Диссертация: Клинико-морфологическое обоснование использования чрескостных имплантатов с покрытием на основе сверхтвердых соединений

Актуальность проблемы Стремительный рост хирургической активности в клиниках ортопедо-травматологического профиля в последние годы сопровождается увеличением спроса на металлоконструкции, применяемые для остеосинтеза. Использование некачественных остеофиксаторов сопровождается увеличением числа послео-перационных осложнений, связанных преимущественно с реакцией отторжения имплантируемых металлоконструкций (Yousef A. и др., 2014). Длительное нахождение установленных пластин, винтов, стержней, в достаточно агрессивной среде, к каковой можно отнести организм животного, предъявляет особые требования к имплантируемым материалам. Исходя из этого, разработка перспективных и безопасных покрытий (Абдуллин И. Ш., 2004), которые минимизируют аллергическую реакцию на сплавы, используемые при изготовлении погружных конструкций, остается одной из фундаментальных проблем ветеринарной хирургии (Steinemann S.G., 1996; Reems M. и др., 2003; Krettek C. и др., 2001). Костная травма, как известно, относится к наиболее распространенной патологии опорно-двигательного аппарата человека и животных в условиях мегаполиса. В этой связи для изготовления металлических имплантатов для остеосинтеза широко используют титан, медицинскую нержавеющую сталь и др. (Мюллер М.Е., 1996; Самошкин И.Б., 2008, Ягников С.А., 2010). Основополагающие требования, предъявляемые к любым материалам, призванным соприкасаться с костными структурами ‒ это высокая коррозионная стойкость, биологическая инертность и прочность. Срок службы имплантатов лимитирует лизис кости вокруг металлического компонента вследствие биологической активности металла, что приводит к дестабилизации имплантатов (Загородний Н.В., 2013; Kesemenli C. и др., 2002). Для успешного решения данной проблемы на костные фиксаторы наносят покрытия с целью обеспечения безопасных свойств, необходимых для качественной регенерации костных фрагментов в зоне повреждения. Более того, их коррозионная стойкость исключает переход ионов конструкций в раствор, предотвращая, таким образом, несовместимость имплантатов с тканями живого организма, их отторжение, а также металлоз, сопровождающийся развитием аллергических реакций (Summer B., 2007). Покрытия отличаются многообразием своих физико-химических свойств. Наиболее часто применяемые в травматологии и ортопедии – это нитриды или оксиды некоторых сверхтвердых металлов, что связано с выявленной у них биологической совместимостью с тканями живого организма. Вместе с тем, для создания защитного барьера, с целью предупреждения выхода ионов металлов в биологические жидкости организма, используют оболочки-покрытия, имеющие минимальную толщину и биологическую устойчивость к воздействию достаточно агрессивной окружающей среды (Horowitz S.M., 1995, Sovak G., 2000). Замедленная диффузия ионов металлов в окружающие биологические ткани способствует активному прорастанию клеток непосредственно в имплантат (Анников В.В., 2008), что служит основой для процесса остеоин-теграции. Потенциально перспективными в этом отношении являются покрытия, содержащие нитрид гафния, характеризующиеся, как известно, химической инертностью, высокой температурой плавления и относительно высокой стойкостью к окислению в экстремальных условиях (Gasch M., и др.,2004, Srivatsan T.S. и др., 2007). Нитриды гафния повышают твердость поверхности (Tamura Y и др., 2002), износостойкость (Alsabeeha N.H., и др., 2011) и коррозионную стойкость (Endo, K и др., 1994) имплантационных материалов, а также обладают антимикробными свойствами (Yoshinari M. и др., 2011). Исходя из вышеизложенного, сравнительное изучение влияния на организм животных различных имплантатов с покрытиями на основе сверхтвердых соединений и без покрытий, введенных чрескостно, при экспериментальном моделировании дефекта, является одной из фундаментальных проблем имеющих прикладное значение для реконструктивно-восстановительной хирургии.
Цель и задачи исследования Цель исследования – представить клинико-морфологическое обоснование использования металлических чрескостных имплантатов с покрытием на основе сверхтвердых соединений. Для достижения цели были поставлены следующие задачи: 1. Изучить динамику клинических показателей при имплантации скоб c покрытием нитридами титана и гафния, а также с покрытием нитридами титана и циркония в условиях индуцированной травмы. 2. Провести сравнительный анализ динамики гематологических показателей при имплантации скоб с покрытиями нитридами титана и гафния, нитридами титана и циркония. 3. На основании обзорной рентгенографии и компьютерной томографии выявить особенности течения репаративной регенерации костной ткани в условиях индуцированной травмы. 4. Дать этапную характеристику морфофункциональному состоянию костной ткани в зоне имплантации.
Научная новизна Научно обоснованы и экспериментально подтверждены эффективность и преимущество использования чрескостных имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния, по сравнению с таковыми с покрытием нитридами титана и циркония. В условиях индуцированной травмы показано, что остеофиксаторы с гафниевым покрытием не оказывают отрицательного системного и локального влияния при их имплантации. Выявлено отсутствие угнетения эритро- и лейкопоэза, что подтверждается результатами гематологических исследований. Использование скоб с исследуемым покрытием, нитридами титана и гафния, не нарушает последовательности фаз репаративного остеогенеза, что сопровождается более ранним и качественным формированием регенерата, по сравнению со скобами, покрытыми нитридами титана и циркония. Восстановление кости и костного мозга происходит в более ранние сроки и без осложнений, в группе с имплантатами из стали с покрытием нитридами титана и гафния по сравнению с таковыми, покрытыми нитридами титана и циркония, что доказывает его преимущество использования в реконструктивно-восстановительной хирургии.
Теоретическая и практическая значимость работы Представлено научное обоснование целесообразности использования в реконструктивно-восстановительной хирургии имплантатов с покрытиями на основе сверхтвердых металлов, что подтверждается комплексом клинических, гематологических, рентгенографических и морфологических показателей. Представлены закономерности репаративного остеогенеза на основе этапной характеристики морфофункционального состояния костной ткани в области имплантации при индуцированной костной травме. Полученные результаты являются базой для оценки воздействия на организм имплантатов, применяемых при чрескостном внеочаговом остеосинтезе. Установленная динамика гематологических показателей может использоваться в качестве дополнительного критерия оценки состояния системы гемопоэза в послеоперационном периоде. Денситометрические показатели костной ткани в области оперативного вмешательства целесообразно использовать для прижизненной, не инвазивной диагностики течения репаративной регенерации, а также при разработке методов коррекции послеоперационной терапии при костной травме. Полученные в ходе комплексного исследования данные целесообразно использовать в учебном процессе при изучении патологической физиологии, гистологии, клинической, визуальной и лабораторной диагностики и хирургии животных вузов ветеринарного профиля. Материалы диссертационной работы используются в практической деятельности ветеринарных клиник г. Казани, а также в учебном процессе на кафедре ветеринарной хирургии ФГБОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины», на кафедре диагностики, внутренних незаразных болезней, фармакологии, хирургии и акушерства ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина», на кафедре морфологии, патологии, фармации и незаразных болезней ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет», на кафедре хирургии, акушерства, фармакологии и терапии, на кафедре хирургии, акушерства, фармакологии и терапии ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П. А. Столыпина».
Методология и методы исследования Методологической основой научных исследований явился комплексный подход к изучаемой проблеме, заключающийся в использовании классических и современных методов исследований: клинического, гематологического, рентгеновского (в том числе компьютерной томографии), гистологического и статистического.
Положения, выносимые на защиту - Применение имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния не нарушает течение процессов остеорегенерации, обеспечивая биосовместимость с окружающими тканями, не вызывая воспалительных реакций. - Динамика гематологических показателей в оценке реакции организма на введение имплантатов с различными покрытиями. - Рентгеноморфологические корреляции при чрескостном введении имплантатов в зоне костной травмы как критерий оценки полноценности сформировавшегося регенерата. - Томоденситометрия в оценке степени зрелости костного регенерата и смежного с ним участка.
Степень достоверности и апробация результатов Основные положения, выводы и практические предложения, изложенные в диссертационной работе, отвечают цели и задачам работы, логически вытекают из емкого фактического материала, подтверждаются большим объемом клинических, гематологических, рентгеновских, гистологических исследований, проведенных на современном уровне со статистической обработкой полученных данных. Результаты диссертации доложены, обсуждены и одобрены на: - XXVI SICOT Triennal World Congress. 46th Brazillian Congress of Orthopedics and Traumatology (Rio de Janeiro. Brazil, 2014, E-poster); - LXXXVIII всероссийской научно-практической конференции студентов и молодых ученых медицинских университетов (г. Казань, 2014); - IV Всероссийской межвузовской конференции по ветеринарной хирургии (г. Москва, 2014); - Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Знания молодых для развития ветеринарной медицины и АПК страны» (г. Санкт- Петербург, 2013) (диплом III степени). - Всероссийская научно-практическая конференция студентов и молодых ученых ветеринарных вузов (г. Казань, 2013) (диплом II степени).
Публикации По материалам диссертации опубликовано 16 печатных статей, в которых отражены основные положения диссертационной работы, из них 7 в ведущих рецензируемых научных журналах, включенных в Перечень ВАК Минобрнауки РФ.
Объем и структура диссертации Диссертация изложена на 96 страницах машинописного текста (без учета приложений) и включает в себя: Введение, Обзор литературы, Материалы и методы исследования, Результаты собственных исследований и их обсуждение, Заключение, Выводы, Рекомендации по использованию научных выводов, Приложения и Список литературы. Последний включает 166 источников, в том числе 43 отечественных и 123 зарубежных авторов. Работа иллюстрирована 24 рисунками и 6 таблицами.