Автореферат и диссертация по медицине (14.00.21) на тему:Реакция тканей на коллаген - и гликозаминогликан - содержащие остеопластические материалы наполненные костным гидроксиапатитом

Актуальность проблемы

В практике стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, как в поликлинических условиях, так и в стационаре актуальной проблемой остается выбор остеопластического материала для заполнения дефектов, возникающих в результате оперативного вмешательства на костях лицевого скелета. В последние десятилетия с этой целью предложены различные материалы: ауто-, алло-, ксеногенные, совершенствуются методы их получения, обработки, уточняется состав, способы и показания к применению (Н.А.Плотников, 1978; П.Г.Сысолятин и др.,1988). Всё шире используют искусственные материалы. Среди них импортные препараты, такие как HTR, Пеп Ген/р -15 и др., довольно дороги и поэтому их применение у нас ограничено. В России фирмами: «ЗАО Полистом», «0стим-100», «Интермедапатит», выпускаются различные остеопластические материалы, они широко используются в практике хирургической стоматологии. Этими фирмами выпускаются такие материалы как Колапол - ЮТ, КП-2, КП-3, «Остим-ЮО», «Коллапан» и ряд других. Выполнено много работ по сравнительной характеристике эффективности этих препаратов ( В.С.Агапов и др., 2001; А.Ю. Дробышев, 2001; Кефах, 2001). Они широко используются в качестве остеопластических и гемостатических материалов (В.К.Леонтьев и др., 1995; А.И.Воложин и др., 1996; 1999; В.С.Агапов и др., 1999; С.Г.Курдюмов и др., 2000), применяются для заполнения дефектов челюстей после цистэктомии у детей и подростков, а также лунок удалённых зубов (Ф.А.Алимирзоев, 1998). Важным преимуществом этих материалов является их способность к резорбции и замещению костной тканью.

Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в этом вопросе, еще остаются нерешенные проблемы. Среди них — необходимость повышения остеопластической эффективности материалов. Это может быть достигнуто различными способами, среди них: введение в состав материала морфогенетического белка в чистом виде или в составе деминерализованной костной ткани. Этот способ не получил в России распространения.

Основными компонентами отечественных остеопластических материалов используемых в стоматологии, челюстно-лицевой хирургии и травматологии является коллаген и минеральные компоненты, в первую очередь гидроксиапатит и бета - трикальцийфосфат. Важная роль принадлежит свойствам минерального наполнителя, которые зависят от источника его получения и способа синтеза. В настоящее время в России широко применяется синтетический гидроксиапатит, а также костные минералы, полученные из костей крупного рогатого скота и кораллы. Различия эффектов, полученных при использовании остеопластических материалов, обусловлены особенностями свойств гидроксиапатита, синтетического и природного, в том числе костного минерала.

Определенный прогресс в совершенствовании свойств остеопластических материалов может быть достигнут, в результате введения в их состав сульфатированных гликозаминогликанов, что основано на механизме их действия в процессе образования и минерализации костной ткани. Поэтому на фирме «Коннектбиофарм» были разработаны композиционные материалы, обладающие комплексом свойств, необходимых для заполнения костных дефектов. Среди них: БИОМАТРИКС (биоматериал на основе костного коллагена крупного рогатого скота, насыщенный костными сульфатированными гликозаминогликанами (ГАГ), АЛЛОМАТРИКС-ИМПЛАНТ (биоматериал на основе костного коллагена человека, насыщенный костными сульфатированными ГАГ человека) и БИОМАТРИКС-ИМПЛАНТ (биоматериал на основе костного гидроксиапатита крупного рогатого скота). Эти материалы получены сравнительно недавно и еще не было проведено сравнительного анализа реакции на них тканей и, в том числе, остеопластических свойств. Проведение такого исследования является актуальным для стоматологии и патофизиологии, так как позволит уточнить механизм их действия, расширить показания к применению, а также определить пути дальнейшего совершенствования остеопластических материалов.

Целью работы является сравнительная оценка в эксперименте на животных реакции тканей на новые остеопластические композитные материалы, состоящие из коллагена, костного гидроксиапатита с введением в их состав сульфатированных гликозаминогликанов. Задачи работы

1. Провести качественный анализ тканевой реакции на имплантацию под кожу остеопластических материалов: Биоматрикса, Алломатрикса-импланта и Биоматрикса — импланта в эксперименте.

2. Провести количественную оценку тканевой реакции на имплантацию под кожу материалов: Биоматрикса, Алломатрикса-импланта и Биоматрикса — импланта в эксперименте.

3. Изучить динамику репаративного процесса в костной ткани при имплантации в искусственно созданный дефект Биоматрикса, Алломатрикса-импланта и Биоматрикса — импланта.

4. Выявить преимущества и недостатки новых остеопластических материалов, содержащих сульфатированные гликозаминогликаны, при их имплантации под кожу и в костную ткань.

5. На основании экспериментальных данных о реакции мягких и костных тканей на гликозаминогликан - содержащие остеопластические материалы, наполненные костным минералом сформулировать показания к их применению в челюстно-лицевой хирургии.

Научная новизна

Научной новизной отличаются данные о том, что тканевая реакция при подкожной имплантации биоматериалов: Биоматрикса, Алломатрикс-импланта и Биоматрикс — импланта имеет общие черты, заключающиеся в том, что все они, имея пористую структуру, прорастают соединительной тканью, подвергаются клеточной резорбции и ферментативному лизису. Все материалы первоначально вызывают слабо или умеренно выраженное асептическое воспаление в окружающей клетчатке без дистрофических или некротических изменений. Коллаген и, в меньшей степени, гидроксиапатит резорбируются макрофагами и гигантскими клетками инородных тел с последующим замещением соединительной тканью.

Впервые путем морфометрического исследования с балльной оценкой признаков определена интенсивность и длительность реактивных процессов, определяющих особенности тканевой реакции на разные биоимплантаты. Различия в реакции ткани обусловлены структурой материалов, а также особенностями в реакции на костный коллаген животного и человеческого происхождения. Научной новизной отличаются данные о том, что изученные остеопластические материалы при их введении в костные дефекты не препятствуют репаративному остеогенезу и созреванию новых костных структур.

Практическое значение

Практическое значение имеют данные об особенностях тканевой реакции на новые остеопластические материалы, введенные под кожу и в костные дефекты. Материал «Биоматрикс», содержащий костный коллаген крупного рогатого скота и сульфатированные ГАГ вызывает в ткани довольно выраженную и устойчивую воспалительную реакцию. Уменьшение объема имплантата происходит как за счет клеточной резорбции, так и вследствие ферментативного лизиса коллагена. Биоматрикс, введенный в костный дефект, занимает промежуточное положение среди других остеопластических материалов: Алломатрикса-импланта и Биоматрикса-импланта. Биоматрикс хорошо интегрируется в новообразованные костные структуры и не препятствует их созреванию. Материал Алломатрикс — имплант, содержащий костный коллаген человека и ГАГ, отличается от Биоматрикса значительно меньшей степенью воспалительной реакции, более медленным созреванием ткани и восстановлением исходной структуры клетчатки. Оптимальные результаты были получены при введении этого материала в костный дефект: к концу опыта наблюдалось образование костной мозоли, имеющей компактное строение с множеством остеонных систем. В динамике после имплантации Биоматрикса - импланта, состоящего только из минералов костей крупного рогатого скота, развивается наиболее интенсивная и продолжительная воспалительная реакция. Этот материал вызывает низкую интенсивность прорастания грануляционной ткани, замедление ее созревания и восстановления исходной структуры клетчатки. Биоматрикс — имплант не препятствует костеобразованию, но резорбируется гораздо медленнее, чем другие материалы. Его крупные фрагменты препятствуют осуществлению вторичной перестройки новообразованного костного вещества мозоли.

Положения, выносимые на защиту

1. Установлены как общие черты, так и различная степень выраженности тканевой реакции на подкожную имплантацию материалов: Биоматрикса, Алломатрикс-импланта и Биоматрикс-импланта в эксперименте. Все испытанные биоматериалы вначале вызывают асептическое воспаление в окружающей клетчатке, являются пористыми, прорастают соединительной тканью, подвергаются клеточной резорбции и ферментативному лизису. Дистрофических или некротических изменений в окружающей имплантаты ткани не обнаруживается, что свидетельствует об отсутствии у них токсических свойств.

2. Коллаген и, в меньшей степени, гидроксиапатит резорбируются макрофагами и гигантскими клетками инородных тел с последуюпщм замещением соединительной тканью, которая постепенно подвергается инволюции, с формированием на ее месте подкожной клетчатки.

3. Различия тканевой реакции на гидроксиапатит и коллагеновые материалы обусловлены их разной структурой и различиями свойств костного коллагена животного и человеческого происхождения. Биоматрикс, содержащий коллаген крупного рогатого скота, вызывает более выраженную и устойчивую воспалительную реакцию. Значительно меньшую степень воспалительной реакции вызывает Алломатрикс-имплант. Биоматрикс-имплант вызывает, по сравнению с другими материалами, наибольшую активизацию воспалительной реакции, которая отличается устойчивостью в динамике процесса.

4. Все использованные остеопластические материалы при их подсадке в экспериментально воспроизведенные костные дефекты не препятствуют репаративному остеогенезу, что выражается в, раннем построении и созревании новых костных структур.

5. Оптимальным остеопластическим материалом по результатам экспериментального исследования является Алломатрикс. Биоматрикс занимает по эффекту второе место среди изученных материалов. Наименее эффективным в качестве остеопластического материала является Биоматрикс-имплант.

Апробация диссертации

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на межкафедральной клинической конференции кафедры факультетской хирургической стоматологии и имплантологии и кафедры патофизиологии стоматологического факультета МГМСУ 6 ноября 2003 года.

Реализация результатов исследования

Полученные результаты исследования и практические рекомендации внедрены в клиническую практику кафедры факультетской хирургической стоматологии и имплантологии и в учебный процесс кафедры патологической физиологии стоматологического факультета. Публикации

По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы:

1. Шехтер А.Б., Нури Фарзин. Реакция ткани при подкожной имплантации биоматериалов из коллагена и гидроксиапатита // Материалы конференции, посвященной памяти проф. В.В. Паникаровского (окт. 2001 г.) . - М/.2002. — С.53-56.

2. Панин A.M., Иванов С.Ю, Нури Фарзин, Шехтер А.Б., Волоокин А.И. Морфологической изучение тканевой реакции на подкожную имплантацию биоматериалов // В кн.: Биомедицинские технологии (репродукция тканей и биопротезирование). Труды межведомственного научно-исследовательского и учебно-методического центра биомедицинских технологий. -Вып. 18. -М.: 2002. -С.64-75.

3. Панин A.M., Нури Фарзин, Иванов С.Ю, Григоръян А.С. Заживление экспериментально воспроизведенных костных дефектов при имплантации в них различных остеопластических материалов // В кн.: Биомедицинские технологии (репродукция тканей и биопротезирование). Труды межведомственного научно-исследовательского и учебно-методического центра биомедицинских технологий. - Вып. 19. — М.: 2003. - С.25-30.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 101 странице компьютерной верстки и состоит из введения, обзора литературы, главы «Материалы и методы исследования», двух глав Собственных исследований, обсуждения результатов, выводов и практических рекомендаций. Библиографический указатель содержит 175 источников, из них 58 - отечественных.

Выводы

1. Тканевая реакция при подкожной имплантации остеопластических материалов: Биоматрикс, Алломатрикс-имплант и Биоматрикс-имплант в эксперименте имеет общие черты: все три биоматериала являются пористыми, прорастают соединительной тканью, подвергаются клеточной резорбции и ферментативному лизису.

2. Исследованные биоматериалы вначале вызывают асептическое воспаление в окружающей клетчатке. Степень воспаления различна, но ее интенсивность не выходит за пределы нормативной реакции на имплантат. Дистрофических или некротических изменений в окружающей имплантаты ткани не обнаруживаются, что свидетельствует об отсутствии у них токсических свойств.

3. Клеточные элементы (нейтрофилы, макрофаги, фибробласты и др.) проникают внутрь имплантатов всех видов, формируют грануляционную ткань, а затем более зрелую фиброзную соединительную ткань, которая прорастает в поры материала, заполняет пространство между структурными элементами, образует тонкие микрокапсулы вокруг фрагментов коллагена и скоплений частиц гидроксиапатита.

4. Коллаген и, в меньшей степени, гидроксиапатит резорбируются макрофагами и гигантскими клетками инородных тел. По мере рассасывания имплантатов, он замещается соединительной тканью, которая с третьей недели после имплантации постепенно подвергается инволюции, и в месте имплантации формируется структура подкожной клетчатки.

5. Результаты полуколичественного морфометрического исследования с балльной оценкой морфологических признаков свидетельствуют о различиях тканевой реакции на остеопластические материалы, что связано с их разной структурой и различиями свойств коллагена животного и человеческого происхождения.

6. Биоматрикс, содержащий коллаген крупного рогатого скота вызывает более выраженную и устойчивую воспалительную реакцию, уменьшение его объема происходит за счет макрофагальной резорбции. Алломатрикс-имплант вызывает значительно меньшую степень воспалительной реакции и медленней резорбируется. Биоматрикс-имплант, состоящий только из гидроксиапатита вызывает, наибольшую активизацию воспалительной реакции, которая отличается устойчивостью в динамике процесса.

7. Все использованные остеопластические материалы при их подсадке в стандартные экспериментально воспроизведенные костные дефекты не препятствуют осуществлению репаративного остеогенеза, что выражалось в раннем построении новых костных структур и их созревании. Новое костное вещество откладываются в непосредственном контакте с депозитами подсаженного остеопластического материала.

8. Важным фактором, определяющим конечный эффект от подсадки пластического материала является скорость его рассасывания и качество взаимодействия с окружающими тканями. Биоматрикс — имплант резорбируется медленно, в связи с чем образуется несовершенная костная мозоль. Оптимальные результаты получены в опытах с Алломатриксом, содержащим гликозаминогликаны: к концу опыта образуется костная мозоль компактного строения с множеством остеонных систем. Биоматрикс - имплант резорбируется гораздо медленнее, чем другие материалы и тормозит вторичную перестройку новообразованного костного вещества.

9. По результатам экспериментального исследования оптимальным остеопластическим материалом является Алломатрикс. Биоматрикс занимает по эффекту второе место среди трех видов материалов. Наименее эффективным в качестве остеопластического материала является Биоматрикс-имплант.

Практические рекомендации

1. Подсадка под кожу и в костный дефект экспериментальных животных биоматериалов: Биоматрикса, Алломатрикса-импланта, Биоматрикса-импланта и последующее динамическое наблюдение с применением морфофункциональных полуколичественных критериев является эффективным способом оценки их биосовместимости и остеопластической активности.

2. Все испытанные биоматериалы (Биоматрикс, Алломатрикс-имплант и Биоматрикс-имплант) являются пористыми, прорастают соединительной тканью, подвергаются клеточной резорбции и ферментативному лизису. Они не вызывают дистрофических или некротических изменений в окружающих тканях, что свидетельствует об отсутствии у них токсических свойств. Поэтому данные материалы являются биосовместимыми и могут быть рекомендованы к использованию в хирургической стоматологии.

3. Оптимальным остеопластическим материалом является Алломатрикс, который может быть рекомендован для хирургической стоматологической практики. Биоматрикс, содержащий коллаген крупного рогатого скота, занимает второе место среди трех видов материалов. Биоматрикс-имплант, состоящий только из гидроксиапатита, является наименее эффективным материалом для заполнения костных дефектов, он вызывает наиболее активную воспалительную реакцию и очень медленно резорбируется.