Автореферат и диссертация по медицине (14.00.21) на тему:Замещение дефектов челюстей с использованиеммодифицированного минералнаполненногополиметилметакрилата (экспериментальное исследование)

РГБ ОД

2 о кая ей

На правах рукописи

БИРЮКБАЕВ ТИМУРЖАН ТЛЮТАЕВИЧ

УДК: 616.716.8-09 -74

Замещение дефектов челюстей с использованием модифицированного минералнаполненного полиметилметакрилата (экспериментальное исследование)

14.00.21 - «Стоматология» 14.00.16 - «Патологическая физиология»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва - 2002

Работа выполнена в Московском государственном медико-

стоматологическом университете МЗ РФ

Научные руководители:

научный консультант:

Заслуженный врач РФ Доктор медицинских наук, Профессор Ю.И.Чергештов

Заслуженный деятель науки РФ Доктор медицинских наук, Профессор А.И. Воложин

Доктор химических наук, Профессор А.П. Краснов

Официальные оппоненты:

Доктор медицинских наук, Профессор Т.Г. Робустова

Доктор биологических наук, Профессор И.А. Вальцева

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский институт стоматологии МЗ РФ

Защита состоится

.2002 г., в

часов на заседании

диссертационного совета Д (208. 041.03) в Московском государственном медико-стоматологическом университете МЗ РФ по адресу: 103066, Москва ул., Долгоруковская, д.4.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета по адресу.

г.Москва, ул. Вучетича, д.1йа. Автореферат разослан « ! »

2002 г

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат медицинских наук, доцент

Шарагин Н.В.

Введение

Актуальность проблемы

Актуальной проблемой современной стоматологии и челюстно-лицевой хирургии является выбор материалов для замещения дефектов костей лицевого скелета, возникающих после травм в результате воспалительных процессов, удаление опухолей и т.д. (Н.А.Плотников, 1978).

С этой целью широко используют аутокость, а также аллогенные костные материалы, обработанные формальдегидом, замороженные и лиофили-зированные (А.И. Воложин, Ю.И. Чергештов, 1996; Т.Г. Сажина, 1997).

Существенным недостатком аутокости, взятой, например, из ребра или гребешка подвздошной кости является необходимость в дополнительной операции; формальдегид все реже используется в медицине из-за его токсичности, охлажденная и лиофилизированная кости обладают высокой антиген-ностыо и могут содержать опасные инфекционные факторы.

Поэтому альтернативой костной ткани в качестве имплантатов являются искусственные материалы - полимеры, например, полиэтилен, полилакти-ды, полигликолиды и др. (Vasconcelos et all, 1997; Plahakadze et all, 1996).

Наиболее распространенным полимером, используемым в медицине является полиметилметакрилат (ПММА), преимуществом которого является возможность получения изделий сложной конфигурации путем заливки низковязких полимер-мономерных композиций в гипсовые формы с последующей полимеризацией при невысоких температурах. Этот полимер имеет достаточно высокий комплекс физико-механических показателей, что позволяет использовать его в качестве эндопротезов.

Недостатком материала является низкая биосовместимость, наличие остатков мономера, инициатора полимеризации и других низкомолекулярных добавок, обладающих токсичностью и аллергенностью.

С целью улучшения биосовместимости используются различные пути, в первую очередь, химические и физико-химические, например, введение ги-

дроксиаиатита (ГАП). Однако и этот метод не лишен недостатков, главным из которых является некоторое ухудшение прочности на изгиб и снижение показателя ударнй вязкости (Tantbirojn et all, 1962; Saito et all, 1994). Современные достижения в химии полимеров позволяет значительно модифицировать композицию ГАП-ПММА путем специальной обработки кристаллического наполнителя, позволяющей создать межфазные, граничные слои, увеличивающие связь с молекулами полимера. Важным является то обстоятельство, что для такой обработки не используются новые химические реагенты для полимеризации. Однако, сравнительных исследований физических свойств и биосовместимости модифицированной композиции ГАП-ПММА и костной ткани до настоящего времени проведено не было. Технология получения новой композиции не предусматривает полного удаления из нее растворимых токсических и аллергенных компонентов. Это может быть достигнуто путем использования сверхкритичсской среды СОг (А.И. Воложин и др., 1998). Неизвестно, однако, как влияет сверхкритическая среда С02 на физико-химические свойства и биосовместимость модифицированной композиции ГАП-ПММА, изучение этого вопроса является актуальной проблемой стоматологии и патологической физиологии.

Цель исследования

Лабораторное и экспериментальное изучение новой модификации ГАП-содержащего ПММА, обладающего улучшеными физико-механическими свойствами, биосовместимостью и остеоинтегративностью для использования в качестве искусственного заменителя кости в хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии.

Задачи исследования

1. Изучить физико-механические свойства модифицированного композитного материала ПММА-ГАП, соединенного с полимером гидро-ксильными группами.

2. Сравнить физико-механические свойства обычного и модифицированного композита ПММА-ГАП.

3. Изучить остеоинтегративные свойства обычной и модифицированной композиции ПММА-ГАП в сравнительном аспекте.

4. Оценить особенности клеточных реакций костной ткани челюсти при имплантации обычной и модифицированной композиции ПММА-ГАП в эксперименте.

5. Проследить динамику регенирации нижней челюсти при введении в искусственно созданный дефект имплантатов из композиции ПММА-ГАП.

Научная новизна

Впервые установлено, что модификация композиций ПММА/ГАП полиакриловой кислотой приводит к увеличению их физико-механических свойств, таких как ударная вязкость, прочность на изгиб, твердость.С помощью инфракрасной спектроскопии установлено, что полиакриловая кислота • образует с ГАПом координационные .связи, придающие комплексу более высокие термопластические свойства. Изучено влияние кипячения на состав поверхностных слоев модифицированной композиции ПММА/ГАП. Определение краевого угла смачивания модифицированного образца композита после кипячения впервые показало, что под влиянием кипящей воды непрореа-гировавшие с поверхностью ГАП гидроксильные группы изменяют конфигурацию макромолекул. Воздействие сверхкритической среды СОг на модифицированный композит ПММА/ГАП для удаления растворимых соединений вызывает снижение физико-механических свойств образцов. Кипячение в во-" де образцов композитов обработанных сверхкритической средой СО2 восстанавливает основные физико-механические свойства образцов: предел прочности на изгиб и ударную вязкость.

Практическая ценность

Значение полученных данных для практики основано на лабораторных и теоретических исследованиях, среди которых практическое значение имеет: создание устойчивой химической связи ПММА с ГАП с помощью поли-

акриловой кислоты и необходимость кипячения для формирования поверхности имплантата обогащенной кристаллами ГАПа.

Модифицированная композиция ПММА-ГАП усиливает физико-механические свойства образцов и значительно улучшает биосовместимость материала при его имплантации в челюсть. Практически важными являются данные о том, что модифицированная композиция при подсадке в нижнечелюстную кость проявляет более выраженную остеоинтегративную активность, а так же способствуют продуктивным остеогенетическим реакциям, сопровождающимся образованием массивов костной ткани вокруг импланта-тов.

В результате образовании химической связи ПММА с ГАПом, кристаллы не выделяются из композита в окружающие мягкие ткани и не вызывают реакции раздражения, что увеличивает биосовместимость имплантаци-онного материала.

Внедрение результатов исследования

Результаты исследований внедрены в клиническую практику на кафедре хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии ФУВ МГМСУ, в учебном процессе кафедры патофизиологии стоматологического факультета МГМСУ, а также используются для обучения студентов старших курсов стоматологического факультета МГМСУ, практикующих врачей и преподавателей в циклах обучения на факультете повышения квалификации стоматологов (ФПКС) МГМСУ.

Апробация работы

Основные положения работы доложены и обсуждены на совместном заседании кафедр: хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, кафедры хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии ФПКС и кафедры патологической физиологии стоматологического факультета МГМСУ.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы, методы и объекты исседования Материалы исследования

Материалом для изготовления имплантатов в экспериментальных исследованиях был композит, выпускаемый промышленностью для использования в медицинских целях: сополимер полиметилметакрилата (ПММА) марки «Этакрил». Из этого материала по стандартной технологии полимеризации на водяной бане были изготовлены пластинки размером 0,8 х 1,5 см и толщиной 1,5 мм. В процессе изготовления имплантаты были разделены на 3 группы: 1-я - чистый ПММА, 2-я - ПММА + гидроксиапатит (ГАП), 3-я группа - модифицированный композит путем создания химической связи. ПММА с ГАП.

Использован синтетический Гидроксиапатит (ГАП), выпускаемый ЗАО «По-листом». Содержание ГАПа, который был равномерно распределен в каждой пластинке образца, составляло 30% по весу. Для химической связи

между ПММА и ГАП была использована полиакриловая кислота (ПАК). Эталонные образцы из метилметакрилата заливали гипсом, готовили из компонентов композицию, тщательно перемешивали в фарфоровой ступке, добавляли мономер - ММА до получения консистенции густой сметаны и помещали в ячейки. Пресс-форму закрывали, выдерживали под прессом 30 ми-. нут, затем опускали в водяную баню, в которой нагревали по специальной схеме, охлаждали на воздухе, раскрывали и извлекали образцы, которые подвергали исследованию.

Методы физико-механических испытаний

Испытания материалов на изгиб и ударную вязкость проводили на приборе типа "Динстат" по ГОСТ 17036-71.

Образцы для определения ударной вязкости представляли собой бруски размером 4x8x15 мм. Удельную ударную вязкость вычисляли по форму-ле:А=100а/(Ьс), где: А - удельная ударная вязкость, кДж/м2 а - работа, затраченная на разрушение образца, кДж, Ь - ширина образца, мм, с - толщина образца, мм.

Зависимость деформации от температуры снимали на установке "УИП-70-М" с плоским индикатором при непрерывном повышении температуры со скоростью 5 град/мин в интервале температур. Размер образца: диаметр 7 мм; высота 0.6 мм. Нагрузка 50 г/см.

Определение растекаемости полимеров и наполненных полимерных систем проводили на плоскостном пластометре ПП-1.

Для анализа изменений, проходящих в полимерных системах, использовали полосы поглощения, характерные для функциональных групп компо-' нентов. ИК-спектр регистрировали на спектрофотометре 1Ж-20 в интервале от 400 до 4000 см"1. Образцы порошкообразных композиций готовили табле-тированисм с КВг.

Для проведения рентгено-фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) использовали образцы в виде прямоугольных пластинок размером 20x6x2 мм, которые исследовали на приборе Х-8АМ-800 фирмы "Кратос" с использованием М^К - излучения.

Определение краевого угла смачивания (в начальный момент и через 5 минут) образцов проводили на инструментальном микроскопе типа МИИ-2' (малая модель) при увеличении 10х. В качестве стандартной жидкости была взята дистиллированная вода.

Плотность образцов определяли по изопропиловому спирту. Для этого предварительно взвешивали образцы на аналитических весах на воздухе, затем - в изопропиловом спирте.

Объекты экспериментального исследования

В эксперимент взято 18 половозрелых кроликов весом около 3 кг, породы шиншилла. Под гексеналовым наркозом у кроликов выстригали шерсть

8

в области края и ветви нижней челюсти справа. С соблюдением правил асептики делали разрез кожи, тупым путем обнажали угол и ветвь челюсти. В области угла челюсти с помощью фрезы, при малых оборотах с постоянным охлаждением физиологическим раствором, создавали дефект размером 10 х 10 мм. Дефект закрывали одним из имплантатов, который фиксировали по. краям к кости с помощью титановых шурупов. Мягкие ткани укладывали на место, кожу ушивали шелком. В послеоперационном периоде вводили антибиотики в течение 5 дней. Кролики были разделены на 3 группы по 6 животных в каждой, в зависимости от состава имплантата: 1-я - чистый ПММА, 2-я - ПММА с 30% ГАП и 3-я - модифицированный композит ПММА с 30% ГАП.

Животных выводили из эксперимента через 1, 2 и 4 месяца после операции (по 2 из каждой группы) путем введения воздуха в вену уха. Фрагменты нижней челюсти кроликов с имплантатами фиксировали в 4% нейтрали- • зованном растворе формальдегида в течение 1 недели. Фрагменты челюсти поперечно к ее оси распиливали тонкими алмазными фрезами на две части так, чтобы спил проходил через середину имплантата. Один фрагмент использовали для световой, другой - для сканирующей микроскопии.

Метод сканирующей микроскопии

С целью изучения взаимоотношений поверхности имплантата с костными структурами проводили исследование рельефа фронта минерализации кости в прилежащих к нему участках. Для этого фиксированные образцы помещали в холодный 5-10% раствор гипохлорита натрия для деорганифика- • ции. После тщательной отмывки в проточной воде их обезвоживали в растворах ацетона восходящей концентрации и высушивали в среде С02 на аппарате Hitachi НСР (Япония). Высушенные образцы кости приклеивали на столики токопроводящим клеем (Watford, England), напыляли медью или золотом в напылителе Balzers SCD 040 (Лихтенштейн) в атмосфере аргона. Исследование всех образцов проводили на микроскопе Philips-515 (Голландия) при ускоряющем напряжении 15 kv. Отдельно изучали прилежащую к им-

плантату наружную поверхность нижней челюсти, область распила и внутреннюю поверхность нижней челюсти в зоне выхода крепящего винта. Для изучения взаимоотношения винтов с костными структурами после исследования рельефа фронта минерализации образцы образцы раскалывали так, чтобы скол проходил по поверхности винта. Затем образцы повторно напыляли медью и исследовали методом СЭМ.

Методика патоморфологического исследования

Для гистологического исследования выделенные образцы ткани помещали в Трилон Б для декальцинации. Далее следовала дегидратация тканевого материала и его заливка в парафин, срезы окрашивали гематоксилин-эозином.

Результаты исследования

Исследование физико-механических и биологических свойств образцов проведено в два этапа: первый этап - лабораторный, второй - экспериментальный.

Результаты исследования физико-механических свойств имплаи-

татов

В результате лабораторного исследования обнаружено закономерное снижение физико-механических свойств образцов при увеличении процента наполнения ГАПом до 30% (по весу). Содержание ГАП более 30% приводило к дальнейшему и резкому ухудшению механических свойств образцов (табл.1).

Таблица 1.

Физико-механические свойства образцов ПММА,

наполненного ГАП

№№ Компози- о, Z А, Плотность

п/п ция МПа изгиба, ° кДж/м2 г/см3

масс.%

ГАП

72,7 23 3,2 1,22

1. 10 73,1 24 3,6 1,22

72,9* 23,5* 3,4* 1,22*

64,7 21 5,4 1,3

2. 20 55,3 22 5,0 1,3

60* 21,5* 5,2* 1,3*

49,3 21 3,1 1,32

3. 25 49,2 25 2,9 1,33

49,25* 23* 3,0* 1,325*

54,1 20 2,7 1,34

4. 30 67,3 23 3,3 1,35

60,7* 21;5* 3,0* 1,345*

22,9 12 0,9 1,44

5. 40 27,0 17 1,7 1,39

25,0* 14,5* 1,3* 1,42*

* - средние показатели.

Физико-механические свойства композита улучшились после кипячения, что объясняется отмыванием частиц наружного слоя, и, возможно, удалением некоторых поверхностных молекул.

Полученные данные свидетельствуют о том, что наиболее заметное улучшение физико-механических показателей происходит при введении в композицию полиакриловой кислоты. Это касается таких показателей как' ударная вязкость, прочность на изгиб и твердость (табл.2).

Физико-механические свойства композитов Табл. 2.

ПММА с модифицированным ГАПом

Исходные образцы |

№ п/п Наименование образца до кипячения после кипячения

А, КДж/м 2 о, МПа Z изгиба, ° А, кДж /м" О, МПа А изгиба,0

1. «ПММА-л» 103,0 168,0 25 29 5,4 90,6 71,8 33 20

2. ПММА полимер-мономерная ком. 6,2 8,0 94,8 80,0 27 29 9.4 7.5 95,0 88,0 33 20

3. ПММА- 70% ГАП - 30% 2,9 3,0 48,2 44,2 19 17 2,7 2,9 42,8 40,0 17 14

4. ПММА- 70% ГАП - 30% + (ПАК-Са) 3,5 3,5 57,0 53,0 22 20 3 3,5 48,0 46,0 20

Обнаружено изменение термомеханических свойств композита при его изготовлении в условиях повышения температуры примерно на 20°С. Показано, что в результате введения в среду полиакриловой кислоты происходит изменение химического строения композиции и образуется термически более стабильный комплекс, сохраняющий термопластические свойства. Это было подтверждено путем исследования взаимодействия полиакриловой кислоты с поверхностью ГАПа с помощью инфракрасного спектрального анализа системы ГАП/ПАК. Было показано, что в такой композиции образуются координационные связи между компонентами. Оказалось, что при обработке поверхности кристаллов раствором ПАК часть функциональной группы моле-

12

кулы кислоты расходуется на образование химических связей с поверхностью ГАПа.

Было также изучено влияние кипячения на состав поверхностных слоев модифицированной композиции. Установлено увеличение гидрофобности поверхности за счет взаимодействия карбоксильной группы с поверхностью ГАП и формирования менее полярной поверхности. Однако, судя по результатам РФЭС, образующаяся поверхность оказывалась гидролитически неустойчивой, количество окисленного углерода после кипячения заметно возрастало с 22% до 38% . Вероятно, в этом образце под влиянием кипящей воды, не прореагировавшие с поверхностью ГАП гидроксильные группы, способны изменить конфигурацию макромолекулы ПАК, формируя систему водородных связей. Об этом свидетельствуют и данные, полученные при определении краевого угла смачивания модифицированного образца после кипячения.

В результате шестиминутной экспозиции происходил резкий спад значения краевого угла смачивания без заметного увеличения диаметра капли, что, вероятно, могло характеризовать процесс "всасывания" воды в полимер. По-видимому, вода при продолжительном пребывании на поверхности начинает проникать в поры по капиллярам между частицами ГАП. При модификации ГАП полиакриловой кислотой только часть функциональной группы её молекулы абсорбируются на поверхности ГАП, а остальные - «внешние» функциональные группы сохраняют высокую реакционную способность и способны к дальнейшим химическим реакциям.

Наиболее значимы два результата этой части работы: 1 - необходимость кипячения при создании поверхности имплантата обогащенной ГАП и 2 - получение на частицах ГАП поверхностных промежуточных слоев устойчивого гидролиза в условиях продолжительного кипячения.

Представляло интерес оценить влияние образовавшихся на поверхности ГАП промежуточных слоев нейтрализованной полиакриловой кислоты на физико-механические свойства разработанного материала. Исследование показало, что модификация поверхности ГАП заметно (на 10%-15%) улучшает

физико-механические свойства наполненного материала. Особенно важным было наблюдаемое повышение показателей вязкости с 2,9-3 Кдж/м2 до 3,5 Кдж/м2, а так же повышение предела прочности при изгибе примерно на 20%.

Кипячение практически не отразилось на величине предела прочности на изгибе чистого полимера ПММА. Образцы, наполненные ГАП, слабо понижали предел прочности при изгибе с 44-48 МПа до 40-42 МПа. Подобное • снижение связано, по-видимому, с повышением гидрофильности наполненного ПММА и образованием микропор, что определяет возможность проникновения воды в поверхностный слой. В целом, эти данные показывают улучшение физико-механических свойств модифицированного материала и его большей стабильности, что предопределяет большие возможности его практического использования.

На одном из этапов работы нами было проведено исследование по выяснению влияния обработки образцов в сверхкритической среде СОо на комплекс физико-механичских показателей и свойства поверхностей образ- • цов. Образование при обработке сверхкритической средой С02 пористо-поверхностного слоя предопределяет особенность поведения этих образцов после кипячения в воде. Воздействие СКС С02 удаляло токсические вещества, но несколько снижало физико-механические свойства образцов композита. Кипячение же во всех случаях приводило к заметному повышению показателя предела прочности на изгиб и ударной вязкости. Особенно значительно это проявляется в наполненных и модифицированных образцах, где показатель предела прочности на изгиб становится более высоким, чем исходное значение. Такой результат, возможно,, обусловлен заполнением поверхност-' ных микропор водой, что приводит к своеобразному «залечиванию» дефектов путем образования водородных связей по всему объему поверхностного слоя.

Реакция костной ткани челюсти на имплаитаты

На втором этапе работы были изучены реакции костной ткани челюсти на имплантаты, состоящие из ПММА и ГАПа, а также на соответствующую композицию, в которой эти два компонента были связаны химической связью с помощью полиакриловой кислоты. В экспериментах на кроликах были поставлены 3 основные задачи:

1. Исследовать характер воздействия имплантатов из ПММА на ткане- ■ вый субстрат различного характера: кость в области подсадки и прилегающую мышечную ткань;

2. Выявить особенности реакций тканевых компонент имплантацион-ного ложа на имплантат, содержащий свободный ГАП;

3. Оценить эффективность имплантационного материала, содержащего ГАП химически связанный с полимером.

Проведенное нами гистоморфологическое исследование позволило провести динамические наблюдения за тканевыми элементами, окружающими имплантаты. Их подсадка из «чистого» ПММА вызывала в области экспериментального воздействия развитие преимущественно атрофических процессов. Так, к 4 месяцу опыта отмечалась редукция кости в области контакта с имплантатом из «чистого» ПММА. Во внешней стенке имплантационного ложа мышечная ткань подвергалась дегенеративным изменениям и замещалась соединительной тканью. По всему периметру поверхности имплантатов наблюдалось формирование соединительнотканной капсулы с тенденцией ее фиброзирования. Капсула отделяла инородное тело от окружающих тканей: костной и мышечной.

В то же время в окружающих имплантаты тканях наблюдалось ново-бразование костной ткани со стороны внутренней т. е. обращенной к челюс- • ти поверхностью имплантата. Этот процесс был достаточно явным и манифестировал о себе костными экзостозами, охватывающими торцы имплантатов. Мы расценили описываемый процесс, как компенсаторную реакцию на убыль костной ткани в области подсадки. Атрофия кости, в свою очередь,

была, по-видимому, результатом механического воздействия инородного тела на кость.

В целом, мы расцениваем описанные гистоморфологические картины, как проявление пассивной редукции и капсулообразования в окружающих тканях, где происходила структурная организация и созревание тканевых элементов, которая обычно сопровождает их адаптационную перестройку, соответствующую новым функциональным условиям. Об этом же свидетельствовало и практически полное отсутствие в тканях, окружающих импланта- • ты, воспалительных реакций.

При подсадке животным имплантатов из ПММА, содержавшим свободный ГАП, отмечалась картина несколько иного плана. Во-первых, дело не ограничивалось «пассивными» процессами: редукцией костной ткани и кап-сулообразованием. Определенно имели место проявления воспалительных реакций, которые можно было проследить как в костной ткани внутренней, так и в соединительной ткани наружной стенки имплантационного ложа. Проявления раздражающего действия имплантационного материала на окружающие ткани можно связать с освобождением и выходом из имплантатов ■ химически несвязанного с полимером ГАПа. О такой возможности свидетельствует обнаружение при гистоморфологическом исследовании в ткани костномозговых пространств новообразованной кости депозитов кристаллического материала, по-видимому, ГАПа.

Отмечалась явная активизация костеобразования по сравнению с предыдущей серией опытов. Иногда она носила характер гиперпродуктивной реакции. Кроме того, мы отметили в новообразованной костной ткани ускорение процессов ее созревания. В целом, указанные реакции приводили к тому, что они практически полностью компенсировали редукционные процессы, ■ протекающие, очевидно, в материнской кости.

В третьей серии опытов испытывали имплантаты из ПММА химически связаным с ГАПом. Этот материал оказался наиболее эффективным по показателям состояния окружающих имплантаты тканевых элементов.

Прежде всего, следует отметить отсутствие сколько-нибудь выраженных патологических реакций на подсадку имплантата. Не наблюдалось в тканях, прилежащих к имплантату, образования воспалительных инфильтратов. Отсутствовали и обнаруженные во второй серии опытов отложения в тканях материала, которые свидетельствовали бы о выходе в тканевую среду ГАПа.

В то же время были выявлены картины столь интенсивного остеогене-за, что имплантаты к концу срока опытов оказывались запаянными в новообразованную костную ткань. Гиперпродуктивные остеогенетические реакции в определенных случаях можно считать положительным явлением, особенно когда речь идет о закрытии костных дефектов.

Гистоморфологический метод показал характер воздействия имплан-татов из ПММА на тканевой субстрат - костную ткань челюсти в области подсадки. Выявлены особенности реакции кости на имплантат из ПММА, содержащий ГАП в свободном и в связанном виде. Однако этот метод имеет ограничения, заключающиеся в том, что он не позволяет оценить в полной мере явления остеоинтеграции - очень важный для имплантации процесс, определяющий, в конечном счете, функцию системы имплантат — кость.

Явление остеоинтеграции были изучены с применением метода сканирующей электронной микроскопии.

Костный компонент интеграции обусловлен прямым контактом минерализованных костных структур с поверхностью пластмассы. На наличие фиброзной интеграции указывает щель между имплантатами и костными структурами, по краю которых выявляются многочисленные прободающие волокна, расположенные параллельно прилежащей поверхности импланта-тов.

Выраженность остеоинтегративных свойств имплантатов из ПММА имеет отчетливые различия в зависимости от состава используемой пластмассы. Так, костный компонент интеграции более выражен при применении имплантатов из ПММА с 30% ГАП и ПММА с 30% ГАП с химической свя-

зью, тогда как при использовании чистого ПММА, он почти отсутствует. Костные структуры в большинстве случаев связаны с участками пластмассы, содержащими ГАП.

При удалении имплантатов из их ложа часто происходит разрушение трабекул, что свидетельствует о прочности соединения костных структур с ГАП-содержащими участками поверхности пластмассы. Отчетливой корреляции между выраженностью костно-фиброзной интеграции и составом используемой в имнлантатах пластмассы не выявлено. В то же время тенденция к врастанию кости в пространство между резьбой шурупа и пластмассой лучше проявляется при использовании составов, содержащих ГАП. Врастание кости полностью отсутствовало только тогда, когда происходила резорбция костных структур на всю толщину нижней челюсти с образованием лишенного кости пространства по периметру шурупов.

Костные наросты на наружную поверхность имплантатов увеличивались в размерах с увеличением продолжительности эксперимента. Как правило, они не имели прямых контактов с имплантатами и были отделены от них пространством различной ширины, в котором располагалась соединительнотканная капсула. Исключение представляют достаточно крупные плоские наросты, признаки костно-фиброзной интеграции которых отмечались только в случаях применения имплантатов из пластмассы, содержащей ГАП.

Результаты исследования, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии, свидетельствуют о том, что введение ГАП в состав ПММА увеличивает площадь интеграции пластмассы с костью.

В заключение следует сказать, что использование современных технологий химии полимеров позволило разработать метод модификации композита ПММА/ГАП, позволяющий создать химическую связь между кристаллами ГАП и полимером. При наличии такой связи и оптимальном содержании ГАПа 30% (по весу) и последующем кипячении композит преобретает улучшенные физико-механические свойства. Повышеная биосовместимость модифицированного композита обьясняется тем, что кристаллы ГАПа не по-

ступают в окружающие мягкие ткани, не вызывают их раздражения и воспалительных реакций.

Модифицированный композиционный материал соответствует требованиям медицинского назначения и его можно рекомендовать для клинических испытаний в клинике хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии.

Выводы

1. Введение в состав ПММА кристаллов ГАПа приводит к снижению физико-механических свойств композита. Кипячение улучшает его физико- •

механические свойства, что объясняется отмыванием частиц поверхностного

\

слоя и удалением поверхностных молекул.

2. Модификация ПММА с помощью полиакриловой кислоты обеспечивает ее химическую связь с ГАПом и увеличивает физико-механические свойства композита: ударную вязкость, прочность на изгиб и твердость.

3.Обработка поверхности кристаллов ГАПа полиакриловой кислотой способствует образованию термически более стабильного комплекса ПММА/ГАП. Кипячение в воде ещё больше увеличивает физико-химические свойства композита и его термостабильность. •

4. Экспериментально-морфологическое исследование, показало, что имплантация «чистого» ПММА на челюсть вызывает развитие процесса редукции кости. Одновременно с этим со стороны костной ткани челюсти наблюдались слабо выраженные по интенсивности остегенетические реакции. Процессы капсулообразования вокруг имплантата протекают в пределах обычных для костной и мышечной тканей, параметров, соседствующих с им-плантатами.

5. Имплантаты из ПММА, содержащего свободный ГАП, вызывают при подсадке в кость интенсификацию костеобразовательных процессов, а' также умеренные реакции раздражения, проявляющиеся в развитии лимфо-макрофагальных инфильтратов костной и соединительной тканях импланта-ционного ложа.

6. При подсадке в кость имплантатов из ПММА, химически связанного с ГАПом у подопытных животных развиваются продуктивные остеогенетичес-кие реакции, сопровождающиеся образованием к 4-му месяцу эксперимента массивов костной ткани в пределах наружной стенки имплантационного ложа и запаивающей имплантаты.

7. Применение метода электронной сканирующей микроскопии показало различие в процессах остеоинтеграции в зависимости от состава композита ПММА/ГАПа. Костный компонент интеграции более выражен при применении имплантатов из ПММА с 30 % ГАП и химической связью между ними. Использование «чистого» ПММА приводит преимущественно к «фиброзной» интеграции.

Практические рекомендации

1. Разработан (совместно с лабораторией полимеров Института Эле-ментоорганических соединений РАН) метод создания модифицированного композиционного материала ПММА/ГАП, позволяющий создать устойчивую химическую связь, пластмассы с полимером.

2. Для практического применения в чслюстно-лицевой хирургии рекомендуется применение модифицированной композиции ПММА/ГАП, как имеющей более высокие физико-механические характеристики, чем материал, полученный из простой смеси ПММА с ГАП.

3. Кипячение в воде модифицированной композиции ПММА/ГАП приводит к изменению усилению остеоинтегративных свойств поверхностного слоя материала и к улучшению его физико-механических показателей.

4. Для клинических испытаний следует рекомендовать композит ПММА/ГАП модифицированный полиакриловой кислотой и обладающей более высокой биосовместимостью.

Работы, опубликованные по теме диссертации:

1. А.П. Краснов, О.В. Афоничева, Т.Т. Бирюкбаев //Образование поверхности трения полиамида-6, наполненного модифицированным природным гидроксиапатитом. Трение и износ, №6,1999, с. 36.

2. А.И. Воложин, 0.3. Тополницкий, В.К. Попов, В.В. Рогинский, А.П. Краснов, Т.Т. Бирюкбаев //Модификация акриловой пластмассы введением в нее гидроксиапатита с последующей очисткой сверхкритической двуокисью углерода. Новое в стоматологии, №3, 1999, с. 32.

3. А.П. Краснов, Т.Т. Бирюкбаев, Т.Н. Макарова //Трибохимически активированный апатит как перспективный наполнитель конструкционных антифрикционных пластмасс. Сборник докладов Международной конференции «Композиционные материалы в промышленности», Киев, 1999, ATM Украины, с.90-91.

4. Т.Т. Бирюкбаев, А.П. Краснов, О.В. Афоничева //Влияние природы крем-нийорганического модификатора на свойства наполненного полиметилме-такрилата (ПММА). Сборник тезисов докладов Всероссийской конференции «Кремнийорганические соеденения: синтез, свойства, применения», Москва, 1.02.2000, с. 179.

5. Т.Т. Бирюкбаев, А.П. Краснов, Ю.И. Чергештов, А.И. Воложин //Физико-механические свойства модифицированного биосовместимого композита на основе этакрила и гидроксиапатита. Сборник тезисов докладов Всероссийской конференции «Биомедицинские технологии», Москва, 2000, с.43.