеристик используемого имплантата и направления течения процесса остеорепарации.
4. Планиметрический показатель рубцовой ткани как прогностический критерий состоятельности остеоинтеграции.
Методология и методы исследования
Объективная оценка течения процесса репаративной регенерации для выявления критериев контроля заживления при переломах трубчатых костей в условиях интрамедуллярного остеосинтеза фиксаторами с покрытием нитридами титана и гафния определила целесообразность комплексного методического подхода, включающего: моделирование костной травмы, анализ клинических показателей, морфометрию, световую микроскопию гистологических срезов, гематологическое исследование.
Степень достоверности и апробация результатов исследования
В основу работы положен анализ результатов комплексного исследования, выполненного на 40 кроликах и 20 беспородных белых крысах. Были применены клинический, морфологический, гематологический методы исследования. В процессе эксперимента полученные цифровые данные были обобщены, проанализированы и подвергнуты статистической обработке.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:
- Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Знания молодых для развития ветеринарной медицины и АПК страны и ХХII Международной выставки товаров и услуг для домашних животных «ЗООСФЕРА – 2014», г. Санкт-Петербург, 28-29 ноября 2014 года.
- II Международном научном конгрессеVetistambul Group – 2015.
- V Всероссийской межвузовской конференции по ветеринарной хирургии, г. Москва, 14 октября 2015 года.
- Международной научной конференции студентов, аспирантов и учащейся молодежи, посвященной 85-летию зоотехнического образования в Казанской государственной академии ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана г. Казань 16-18 апреля 2015 года.
Публикации по теме диссертации.
По материалам диссертации опубликованы 9 печатных работ, из них 6 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы
Диссертация изложена на 105 страницах машинописного текста (без учета приложений) и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов, рекомендаций по научных использованию выводов, списка литературы из 274 источников, в том числе 222 отечественных и 52 зарубежных. Работа иллюстрирована 59 рисунками и 14 таблицами.