Автореферат и диссертация по медицине (14.03.02) на тему:Особенности регенерации костной ткани при имплантации титановых конструкций, обработанных методом микродугового оксидирования

На правах рукописи

РОЗЕН Марина Андреевна

ОСОБЕННОСТИ РЕГЕНЕРАЦИИ КОСТНОЙ ТКАНИ ПРИ ИМПЛАНТАЦИИ ТИТАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ОБРАБОТАННЫХ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)

Специальность 14.03.02 — Патологическая анатомия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

1 АВГ 2014

Ульяновск 2014

005551680

005551680

Работа выполнена на кафедре клинической морфологии и судебной медицины с курсом онкологии в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет».

Научный руководитель — доктор медицинских наук, профессор

Калмин Олег Витальевич.

Официальные оппоненты: Туманов Владимир Павлович, лауреат

Государственной премии РФ, доктор медицинских наук, профессор, ГБОУ ВПО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. II. И. Пирогова», кафедра патологической анатомии и клинической патологической анатомии № 1, педиатрический факультет;

Плотникова Надежда Алексеевна, доктор медицинских наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», кафедра патологии с курсом патологической физиологии, заведующая кафедрой

Ведущая организация — ГБОУ ВПО «Саратовский государственный

медицинский университет им. В. И. Разумовского» Министерства здравоохранения Российской Федерации.

Защита диссертации состоится 2 октября 2014 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.278.06 в ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный университет» по адресу: 432017, г. Ульяновск, Набережная реки Свияги, 106, корпус 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный университет», с авторефератом - на сайте ВАК: http://vak.ed.gov.ru/

Отзывы на автореферат просим присылать по адресу: 432017, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42, Ульяновский государственный университет, Управление научных исследований.

Автореферат разослан «_»_2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Визе-Хрипунова М. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальным направлением современной медицины является изучение свойств костной ткани на различных сроках имплантации титановых конструкций с биоинертными свойствами.

Развитие имплантации связано с проблемой достижения надежной ос-теоинтеграции путем совершенствования внутрикостной части металлических конструкций (Кулаков А. А., Безруков В. М., 2003; Гюнтер В. Э., 2011; Albrektsson Т. О., Johansson С. В., Sennerby L., 2000).

Достигнуто немало успехов в создании и совершенствовании мезо- и супраструктур имплантационных систем (Гветадзе Р. Ш., 2011; Матвеева А. И., 2002; Naert I., Koutsikakis G., Duyck J., 2002).

Основным механизмом, обеспечивающим долгосрочную стабильность имплантата, признается биологическая интеграция, которая подразумевает возникновение анатомической и функциональной взаимосвязи между изменяющейся живой костью и поверхностью имплантата под влиянием физиологических нагрузок. Остеоинтеграция происходит путем врастания кости в поверхность имплантата. При плотном введении его достигается первичная механическая фиксация, которая в дальнейшем уступает первенство вторичной фиксации, наступающей в результате интимного взаимодействия поверхности имплантата с костной тканью. Однако в процессе репаративной регенерации нередко наблюдается резорбция поврежденной кости вокруг компонентов эндопротеза. Самоорганизующаяся граница раздела кость-имплантат может быть не полностью представлена органоти-пичной тканью, что таит в себе определенный риск развития нестабильности имплантата (Кавалерский Г. М. с соавт., 2005; Дружинина Т. В. с со-авт., 2007; Motomiya М. et al., 2007; Steinert А. F. et al., 2007; Brun P. et al., 2008).

Одной из основных характеристик, обеспечивающих стабильную фиксацию бесцементных эндопротезов в костной ткани и, следовательно, их долговечность и функциональность, является текстура и свойства поверхности имплантатов. Известно, что использование эндопротезов без специальных покрытий не всегда обеспечивает надежную фиксацию (Берченко Г. Н., 2000; Надеев А. А., 2004; Ахтямов И. Ф., 2006). Для улучшения механических характеристик и оптимизации биологических процессов взаимодействия между костной тканью и поверхностью имплантатов используются разнообразные текстурированные (пористые, шариковидные, коралловидные), а также биокерамические покрытия. Дальнейшее совершенствование их происходит по пути приближения к нормальной трехмерной структуре костной ткани на основе применения нанотехнологий и вызывает пристальный интерес со стороны ученых разных специальностей — материаловедов, врачей, биологов, химиков и др. (Мамаев А. И., 1998; Маланин Д. А. с соавт., 2004, 2006; Багмутов В. П., 2006; Карлов А. В. с соавт., 2008; Калита В. И. соавт., 2006; Moroni L. et al., 2008; Nuss К. M. R„ von Rechenberg В., 2008).

Одним из перспективных направлений замещения костных дефектов является использование биоактивных материалов на основе фосфатов кальция (гидроксиапатит, трикальцийфосфат), близких по своему составу костной ткани человека. Продолжается активная разработка биоактивных материалов на основе синтетического гидроксиапатита, который по фазовому составу идентичен основной минеральной составляющей кости — биологическому гидроксиапатиту. Материалы на основе гидроксиапатита обладают способностью к химическому и биологическому связыванию с костью (Берченко Г. Н., 2009).

По литературным данным, биокомпозитные материалы способны улучшать взаимодействие поверхности имплантатов с костной тканью, особенно в ранние сроки после операций (Строганова Е. Е., 1998, 2003; Шаш-кина Г. Л., 2006; Hing К. Л., 2004; Siddappa R. et al„ 2008).

Таким образом, изучение биологических особенностей интеграции между костной тканью и имплантатами с различными видами современных структурных и биокерамических покрытий с применением биокомпозитных материалов является актуальной задачей, решение которой имеет не только научное, но и важное практическое значение.

Цель исследования — выявление особенностей регенерации костной ткани при имплантации титановых конструкций, обработанных методом микродугового оксидирования двух видов, с использованием биокомпозиционого материала и без него.

Задачи исследования:

1. В эксперименте на животных изучить морфологические изменения костной ткани при имплантации титановых конструкций, обработанных пескоструйным напылением и микродуговым оксидированием двух видов.

2. В эксперименте на животных изучить морфологические изменения костной ткани при имплантации титановых конструкций, обработанных пескоструйным напылением и микродуговым оксидированием двух видов, с использованием биокомпозиционного материала.

3. Сравнить особенности тканевой реакции при имплантации титановых конструкций с модифицированной поверхностью при помощи пескоструйного напыления, микродугового оксидирования двух видов с использованием биокомпозиционного материала и без него.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Использование покрытий, созданных при помощи микродугового оксидирования, улучшает течение остеоинтегративного процесса на границе раздела кость-имплантат, создавая условия для стабильной фиксации имплантата.

2. Использование титановых имплантатов, обработанных методом микродугового оксидирования, в сочетании с биокомпозиционным материалом способствует более высокой интенсивности репаративного процесса.

Научная новизна. Разработан и предложен оригинальный метод покрытия титановых конструкций на основе микродуговой обработки, при которой происходит диффузионное насыщение структуры материала в растворе специальных экологически безопасных электролитов, образующих биосовместимые наноструктурируемые оксидокерамическис покрытия (патент РФ на изобретение № 2346089).

Проведено сравнительное изучение морфологических особенностей ткани, образующейся при контакте кости с оригинальным отечественным покрытием титановых имплантатов, модифицированным при помощи микродугового оксидирования, и титановыми имплантатами, модифицированными при помощи микродугового оксидирования, с применением биоком-позиционого материала.

Установлено, что наличие покрытия, сделанного при помощи микродугового оксидирования, способствует энхондральной оссификации регенерата вокруг имплантатов путем его ремоделирования и резорбции провизорной соединительной или хрящевой ткани в сравнении с процессами вокруг титановых имплантатов без покрытия, характеризующимися фиброгенезом.

Установлено, что использование покрытия, сделанного при помощи микродугового оксидирования, с применением биокомпозиционого материала обеспечивало более выраженную интенсивность процессам первичного и энхондралыюго костеобразования.

Полученные данные дополняют современные представления о строении ткани на границе раздела кость-имплантат при модификации поверхности имплантата за счет покрытий, созданных при помощи микродугового оксидирования и биокомпозиционого материала, что является основанием для последующих фундаментальных исследований в имплантологии.

Практическая и теоретическая значимость работы. Результаты настоящего исследования могут быть использованы в практической работе отделений челюстно-лицевой хирургии и травматологии, а также в учебном процессе на кафедрах патологической анатомии, хирургии, травматологии и ортопедии медицинских вузов.

Выявленные особенности каждого из покрытий, созданных при помощи микродугового оксидирования, должны учитываться в травматологии и ортопедии для дифференцированного подхода к их использованию и разработке новых технологий.

Установленная динамика формирования ткани на границе раздела с костью при использовании различных покрытий имплантатов и применении биокомпозитных материалов имеет значение для оценки степени восстановления костной ткани после имплантации или протезирования и разработки тактики реабилитационного лечения.

Внедрение результатов исследования. Основные положения, результаты и выводы проведенного исследования внедрены в работу ГБУЗ «Пензенская областная клиническая больница им. Н. II. Бурденко», ГБУЗ «Пен-

зенская городская клиническая больница № 5». Материалы диссертационного исследования используются в учебном процессе на кафедре клинической морфологии и судебной медицины с курсом онкологии Медицинского института Пензенского государственного университета и кафедре патологии с курсом патологической физиологии Медицинского института Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева.

Апробация работы. Основные положения и материалы диссертации доложены и обсуждены на III Российской научно-технической конференции «Физические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург, 2005); I межрегиональной научной конференции «Актуальные проблемы медицинской науки и образования» (Пенза, 2007); Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2008» (Москва, 2008); VIII Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в стоматологии и имплантологии» (Саратов, 2008); X Международном медицинском конгрессе и выставке «Kongress -EUROMEDICA» (Ганновер, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах из перечня изданий, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов диссертационных исследований, получен 1 патент РФ на изобретение № 2346089 «Способ обработки поверхности металлических дентальных имплантатов».

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 130 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения результатов исследований, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, состоящего из 205 источников, в том числе 76 отечественных и 129 зарубежных авторов. Работа иллюстрирована 9 таблицами и 36 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы исследования

Для проведения эксперимента использовали 10 кроликов-самцов породы шиншилла массой 2500—3100 г в возрасте (на начало эксперимента) 4 месяца. Из эксперимента животных выводили на следующих сроках: 1, 2, 4, 8 и 16 недель.

Все эксперименты, уход и содержание животных осуществлялись в соответствии с Директивой № 63 от 22.09.2010. Президиума и Парламента Европы «О защите животных, используемых для научных исследований» и приказом Минздрава РФ № 267 от 19.06.2003. «Об утверждении правил лабораторной практики». Получено разрешение локального этического комитета Медицинского института ПГУ на проведение экспери-

ментального и клинического исследования (протокол № 8 заседания от 17.04.2012).

Животным проводили соответствующую анестезию. Волосяной покров в области операции удаляли. Обработку операционного поля осуществляли дважды 0,5 % спиртовым раствором хлоргексидина и раствором йодопирона, выполняли прямой разрез кожи длиной 30 мм на нижнелате-ралыюй поверхности бедра. Тупым путем с латеральной стороны бедра раздвигали фасциальные футляры. Далее рассекали надкостницу бедренной кости. На освобожденном от надкостницы участке бедренной кости при помощи аппарата «ImplantMed SI-923» и сверла диаметром 2 мм выполняли 3 отверстия на расстоянии 20 мм. Отверстия последовательно расширяли фрезами диаметром 2,8 и 3,2 мм для винтовых имплантатов. В отверстия ввинчивали имплантаты. Операционное поле обрабатывали раствором хлоргексидина перед ушиванием. Операционную рану ушивали наглухо. Справа в бедренную кость вворачивали только титановые имплантаты, а слева они использовались совместно с КоллапАн-гелем. При установке титановых имплантатов на них наносили КоллапАн-гель и небольшое количество КоллапАн-геля вводили в костный дефект.

По истечении сроков наблюдения животных выводили из эксперимента с помощью высокой дозы анестетика.

Секционный материал фиксировали в 10 % нейтральном формалине. Затем проводили декальцинацию в 5,5—7 % растворе азотной кислоты. После декальцинации из бедренных костей извлекали имплантаты и иссекали фрагменты тканей размером от 8 до 10 мм. Далее фрагменты проводили через батарею спиртов возрастающей концентрации и заливали в парафин. Из каждого парафинового блока изготавливали не менее 5-8 срезов толщиной 5—7 мкм. Гистологические срезы окрашивали гематоксилином и эозином и по Ван-Гизону.

Для микроморфометрии производили микросъемку 10 репрезентативных полей зрения при увеличении хЮО и х200 на микроскопе Leica DM-1000 при помощи фотокамеры Nikon. Изучение микроскопического строения костной ткани производили с помощью персонального компьютера с использованием специализированных программ «Image Tool v.3.0», «Digimizer v2.2.0.1» и «WCIF ImageJ». На полученных микрофотографиях проводили измерения следующих параметров:

- относительную площадь костной ткани, %;

- относительную площадь хрящевой ткани, %;

- относительную площадь соединительной ткани, %;

- среднюю толщину соединительной ткани, мкм;

- среднюю площадь кровеносных сосудов, мкм2.

Все результаты микроскопического исследования были занесены в специально разработанный протокол исследования.

Полученные данные подвергались статистической обработке с использованием статистических пакетов Statistica v.7, StatPlus 2007 v.4.3. Для про-

верки нормальности распределения в данной работе был использован критерий Шапиро-Уилкса. Все описанные в данной работе параметры имели распределение, близкое к нормальному.

Для каждого параметра рассчитывали минимальное (min) и максимальное (шах) значения, среднюю арифметическую (М), ошибку средней арифметической (т), среднее квадратическое отклонение (S) (Автандилов Г. Г., 1990; ЛакинГ. Ф„ 1990),

Достоверность различий между группами определяли с помощью параметрического критерия Фишера (однофакторный дисперсионный анализ) и непараметрического критерия Колмогорова - Смирнова. Различия считали достоверными при 95 % пороге вероятности (р < 0,05).

Результаты собственных исследований

Особенности регенерации костной ткани при использовании имплантата, подвергшегося пескоструйной обработке с последующим травлением

На 7-е сутки (и при использовании КоллапАн-геля, и без него) отмечались признаки дистрофических изменений, участки некротизированной костной ткани и участки лимфогистиоцитарной инфильтрации вблизи титановых имплантатов. Отличия заключались в том, что при использовании КоллапАн-геля явления воспаления и некроза были менее выражены (рисунок 1 ,а).

К 14-м суткам в исследуемых препаратах отмечалось уменьшение признаков дистрофии в области контакта костной ткани с имплантатами. Также нами отмечалось уменьшение лимфогистиоцитарной инфильтрации. Причем воспалительный процесс быстрее затухал при применении остео-индуктивного препарата. Также грубоволокнистая соединительная ткань формировалась в большем объеме, чем в эксперименте без использования КоллапАн-геля; при окраске по Ван-Гизону выявлялись фуксинофильные коллагсновые волокна. В более глубоких отделах начинала формироваться новообразованная костная ткань, причем зрелость костной ткани увеличивалась по мере удаления от дефекта (рисунок 1,6).

На 28-е сутки в обеих группах в области края титанового имплантата начинала формироваться первичная костная мозоль, состоящая из грубово-локнистой соединительной ткани, хрящевой ткани и новообразованной костной ткани. Причем при использовании КоллапАн-геля костная мозоль была представлена в большей степени грубоволокнистой соединительной тканью и новообразованной костной тканью. А в эксперименте без использования остеоиндуктивного препарата костная мозоль была преимущественно представлена хрящевой тканью и грубоволокнистой соединительной тканью (рисунок 1,е).

Рисунок 1 - Формирование костной ткани вокруг титанового имплантата (I тип обработки) при совместном использовании с КоллапАн-гелем: а - 7-е сутки. Окраска гематоксилином и эозином, хЮО; б - 14-е сутки. Окраска по Ван-Гизону, х200; е - 28-е сутки. Окраска гематоксилином и эозином, хЮО; г —56-е сутки. Окраска гематоксилином и эозином, хЮО; д - 112-е сутки. Окраска гематоксилином и эозином, х200

В обоих случаях на 56-е сутки отмечался прирост новообразованной костной ткани в области имплантата. В толще новообразованных костных трабекул содержалось много остеобластов и некоторое количество остео-цитов. Между костными трабекулами в ячейках ретикулярной ткани появлялись кроветворные островки. Отличие заключается в том, что при использовании КоллапАн-геля остеогенез проходит, преимущественно минуя хрящевую стадию (рисунок \,г).

На 112-е сутки от начала эксперимента нами наблюдалось дальнейшее созревание и формирование костной ткани вокруг титановых имплантатов. Соединительнотканный компонент замещался костно-хрящевым компонентом, начинались процессы ремоделирования. Однако в группе без ос-теоиндуктивного препарата отмечались значительные области гиалинового хряща (рисунок 1,д).

Сравнение результатов морфометрии представлено в таблице 1.

Из полученных данных видно, что в обоих случаях отмечалось уменьшение количества костной ткани с 7-х до 28-х суток. В последующем отмечалось увеличение доли костного компонента к 112-м суткам. Несмотря на общую динамику, увеличение доли костного компонента в исследуемом материале при использовании КоллапАн-геля относительная площадь костной ткани имела большие значения, чем без применения КоллапАн-геля, что подтверждалось статистическими значениями.

Хрящевая ткань при исследовании на 7-е сутки в препаратах не выявлялась. На 14-е сутки хрящевая ткань занимала менее 1 % от общей площади контакта костной ткани с имплантатом. К 56-м суткам она имела свои максимальные значения с последующим резким уменьшением к 112-м суткам. При использовании КоллапАн-геля на 14-е сутки хрящевая ткань появлялась в большем количестве, а на всех остальных контрольных точках имела относительно меньшие значения. Разница значений доли хрящевой ткани была статистически достоверна во всех контрольных точках.

Относительная площадь соединительной ткани имела максимальные значения на 14-е сутки, с последующим статистически достоверным (р < 0,05) уменьшением к 112-м суткам.

Средняя толщина соединительнотканной прослойки также достигала максимальных значений на 14-е сутки с последующим истончением до 112-х суток. Средняя площадь кровеносных сосудов имела волнообразную динамику с наименьшими значениями на 7-е и 28-е сутки. А максимума она достигала к 112-м суткам.

Таким образом, при сравнении полученных результатов нами было отмечено, что при использовании остеопластического материала Коллап-Ан-гель процессы остеогенеза в тканях, окружавших имплантаты, подвергшиеся пескоструйной обработке с последующим травлением, протекали более интенсивно и с меньшим количеством хрящевой ткани, что свидетельствует о создании более благоприятных условий для остеогенеза.

Таблица 1 - Результаты морфометрии при использовании имплантатов подвергшихся пескоструйной обработке с последующим травлением, при совместном применении с КоллапАн-гелем и без него

Сроки выведения Относительная площадь костной ткани, % Относительная площадь хрящевой ткани, % Относительная площадь соединительной ткани, % Средняя толщина соединительной ткани, мкм Средняя площадь кровеносных сосудов, мкм2

Без Коллап-Ан-геля КсшлапАн-гель Без Коллап-Ан-геля КоллапАн-гель Без Коллап-Ан-геля КоллапАн-гель Без Коллап-Ан-геля КоллапАн-гель Без КоллапАн-геля КоллапАн-гель

7 суток 67,3 ± 2,7 67,9 ± 2,4 - - 32,7 ± 1,6 32,1 ± 1,7 33,2 ± 3,2 34,5 ±3,1 9856 ± 328,9 11836 ±305,1

р > 0,05 - р > 0,05 р > 0,05 р < 0,05

14 суток 30,1 ± 1,2 32,1 ± 1,3 0,7 ± 0,0 0,9 ±0,1 69,2 ± 3,1 67,0±2,9 52,6 ± 4,29 50,1 ± 3,2 12569,1 ±425,1 12979,1 ±403,1

р > 0,05 р > 0,05 р > 0,05 р > 0,05 р > 0,05

28 суток 29,2 ± 0,9 30,4±1,0 32,1 ±0,8 29,1±0,9 38,7 ±1,2 40,5±1,3 37,6 ± 2,2 31,6 ±2,0 10293,5 ±401,3 12800,1 ±412,3

р > 0,05 р < 0,05 р > 0,05 р< 0,05 р < 0,05

56 суток 34,5 ± 1,1 38,5 ± 1,4 36,4 ± 1,4 31,1 ±1,3 29,1 ±1,4 30,4 ± 1,3 18,9 ±3,0 17,8 ±2,7 18379,4 ±308,9 18529,4 ±368,9

р < 0,05 р < 0,05 р > 0,05 р > 0,05 р > 0,05

112 суток 69,8 ± 2,5 71,2±2,2 12,3 ± 0,9 10,2 ±0,8 17,9 ±0,7 18,6 ±0,9 16,8 ±3,6 16,2 ±3,1 21658,2 ±351,2 21958,2 ±311,2

р > 0,05 р < 0,05 р > 0,05 р > 0,05 р > 0,05

Особенности регенерации костной ткани при использовании имплантата, подвергшегося пескоструйной обработке с последующим микродуговым оксидированием в щелочных электролитах

При использовании имплантатов со вторым типом обработки на 7-е сутки (и при использовании КоллапАн-геля, и без него) нами отмечались признаки дистрофических изменений, участки некротизированной костной ткани и участки лимфогистиоцитарной инфильтрации вблизи титановых имплантатов. Отличия заключались в том, что при использовании КоллапАн-геля явления воспаления и некроза были менее выражены и выявлялись единичные хрящевые клетки (рисунок 2,а).

К 14-м суткам в исследуемых препаратах нами отмечалось уменьшение признаков дистрофии в области контакта костной ткани с имплантата-ми. Также нами отмечалось уменьшение лимфогистиоцитарной инфильтрации. Причем воспалительный процесс быстрее затухал при применении остеоиндуктивного препарата. Также хрящевая ткань формировалась в большем объеме, чем в эксперименте без использования КоллапАн-геля; при окраске по Ван-Гизону нами выявлялись фуксинофильные коллагено-вые волокна. В более глубоких отделах начинала формироваться новообразованная костная ткань, причем зрелость костной ткани увеличивалась по мере удаления от дефекта (рисунок 2,6).

На 28-е сутки в обеих группах в области края титановых имплантатов начинала формироваться первичная костная мозоль, состоящая из грубово-локнистой соединительной ткани, хрящевой ткани и новообразованной костной ткани. Причем при использовании КоллапАн-геля костная мозоль была представлена в большей степени грубоволокнистой соединительной тканью и новообразованной костной тканью. А в эксперименте без использования остеоиндуктивного препарата костная мозоль была преимущественно представлена хрящевой тканью и грубоволокнистой соединительной тканью (рисунок 2,в).

В обоих случаях на 56-е сутки отмечался прирост новообразованной костной ткани в области имплантатов. В толще новообразованных костных трабекул содержится много остеобластов и некоторое количество остеоци-тов. Между костными трабекулами в ячейках ретикулярной ткани появляются кроветворные островки. Отличие заключалось в том, что при использовании КоллапАн-геля остеогенез проходил, преимущественно минуя хрящевую стадию (рисунок 2,г).

На 112-е сутки от начала эксперимента нами наблюдалось дальнейшее созревание и формирование костной ткани вокруг титановых имплантатов. Соединительнотканный компонент замещается костно-хрящевым компонентом, начинаются процессы ремоделирования. Однако в группе без остеоиндуктивного препарата нами отмечались области гиалинового хряща, а при использовании остеоиндуктивного препарата хрящевая ткань не встречалась (рисунок 2,д).

Сравнение результатов морфометрии представлено в таблице 2.

д)

Рисунок 2 - Формирование костной ткани вокруг титанового имплантата (II тип обработки) при совместном применении с КоллапАн-гелем: а - 7-е сутки. Окраска гематоксилином и эозином, х200; б - 14-е сутки. Окраска по Ван-Гизону, х200; в - 28-е сутки. Окраска по Ван-Гизону. х 100; г - 56-е сутки. Окраска гематоксилином и эозином, хЮО; д - 112-е сутки. Окраска по Ван-Гизону, х200

Таблица 2 - Результаты морфометрии при использовании имплантатов, подвергшихся пескоструйной обработке с последующим микродуговым оксидированием в щелочных электролитах, при совместном применении с КоллапАн-гелем и без него

Сроки выведения Относительная площадь костной ткани, % Относительная площадь хрящевой ткани, % Относительная площадь соединительной ткани, % Средняя толщина соединительной ткани, мкм Средняя площадь кровеносных сосудов, мкм2

Без КоллапАн-геля КоллапАн-гель Без КоллапАн-геля КоллапАн-гель Без КоллапАн-геля КоллапАн-гель Без КоллапАн-геля КоллапАн-гель Без КоллапАн-геля КоллапАн-гель

7 суток 68,9 ±2,3 67,2 ± 2,1 - 0,7 ± 0,0 31,1 ± 1,7 32,1 ± 1,3 34,5 ±2,9 29,7 ± 2,5 9496,1 ±301,9 10328,2 ± 376,0

р > 0,05 р < 0,05 р > 0,05 р < 0,05 р < 0,05

14 суток 34,3 ± 1,5 36,2 ± 1,9 2,8 ± 0,5 31,8 ± 1,7 62,9 ± 3,5 36,0 ±1,9 75,6 ± 5,2 31,8 ±2,6 10459,2 ±318,1 16478,2 ±301,2

р > 0,05 р < 0,05 р < 0,05 р < 0,05 р < 0,05

28 суток 20,9 ±1,7 27,8 ± 1,2 41,1 ±1,5 29,5 ± 1,2 38,0 ± 1,1 42,7 ±2,1 39,5 ± 2,53 38,8 ± 2,9 12128,5 ±452,3 15958,9 ±398,3

р < 0,05 р < 0,05 р < 0,05 р > 0,05 р < 0,05

56 суток 39,8 ± 1,8 52,9 ±2,1 29,4 ± 1,4 12,3 ±1,1 30,8 ± 1,9 34,8 ± 1,6 15,4 ±2,12 22,6 ± 2,6 17865,4 ±288,3 17112,6 ±297,4

р < 0,05 /><0,05 р > 0,05 р < 0,05 р > 0,05

112 суток 76,8 ± 2,9 81,5 ±2,5 9,2 ± 0,5 - 14,0 ± 0,9 18,5 ± 1,2 13,4 ±3,01 11,5 ±2,6 22003,2 ±318,3 23116,3 ±354,2

р < 0,05 - р < 0,05 р < 0,05 р > 0,05

Из полученных данных видно, что в обоих случаях отмечалось уменьшение количества костной ткани с 7-х до 28-х суток. В последующем отмечалось увеличение доли костного компонента к 112-м суткам. Несмотря на общую динамику увеличения доли костного компонента, при использовании КоллапАн-геля относительная площадь костной ткани имела большие значения, статистически достоверные значения отмечались во всех группах, за исключением только 7-х суток.

В группе, где не использовался КоллапАн-гель, хрящевая ткань при исследовании на 7-е сутки в препаратах не выявлялась, а в группе, где использовался, - хрящевая ткань занимала менее 1 % от общей площади контакта костной ткани с имплантатом. При использовании КоллапАн-геля на 14-е сутки хрящевая ткань появлялась в наибольшем количестве, а на всех остальных контрольных точках имела относительно меньшие значения, тогда как в группе без КоллапАн-геля площадь хрящевой ткани достигала своего максимума к 28-м суткам. Разница значений доли хрящевой ткани была статистически достоверна во всех контрольных точках.

Относительная площадь соединительной ткани имела максимальные значения на 14-е сутки в группе без КоллапАн-геля с последующим статистически достоверным (р < 0,05) уменьшением к 112-м суткам. А во второй группе количество соединительной ткани достигало максимума к 28-м суткам.

Средняя толщина соединительнотканной прослойки имела схожую динамику с параметрами объемной доли соединительной ткани.

Средняя площадь кровеносных сосудов имела волнообразную динамику с наименьшими значениями на 7-е и 28-е сутки. А максимума она достигала к 112-м суткам.

Таким образом, при сравнении полученных результатов нами было отмечено, что при использовании биокомпозиционного материала Коллап-Ан-гель процессы остеогенеза в тканях, окружавших имплантаты, подвергшиеся пескоструйной обработке с последующим микродуговым оксидированием в щелочных электролитах, протекали более интенсивно и хрящевая ткань встречалась уже на первой неделе после хирургического вмешательства и к 14-м суткам достигала максимума, что свидетельствует о более высокой скорости регенерации и созревания костной ткани.

Особенности регенерации костной ткани при использовании имплантата, подвергшегося пескоструйной обработке с последующим микродуговым оксидированием в щелочных электролитах, содержащих Саи Р

На 7-е сутки (при использовании КоллапАн-геля, и без него), нами отмечались признаки дистрофических изменений, участки некротизирован-ной костной ткани и участки лимфогистиоцитарной инфильтрации вблизи титановых имплантатов. Отличия заключались в том, что при использовании КоллапАн-геля явления воспаления и некроза были менее выражены и выявлялись единичные хрящевые клетки (рисунок 3,а).

д)

Рисунок 3 - Формирование костной ткани вокруг титанового имплантата (III тип обработки) при совместном применении с КоллапАн-гелем: а - 7-е сутки. Окраска гематоксилином и эозином, хЮО; б - 14-е сутки. Окраска по Ван-Гизону, х200; в - 28-е сутки. Окраска по Ван-Гизону, х200; г - 56-е сутки. Окраска по Ван-Гизону, х200; д - 112-е сутки. Окраска по Ван-Гизону, хЮО

К 14-м суткам в исследуемых препаратах нами отмечалось уменьшение признаков дистрофии в области контакта костной ткани с импланта-том. Также нами отмечалось уменьшение лимфогистиоцитарной инфильтрации. Причем воспалительный процесс быстрее затухал при применении остеоиндуктивного препарата. Также хрящевая ткань формировалась в большем объеме, чем в эксперименте без использования КоллапАн-геля; при окраске по Ван-Гизону нами выявлялись фуксинофильные коллагено-вые волокна. В более глубоких отделах начинала формироваться новообразованная костная ткань, причем зрелость костной ткани увеличивалась по мере удаления от дефекта (рисунок 3,6).

На 28-е сутки в обеих группах в области края титанового имплантата начинала формироваться первичная костная мозоль, состоящая из грубово-локнистой соединительной ткани, хрящевой ткани и новообразованной костной ткани, с небольшим количеством хрящевой ткани (рисунок 3,в).

В обоих случаях на 56-е сутки нами отмечался прирост новообразованной костной ткани в области имплантата. В толще новообразованных костных трабекул содержится много остеобластов и некоторое количество остеоцитов. Между костными трабекулами в ячейках ретикулярной ткани появляются кроветворные островки. Отличие заключалось в том, что при использовании КоллапЛп-гсля остсогенез проходит, преимущественно минуя хрящевую стадию (рисунок 3,г).

На 112-е сутки от начала эксперимента нами наблюдалось дальнейшее созревание и формирование костной ткани вокруг титанового имплантата. Соединительнотканный компонент замещался костно-хрящевым компонентом, начинались процессы ремоделирования (рисунок 3,д).

Из полученных данных видно, что в обоих случаях отмечалось уменьшение количества костной ткани с 7-х до 14-х суток. В последующем отмечалось увеличение доли костного компонента к 112-м суткам. Несмотря на общую динамику данного параметра, при использовании КоллапАн-геля, относительная площадь костной ткани имела большие значения (р < 0,05).

Хрящевая ткань при исследовании на 7-е сутки в препаратах не выявлялась. К 28-м суткам она имела свои максимальные значения с последующим резким уменьшением к 112-м суткам. Разница значений относительной площади хрящевой ткани была статистически достоверна во всех контрольных точках.

Сравнение результатов морфометрии представлено в таблице 3.

Относительная площадь соединительной ткани имела максимальные значения на 14-е сутки с последующим статистически достоверным (р < 0,05) уменьшением к 112-м суткам. Средняя толщина соединительнотканной прослойки имела схожую динамику с параметрами объемной доли соединительной ткани. Средняя площадь кровеносных сосудов имела тенденцию к плавному увеличению с 7-х по 112-е сутки.

Таблица 3 - Результаты морфометрии при использовании имплаитата подвергшегося пескоструйной обработке с последующим микродуговым оксидированием в щелочных электролитах содержащих Са и Р, при совместном применении с КоллапАн-гелем и без него

Сроки выведения Относительная площадь костной ткани, % Относительная площадь хрящевой ткани, % Относительная площадь соединительной ткани, % Средняя толщина соединительной ткани, мкм Средняя площадь кровеносных сосудов, мкм2

Без Коллап-Ан-геля КоллапАн-гель Без Коллап-Ан-геля КоллапАн-гель Без Коллап-Ан-геля КоллапАн-гель Без Коллап-Ан-геля КоллапАн-гель Без Коллал-Ан-геля КоллапАн-гель

7 суток 62,4 ± 2,8 64,5 ±3,1 - - 37,6 ± 1,5 35,5 ±1,7 28,5 ±2,1 31,5 ±2,0 8696,3 ± 285,8 9457,3 ±2 32,8

р > 0,05 - р > 0,05 р < 0,05 р < 0,05

14 суток 31,9 ± 2,1 32,5 ± 2,6 12,8 ± 1,1 17,9 ±1,1 55,3 ± 2,5 49,6 ±2,8 56,9 ±3,6 47,5 ±2,7 12475,4 ±302,1 13890,1 ±329,1

р > 0,05 р < 0,05 р < 0,05 р < 0,05 р < 0,05

28 суток 45,8 ± 1,9 44,2 ± 1,8 21,6 ± 1,9 19,8 ±2,3 32,6 ± 1,9 36,0 ±2,1 27,3 ± 1,9 29,7 ± 1,8 14248,5 ±411,2 15698,8 ±398,1

р > 0,05 р < 0,05 р < 0,05 р > 0,05 р < 0,05

56 суток 76,3 ± 2,4 77,4 ± 2,5 6,5 ± 0,6 3,4 ± 0,3 17,2 ± 1,1 19,2 ±1,5 11,9 ± 1,4 17,6 ± 1,2 16976,1 ±398,1 16578,9 ±339,5

р > 0,05 р < 0,05 р < 0,05 р < 0,05 р > 0,05

112 суток 89,6 ±2,9 89,9 ± 2,4 0,8 ±0,01 0,2 ±0,01 9,6 ± 0,5 9,9 ± 0,4 7,8 ±0,8 8,1 ±0,9 21983,1 ±354,1 20889,1 ±321,4

р > 0,05 р < 0,05 р > 0,05 р < 0,05 р < 0,05

При сравнении полученных результатов было отмечено, что при использовании биокомпозициопного материала КоллапАн-гель процессы ос-тсогенеза в тканях, окружавших имплантаты, обработанных микродуговым оксидированием в щелочных электролитах, содержащих Са и Р, протекали более интенсивно, чем без него. Также исследование выявило, что совместное использование КоллапАп-геля с имплантатами, обработанными микродуговым оксидированием в щелочных электролитах, содержащих Са и Р, показало наилучшие результаты. Сравнительный анализ эффективности применения титановых имплантатов с различными видами покрытий в отношении эффективности формирования контактного слоя на границе кость-имплантат позволил расположить их в следующей убывающей последовательности:

1) микродуговое оксидирование (МДО) с кальцием и фосфором + + КоллапАн-гель;

2) МДО с кальцием и фосфором;

3) МДО + КоллапАн-гель;

4) МДО;

5) пескоструйная обработка + КоллапАн-гель;

6) пескоструйная обработка.

Таким образом, полученные в нашей работе результаты свидетельствуют об эффективности и перспективности применения имплантатов с покрытием, полученным при помощи микродугового оксидирования в растворах кальция и фосфора в клинической практике. Полученные данные подтвердили представления об эффективности совместного применения с титановыми имплантатами, обработанными при помощи микродугового оксидирования с применением остеокоидуктивного препарата КоллапАн-гель.

ВЫВОДЫ

1. Процессы остеогенеза при установке титановых имплантатов, подвергшихся микродуговому оксидированию, протекают преимущественно через энхондральную оссификацию, практически полностью завершаясь к 16-й неделе (относительная площадь новообразованной костной ткани в регенератах достигает 89,6 %), в то время как вокруг имплантатов, подвергшихся только пескоструйной обработке, к 16-й неделе выявляется только хорошо сформированная фиброзно-хрящевая капсула с меньшим количеством новообразованной костной ткани (площадь новообразованной костной ткани в регенератах достигает 69,8 %).

2. При использовании титановых имплантатов в сочетании с биокомпозиционным материалом процессы образования костной ткани на границе контакта имплантата с тканями реципиента более выражены как за счет энхондралыюго, так и первичного остеогенеза, особенно в ранние сроки эксперимента (площадь новообразованной костной ткани в регенератах -62,4 и 64,5 % соответственно).

3. При использовании титановых имплантатов, подвергшихся микродуговому оксидированию, репаративный остеогенез происходит в направлении и в непосредственной связи с поверхностью имплантатов. Прекращение воспалительных явлений наблюдалось в более ранние сроки и при более активном остеогенезе на границе имплантат-кость. Наибольшее количество новообразованной костной ткани характерно для имплантатов, подвергшихся обработке при помощи микродугового оксидирования, в сочетании с биокомпозиционным материалом (89,6 %), в отличие от имплантатов, подвергшихся обработке при помощи микродугового оксидирования без применения биокомпозиционного материала (76,8 %), и имплантатов, подвергшихся только пескоструйной обработке (69,8 %).

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Относительные количественные показатели тканевых компонентов в области контакта имплантат-кость необходимо учитывать при морфологической оценке степени и характера фиксации титановых конструкций в травматологии, ортопедии и челюстно-лицевой хирургии.

2. Полученные в ходе экспериментального исследования результаты позволяют рекомендовать титановые имплантаты, обработанные методом микродугового оксидирования, для использования в клинической практике, так как их применение приводит к значительно более быстрому и более выраженному образованию костной ткани на границе контакта имплантата с тканями реципиента, по сравнению с обычными имплантатами, подвергшимися пескоструйной обработке.

3. Результаты данного исследования позволяют рекомендовать для использования титановые имплантаты, обработанные методом микродугового оксидирования, в комбинации с биокомпозиционным материалом (КоллапАн-гелем), так как в этом случае наблюдается прекращение воспалительных явлений в более ранние сроки при более активном остеогенезе на границе имплантат-кость.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертационного исследования

1. Розен, М. А. Сравнительная оценка остеоинтеграции винтовых конических и цилиндрических титановых имплантатов, обработанных методом микродугового оксидирования / А. Н. Митрошин, П. В. Иванов, А. Е. Розен, И. А. Казанцев, М. А. Розен, В. В. Розен // Фундаментальные исследования.-2011. -№9. -С. 447-451.

2. Розен, М. А. Морфологические изменения костной ткани вокруг титанового имплантата, подвергшегося микродуговому оксидированию

в щелочных электролитах, с использованием КоллапАн-геля и без него / О. В. Калмин, М. А. Розен, Д. В. Никишин // Саратовский научно-медицинский журнал. - 2013. - Т. 9, № 4. - С. 624-628.

3. Розен, М. А. Особенности остеогенеза при вживлении титанового имплантата, подвергшегося микродуговому оксидированию в щелочных электролитах, содержащих Са и Р. с использованием «КоллапАн-гель» и без него / О. В. Калмин, М. А. Розен, Д. В. Никишин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. — 2013. -№ 3 (27). - С. 115-125.

Работы, опубликованные в других изданиях

1. Розен, М. А. Применение технологии микродугового оксидирования для модифицирования поверхностей изделий медицинской техники / А. Н. Митрошин, П. В. Иванов, А. О. Кривенков, М. А. Розен // Композиты -в народное хозяйство («Композит — 2005») : тр. Междунар. науч.-техн. конф. / под ред. В. Б. Маркина ; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. -Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2005. - С. 25.

2. Розен, М. А. Получение изделий медицинской техники микродуговым оксидированием / А. Е. Розен, А. Н. Митрошин, П. В. Иванов, А. О. Кривенков, С. Н. Чугунов, М. А. Розен // Физические свойства металлов и сплавов : сб. тез. докл. III Рос. науч.-техн. конф. - Екатеринбург : УГТУ -УПИ, 2005. - С. 273-274.

3. Розен, М. А. Исследование биоинертности титановых конструкций, обработанных методом микродугового оксидирования / А. Е. Розен, А. Н. Митрошин, И. А. Казанцев, П. В. Иванов, М. А. Розен, В. В. Розен,

A. О. Кривенков, С. Н. Чугунов // Актуальные проблемы медицинской науки и образования : тр. межрегион, науч. конф. / под ред. д-ра мед. наук, проф. В. И. Никольского. - Пенза : Инф.-изд. центр ПензГУ, 2007. -С. 209-211.

4. Розен, М. А. Изучение биосовместимости и биоинертных свойств титановых конструкций, обработанных методом микродугового оксидирования / А. Н. Митрошин, А. Е. Розен, И. А. Казанцев, П. В. Иванов, М. А. Розен,

B. В. Розен, А. О. Кривенков, С. II. Чугунов // Актуальные вопросы диагностики, лечения и реабилитации больных : материалы XIII межрегион, науч.-практ. конф. Пензенский институт усовершенствования врачей Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию ; под ред. А. И. Кислова и др. - Пенза, 2007. - С. 219-221.

5. Розен, М.А. Исследование биоинертных свойств титановых конструкций, обработанных методом микродугового оксидирования / А. Н. Митрошин, А. Е. Розен, И. А. Казанцев, П. В. Иванов, М. А. Розен, В. В. Розен, А. О. Кривенков, С. II. Чугунов // Роль студенческих научных обществ в инновационном развитии регионов : сб. материалов межрегион, студенче-

ской конф. Международный университет природы, общества и человека «Дубна» ; под общ. ред. М. С. Хозяинова. - Дубна, 2008. - С. 14-16.

6. Розен, М. А. Титановые конструкции, обработанные методом микродугового оксидирования, их биосовместимость и биоинертные свойства /

A. Н. Митрошин, А. Е. Розен, И. А. Казанцев, П. В. Иванов, М. А. Розен,

B. В. Розен, А. О. Кривенков, С. Н. Чугунов // Новые технологии в стоматологии и имплантологии : сб. VIII Всерос. науч.-практ. конф. - Саратов, 2008.-С. 146-150.

7. Rosen, М. А. Morphological evaluation of screw osseointegration of titanium implants treated by microarc oxidation / О. V. Kalmin, M. A. Rosen // Moderne Aspekte der Prophylaxe, Behandlung und Rehabilitation : Internationaler medizinischer Kongress. Euromedica. Abstracts. - Hannover, 2012. -P. 117-118.

8. Розен, M. А. Морфологические изменения костной ткани в зоне имплантации титановых конструкций, обработанных методом микродугового оксидирования / М. А. Розен, О. В. Калмин, Д. В. Никишин // Современные проблемы отечественной медико-биологической и фармацевтической промышленности. Развитие инновационного и кадрового потенциала Пензенской области : материалы III Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза : Ин-формрегистр, 2013. - С. 303-308.

9. Розен, М. А. Сравнительная оценка остеоинтеграции титановых и циркониевых имплантатов, обработанных методом микродугового оксидирования / М. А. Розен // Медицинские Интернет-конференции. - URL: http://www.medconfer.com/node/1262

Патенты

1. Пат. 2346089 Российская Федерация, МПК C25D11/02. Способ обработки поверхности металлических дентальных имплантатов / Митрошин А. Н., Розен А. Е., Казанцев И. А., Иванов П. В., Розен М. А., Розен В. В., Кривенков А. О., Чугунов С. Н. -№ 2007106279 ; заявл. 19.02.2007 ; опубл. 10.02.2009, Бюл. № 4.

Научное издание

РОЗЕН Марина Андреевна

ОСОБЕННОСТИ РЕГЕНЕРАЦИИ КОСТНОЙ ТКАНИ ПРИ ИМПЛАНТАЦИИ ТИТАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ОБРАБОТАННЫХ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)

Специальность 14.03.02-Патологическая анатомия

Редактор Л. Г. Темникова Технический редактор Р. Б. Бердникова Компьютерная верстка Р. Б. Бердниковой

Подписано в печать 15.07.2014. Формат 60х84'/|6. Усл. печ. л. 1,16. Заказ № 008485. Тираж 120.

Издательство ПГУ. 440026, Пенза, Красная, 40. Тел./факс: (8412) 56-47-33; e-mail: iic@pnzgu.ru