Автореферат и диссертация по медицине (14.01.15) на тему:Пластика тел грудных и поясничных позвонков пористыми биокерамическими гранулами

На правах рукописи

АВЕТИСЯН

Арташес Робертович

ПЛАСТИКА ТЕЛ ГРУДНЫХ и поясничных позвонков ПОРИСТЫМИ БИОКЕРАМИЧЕСКИМИ ГРАНУЛАМИ {ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)

14.01.15 -травматология и ортопедия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

5 О 2015

005558483

Новосибирск 2015

005558483

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном учреждении «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я. Л. Цивьяна» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Научный руководитель:

доктор медицинских наук

Рерих Виктор Викторович

Официальные оппоненты:

Сергеев Константин Сергеевич - доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и ВПХ с курсом детской травматологии Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменская государственная медицинская академия» Министерства Здравоохранения Российской Федерации

Афаунов Аскер Алиевич - доктор медицинских наук, заведующий кафедрой ортопедии, травматологии и ВПХ Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кубанский государственный медицинский университет» Министерства Здравоохранения Российской Федерации

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии имени Н. Н. Приорова" Министерства Здравоохранения Российской Федерации

Защита диссертации состоится "27" февраля 2014 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д.208.064.01 при федеральном государственном бюджетном учреждении «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Министерства здравоохранения Российской Федерации по адресу: 630091, г. Новосибирск, ул. Фрунзе, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБУ «ННИИТО им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России по адресу: 630091, г. Новосибирск, ул. Фрунзе, 17.

Автореферат разослан "_"_2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.208.064.01 доктор медицинских наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Урбанизация, старение населения и глобальные изменения образа жизни выдвигают хронические и неинфекционные болезни, а также травмы, в число основных причин заболеваемости и смертности. (The world health report 2008: primary health care now more than ever, 2008).

Современная вертебрология активно практикует хирургические методы лечения повреждений позвоночника, стремится в кратчайшие сроки восстановить позвоночник и сохранить социальную и трудовую адаптацию пострадавшего.

Компрессионные переломы тел позвонков с дефектом костной ткани требуют реконструктивного хирургического вмешательства с имплантации замещающих материалов. В качестве подобных могут быть использованы аутологичные и аллогенные костные трансплантаты или, как альтернатива, искусственные заместители костной ткани.

В современной практике золотым стандартом является аутологичный костный трансплантат, обладающий остеогенностью, остеоиндуктивностью (содержит факторы роста), остеокондуктивностью. Однако количество данного заместителя всегда ограничено, а забор костной ткани приблизительно в 10% случаев сопровождается осложнениями (несостоятельность шва раны; серома; формирование грубого рубца, хронический болевой синдром), влияющими на степень удовлетворенности пациентов оказанной медицинской помощью (Е.М. Younger, M.W. Chapman, 1989; J.С. Banwart et al., 1995; C.C. Wigfield, R.J. Nelson, 2001).

Кроме того, свободные аваскулярные костные трансплантаты подвержены частичной резорбции в имплантационном ложе, что может привести к их усталостному или перестроечному разрушению (А. Л. Кудяшев, Н.Г. Губочкин, 2008; Р.В. Деев и др., 2008) и несостоятельности в нагружаемых локализациях (A. Minamide et al., 2005, J. D. Smucker et al., 2008).

Применение аллогенного костного трансплантата сопровождается опасностью развития реакции его отторжения организмом донора и передачи через материал патогенных агентов (В. Е. Buck et al., 1989).

Замещение костного дефекта искусственными биоматериалами, способствующими миграции, адгезии и пролиферации остеобластов позволяют избежать рисков, сопровождающих применение аутологичных и аллогенных костных материалов (R.Vago, 2008).

Наиболее перспективными являются биокерамические материалы. Их главное преимущество перед другими материалами (металлы, полимеры) -превосходная биосовместимость (C.B. Carter, M.G. Norton, 2007).

В клинической практике для восстановления дефектов тела позвонка в настоящее время используются следующие материалы: инъекционные костные

цементы на основе полиметилметакрилата (А. И. Продан, Г. X. Грунтовский, А. И. Попов и др., 2006; J. T. Liu et al., 2010), фосфатов кальция (D. H. Нео et al., 2009), пористые биокерамические гранулы на основе гидроксиапатита (T. Tomoaki et al., 2006; К. Nishioka et al., 2009).

К недостатками полиметилметакрилата относят экзотермическую реакцию полимеризации, вызывающую термический некроз окружающих тканей. Кроме того, инертность материала вызывает сомнение. Так, K-Y. Huang и соавторы, исследовав пациентов с ревизионными вмешательствами, обнаружили выраженную соединительно-тканную оболочку, покрывающую имплантаты из полиметилметакрилата, по периферии которых отмечался некроз костной ткани (K-Y. Huang, J-J. Yan, R-M. Lin, 2005).

В отличие от предыдущего материала костный цемент на основе фосфата кальция обладает превосходной биосовместимостью, однако он уступает своему полимерному аналогу в физических характеристиках, что сопровождается высоким риском разрушения данного имплантата и потери коррекции локального посттравматического кифоза (T.R. Blättert et al., 2009).

Кроме того, применение инъекционных форм костных цементов сопряжено с риском их распространения в позвоночный канал, в межпозвонковый диск, в венозную систему тела позвонка, что может вызвать серьезную патологию (В. A. Georgy, 2012; J. S. Yeom et al., 2003; E. P. Lin et al., 2004; R. Schmidt et al., 2005). Следует отметить, что появление на практике цементов с высокой вязкость несколько уменьшает частоту подобных осложнений (S. Rapan et al., 2010; M. Rüger, W. Schmoelz, 2009), однако не устраняет их.

Применение пористых гранул гидроксиапатитовой биокерамики или их биоорганического аналога - депротеинизированной костной ткани решает последнюю проблему, однако прочность биокерамики на основе гидроксиапатита не позволяет с успехом применять ее в нагружаемых локализациях (M. Ito et al., 2002).

Алюмооксидная биокерамика физическими свойствами превосходит биокерамику на основе гидроксиапатита: V. A. Dubok приводит прочность на сжатие кортикальной кости 100-230 МПа, компактной алюмооксидной биокерамики - 4000 МПа, по данным С. В. Carter и M.G. Norton аналогичный параметр компактной гидроксиапатитовой биокерамики равен 300 -г 900 МПа (A. Dubok, 2000; C.B. Carter, M.G. Norton, 2007).

В литературе крайне мало сведений относительно способности алюмоксидных биокерамических гранул к остеоинтеграции, а также их применения для замещения дефектов костной ткани в нагружаемых локализациях скелета.

Цель исследования: совершенствование методов замещения дефектов костной ткани тел грудных и поясничных позвонков пористыми биокерамическими гранулами при компрессионных переломах.

Задачи исследования:

1. Изучить в эксперименте способность к остеоинтеграции биокерамических алюмооксидных гранул с различной величиной пор и пористостью.

2. Сравнить интеграцию биокерамических алюмооксидных гранул, биокерамических композитных кальцийфосфатных гранул, а также гранул губчатой депротеинизированной костной ткани.

3. Изучить восстановление формы и прочности на сжатие тела позвонка грудопоясничного переходного отдела позвоночника после компрессионного перелома при транспедикулярной пластике биокерамическими алюмооксидными и композитными кальцийфосфатными гранулами, а также гранулами губчатой депротеинизированной костной ткани.

4. Определить эффективность транспедикулярной пластики тел позвонков грудопоясничного переходного отдела позвоночника биокерамическими гранулами с учетом морфологии повреждения.

Научная новизна исследования

В эксперименте изучена способность к остеоинтеграции биокерамических алюмооксидных гранул с различной внутренней архитектурой в сравнении с биокерамическими гранулами на основе гидрокисапатита и депротеинизированной костной ткани.

Определены изменения формы и прочности на сжатие сломанного тела позвонка в грудопоясничном переходном отделе позвоночника после транспедикулярной пластики биокерамическими гранулами.

Разработан новый гранулированный имплантат для замещения дефектов костной ткани на основе алюмооксидной биокерамики (приоритетная справка ФИПС от 24.06.2013 №2013128755). Практическая значимость работы

Предложен новый гранулированный имплантат на основе алюмооксидной биокерамики для применения в качестве синтетического заместителя костной ткани, изучены его биологические свойства, экспериментально продемонстрирована его способность к остеоинтеграции, изучены биомеханические изменения, происходящие с телом позвонка после его разрушения (перелома), а также после реконструкции предложенным материалом.

Определена эффективность применения алюмооксидных биокерамических гранул в качестве замещающего материала для заполнения дефектов костной ткани тел позвонков грудопоясничного переходного отдела позвоночника в при различных морфологических типов повреждений.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Изучаемые биокерамические алюмооксидные гранулы способны к остеоинтеграции, которая заключается в прямом контакте костной ткани и поверхности имплантированных гранул, что происходит в результате ее роста в дефекте. При этом не наблюдается соединительнотканная капсула, разграничивающая имплантат и окружающую костную ткань.

2. Транспедикулярная пластика алюмооксидными биокерамическими гранулами дефектов костной ткани при компрессионном переломе без разрушения задней стенки тела позвонка грудопоясничного отдела позвоночника позволяет эффективно восстановить как форму тела позвонков, так и его исходную прочность на сжатие.

3. Транспедикулярная пластика биокерамическими гранулами дефекта костной ткани при компрессионном переломе тела грудопоясничного отдела позвоночника с разрушеним задней стенки и компрессией 40% его вентральной высоты и более, позволяет восстановить только до 80% исходной величины вентрального размера и 40% прочности на сжатие.

Апробация работы

Материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на международных и федеральных научно-практических конференциях:

1. Ill международная научно-практической конференция и специализированная выставка «Современные керамические материалы. Свойства. Технологии. Применение» «КерамСиб 2011», 14-16 сентября 2011 г., Новосибирск.

2. Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Цивьяновские чтения», 25-26 ноября 2011 года г. Новосибирск.

3. Вторая международная конференция, посвященная материалам с превосходящими свойствами и технологическим процессам (2nd International conference on competitive materials and technology processes), г. Мишкольц, Венгрия, 8-12 октября 2012 года.

4. IV Международная научно-практическая конференция "КерамСиб 2012", 1-2 Ноября 2012 г, МВЦ "Крокус-экспо", г. Москва.

5. V Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых с международным участием "Цивьяновские чтения", г. Новосибирск, 23-24 нояб. 2012 г.

6. VI Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых с международным участием "Цивьяновские чтения", г. Новосибирск, 29-30 ноября 2013 г.

7. Заседание общества травматологов-ортопедов Новосибирской области, г. Новосибирск, 26 марта 2014 г.

8. X Юбилейный Всероссийский съезд травматологов-ортопедов России, г. Москва, 16 -19 сентября 2014 года.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 171 страницах, иллюстрирована 49 рисунками, 25 таблицами. Состоит из списка сокращений, введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и приложения. Список литературы содержит 189 источника, из них 9 отечественных.

Публикации и сведения о внедрении в практику

По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, из них 3 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ для соискателей и 12 публикаций тезисов докладов в сборниках конференций, конгрессов и съездов. Имеется приоритетная справка ФИПС от 24.06.2013 №2013128755 на заявленное изобретение «Имплантат для замещения дефектов костной ткани», где предложено применения изучаемых в настоящей работе алюмооксидных биокерамических гранул.

Личный вклад автора в работу

Автором сформулированы цели и основные задачи исследования, проведен литературный обзор, спланированы и проведены сери экспериментов. Все проводимые оперативные вмешательства, наблюдения после них, а также другие манипуляции с объектами исследования проведены лично автором. Им же произведен сбор материалов, обобщение и анализ результатов исследования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность и значимость рассматриваемой проблемы.

В первой главе «Обзор литературы» рассмотрен уровень развития технологий по теме исследования.

Обзор начинается (I раздел) с характеристики керамик, их различных представителей, применяемых в биологии и медицине, их механических и биологических свойств. Подробно рассматриваются работы, отражающие процессы в организме после имплантации инородного тела, аспекты клеточных технологий, характеризуются процессы остеоиндукции и остеоинтеграции.

Во II разделе рассматриваются классы керамических материалов и композитов, предлагаемые на сегодняшний день в качестве заместителей костной ткани. Отдельно рассматривается пористость керамических материалов.

Ill раздел состоит из двух частей. В первой из них характеризуется сведения об экспериментальных исследованиях тех керамических имплантатов, которые, в силу свих свойств, предлагаются в качестве заместителей костной ткани на этап клинической апробации. Во второй части рассматриваются биокерамические материалы, которые в настоящий момент получили клиническую апробацию в травматологии, ортопедии и, в частности, в хирургии позвоночника.

Во второй главе подробно охарактеризованы материалы и методы исследования.

Первая серия экспериментов проведена на 52 половозрелых самцах лабораторных крыс Kyoto-Wistar массой от 350 до 520 грамм.

Сформированы пять однородных групп, различающихся видом имплантированного материала. Далее приведены номера групп и используемый материл: группа 1.1 (п = 10) - гранулы А1203 #1 с прочностью на сжатие не менее 70 МРа; группа 1.2 (п = 8) — гранулы А1203 #2 с прочностью на сжатие не менее 50 МРа; группа 1.3 (п = 8) - гранулы А1203 #3, прочность на сжатие которых не менее 300 МРа; группа 1.4 (п = 13) - гранулы ДПГК с прочность на сжатие в пределах 50 -г 100 МРа; группа 1.5 (п = 13) - гранулы СаР с прочностью на сжатие 12 МРа. Пластический материал был имплантирован в тела поясничных позвонков и в дистальные отделы правых бедренных костей всех лабораторных животных.

Спустя два месяца после операций осуществлялась эвтаназия лабораторных животных с последующим забором тканей для проведения морфологических исследований.

Вторая серия экспериментов проведена на 6 беспородных собаках весом от 15 до 18 кг. Проводилась имплантация синтетических пластических гранул в тела поясничных позвонков лабораторных животных. Применены описанные выше материалы: гранулы А1203 #3, ДПГК и СаР. Все 3 вида пластических гранул имплантировались каждому животному в смежные позвонки.

Послеоперационное наблюдение выполнялось в течение 6 месяцев. По истечению указанного срока животные выводились из эксперимента, после чего осуществлялся забор материалов и их подготовка к морфологическому исследованию. Из забранных материалов сформированы 3 группы препаратов по 6 образцов с одним видом пластического материала: в группе 2.1 имплантатами служили гранулы А1203 #3, в группе 2.2 - гранулы ДПГК, а в группе 2.3 - гранулы СаР.

Забранные материалы подготавливались к световой микроскопии путем фиксации, декальцинации и окрашивания и к электронной микроскопии посредством фиксации и дегидратации.

Дегидратированные препараты заливались эпоксидной смолой, разрезались на станке для малодеформационного резания металлов и керамик Minitom. Подготовленные препараты анализировались на сканирующем электронном микроскопе Carl Zeiss EV050.

Химический состав образцов оценивался с использованием энергодисперсионного микроанализатора INCA Energy. Спектральный анализ проводился в 9 стандартных локализациях на поверхности распила препаратов: #1 - на поверхности керамической гранулы в окрестностях ее центра; #2 - на поверхности интактной костной ткани в максимальном удалении от керамической гранулы;

#3 - на поверхности мягкотканых элементов (клеточных масс костного мозга, находящихся между костными трабекулами);

#4, #5 и #6 - точки на поверхности той структуры, которая контактирует с керамической гранулой в трех пограничных зонах, равноудаленных друг от друга; #7, #8, #9-точки на поверхности структуры в просвете пор имплантата.

Химический состав исходного сырья алюмооксидной керамики описывает формула А1203. В то же время, минеральный матрикс костной ткани преимущественно представлен кристаллами гидроксиапатита (М. 5ироуа, 2009), химический состав которого соответствует формуле Саю(Р04)6(0Н)2. Таким образом, при спектрометрии на поверхности имплантированных гранул в группах 1.1-1.3 типичным будет обнаружение в значимом весовом соотношении элемента А1, а на поверхности костной ткани элементов Са и Р.

Во второй серии экспериментов на всех микрофотографиях оценивались две зоны поверхности распила препаратов в месте имплантации конгломерата гранул - периферическая и центральная. Каждая зона была разделена на 8 равных секторов. В каждом секторе проводилась оценка морфологических данных следующим образом: если между гранулами имелось пространство, незаполненное ни трабекулами костной такни, ни волокнами соединительной ткани, то данному сектору баллы не присваивались; если между гранулами отмечалось врастание волокон соединительной ткани, сектору присваивался 1 балл, а в случае врастания костной ткани - 2 балла. Затем баллы всех секторов каждой зоны суммировались, а полученный результат учитывался при статистической обработке данных.

Третья серия экспериментов проведена на 29 позвонках, забранных из грудопоясничного переходного отдела позвоночника шести трупов лиц мужского и женского пола (3 мужчины и 3 женщины в возрасте от 53 до 69 лет). Позвонки очищались от мягких тканей и хранились в пластиковых пакетах при температуре -20°С.

Все препараты перед испытаниями были исследованы с определением минеральной плотности косной ткани и измерением исходных морфометрических данных позвонков. Были сформированы четыре однородные группы (3.1, 3.2, 3.3 и 3.4), первые 3 из которых которые подверглись механическим испытаниям путем аксиальной компрессии, приводящей к деформации тел на 10 мм. С целью уточнения эффективности реконструкции тел позвонков предлагаемым способом с учетом морфологии повреждения, дополнительно сформирована четвертая группа 3.4, в которой деформация осуществлялась на 50% передней высоты тел позвонков.

После механических испытаний с компрессией позвонков производилась реконструкция путем транспедикулярного введения в их разрушенные тела пластических гранул через специальные воронки (гранул А1203 #3 в группе 3.1 и 3.4; гранул ДПГК в группе 3.2, гранул СаР в группе 3.3), что приводило к уменьшению деформации. Объем вводимых пластических гранул для каждого

позвонка рассчитывался по формуле, позволяющей определить необходимую величину для полной коррекции деформации тела:

Vpi = iiR2(hi - h2);

где Vpi - объем пластического материала в мм3; R - радиус тела позвонка, найденный во фронтальной плоскости в мм; hi - высота тела позвонка до компрессии в мм; h2 - высота тела позвонка после компрессии в мм. Введение гранул в тело позвонка прекращалось до достижения расчетной величины или до момента когда, гранулы деформировали переднюю стенку тела. Для оценки изменения формы позвонков осуществлялся рентген-контроль, а прочности -повторные механические испытания.

Денситометрия позвонков проводилась на двухэнергетическом рентгеновском денситометре Discovery QDR. С учетом полученных значений минеральной плотности позвонков, были сформированы четыре однородные группы, в которых среднее значение BMD составило 0,570 г/см2, 0,571 г/см2, 0,574 г/см3 и 0,507 г/см2 в группе 3.1 (п = 10), 3.2 (п = 9), 3.3 (п = 5) и 3.4 (п = 5), соответственно.

Проводилась рентгенография всех забранных позвонков в прямой, боковой и аксиальной проекции: до биомеханического тестирования с деформацией их тел, после этого, затем после их реконструкции, а также до повторного биомеханического тестирования и после него. Исследование проводилось на цифровой рентгеновской системе General Electric Company Defenium 8000. Рентгеновская морфометрия проводилась с применением программного пакета K-Pacs Workstation V 1.5.0. Определялась высота передней (HI), средней (Н2) и задней (НЗ) части тела позвонка в боковой проекции.

Механическое тестирование осуществлялось путем аксиального сжатия тел позвонков на испытательной системе Instron 3369 с определением показателя прочности тел позвонков на сжатие. Сжатие проводилось со скоростью 5 мм/мин.

Для обработки полученных данных в качестве основы был выбрань однофакторный дисперсионный анализ ANOVA (1-way ANOVA). Дополнительно выполнен анализ с применением непараметрического U-критерия Манна-Уитни.

Все калькуляции проводились на базе автоматизированного программного пакета Statistica 10.0 (StatSoft, Inc) для Windows.

На этапе планирования экспериментов при помощи встроенной функции «Power Analysis» был проведен анализ мощности критерия 1-way ANOVA для определения необходимого количества значений в исследуемых выборках (число п в каждой группе) для получения целевой вероятности ошибок (значение р или уровень а, а также частота ошибок первого рода), равной 0,05.

Для оценки нормальности распределения значений в анализируемых выборках выстраивались двухмерные гистограммы и проводился тест Шапиро-Вилкса.

Третья глава посвящена сравнительному анализу остеоинтеграции алюмооксидных биокерамических гранул (I серия экспериментов). При исследовании препаратов на световой микроскопии из группы 1.1 с имплантацией алюмооксидных гранул наблюдалась сформированная костная ткань трабекулярного строения со следами перестройки. Костная ткань заполняла пространство между гранулами и плотно прилегала к их поверхности. На границе между костной тканью и гранулами алюмооксидной биокерамики соединительнотканная капсула отсутствовала.

При гистологическом исследовании препаратов из группы 1.4 с иплантацией ДПКГ было отмечено, что гранулы материала частично контактировали с костной тканью и частично с соединительно-тканной капсулой без клеточной реакции. Место контакта с костной тканью и ДПГК было отделено тонкой базофильной линией. Следов перестройки имплантированных гранул обнаружено не было.

При микроскопии препаратов из группы 1.5 отмечено, что сформированный во время операции дефект в теле позвонка замещен мелкими фрагментами гранул СаР, пространство между которыми заполнено соединительной тканью. Фрагменты были окружены широким слоем соединительной ткани с коллагановыми волокнами и большим количеством клеточных элементов, среди которых кроме фибробластов отмечались макрофаги и гистиоциты. Продуктивной реакции костной ткани (остеогенез) не наблюдалось. Признаков резорбции имплантированного материала и местного инфекционного воспаления не обнаружено. Наблюдалась реакция организма на инородное тело.

Результаты исследования пограничных зон между костной тканью и имплантированными гранулами при электронной микроскопии приведены в таблице 1. Алюмооксидные гранулы (группы 1.1,1.2,1.3) были окружены костной тканью и имели плотный контакт с ней. В частичности, в группе 1.1 (А1203 #1) в большинстве наблюдаемых случаев (80%) отмечался прямой контакт костной ткани и всей поверхности имплантированной гранулы, погруженной в костный дефект. В трех случаях (20%) отмечался контакт костной ткани лишь с частью поверхности гранул, а в зонах ее отсутствия наблюдалась соединительнотканная капсула. В группе 1.2 (А1203 #2) случаев с частичным контактом было больше - 6 (40%). В группе 1.3 (А1203 #3) только в одном препарате был отмечен контакт части поверхности гранул с костной и соединительной тканью. В остальных 15 случаях (94%) отмечался контакт всей поверхности имплантированных гранул и окружающей костной ткани.

В группе 1.4 (ДПГК) в 69% случаев отмечался контакт всей поверхности гранул и окружающей костной ткани, а в оставшихся в случаях - частичный, с участками разграничения соединительно-тканной капсулой. Ни водной из представленных выше групп не было отмечено случаев, когда сформированный дефект в теле позвонка был заполнен только пластическими гранулами и соединительно-тканными волокнами.

В группе 1.5 (СаР) в 75% изучаемых препаратов отмечен контакт всей поверхности гранул и костной ткани, а в 5 случаях (30%) сформированный дефект костной ткани был заполнен массивным слоем соединительной ткани, между волокнами которой были рыхло расположены фрагменты гидроксиапатитовых гранул.

На поверхности распила гранул А1203 #2 различались конгломераты, образованные во время спекания частиц исходного сырьевого порошка, которые также наблюдались вокруг гранул в пограничной с окружающими тканями зоне. Фрагментов других имплантированных гранул отмечено не было.

Таблица 1 — Имплантированные гранулы и частота наблюдаемых случаев контакта их поверхности и окружающей костной ткани на электронной микроскопии

Группа исследования и имплантированный материал Общее число исследований препаратов Количество наблюдаемых случаев контакта всей поверхности имплантата и костной ткани Процентное соотношение числа случаев остеоинтеграции к общему числу наблюдений.

Группа 1 (А1203#1) 15 12 80%

Группа 2 (А1203 #2) 15 9 60%

Группа 3 (А1203 #3) 16 15 94%

Группа 4 (ДПГК) 16 11 69%

Группа 5 (СаР) 16 12 75%

При спектроскопии на поверхности алюмооксидных гранул (локализация #1) обнаруживались элементы А1 и О в значимом весовом проценте, на поверхности костной ткани (#2) - О, Са, Р и С, а на поверхности клеточных структур (#3) и соединительно-тканных образований - О, С.

При статистическом анализе полученных данных в группе 1.1 установлено, что содержание элемента А1 на поверхности керамических гранул достоверно выше (р < 0,05), чем на поверхности костной ткани или мягких тканей (соединительная ткань, костный мозг), где данный элемент практические не встречался. Содержание элементов Са и Р на поверхности костной ткани было достоверно выше, чем на поверхности мягких тканей, а на поверхности керамических гранул данные элементы практически отсутствовали. Содержание элемента С достоверно было выше на поверхности мягких тканей по сравнению с костной тканью и керамическими гранулами. Содержание углерода в двух последних локализациях статистически достоверно не различалось.

Различия в элементарном составе в трех названых локализациях и их достоверность в группе 1.2 и 1.3 была аналогичной результатам в группе 1.1.

При спектроскопии в пограничной зоне на поверхности новообразованной костной ткани, заполняющей сформированный дефект и контактирующей с имплантированной гранулой во всех исследуемых группах не было выявлено

статистически достоверных различий в содержании Ca и Р по сравнению с интактной костной ткани.

Величины весовых процентов Ca и Р, полученных при спектрометрии в просвете пор имплантатов из группы 1.1 и 1.2 были статистически достоверно (р < 0,05) меньше, чем значения этих же элементов интактной костной ткани. В тоже время, содержание этих элементов при спектрометрии в сквозном канале имплантатов группы 1.3 в 3-4 раза больше. Однако их концентрации различались с величинами интактной костной ткани (были меньше), что может говорить о течение процессов кальцификации и о незрелом характере костной ткани внутри канала гранул.

Как установлено в ходе исследования, после формирования дефекта костной ткани и имплантации керамических гранул, образованное пространство в течение двух месяцев заполнялось новообразованной костной тканью, которая в результате роста плотно прилегала к поверхности гранул.

В группе 1.2, где частота наблюдаемых случаев контакта костной ткани и поверхности гранул была ниже, чем в группе 1.1 и 1.3 вследствие наличия в пограничной зоне мелких керамических частиц. По данным литературы, частицы инертных материалов с диаметром 50 - 100 мкм и менее вызывают асептическое воспаление окружающих тканей и образование фиброзной капсулы (J. С. Le Huec, D. Clement, E. Lesprit et al., 2000)

По данным электронной и световой микроскопии, в группе 1.1 и 1.2 число случаев остеоинтеграции имплантатов сравнима с таковыми в группах 1.4 и 1.5, а в группе 1.3 - это число даже выше.

Энергодисперсионный микроанализ показал, что на поверхности костной ткани в зонах контакта с гранулами содержание Ca и Р было близким к таковым интактной костной ткани, что подтверждает данные световой микроскопии о формировании вокруг алюмооксидных гранул зрелой костной ткани. В просвете пор гранул в группах 1.1 и 1.2 не обнаружены, элементы, которые были типичны для костной ткани или мягких тканей, кроме того был обнаружен AI, что говорит об их замкнутости и отсутствии проникновения тканей организма. В просвете гранул со сквозным каналом диметром 500 мкм в группе 1.3 обнаружена костная ткань, которая, врастала из поверхности. Этому способствует наличие сообщений внутреннего пространства гранул и внешней среды, что обеспечивает сквозной ток межклеточной жидкости, поддерживающий гомеостаз мигрировавших клеток, что отличает данный вид гранул от А1203 #1 и А1203 #2.

В четвертой главе приводятся результаты второй серии экспериментов, проведенной с целью изучения явления остеинтеграции конгломерата пластических гранул: приведены электронные микрофотографии препаратов, даны их описания, анализирована полученная информация.

На микрофотографиях плоскости распила препаратов через зону имплантации полученных при электронной микроскопии в группе 2.1 отмечался конгломерат алюмооксидных гранул А1203 #3, а в группе 2.2 - гранулы ДПГК с

врастанием новообразованной костной ткани в пространство между гранулами в периферической зоне, где также наблюдался прямой контакт костной ткани с их поверхностью. Пространство между гранулами было заполнено волокнами соединительной ткани, которая также нарастала на их поверхность.

В отличие от предыдущих групп, где контакт костной ткани и пластических гранул в периферической зоне конгломерата отмечался во всех препаратах, в группе 2.3, где были имплантированы гранулы СаР, только в 3 препаратах из 6 наблюдали аналогичные результаты. В оставшихся препаратах отмечалась массивная соединительнотканная капсула, которая отделяла гранулы от новообразованной костной ткани. В двух препаратах в центральной зоне отмечалась пустая полость, в которой свободно располагались гранулы СаР.

Результаты бальной оценки полученных микрофотографий приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты бальной оценки микрофотографии на предмет наличия _ остеонитеграцпп имплантированных гранул в группах 2.1 — 2.3_

Группа Номер препарата Периферическая зона, бб Центральная зона, бб

2.1 31 АЬ 16 8

32 АЬ 16 8

30 АЬ 9 6

34 АЬ 13 13

35 А1 14 11

36 А1 12 13

2.2 31 О 13 10

32 Э 14 12

ЗОИ 13 7

36 И 14 8

34 О 14 14

35 Э 15 14

2.3 31 СаР 13 10

32 СаР 12 8

30 СаР 14 14

34 СаР 15 13

35 СаР 12 0

36 СаР 8 0

Баллы, полученные при оценке периферической и центральной зон конгломератов в группах 2.1 - 2.3, статистически достоверно не различались (таблицы 3, 4). Таким образом, в опытной группе 2.1 спустя 6 месяцев после имплантации конгломерата алюмооксидных гранул со сквозной порой в месте дефекта губчатой костной ткани тела позвонка поясничного отдела позвоночника беспородной собаки в периферической зоне конгломерата отмечается проникновение новообразованной костной ткани в пространство между гранулами с прямым контактом с их поверхностью, однако в центральной зоне конгломерата отмечается только врастание волокон соединительной ткани, которая заполняет все свободное пространство между ними. Аналогичные

результаты отмечаются и в контрольных группах 2.2 и 2.3, где в качестве пластического материала были применены хорошо изученные и апробированные в клинической практике гранулы депротеинизированной костной ткани и биокерамические гранулы на основе кораллового гидроксиапатита со сквозной пористостью.

Таблица 3-Достоверность различий при сравнении баллов, полученных при оценке

периферической зоны конгломератов на микрофотографиях во второй серии __экспериментов_

Группа 2.1 Группа 2.2

Группа 2.2 рА = 0,667 рм = 0,810 -

Группа 2.3 РА = 0,511 рм = 0,423 РА = 0,178 Рм = 0,200

Примечание: рд - вероятность ошибки определенная методом 1-way ANO VA; рм -аналогичное значение, полученное при статистическом анализе с применением U-критерия Манна-Уитни

Таблица 4 - Достоверное™ центральной зоны конгломе различий при сравнении баллов, полученных при оценке ратов на микрофотографиях во второй серии экспериментов

Группа 2.1 Группа 2.2

Группа 2.2 рА = 0,572 Рм = 0,522 -

Группа 2.3 РА = 0,423 Рм = 0,749 рА = 0,262 Рм = 0,423

Примечание: рА - вероятность ошибки определенная методом 1-way ANO VA; рм -аналогичное значение, полученное при статистическом анализе с применением U-критерия Манна-Уитни

В пятой главе отражены результаты третей серии экспериментов, посвященным биомеханическим аспектам применения биокерамическим алюмооксидных гранул.

В третьей сери экспериментов после проведения аксиального сжатия тел позвонков прессом механической испытательной системы на контрольных рентгенограммах препаратов из группы 3.1, 3.2 и 3.3 отмечались компрессионные переломы тел с симметричным уменьшением высот их передней и задней части без образования фрагментов и их смещений в позвоночный канал. Высота средней части тел позвонков, как правило, изменялась в большей степени. Данные изменения были наиболее близки к морфологическому типу повреждения тела позвонка А1.3 (коллапс тела) в классификации Ма§ег1 и соавторов без достижения полного значения.

В группе 3.4 после компрессии тел позвонков прессом механической испытальной системы отмечалась выраженная деформация с уменьшением передней, средней и задней высоты тел приблизительно на 40% от исходных значений. Отмечалась как клиновидная деформация тел, так и равномерное уменьшение их передней и задней высоты.

Кроме того, наблюдалась фрагментация тел позвонков с разрушением замыкательных пластин, передней и задней стенки. Характер разрушения позвонков наиболее полно соответствовал компрессионным оскольчатым переломам (А2.3) в классификации повреждений грудопоясничного переходного отдела позвоночника Ма§ег1 и соавторов.

Результаты рентгеновской морфометрии после сжатия тел позвонков и величины их прочности на сжатие в группах 3.1, 3.2, 3.3 и 3.4 приведены в таблицах 5-8 соответственно.

Таблица 5 - Результаты рентгеновской морфометрии и прочность на позвонков после проведения аксиального сжатия прессом механической

сжатие тел испытательной

№ препарата ВМО, г/см2 СБ, МПа Н1, мм Н1, % Н2, мм Н2, % НЗ, мм НЗ, %

2 0,521 2,3359 17,32 80,19 16,54 78,69 19,27 89,21

5 0,634 3,16127 20,58 68,10 17,64 58,41 22,04 67,38

7 0,619 4,75592 23,93 81,45 20,37 71,70 21,70 72,89

8 0,522 3,18815 17,90 81,03 18,48 78,97 20,83 75,09

10 0,539 3,23425 18,85 84,99 18,37 82,05 21,02 85,69

13 0,652 4,09686 23,35 84,51 19,53 69,21 22,13 79,52

15 0,59 2,85561 22,03 79,19 20,46 78,48 21,51 80,71

16 0,534 3,44517 16,78 79,11 14,00 60,98 17,30 62,61

17 0,495 2,25288 15,69 84,08 14,52 64,16 17,18 71,23

20 0,594 2,90811 23,75 87,12 20,82 73,26 22,96 79,72

Среднее значение 0,57 3,22341 20,02 80,98 18,07 71,59 20,59 76,41

Таблица 6 - Результаты рентгеновской морфометрии и прочность на сжатие тел позвонков после проведения аксиального сжатия прессом механической испытательной __ _системы в группе 3.2 ____

№ препарата ВМО, г/см-1 СБ, МПа Н1, мм Н1, % Н2, мм Н2, % НЗ, мм НЗ, %

3 0,552 2,32413 21,12 86,10 18,76 77,75 20,37 79,32

4 0,574 3,18605 22,00 77,41 21,07 78,47 23,01 79,37

6 0,577 4,44640 20,12 80,80 20,28 79,56 23,15 90,15

9 0,575 2,49303 21,14 79,86 17,82 70,21 25,25 93,14

11 0,583 2,45069 22,30 81,27 20,93 81,47 22,50 83,18

12 0,567 3,47674 22,82 82,59 20,28 73,96 23,27 80,16

14 0,576 2,87974 26,02 85,59 24,92 83,09 27,94 90,22

18 0,582 2,40926 21,61 77,68 18,32 69,21 21,26 77,48

19 0,552 3,49471 18,59 79,44 14,78 61,69 20,89 86,54

Среднее значение 0,570 3,01786 21,75 81,19 19,68 75,05 23,07 84,39

Высоты тел позвонков после сжатия в группах 3.1, 3.2 и 3.3 соответствовали приблизительно 72 -г 90%, а группе 3.4 соответствовала 58 -г 67% исходного значения.

Во время реконструкции тел позвонков гранулы вводились в тела позвонков по направляющей воронке, установленной в корнях дуг поочередно с двух сторон. По данным рентгенографии гранулы распределялись в телах

позвонков преимущественно в направлении введения в сагиттальной плоскости и частично во фронтальной и аксиальной плоскости. В результате реконструкции позвонков отмечалось увеличение высот передней, средней и задней части тел позвонков, которое регистрировалось на рентгеновской морфометрии.

Таблица 7 - Результаты рентгеновской морфометрии и прочность на сжатие тел позвонков после проведения аксиального сжатия прессом механической испытательной __ _системы в группе 3.3 ____

№ препарата ВМО, г/см7 СБ, МПа Н1, мм Н1,% Н2, мм Н2, % НЗ, мм НЗ, %

27 0,484 4,08221 27,47 93,72 24,54 87,67 28,09 97,67

30 0,534 3,54840 21,88 80,74 21,46 82,89 25,98 90,43

28 0,512 3,92652 23,16 81,49 21,40 82,69 25,52 86,71

26 0,664 3,04455 23,13 90,25 24,19 93,51 24,54 91,77

29 0,678 3,03335 19,21 74,69 20,15 81,61 25,66 88,06

Среднее 0,574 3,52701 22,97 84,18 22,35 85,67 25,96 90,93

значение

Таблица 8 - Результаты рентгеновской морфометрии и прочность на сжатие тел позвонков после проведения аксиального сжатия прессом механической испытательной __ _системы в группе 3.4 ____

№ препарата ВКГО, г/см7 С8, МПа Н1, мм Н1, % Н2, мм Н2, % НЗ, мм НЗ, %

22 0,552 1,89669 15,46 70,34 14,96 59,58 17,32 62,69

25 0,593 3,22416 13,54 61,57 12,00 57,64 13,54 58,39

21 0,467 2,13598 19,91 81,43 15,76 62,74 22,03 78,01

23 0,501 3,05237 14,72 52,29 16,16 57,24 22,92 71,58

24 0,424 2,13238 16,11 55,96 15,67 52,97 21,75 64,60

Среднее 0,507 2,48832 15,95 64,32 14,91 58,03 19,51 67,05

значение

В группе 3.4 отмечалось незначительное распространение гранул за пределы разрушенных замыкательных платин тел через их дефекты. Вследствие выхода пластических гранул за пределы тела позвонка, их форма при транспедикулярной пластике изменялась в меньшей степени.

Результаты рентгеновской морфометрии тел позвонков и величины их прочности на сжатие после транспедикулярной пластики в группах 3.1, 3.2, 3.3 и 3.4 приведены в таблицах 9-12, соответственно.При статистическом анализе данных учитывалась нормальность распределения значений сравниваемых выборок, и, в зависимости, от этого применялся как параметрический, так и непараметрический статистический критерий (1-\мау А1\10\/А и и-критерий Манна-Уитни). Гипотеза о нормальности распределения отвергалась, если достоверность критерия БЬар^оЛЛ/ПкБ была меньше целевого уровня а (0,05).

При сравнении высот позвонков внутри групп 3.1 и 3.2 до и после реконструкции, во всех случаях (за исключением различий высоты задней части тел позвонков в группе 3.1) обнаружены достоверные различия (см. таблицы 13 и 14). При сравнении высот в группе 3.3 достоверных различий не обнаружено (см. таблицу 15). В группе 3.4 также высоты тел позвонков до и после

реконструкции статистически достоверно различались (таблица 16). При сравнении Н1 в последней группе, учитывая нормальное распределение значений внутри анализируемых выборок, принимается во внимание результат параметрического анализа рА = 0,03797, поэтому различие считается достоверным.

Таблица 9 - Высоты передней, средней и задней части тел позвонков и прочность на сжатие после транспеднкуляриой реконструкции пластическими гранулами в группе 3.1

№ препарата С5, МПа Н1, мм | Н1, % Н2, мм Н2, % | НЗ, мм | НЗ. %

2 5

7

8 10 13

15

16 17 20

2,38673 2,04739 4,57902 4,16875 5,2868 4,82803 2,63011 2,82397 3,29014 2,70939

17,85 29,91 25,17 17,91 20,57 25,37 25,81 18,13 17,66 23,97

82,66 98,99 85,67 81,08 92,73 91,81 92,79 85,5 94,64 87,93

18.25 25,85 20,6

19.26 21,14 23,28 22,7 18,67 19,04 21,62

Среднее значение

86,8

85.6 72,51 82,32 94,44 82,49 87,08 81,34 84,13

76.07

20,31

26.73 25,37

22.74 21,13 22,39 24,41 22,84 20,5 26,17

3,47503

22,24

89,38

21,04

94,01 81,71 85,22 81,97 86,14 80,46 91,58 82,67

85 90,86

83,29

23,26

85,96

Таблица 10 - Высоты передней, сжатие после транспеднкуляриой

№ препарата

СЭ, МПа

средней и задней части тел позвонков и прочность на реконструкции пластическими гранулами в группе 3.2

Н1, мм

Н1,%

Н2, мм

Н2, %

НЗ, мм

3

4 6 9 11 12 14 18 19

2,68814 2,21837 2,07161 2,5131 2,65901 2,11335 2,2772 2,24308 2,12734

21,8 22,8 20,82 25,83 25,59 23,36 27,9 24,51 18,91

Среднее значение

2,32347

88,87 80,23 83,61 97,58 93,26 84,55 91,78 88,1 80,81

23,5

87,64

20,04 23,41 22,4 25,18 24,01 23,54 27,7 23,94 20,82

83,05 87,19

87.88 99,21 93,46 85,85 92,36 90,44

86.89

21,41

24,54

23,74

26,82

25,52

25,1

29,78

26,46

23,15

23,45

89,59

25,17

Таблица 11 - Высоты передней, средней н задней части тел позвонков н прочность на

сжатие после транспеднкуляриой реконст рукции пластическими гпаш клами в группе 3.3

№ препарата С8, МПа Н1, мм Н1, % Н2, мм Н2, % НЗ, мм НЗ, %

27 30 28 26 29 1,71536 1,69155 1,74035 1,34331 1,96720 28,31 24,92 27,01 24,43 22,37 96,59 91,96 95,04 95,32 86,98 26,06 23,77 24,32 25,59 21,38 93,10 91,81 93,97 98,92 86,59 28,46 27,74 27,22 25,91 26,14 98,96 96,55 92,49 96,90 89,70

Среднее значение 1,69155 25,41 93,18 24,22 92,88 27,09 94,92

Однако, величины изменений высот тел позвонков (ДН1, ДН2, ДНЗ -соответственно, изменение высоты передней, средней и задней части тела позвонка) после реконструкции при сравнении значений группы 3.1, 3.2 и 3.3 между собой статистически достоверно не различались (см. таблицы 17-19).

Достоверно различалось только изменения высоты средней части тел позвонков после реконструкции при сравнении результатов группы 3.1 и 3.4 (таблица 20).

Таблица 12 • Высоты передней, средней и задней части тел позвонков и прочность на сжатие после транспедикулярной реконструкции пластическими гранулами в группе 3.4

№ препарата С8, МПа Н1, мм Н1,% Н2, мм Н2, % НЗ, мм НЗ, %

22 0,37208 17,52 79,71 19,52 77,74 18,16 22,43

25 2,13724 17,73 80,63 16,74 80,40 22,77 23,06

21 1,34522 20,16 82,45 21,01 83,64 20,90 25,88

23 0,52572 19,08 67,78 24,95 88,38 31,14 26,43

24 0,51878 26,69 92,71 21,02 71,06 18,09 24,45

Среднее значение 0,97981 20,24 80,66 20,65 80,24 24,45 85,48

Таблица 13 - Достоверность различий при сравнении высот передней, средней и задней _части тел позвонков до и после реконструкции гранулами А1;Оз в группе 3.1_

После реконструкции Позвонки с компрессионными переломами тел до реконструкции

Н1, % Н2, % НЗ, %

Н1,% рА = 0,00305* рм = 0,00361*

Н2, % рА = 0,00200* рм = 0,00283*

НЗ, % рА = 0,00488 рм = 0,00728

Примечание: рд - вероятность ошибки определенная методом 1 - \уау АЫОУА; рм -аналогичное значение, полученное при статистическом анализе с применением и-критерия Манна-Уитни; достоверные значения отмечены астериском

Таблица 14 - Достоверность различий при сравнении высот передней, средней и задней _части тел позвонков до н после реконструкции гранулами ДПГК в группе 3.2_

После реконструкции Позвонки с компрессионными переломами тел до реконструкции

Н1,% Н2, % НЗ, %

Н1,% рА = 0,01022* рм = 0,01011*

Н2, % рА = 0,00009* рм = 0,00167*

НЗ, % рА = 0,01213* рм = 0,01276*

Примечание: рд - вероятность ошибки определенная методом 1-\уау АИОУА; рм -аналогичное значение, полученное при статистическом анализе с применением и-критерия Манна-Уитни; достоверные значения отмечены астериском

Результаты механических испытаний на сжатие показали, что среднее значение прочности тел позвонков составило: в группе 3.1 - 3,223 МПа, в группе 3.2 - 3,018 МПа, в группе 3.3 - 3,527 МПа и в группе 3.4 - 2,488 МПа. После реконструкции среднее значение прочности было равно: в группе 3.1 - 3,476 МПа (108% исходного значения); в группе 3.2 - 2,323 МПа (76,99% исходного значения); в группе 3.3 - 1,692 МПа (47,97% исходного значения); в группе 3.4 -0,980 МПа (39,48% исходного значения).

Таблица 15 - Достоверность различии при сравнении высот передней, средней и задней части тел позвонков до и после реконструкции гранулами СаР в группе 3.3

После реконструкции

Н1,%

Позвонки с компрессионными переломами тел до реконструкции

Н1, %

рА = 0,04769 рм = 0,06010

Н2, %

НЗ, %

Н2. %

рА = 0,04164 рм = 0,09469

НЗ, %

рА = 0,15378 рм = 0,21008

Примечание: рА - вероятность ошибки определенная методом 1-way ANO VA; рм ■ аналогичное значение, полученное при статистическом анализе с применением U-критерия Манна-Уитни

Таблица 16 - Достоверность различий при сравнении высот передней, средней и задней части тел позвонков до н после реконструкции гранулами А1203 в группе 3.4

После реконструкции Позвонки с компрессионными переломами тел до реконструкции

Н1,% Н2, % НЗ, %

Н1, % РА = 0,03797* рм = 0,09524

Н2, % рА = 0,00015* Рм = 0,00794*

НЗ, % рА = 0,01273* Рм = 0,01587*

Примечание: рА - вероятность ошибки определенная методом 1-way ANO VA; рм -аналогичное значение, полученное при статистическом анализе с применением U-критерия Манна-Уитни; достоверные значения отмечены астериском.

Таблица 17 - Достоверность различий при сравнении изменения высот тел, а также их прочности после реконструкции позвонков группы 3.1 (А12Оэ) с данными полученными в ____группе 3.2 (ДПГК)_

Группа 3.2 Группа 3.1

ДН1, % ДН2, % ДНЗ, % CS.MPa

ДН1,% РА = 0,583 Рм= 0,775

ДН2, % рА = 0,476 Рм = 0,438

ДНЗ, % РА = 0,482 Рм = 0,438

CS, МРа Ра = 0,00889* Рм = 0,01276*

Примечание: рА - вероятность ошибки определенная методом 1-way ANO VA; рм -аналогичное значение, полученное при статистическом анализе с применением U-критерия Манна-Уитни; достоверные значения отмечены астериском

Прочность на сжатие тел позвонков после транспедикулярной пластики гранулами А1203 #3 в группе 3.1 превышала исходное значение на 8%. В отличие от этого, в группе 3.2, где в качестве пластического материала применялись гранулы ДПГК, и в группе 3.3 с имплантацией гранул СаР прочность на сжатие тел позвонков после транспедикулярной пластики было меньше на 23,01% и 52,03%

(соответственно). Различия средней прочности на сжатие позвонков групп 3.1, 3.2 и 3.3 были статистически достоверными (см. таблицы 17-19).

Таблица 18 - Достоверность различий при сравнении изменения высот тел, а также их прочности после реконструкции позвонков группы 3.3 (СаР) сданными полученными в __группе 3.1 (А12Оз)_

Группа 3.1 Группа 3.3

ДН1,% ДН2, % ДНЗ, % CS, МРа

ДН1, % рА = 0,892 рм = 0,501

ДН2, % рА = 0,287 Рм = 0,501

ДНЗ, % рА = 0,080 Рм-0,159

CS, МРа рА = 0,00483* рм = 0,00269*

Примечание: Ра - вероятность ошибки определенная методом 1-way ANO VA; рм — аналогичное значение, полученное при статистическом анализе с применением U-критерия Манна-Уитни; достоверные значения отмечены астериском

Таблица 19 - Достоверность различий при сравнении изменения высот тел, а также их прочности после реконструкции позвонков группы 3.3 (СаР) с данными полученными в __группе 3.2 (ДПГК)_

Группа 3.2 Группа 3.3

ДН1,% ДН2, % ДНЗ, % CS, МРа

ДН1,% Ра = 0,413 Рм= 0,182

ДН2, % рА = 0,087 рм = 0,083

ДНЗ, % рА = 0,148 Рм = 0,110

CS, МРа рА = 0,00001* Рм = 0,00010*

Примечание: рА - вероятность ошибки определенная методом 1-way ANO VA; рм -аналогичное значение, полученное при статистическом анализе с применением U-критерия Манна-Уитни; достоверные значения отмечены астериском

Транспедикулярная пластика дефекта костной ткани тел позвонков, указанными выше гранулами, позволила эффективно восстановить форму тел позвонков практически до исходных значений, однако более прочные гранулы на основе алюмооксидной биокерамики обеспечили не только восстановление формы, но и прочностных характеристик позвонков на сжатие.

В сравниваемых группах 3.1 и 3.4 реконструкция проводилась транспедикулярным введением одного и того же пластического материала. Группы различались величиной деформации тел позвонков: в группе 3.1 при компрессии прессом испытательной машины задавалась деформация 10 мм (что соответствовала примерно 30% высоты тел), а в группе 3.4 заданная деформация составляла 50% передней высоты тел испытываемого позвонка.

Таблица 20 - Достоверность различии при сравнении изменения высот тел, а также их прочности после реконструкции позвонков группы 3.1 (деформация на 30% высоты тел позвонков) с данными полученными в группе 3.4 (деформация величиной 50% высоты

Группа 3.4 Группа 3.1

ДН1, % ДН2, % ДНЗ, % CS, МРа

ДН1,% РА = 0,19048 рм = 0,16450

ДН2, % Ра = 0,02852* рм = 0,03996*

ДНЗ, % рА = 0,09431 рм = 0,25441

CS, МРа рА = 0,00074* рм = 0,00133*

Примечание: рА - вероятность ошибки определенная методом 1-way ANO VA; рм -аналогичное значение, полученное при статистическом анализе с применением U-критерия Манна-Уитни. Достоверные значения отмечены астериском

Средняя прочность на сжатие тел позвонков в последней группе после разрушения позвонков и их реконструкции значительно уменьшалась, по сравнению с исходным значением, в то время как тот же показатель в группе 3.1 после аналогичных манипуляций возрастал. Исходное среднее значение прочности на сжатие тел позвонков в группе 3.4 было равно 2,48832 МПа, после реконструкции - 0,97981 МПа, что соответствовало 39,48% первоначального значения. Различие прочности на сжатие после реконструкции в группах 3.1 и 3.4 было статистически достоверным (см. таблицу 20).

Таким образом, метод транспедикулряной реконструкции тела позвонка позволяет восстановить прочность на сжатие, только в том случае если его задняя стенка не повреждена.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В группах 1.1, 1.2 и 1.3, где имплантированные гранулы были изготовлены из одинакового материала, контакт костной ткани чаще наблюдался в группе 1.3 с применением цилиндрических гранул с более гладкой поверхностью, чем другие. Подобное явление имеет свое отражение в современной литературе (L. Нао, J. Lawrence, К. S. Chian et al. 2005).

Кроме того, в группе 1.2, где частота наблюдаемых случаев контакта костной ткани и поверхности гранул была ниже, чем в группе 1.1 и 1.3, вероятнее всего происходило вследствие наличия в пограничной зоне мелких керамических частиц.

По данным электронной и световой микроскопии, в группе 1.1 и 1.2 число случаев остеоинтеграции имплантатов сравнима с таковыми в группах 1.4 и 1.5, а в группе 1.3 - это число даже выше.

Энергодисперсионный микроанализ показал, что на поверхности костной ткани в зонах контакта с гранулами содержание Са и Р было близким к таковым интактной костной ткани, что подтверждает данные световой микроскопии о формировании вокруг алюмооксидных гранул зрелой костной ткани.

Таким образом, из предложенной разновидности алюмооксидных гранул наилучшие результаты показали гранулы в форме цилиндров с внешним диаметром 1 мм и сквозной порой с диаметром 500 цт.

При изучении остеинтеграции конгломерата гранул во всех группах в его периферической зоне отмечалось проникновение новообразованной костной ткани в пространство между гранулами с прямым контактом с их поверхностью, однако в центральной зоне конгломерата отмечалось только врастание волокон соединительной ткани.

Тело позвонка, в которое имплантированы пластические гранулы, представляет собой композиционный материал, состоящий из компонентов (D. Hull, Т. W. Clyne, 1996). Если они будут иметь различную прочность на сжатие, прочность композиционного материала будет соответствовать промежуточному значению, расположенному между прочностными характеристиками компонентов (А. К. Kaw, 2005). Прочность гранул А1203 #3 выше аналогичного свойства гранул ДПГК и СаР, поэтому после их введения в тело позвонка его прочность на сжатие повышалась в большей степени.

Транспедикулярная пластика тела пористыми алюмооксидными биокерамическими гранулами, при условии целостности задней стенки тела позвонка (части средней опорной колонны позвоночника), позволяет восстановить не только форму позвонка, но и его прочность на сжатие, таким образом, способность выдерживать высокие аксиальные нагрузки.

ВЫВОДЫ

1. Остеоинтеграция пористых алюмооксидных биокерамических гранул происходит за счет аппозиционного роста окружающей костной ткани, заполняющей свободное пространство и достигающей плотного контакта с поверхностью имплантатов.

2. Спустя 2 месяца после замещения дефектов костной ткани в телах поясничных позвонков лабораторных крыс Kyoto-Wistar биокерамическими алюмооксидными гранулами с внутренним каналом с диаметром 500 мкм, сообщающимся с внешней средой, остеоинтеграция наблюдается в 94% случаев, по сравнению с аналогичными образцами с замкнутой пористостью и диаметром пор в диапазоне от 50 до 400 мкм, частота интеграции с окружающей костной тканью которых не более 80%.

3. Остоеинтеграция в группе с имплантацией биокерамических алюмооксидных гранул с внутренним сквозным каналом в тела поясничных позвонков лабораторных крыс Kyoto-Wistar наблюдалась в 94% случаев, а в группах с

применением гранул депротеинизированной костной ткани и биокерамических пористых гранул на основе кораллового гидроксиапатита частота интеграции была в 69% и 75% случаев, соответственно.

4. Транспедикулярная пластика сломанных тел грудопоясничных позвонков доноров с компрессией до 30% вентральной высоты и без разрушения задней стенки биокерамическими гранулами позволяет эффективно восстановить форму тел позвонков. Более прочные гранулы на основе алюмооксидной биокерамики с внутренним каналом с диаметром 500 мкм, сообщающимся с внешней средой, обеспечивают восстановление исходной прочности на сжатие позвонков, в то время как гранулы депротеинизированной костной ткани и биокерамические пористые гранулы на основе кораллового гидроксиапатита - только до 77% и 48%, соответственно.

5. Транспедикулярная пластика дефекта костной ткани гранулами на основе алюмооксидной биокерамики с внутренним каналом с диаметром 500 мкм, сообщающимся с внешней средой, при компрессионном переломе тела позвонка грудопоясничного переходного отдела позвоночника с разрушением задней стенки и компрессией 40% его вентральной высоты и более, позволяет восстановить только до 80% исходной величины вентрального размера и до 40% прочности на сжатие.

ПРАКТИЧЕСИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Новые алюмооксидные биокерамические гранулы способны к остеоинтеграции и после клинической апробации могут быть применены в травматологии и ортопедии в качестве заместителей костной ткани.

Транспедикулярную пластику тела грудного или поясничного позвонка при его повреждениях с дефектом костной ткани целесообразно выполнять с применением высокопрочных биокерамических алюмооксидных гранул, исследованных в настоящей работе, которые позволяют восстановить не только форму позвонка, но и прочность на сжатие, по сравнению с наиболее близкими аналогами, применяемыми на практике.

При повреждениях тела позвонка с компрессионной деформацией вентральной высоты более 40% и вовлечением в перелом задней стенки тела, транспедикулряная пластика не целесообразна, так как не позволяет восстановить прочность передней и средней опорных колонн позвоночника.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикация статьей в журналах, рекомендованных ВАК для соискателей:

1. Восстановление формы и прочности тел поврежденных грудопоясничных позвонков алюмооксидными биокерамическими гранулами / В. В. Рерих, А. Р. Аветисян, С. В. Савченко, А. И. Попелюх, А. М. Аронов, Е. С. Семанцова //Хирургия позвоночника. - 2014. - №3. - с. 86 - 94.

2. Остеоинтеграция гидроксиапатитовых гранул в телах поясничных позвонков в эксперименте / В.В.Рерих, А.Р.Аветисян, А.М.Зайдман, А.Д.Ластевский и др. //Хирургия позвоночника. - 2013.- № 4,- С. 43-51.

3. Сравнительный анализ остеоинтеграции алюмооксидных биокерамических гранул в эксперименте / В.В. Рерих, А.Р. Аветисян, A.M. Зайдман, К.А. Аникин, В.А. Батаев, Е.В. Мамонова, A.A. Никулина, A.M. Аронов, Е.С. Семанцова// Хирургия позвоночника. - 2014. - №2. - с. 87-101.

Публикация тезисов докладов в сборниках конференций, конгрессов и съездов.

1. «In vivo implantation of new porous ceramic granules» Authors: Victor Rerik, Artashes Avetisyan, Anatoliy Aronov, Oleg Medvedko, Ekaterina Semantseva, Vladimir Bataev, Aelita Nikulina, Alexandr Pel, Kirill Anikin, Andrey Bogaev. Proceedings of 2nd International conference on competitive materials and technology processes in Miskolc-Lillafüred, Hungary, October 8-12, 2012. -Miskolc.-2012. -P. 32-33.

2. «Заместители костной ткани и тканевая инженерия» Авторы: В. В. Рерих, А. Р. Аветисян. Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием с элементами научной школы для молодежи, посвященной 90-летию со дня рождения заслуж. Деят. Науки РСФСР проф. Я. Л. Цивьяна. - Новосибисрк, 2010. С 69.

3. Имплантация алюмооксидных биокерамических гранул в тела поясничных позвонков лабораторных животных /А.Р.Аветисян, Е.С.Семанцева, А.А.Никулина //Хирургические технологии лечения патологии позвоночника и суставов: Мат. Всерос. научно-практ. конф. с международ, участием (Цивьяновские чтения), г. Новосибирск, 25 - 26 нояб. 2011 г. - Новосибирск, 2011. - С. 13 -15. -1 электр. опт. диск.

4. «Имплантация новых пористых биокерамических гранул с различной степенью пористости in vivo» Авторы: В.В.Рерих, А. Р. Аветисян. К.А.Аникин, А.М.Аронов и др. "Инновации в вертебрологии: Мат. V Всерос. научно-практ. конф. молодых ученых с международ, участием ("Цивьяновские чтения"), г. Новосибирск, 23-24 нояб. 2012 г. / Сост.: М. А.Садовой,-Новосибирск, 2012 - С. 3 - 4.

5. Малоинвазивная хирургия травм позвоночника /В.В.Рерих, М.А.Садовой, Н.Г.Фомичев, Ш.Н.Рахматиллаев, К.О.Борзых, А.И.Демянчук,

A.Д.Ластевский, А.Р.Аветисян //Достижения и перспективы развития травматологии и ортопедии: Материалы Междунар. юбил. научно-практ. конф. травматологов и ортопедов, г. Астана, 13-14 окт. 2011 г.: Травматология и ортопедия: Спец. вып. /Астана, Казахстан.- 2011.- № 2.- С. 226.

6. «Остеопластика у пациентов с компрессионными переломами тел позвонков» Авторы: Рерих В. В., Аветисян А. Р., Кирилова И. А., Подорожная

B. Т. Актуальные вопросы тканевой и клеточной трансплантологии: Сб. тез.

V Всерос. симпозиума с международ участием, г. Уфа, 17-18 мая 2012 г. /под ред. Э.Р.Мулдашева.- Уфа: Изд-во "Башкортостан", 2012 - С. 308 - 309.

7. «Пластика тел грудных и поясничных позвонков различными пористыми биокерамическими гранулами на основе гидроксиапатита в сочетании с короткосегментарной транспедикулярной фиксацией» В.В.Рерих, А.Р.Аветисян //"Перспективы развития вертебрологии: инновационные технологии в лечении повреждений и заболеваний позвоночника и спинного мозга": Мат. IV съезда Межрегион, обществ, организации "Ассоциация хирургов-вертебрологов" с международ. участием, г. Новосибирск, 24-25 мая 2013 г.- Новосибирск, 2013. - С. 140 -143.

8. «Результаты транспедикулярной остеопластики и задней внутренней фиксации у пациентов с компрессионными переломами тел позвонков с дефектами костной ткани». Авторы: В.В.Рерих, А.Р.Аветисян, Ш.Н.Рахматиллаев, В.Т. Подорожная, И.А.Кирилова //"Современные технологии хирургического лечения деформаций и заболеваний позвоночника": Мат. Ill съезда хирургов-вертебролов России с международ, участием, г. Санкт-Петербург, 11-12 мая 2012 г. /Под общ. ред. А.Г.Баиндурашвили,- СПб., 2012.- С. 137-138.

9. «Функциональные исходы транспедикулярной остеопластики и задней внутренней фиксации у пациентов с компрессионными переломами тел позвонков с дефектами костной ткани» Авторы: А. Р. Аветисян, А. К. Шапилов. "Авиценна-2012": Мат. Ill Рос. (итоговой) научно-практ. конкурс-конф. студентов и молод, ученых, г. Новосибирск, 12 апр. 2012 г.: сб. тез.-Новосибирск, 2012. - С. 370 - 371.

10.«Этапы применения искусственных материалов для замещения дефектов костной ткани» Авторы: В. В. Рерих, А. Р. Аветисян. Сборник материалов 11-го съезда травматологов-ортопедов Сибирского федерального округа / Под ред. проф. М. А. Садового; Федеральное государственное учреждение «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Минздравсоцразвития России; - Спб.: Изд-во «Альта Астра», 2011.-176 с.-С. 110-111.

Н.Аветисян А.Р. Восстановление формы прочности тел сломанных позвонков грудопоясничного переходного отдела биокерамическими гранулами/ А.Р. Аветисян, В.В. Рерих, С.В. Савченко// V Съезд хирургов-вертебрологов России "Вертебрология в России: итоги и перспективы развития", г. Саратов, 23-24 мая 2014 г.: сб. мат./ под ред. И.А. Норкина. - Саратов, 2014. - с. 3-4.

12.Результаты остеопластики и задней внутренней фиксации у пациентов с компрессионными переломами тел позвонков/ В.В. Рерих, А.Р. Аветисян, Ш.Н. Рахматиллаев, М.У. Байдарбеков, И.А. Кирилова// III Съезд травматологов-ортопедов Сибирского федерального округа, г. Горно-Алтайск, 6 июня 2014 г./ под общ. ред. В.А. Пелеганчука, М.А. Садового; отв. ред. В.В. Шалыгин. - Горно-Алтайск, 2014. - с. 292-294.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

А1203 #1 - алюмооксидные биокерамические гранулы размером 2-3 мм в поперечнике, обладающие замкнутыми порами, средний диаметр которых 50 цт

А1203#2 - алюмооксидные биокерамические гранулы размером 2-3 мм в поперечнике, обладающие замкнутыми порами диаметром от 200 до 400 цт

А1203#3 -алюмооксидные биокерамические гранулы в форме цилиндров диаметром 1 мм, со сквозным продольным каналом диаметром 500 цт

ВМО - минеральная плотность костной ткани

СаР -биокерамические кальцийфосфатные гранулы на основе кораллового гидрокисапатита с размерами 0,5 т 1 мм, со средним диаметром пор 400 цт

СБ - прочность на сжатие, МПА

ДПГК - гранулы депротеинизированной костной ткани размерами 1-2 мм.

Подписано в печать 08.12.2014 г. Формат 60x90/16. Объем 1,75 п.л., 1,50 авт.л. Бумага офсетная. Гарнитура Calibri Заказ 9149. Тираж 120 экз.

Отпечатано в полном соответствии с авторским оригиналом в типографии ФГБУ «ННИИТО им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России Новосибирск, ул. Фрунзе, 17, телефон: 8 (383) 363-31-31 E-mail: niito@niito.ru