Диссертация (1097617), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Контактор охлаждали докомнатной температуры (21°С) после каждой точки облучения, а поверхность облучаемогохряща смачивали физиологическим раствором во избежание потери жидкости в процессевысыхания и изменения коэффициента поглощения.После облучения хрящевой образец помещали в физиологический раствор ификсировали изменение его кривизны до момента достижения ее стабильного значения.Измерения проводили каждую минуту первые 20 мин, затем каждые 10 мин в течениепервого часа и каждые 30 минут в течение последующих 11 часов. Конечную кривизнуизмеряли через 24 часа после воздействия.117Таблица 4-1. Вариация мощности и времени лазерного воздействия.Импульсный режимНаличие изменения формыоблучениячерез 24 часа после воздейстияВизуальное наличие денатурацииМощность, ВтВремя, с1,520незначительноенет1,720незначительноенет1,820незначительноенет2,015существенноенет2,210максимально выраженноенебольшая денатурация в самом центре2,482,65каждого лазерного пятна.существенноевизуально виден большой объемденатурации на месте лазерного пятна.существенноевизуально виден большой объемденатурации на месте лазерного пятна.На основе данных из таблицы 4-1 были выбраны три мощности, для которыхэкспериментально были найдены временные пороги возникновения лазерного измененияформы при импульсном режиме.
Исследованные режимы представлены в таблице 4-2.Таблица- 4-2. Вариация времени лазерного воздействиядля заданных значений мощности.Мощность, ВтВремя облучения, с1,820152,012102,26Самый выраженный эффект стабильного изменения формы, то есть самая большаякривизна образца, при наименьшей денатурации наблюдалась при мощности 2.2 Вт и 6 секоблучения для импульснго режима с длиной имульса 500 мс и промежутком 200 мс. Такимобразом, режим, найденный теоретически был признан наиболее эффективным дляпроведения дальнейших экспериментов.1184.2.
Лазерное изготовление хрящевых имплантатов заданной кривизныДля найденного режима воздействия, выбранного для всей последующей работы поизменению формы реберного хряща в качестве «оптимального», исследовали влияниерадиуса кривизны хрящевого полукольца в процессе лазерного воздействия на стабильнуюКонечный радиус кривизны, ммкривизну новой формы.
Результаты представлены на Рис. 4.5.4035302520789101112Радиус кривизны во время облучения, ммРис. 4.5. Зависимость стабильной кривизны средней линии новой формы хрящевой пластиныот радиуса кривизны ее средней линии во время лазерного воздействия.При более сильном изгибе хрящевой пластины в процессе лазерного воздействиянаблюдалось уменьшение кривизны средней линии ее стабильной новой формы. Былопоказано, что контроль кривизны хрящевой пластины в процессе лазерного воздействияпозволяет изготавливать полукольца реберного хряща заданной кривизны.При помещении хрящевого полукольца в физиологический раствор после лазерноговоздействия наблюдается «распрямление» хряща до достижения его конечной стабильнойформы.
В основе механизма возврата к прежней форме лежит восстановление в хрящеколичества жидкости, испарившейся и перераспределившейся в процессе надавливания завремя эксперимента. Новое равновесное состояние устанавливается в течение несколькихминут. На Рис. 4.6 приведена динамика «распрямления» хрящевого полукольца послевоздействия в «оптимальном» режиме воздействия. Видно, что стабилизация радиусакривизны средней линии хрящевой пластины происходит через 10-20 мин [Baum et al., 2011].119Рис. 4.6. Динамика стабилизации кривизны после лазерного облучения [Baum et al., 2011].Результат лазерного облучения представлен на Рис.
4.7.Рис. 4.7. Хрящевая пластина, лежащая на боку (ось облучения лежит в плоскости рисунка)пластина а - до облучения, b - после облучения [Baum et al., 2011].Для лучшего приживления и минимизации процесса лизинга после имплантированияважна степень денатурации коллагена имплантата после лазерного изменения его формы.Для определения степени денатурации коллагена использовали метод ДСК. Облучениепроводили в двух различных последовательностях: (1) сжатой, а затем растянутойповерхности; (2) растянутой, а затем сжатой поверхности. Анализировались хрящи,облученные с двух сторон в «оптимальном» режиме, а также контрольный образец, которыйсравнивали с облученными образцами, подвергнутыми как сжатию, так и растяжению.120После облучения выделяли облученную область, диаметром 2,0 мм и толщиной 0,5мм, аналогичным образом выделяли интактный образец из необлученного хряща.
Для ДСКанализа были приготовлены: (1) интактный образец, (2) образец облученной области сосжатой поверхности, (3) образец облученной области с растянутой поверхности. 30%образцов всех серий помещали в раствор α-химотрипсина (Sigma), приготовленный израсчета 1 мг на 20 мг хрящевой ткани с добавлением пенициллина (5000 ед. на 1 л раствора)и выдерживали в течение 24 ч при 30°С с последующим помещением в физиологическийраствор.
Перед помещением в ячейку ДСК образцы взвешивались при комнатнойтемпературе и затем помещались в герметичные тигли. Кривые ДСК записывались натермоанализаторе ТА4000 (Mettler приставка DSC 20) в интервале температур 25÷100°С прискорости нагрева 10°С/мин.
Далее тигли вскрывались, и образцы сушились при температуре50°С до постоянной массы далее образцы вновь взвешивались и рассчитывалась величинатеплового эффекта на единицу сухой массы образца.Значения соответствующих тепловых эффектов, наблюдаемых в диапазоне 60 - 80ºСприведены в таблице 4-3. Их величины для интактного и для облученных образцовсоставляли 3±1 Дж/г, что существенно ниже величины эффекта денатурации коллагена 65±5Дж/г [Yurchenco et al., 1990].
Это говорит о том, что в анализируемом диапазоне температурденатурации коллагена не происходит. Данные эффекты могут быть связаны с локальнымплавлением протеогликанов, тепловыми превращениями менее стабильных минорныхколлагенов хряща и с переходом связанной воды в свободное состояние [Sobol et al., 2000c].При этом значения тепловых эффектов для контроля и для облученного хряща лежат впределах погрешности определения, что свидетельствует об отсутствии заметныхтермических повреждений коллагеновой структуры хрящевого образца в процессе лазерноговоздействия.Таблица 4-3. ДСК-анализ хрящевых образцов.ОбразецТемпература перехода, ºСТепловой эффект, Дж/гИнтактный663±1673±1653±1Облученный (сжатаяповерхность)Облученный (растянутаяповерхность)121В процессе нагрева, стабилизирующие коллагеновый каркас хряща, протеогликаныферментативно расщепляются под действием α-химотрипсином, и тепловые превращенияколлагена становятся более вероятными, а разница между контролем и облученнымиобразцами становится более выраженной.
Потеря сухой массы хряща после обработкисоставляла 40%. Соответствующие температуры и тепловые эффекты приведены в таблице4-4.Таблица 4-4. Результаты ДСК анализа хрящевыхобразцов после обработки α-химотрипсиномОбразецТемпература перехода, ºСТепловой эффект, Дж/гИнтактный627±3637±3624±2Облученный (сжатаяповерхность)Облученный (растянутаяповерхность)При сравнении результатов обеих таблиц видно, что значения тепловых эффектовувеличились незначительно, их величина много меньше величины эффекта денатурацииколлагена. В сравнении с необработанными ферментом образцами, небольшое снижениетемператур переходов связано со снижением термической стабильности хрящевогоматрикса.
Небольшое снижение значения теплового эффекта для облученного хряща, взятогос растянутой поверхности, говорит о наличии незначительных термических поврежденийпри лазерном воздействии, которых не наблюдаются при воздействии на сжатуюповерхность. В результате проведенного ДСК анализа заметной денатурации коллагена вхряще, облученном в «оптимальном» не выявлено.4.3. Эффект лазерно-индуцированного неаддитивного термомеханическогоповедения хрящевой ткани.Облучение растянутой и сжатой поверхностей хряща в различныхпоследовательностях: (1) сначала сжатой, затем растянутой; (2) сначала растянутой, затемсжатой приводило к различной конечной кривизне. При воздействии сначала на сжатуюповерхность хряща, а затем на растянутую, конечная стабильная кривизна средней линииоказывалась больше, чем для обратной последовательности воздействия (Табл.
4-5).122Таблица 4-5. Радиус стабильной кривизны хрящевых полуколец, облученных в«оптимальном» режиме в зависимости от последовательности воздействия: Ι - сжатую изатем на растянутую поверхность, ΙΙ - на растянутую и затем на сжатую.ПоследовательностьРадиус кривизны, ммΙ37±1ΙΙ40±2Таким образом, был обнаружен эффект неаддитивного термомеханическогоповедения хрящевой ткани, заключающийся в том, что при двустороннем облучении хряща,изогнутого в форме полукольца, для достижения большей кривизны эффективнее начинатьоблучение со сжатой стороны.Механизм данного эффекта связан с различной концентрацией отрицательныхзарядов после лазерного облучения, перераспределение которых происходило неравномернопри лазерном снятии механических напряжений, в сжатой и растянутой областях хрящевогополукольца.
Известно, что механизм релаксации напряжений в хрящах [Баграташвили и др.,2006] и его «память формы» (стремление к первоначальной форме при снятии механическойнагрузки) имеет электрическую природу. Он обусловлен наличием большого количестваотрицательно заряженных групп протеогликанов в матриксе хряща, которые отталкиваютсяпри уменьшении расстояния между ними, стремясь тем самым минимизировать энергиюсистемы. Под действием лазерного излучения элементы, содержащие отрицательные группы,отделяются от гиалуронового стержня из-за частичного плавления и становятсяподвижными, диффундируя из более сжатых областей в более растянутые.Перераспределение отрицательных элементов в момент плавления и фиксация в новомположении в момент остывания приводит к сохранению деформированного состояния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
