Автореферат и диссертация по медицине (14.03.02) на тему:Патоморфология и морфогенез костной ткани в системе "кость-имплант" при применении разных видов наноструктурированых материалов (экспериментальное исследование)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

04201356319

Жерновой Михаил Геннадиевич

Патоморфология и морфогенез костной ткани в системе «кость-имплант» при применении разных видов наноструктурированных материалов (экспериментальное исследование)

На правах рукописи

14.03.02 - патологическая анатомия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Научный руководитель:

проф., д.м.н. Павлова Т.В.

Москва-2013

СОДЕРЖАНИЕ

Условные сокращения.................................................................... 3

Введение ........................................................................................... 4

Глава 1. Обзор литературы....................................................... 10

Глава 2. 2.1. 2.2. Материалы и методы исследования............................ Материалы исследования..................................... 25 25 29

Методы исследования........................................

Глава 3. 3.1. Результаты исследования.................................... 32 32

Особенности регенерации костной ткани при применении имплантов из наноструктурированного титана Grey........................................................

3.2. Особенности регенерации костной ткани при применении имплантов из наноструктурированной керамики........................................................... 48

Глава 3.3 Регенерация костной ткани при применении композита из гидроксиапатита, декстрана, желатина................................................................. 67

Глава 4. Обсуждение результатов исследования........................ 82

Выводы................................................................................................ 92

Список литературы........................................................................... 94

УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ß-ТКФ - бета-трикальций фосфат |im - нанометр

АДЛК - аллогенная деминерализованная лиофилизированная кость

AJIK - аллогенная лиофилизированная кость

ВОЗ - Всемирная организация здравоохранения

ГАП - гидроксиапатит

ГАГ - гликозаминогликан

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота

КМП - костный морфогенетический протеин

МДО - микродуговое оксидирование

мРНК - матричная рибонуклеиновая кислота

НИУ «БелГУ» - Белгородский государственный национальный исследовательский университет ПГЭМА - полигидроксилэтилметакрилат ПММА - полиметилметакрилат ПТДЧ - посттравматический дефект черепа РНК - рибонуклеиновая кислота СНО - студенческое научное общество ТМО - твердая мозговая оболочка ЧМТ - черепно-мозговая травма ЭМП - эмалевый матричный протеин

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В настоящее время в связи со значительным расширением возможностей хирургического лечения больных: в онкологии, травматологии, челюстно-лицевой, косметологической, сосудистой хирургии, а также нейрохирургии- приоритетным направлением является восстановление структуры ткани, в том числе костной, сохранение функции с дальнейшим высоким качеством жизни больного (Шамаева Х.Х., Савин И.А., Танедиева В.Д., Горячев A.C., Ошоров A.B., 2012).

Нарушение целостности кости в области хирургических вмешательств, травм, а также хронических специфических и неспецифических воспалительных процессов часто связано с длительным заживлением, результатом которого может явиться неполное или неполноценное восстановление костной ткани (Лидерман Е.М., Пряников И.В., 2012).

Проблемы, приводящие к необходимости пластики кости, сложны и многообразны. Одно из первых мест в этом вопросе занимает травматизм, в том числе и костей черепа. Актаульной проблемой современной ортопедии, травматологии и стоматологии является восстановление целостности костных органов, которое необходимо для лечения костной патологии - замедленной консолидации, переломов, дефектов и ложных суставов (Шаповалов В.М., 1999; Шаповалов В.М., Фомин Н.Ф., Дулаев А.К., Рукавишников A.C., 2000).

Травмы, в том числе вызванные современными видами оружия и техники, влекут за собой снижение собственных регенераторных возможностей костной ткани и приводят к состоянию «остеогенной недостаточности», что требует проведения комплекса мер по выполнению пластики кости и максимальной адаптированности репаративного остеогенеза в каждой конкретной ситуации (Гололобов В.Г., Дулаев А.К., Деев Р.В., Иванов Д.Е., 2001).

Несмотря на то что регенераторный потенциал костной ткани высокий,

процент осложнения в виде деформации элементов костно-суставной

системы, несращений, приводящих к стойкой потере трудоспособности и

4

инвалидности, остается достаточно высоким (Дедух Н.В., 2004). Поэтому посттравматическая регенерация костей скелета является не только одним из важнейших разделов современной травматологии, с одной стороны, (Кожокматова Г.С., 1995), но и неотъемлемой частью единого общебиологического процесса перестройки - с другой (Мартынова Н.В. и соавт., 2000). Достигнутые за последние годы значительные успехи в разработке проблем лечения переломов костей (Payne М. et al., 2000) сложили современное представление о патологической (Лаврищева Г.И. и соавт., 2000) и физиологической функциональной перестройке костной ткани (Лаврищева Г.И. с соавт., 2000). Особое значение приобретает освещение данной проблемы в фундаментальных медико-биологических дисциплинах морфологического профиля.

Как и в других тканях живого организма, в костной ткани происходит активный обмен веществ, интенсивность которого зависит от степени тяжести функциональной нагрузки (Campbell K.P. et al., 2002). Функциональная нагрузка в большей части и обусловливает микроэлементный состав костей и их морфофункциональное состояние (Сгашог С.F., 1998).

Активно развивающимся и перспективным методом реабилитации пациентов с полной и частичной потерей зубов на современном этапе развития стоматологии является дентальная имплантация. В повседневной стоматологической практике неотъемлемым методом лечения является имплантация, что повышает качество жизни пациентов и расширяет возможности эффективного ортопедического лечения (Миргазизов М.З. и соавт., 1999; Безруков В.М. и соавт., 2002; Hetz G., 2004).

Особое значение приобретает такой раздел сосудистой хирургии, как

хирургическое лечение аневризм, инсультов, требующее дальнейшего

восстановления костного дефекта (Казанчян П.О., Попов В.А., Сотников П.Г.,

Козорин М.Г., Ларьков Р.Н., 2012). По-прежнему важным является

восстановление ткани после онкологических операций (Чиссов В.И., Осипова

5

H.A., Ермолаев П.М., Котин М.Ю., Эльдарханов Д.Р., Хованская Т.П., 2012).

Несмотря на успехи, достигнутые в дентальной имплантологии, остаются актуальнымипроблемы возникновения послеоперационных осложнений, а также вопросы повышения эстетического компонента лечения и качества позиционирования имплантатов для снижения биомеханического риска (Иванов С.Ю. и соавт., 2000, 2004; Кащенко П.В., 2000; Базикян Э.А., 2001; Бениашвилли Р. и соавт., 2001;Дробышев А.Ю., Агапов B.C., 2002; Темерханов Ф.Т., Анастасов А.Н., 2002; Ушаков А.И., 2002; Babbush С., 2001). Этот вопрос тесно связан с хирургическими аспектами восстановления пациентов.

Усовершенствование методов хирургического лечения, в том числе при изучении различных вариантов имплантов, может привести к значительному сокращению послеоперационного периода, снижению осложнений, возможной инвалидизации больных, ускорению восстановления кости (Никитюк И.Е., Петраш В.В., Кубасов В.А., 2012).

В ряде случаев опыт применения ряда материалов в клинических условиях показал их низкую эффективновность, особенно при значительных дефектах кости, когда они не полностью заполняются исходной тканью, инкапсулируются соединительной тканью, создают возможность для хронического воспаления, усиливают резорбцию кости или частично отторгаются (Булгаков В.Г., Ильина В.К., Гаврюшенко Н.С., Шальнев А.Н., Омелдьяненко Н.П., Цепалов В.Ф., 2012). Особое значение эта проблема приобретает в стоматологии при использовании дентальных имплантатов, трансплантации костной ткани, образовании кист и ряде других проблем (Месхи К.Т., Аганесов А.Г., 2012).

В связи с этим приобретает особую значимость выбор такого метода

лечения, в котором применялись бы материалы, отвечающие современным

требованиям (Ненашев Д.В., Варфоломеев А.П., Майков C.B., 2012).

Остеопластические препараты должны обладать такими качествами, не иметь

токсических свойств, не вызывать воспаления, быть биологически

б

совместимыми с костью реципиента, сочетать остеокондуктивные и остеоиндуктивные свойства (Машков В.М., Сабодашевский О.В., Нетылько Г.И., Зайцева М.Ю., Наконечный Д.Г., 2012).В оптимизации остеогенеза особое значение имплантов заключается в том, что свои положительные качества они проявляют на всех этапах восстановления кости.

На современном этапе развития имплантологии особое значение приобретает прогресс в области нанотехнологии, который связан с разработкой наноматериалов для медицины (Гветадзе Р.Ш., Нубарян А.П., Русанов Ф.С., 2012). При этом сегодня можно говорить о появлении нового направления - наномедицины (Гветадзе Р.Ш., Кречина Е.К., Мырочкин В.В., Королев В.М., 2012).

В связи с этим целью нашего исследования явилось изучение морфофункциональных особенностей регенерации костной ткани в экспериментальных условиях при применении различных видов наноструктурированных имплантов.

Задачи исследования

1. Изучить особенности воспалительных и регенераторных процессов при наличии композита из желатина-гидроксиапатита-декстранана. Оценить динамику макро- и микроэлементного состава в матриксной кости во вновь образованной ткани.

2. В эксперименте выявить морфофункциональные особенности развития регенераторных процессов при применении имплантов из нанокерамики.

3. Определить морфофункциональные особенности развития регенераторных процессов при применении имплантов из нанотитана с обработкой путем микродугового оксидирования.

4. С целью выбора оптимальных нанобиокомпозитов провести сравнительную характеристику регенерации при использовании различных видов наноструктурированных имплантов.

Научная новизна исследования

На различных структурных уровнях изученапатоморфология

7

регенерации костной ткани черепа при применении: композитов из наноматериалов, наноструктурированных имплантов из керамики и титана Grey с микродуговой обработкой. Проведено изучение морфогенеза регенерации костной тканис сопоставлением структурных изменений с ее макро- и микроэлементным составом.

Научно-практическая значимость

Выявленные нами экспериментальные данные могут быть применены в различных направлениях практического здравоохранения: травматологии, стоматологии, ортопедии, пластической и эстетической хирургии, нейрохирургии.

В ряде доклинических и клинических дисциплин предлагается к изучению описание морфогенеза костной ткани при применении наноструктурированных имплантов из различных видов материалов. В настоящее время полученные данные находят свое применение у студентов медицинского факультета НИУ «БелГУ» при выполнении лекционного курса, а также семинарских занятий по патологической анатомии и секционному курсу.

При изучении процессов посттравматической регенерации могут быть использованы разработанные модели дефектов костей, влияния на этот процесс различных материалов для замены костной ткани в онкологии, травматологии, челюстно-лицевой, косметологической, сосудистой хирургии, а также нейрохирургии с сохранением функции с дальнейшим высоким качеством жизни больного.

Апробация результатов исследования

Результаты диссертационного исследования вошли в доклады, сделанные на конференциях: публикации в «Вестнике СНО НИУ «БелГУ», а также на расширенном заседании кафедры патологии НИУ «БелГУ» (Белгород, 2012).

Объем и структура диссертации

Материал диссертации представлен на 118 страницах. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования, обсуждения, выводов, практических

8

рекомендаций и списка литературы. Работа содержит 27 рисунков и 8 таблиц. Список литературы включает 110 источников отечественных авторов и 86 -иностранных.

Глава 1. Обзор литературы

В последнее время в различных отраслях медицины значительно расширились возможности хирургического лечения больных с дальнейшим сохранением функций органов и тканей и высокого качества жизни (Benzel Е.С., Kannan R.Y., 2007). Многообразными и сложными являются проблемы, приводящие к необходимости пластики кости (Cui Y., Liu Y. et al., 2009). Процент осложнений в виде несращений, деформаций элементов костно-суставной системы остается высоким, несмотря на высокий регенераторный потенциал костной ткани, что приводит к инвалидизации и стойкой потере трудоспособности (Шишкин Ю.В., Круглов Б.А. и соавт., 2009).

На современном этапе развития стоматологии дентальная имплантация является перспективным и активно развивающимся методом реабилитации пациентов с полной и частичной потерей зубов (Зайратьянц О.В., 2010).

В том числе это касается применения имплантов в стоматологии (Никольский В.Ю., Попов Е.С. и соавт., 2007). В зависимости от конструкции используют стандартные имплантаты или на основании моделей челюстей и анализа рентгенограммы конкретного пациента изготовляют индивидуальные имплантаты (Валиев Р.З., Семенова И.П. и соавт., 2008). Костную ткань челюсти в области дефекта зубного ряда следует максимально использовать в каждом конкретном случае (Зотов Ю.В., Касумов Р.Д. и соавт., 2008).

Эндодонто-эндооссальный имплантат - это штифт, вводимый через канал корня зуба с целью восстановления нормального коронко-корневого соотношения и укрепления зуба. Эндодонто-эндооссальный имплантат изготовляют из титана, тантала, окиси алюминия. Поверхность имплантата ровная, но может быть и с нарезкой. Можно также сочетать штифт-культю с эндодонто-эндооссальным имплантом (Жарков A.B., 2007). Вначале моделируют прямым способом штифт-культю, а затем строго по оси приклеивают восковой штифт, далее обрабатывают по общей технологии (Десятниченко К.С., Курдюмов С.Г. и соавт., 2006).

Эндооссальные имплантаты применяют при достаточной высоте

ю

альвеолярного отростка. Эндооссальные имплантаты изготовляют из титана и титанового сплава (Дмитриева JI.A., Рсвазова З.Э. и соавт., 2006).

Другой проблемой пластической хирургии являются последствия

травмы. Они представляют значительную проблему для здравоохранения как

причина ухудшения качества жизни, временной потери трудоспособности и

длительной инвалидности (Тихилов P.M., Корнилов H.H. и соавт., 2012).

Несчастные случаи происходят в самых различных формах, включая

дорожно-транспортные происшествия, утопления, пожары, падения в

домашних условиях, случаи отравления химическими веществами и

лекарствами, а также в связи с занятиями спортом и культурно-массовыми

мероприятиями (Слободской А.Б., Лежнев А.Г. и соавт., 2011). Травматизм

среди детей, молодежи и лиц старшего возраста имеет разную частоту

(Крутько A.B., Кудратов А.Н. и соавт., 2011). Травмы и повреждения не

только причиняют значительные страдания, но и имеют исключительно

серьезные последствия в плане снижения производительности труда и

повышения расходов на медицинское обслуживание (Ткаченко А.Н.,

Бахтин М.Ю. и соавт., 2012). Травматизм теснейшим образом связан с

развитием техники, механизацией производства, ростом и своеобразием

городов, строительством многоэтажных зданий и подземных сооружений,

переплетением и особенностями дорог, состоянием и количеством

транспорта, увеличением скоростей передвижения, с появлением новых

видов энергии, с усовершенствованием орудий и средств уничтожения людей

(Самохвалов И.М., Кожанов И.В. и соавт., 2012). Травматизм порождает ряд

проблем: административных, социальных, экономических и медико-

биологических (Тихилов P.M., Корячкин В.А. и соавт., 2012). Социально-

экономические проблемы заключаются в организации помощи и лечения

пострадавших и инвалидов, включая необходимость материальной

компенсации травмированным и семьям погибших (Тихилов P.M.,

Кочиш А.Ю. и соавт., 2011). Особенно растет травматизм, так или иначе

связанный с автотранспортом, нарушениями правил уличного движения и с

11

употреблением алкоголя (Фатхутдинов Т.Х., Гольдштейн Д.В., Клин A.A. и соавт., 2005). За год во всем мире только в результате автомобильных аварий и наездов получают различные травмы около 12 млн. человек; из них погибают на месте происшествия 350 тыс. (Schneider O.D. et al., 2008, Cui Y. et al., 2009). Стихийные бедствия, катастрофы, аварии на производствах и военные конфликты еще больше увеличивают число и тяжесть повреждений, создавая особые трудности в организации проведения правильного лечения больших масс пострадавших (Гречухин И.В., 2011).

Вследствие повреждений головного мозга число инвалидов к концу XX века достигло в США 3 млн., в России -2 млн., а во всем мире - около 150 млн. (Башкирова Г.А. и соавт., 1995; Крупин E.H., 1995). При этом показано, что молодые трудоспособные люди в наибольшей степени страдают от травматизма. Факторами повреждений мозга являютс