12 октября 2015г.
Актуальность. Серьезной проблемой современной восстановительной хирургии в травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и нейрохирургии является пластика дефектов костной ткани, образующихся при хирургическом лечении ряда заболеваний и повреждений кости. Результаты хирургического восстановления дефектов костной ткани в большей степени зависят от протекания процесса репаративного остеогенеза.
В различные периоды развития хирургии для изготовления протезов, предназначенных для замещения дефектов кости, использовали разные материалы.
В хирургии широко используют металлические имплантаты. Отечественные ученые для замещения костных дефектов предложили имплантаты на основе титана и его сплавов (никелида титан, титан-тантал-ниобий, титан-кобальт) с нанесенным на него биосовместимым кальций-фосфатным покрытием, обеспечивающим адгезию клеток. Однако эффективность эндопротезирования нередко нивелируется последующими осложнениями, к основным причинам которых относят: инфекционные процессы в ложе эндопротеза, асептическую нестабильность, перелом конструкции эндопротеза и износ его полиэтиленовых вкладышей.
В настоящее время, растет доля используемых имплантатов, выполненных из различных полимерных или биополимерных - рассасывающихся материалов на основе гидроксиапатита, которые должны в разные сроки, в зависимости от их состава, замещаться костной тканью. При этом, в мировой литературе нет единого научного мнения об отдаленных результатах использования подобных рассасывающихся имплантатов в травматологии и ортопедии: от мнения невозможности замещения имплантата костной тканью (Bergsma E., Bruijn W.,1995), до выводов о замещении имплантата костной тканью в короткие сроки — до 36 недель (Bostman O, Paivarinta U,1992).
Указанные материалы имеют серьезные недостатки. В частности, биокерамические материалы в организме плохо рассасываются, и их остатки оказываются замурованными в костную ткань, что делает ее менее прочной. Кроме того, керамику на основе гидроксиапатита можно использовать только для замещения участков костей, не несущих значительных механических нагрузок, что обусловлено хрупкостью материала и его высокой чувствительностью к коррозии в физиологических жидкостях организма, приводящей к разрушению имплантата.
Также для заполнения костных дефектов используют гипс, аутогенную костную щебенку, лиофилизированный аллотрансплантат, биокомпозиционные материалы на основе гидроксиапатита и р-трикальций фосфата (Белозеров М.Н., 2004; Панин A.M., 2004; Salata L.A. etal., 1995). Однако клинические результаты их применения неоднозначны и нередко сопровождаются различными осложнениями вследствие возможного иммунного ответа (Воложин А.И., 1995; Белозеров М.Н., 2004; Merrier Р, 2004). Реакция костной ткани при использовании фиксаторов из рассасывающихся материалов может быть различной — от невыраженной, слабозаметной, до проявления массивного остеолиза, появления кистоподобных полостей в местах расположения имплантата, что обусловлено различными факторами.
В то же время, в современной литературе недостаточно работ, посвященных сравнительному клинико-экспериментальному изучению влияния различных по составу и происхождению остеопластических препаратов на динамику остеогенеза и заживления костных ран.
В этой связи, исследование по изучению свойств различных остеопластических материалов, выполненное в экспериментальных и клинических условиях, направленное на изучение прочности материалов, иммунной реакции окружающих тканей на введение имплантанта представляется актуальным и своевременным способом совершенствования хирургической помощи.
Цель исследования: Создание и исследование нового биокомпозиционного материала (костного цемента) с достаточной прочностью и высокими остеоиндуктивными свойствами.
Материалы и методы. Проведенный первый этап исследования показал большую значимость для современной восстановительной хирургии поиск новых биокомпозитных материалов обладающих достаточной прочностью. Способных замещаться костной тканью, таким образом, реализую собственный остеоиндуктивный потенциал. В тоже время важным аспектом является модулирование иммунной реакции организма закономерно возникающей на введение имплантанта, отрицательным моментом которой является развитие остеолизиса, нередко приводящего к отторжению имплантата. Таким образом, новый материал должен обладать тремя важными свойствами: механической прочностью, остеоиндуктивными свойствами, не вызывать выраженной иммунной реакции. В связи с этим прелагаемый новый биокомпозитный материал создается из трех частей. Гипс-компонент придающий механическую прочность. Гидроксиапатит- компонент обладающий высокими остеоиндуктивными свойствами, позволяющий образовываться новой костной ткани и обеспечивать адекватную минерализацию. Иммуномодулятор - компонент модулирующий иммунный ответ организма на локорегионарном уровне, позволяющем нивелировать реакцию отторжения и стимулировать репаративные свойства костной ткани. На первом этапе наших исследований проводилось определения оптимального состава трехкомпонентного биокомпозитного материала «костного цемента». Составные части, описанные выше, смешивали в различных пропорциях и в последующем определяли механическую прочность полученной смеси. Прочность определяли на разрывной машине Р-0,5. Исследовались разрушающая нагрузка (кг), предел прочности на сжатие кгс/см2.
Изготовление смесей производили в регрессионной последовательности, для каждого из компонентов изменяю массовую долю компонента от 90% до 10% от общей массы смеси. Таким образом, было сформировано три группы по 9 образцов в каждой. Оставшиеся два компонента смешивали в равных доля, тем самым, замещая оставшуюся часть биокомпозитной смеси. Таким образом, базовая часть биокомпозитной смеси постепенно увеличивалась с 10% до 90% по отношению к исследуемому компоненту. Приготовленная смесь помещалась в формы до полного затвердевания. Каждый готовый образец представлял из себя, кубик правильной геометрической формы, с длиной грани 1 см. Исследование полученных образцов проводилось до полного разрушения последних. Оценку размеров и возникающих деформаций в процессе эксперимента производили с помощью штангенциркуля ШЦ-2-250-0,1. Испытания проведены при температуре воздуха (20±2)С, и влажности (57±2)%.
Результаты исследований. Проведенные исследования показали, что исходные компоненты могут быть смешаны в любом соотношении, из представленных в таблицах. В результате смешивания получается однородная пластичная масса пригодная для моделирования любой заданной формы, а также может быть использована для заполнения заранее приготовленных форм с прецизионными размерами.
Следующим результатом исследования выявлено, что добавление иммуномудулятора не влияет на прочность полученного биокомпозитного материала. Следовательно, иммуномодулятор может добавляться в любой пропорции, а прочность полученного «костного цемента» будет определяться соотношением компонентов гипс и гидроксиапол.
Оценка прочности исследуемых образцов показала, что прочность нарастает при увеличении массовой доли гипса в смеси с 20% до 70%. Образцы с содержанием гипса менее 20% имеют крайне невысокую прочность и разрушаются при минимальных нагрузках, не всегда улавливающихся с помощью применяемых методов. При увеличении соотношения гипса более 80% прочность образцов остается постоянной и не меняется в зависимости от состава смеси.
В результате исследования прочности полученного «костного цемента» обнаружено, что оптимальным соотношением компонентов входящих в предложенную смесь является 70% гипс 20%гидроксиапол 10 % Деринат.
Данная комбинация обладает набольшей прочностью на сжатие на уровне 2,3±0,1кгс/см2, разрушающая нагрузка составляет 2,3±0,1Кг. В тоже время образцы с соотношением 60%гипс 30%гидроксиапол 10 % Деринат и 80%гипс 10%гидроксиапол 10 % Деринат обладают достаточной 1,0±0,1кгс/см2 прочностью, позволяющей их использовать в качестве имплантата для замещения костного дефекта.
Таким образом, на первом этапе исследования проведено изучение прочности предложенного биокомпозитного материала. Выделены оптимальные соотношения компонентов, дающие наибольшую прочность конечного материала «костного цемента». Исходя из этого, на следующем этапе исследования будет проведено изучение реакции костной ткани на имплантацию образцов «костного цемента» в эксперименте на животных.
Список литературы
1. Bergsma E., Bruijn W., Rozema F., Bos R., Boering G. Late degradation tissue response to poly(L-lactide) bone plates and screws. Biomaterials 1995; 16: 25-31.
2. Bostman O, Paivarinta U, Partio E, Vasenius J, Manninen M, Rokkanen P. Degradation and tissue replacement of an absorbable polyglycolide screw in the fixation of rabbit femoral osteotomies. J Bone Joint Surg, 74A: 1021-1031, 1992.
