Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Клинико-морфологические особенности репаративного остеогенеза при имплантации фиксаторов с покрытием на основе металлов IV группы

ВАК РФ 06.02.04, Частная зоотехния, технология производства продуктов животноводства

Автореферат диссертации по теме "Клинико-морфологические особенности репаративного остеогенеза при имплантации фиксаторов с покрытием на основе металлов IV группы"

Мечов Максим Павлович

КЛИНИКО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕПАРАТИВНОГО ОСТЕОГЕНЕЗА ПРИ ИМПЛАНТАЦИИ ФИКСАТОРОВ С ПОКРЫТИЕМ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОВ IV ГРУППЫ

06.02.04 - ветеринарная хирургия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата ветеринарных наук

- 2 ПРИ 2015

Москва-2015

005561909

Работа выполнена на кафедре ветеринарной хирургии ФГБОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана»

Научный руководитель Шакирова Фаина Владимировна

доктор ветеринарных наук, доцент

Официальные оппоненты: Анников Вячеслав Васильевич

доктор ветеринарных наук, профессор, профессор кафедры «Болезни животных и ВСЭ» ФГБОУ ВПО Саратовский ГАУ

Краснов Виталий Викторович

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник научной клинико-экспериментальной лаборатории патологии осевого скелета и нейрохирургии ФГБУ «Российский научный центр «Восстановительная травматология и ортопедия» им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный

аграрный университет имени В.Я. Горина»

Защита диссертации состоится «_[£_» Ле.<и_т/чог>д2015 г. в «_» часов на

заседании диссертационного совета Д 220.042.02 при ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина» (Россия, 109472, Москва, ул. Академика Скрябина, 23, телефон 3779383).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина» (Россия, 109472, Москва, ул. Академика Скрябина, 23, телефон 3779383) и на сайте ВАК РФ http://www.vak2.ed.gov.ru..

Автореферат разослан «_»_2015 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 220.042.02, л .

доктор ветеринарных наук ( а^д иД Л.Ф. Сотникова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

В современной ветеринарной ортопедии и травматологии предъявляются все более высокие требования к качеству остеофиксаторов, используемых при проведении реконструктивно-восстановительной хирургии опорно-двигательного аппарата (Самошкин И.Б., 2008; Шахирова Ф.В., 2008,2011; Дюлыер П.Г., Ягников С.А., 2012). Металлические остеофиксаторы имеют ряд недостатков, связанных с невысокой стойкостью к коррозии, особенно под воздействием биологически активных сред, что приводит к металлозу, несовместимости с тканями живого организма и различным осложнениям и их отторжению. Также актуальны вопросы остеорегенерации, протекающей в условиях применения различных металлов, которые находятся в центре внимания клиницистов, хирургов и морфологов. Это обусловлено тем, что от характера и скорости репа-ративного процесса зависит качество функциональной активности конечности (Анников В.В., 2011; Ватников Ю.А., 2012). Задача травматолога - обеспечить раннее восстановление функции оперированной конечности (Анников В.В., 2011; Машков В.М., 2012; Дюльгер П.Г., Ягников С.А., 2013). В последние годы внедряются высокие технологии, в частности рентгеновская компьютерная томо1рафия (Хоружик С.А., 2011), позволяющая точно диагностировать преобразование костной системы, при этом отмечаются патогномоничные рентгено-морфологические корреляции (Шевцов В.И., 1999).

Одним из решений проблемы получения нового поколения имплантатов является использование схемы «металлическая основа — биопокрытие» — нанесение на их поверхность биосовместимых нерезорбируемых покрытий, механические и биологические свойства которых должны быть оптимальными для формирования быстрой и прочной связи с окружающей тканью. В настоящее время в качестве упрочняющих и защитных поверхностей используются покрытия на основе нитридов титана. Покрытия имплантатов, содержащие нитриды титана, привлекательны биосовместимостью, обеспечивают низкий коэффициент трения и адекватную остеоинтеграцию (Sovak G., 2000). Потенциально перспективными представляются также покрытия, содержащие нитрид гафния, который характеризуется химической инертностью, хорошим сопротивлением к окислению в экстремальных условиях (Абдуллин И.Ш., 2004), однако исследования по использованию этого вида покрытий единичны. Анализ отечественной и зарубежной литературы свидетельствует о том, что достаточно большое количество работ посвящено исследованиям с покрытием нитридом титана, однако сведений, посвященных нанопокрытиям редких металлов IV группы, в частности гафнию, нам обнаружить не удалось.

Цель исследования - оценить системные и локальные эффекты индуцированной костной травмы у животных при хирургической коррекции имплан-татами с покрытием нитридами титана и гафния.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

1. Выявить динамику клинических, гематологических и биохимических показателей при имплантации остеофиксаторов с покрытием нитридами титана

и гафния.

2. Установить особенности формирования костной мозоли и представить денситометрические показатели регенерата методом компьютерной томографии.

3. На основании результатов морфологических исследований оценить локальные изменения в костной ткани у экспериментальных животных.

4. Провести клиническую апробацию исследуемого покрытия при оказании хирургической помощи животным со спонтанными травмами.

Научная новизна

На основании комплексного подхода выявлено, что покрытие нитридами металлов IV группы (титан и гафний) не вызывает острых воспалительных явлений в зоне контакта металл — кость, тем самым продлевая срок службы фиксаторов.

На основании стабильного уровня ферментов АсАТ, АлАТ и ЛДГ установлено отсутствие гепатотоксического действия данного покрытия, что характеризует его биоинертность.

На основании методов лучевой диагностики представлена количественная и качественная оценка состояния контактного регенерата и стадийности перестройки кости при открытых диафизарных переломах костей голени, позволяющая оценить течение репаративной регенерации в раннем и позднем послеоперационном периоде.

Теоретическая и практическая значимость работы

На основании комплексного методического подхода, включающего хирургические, клинико-морфологические, гематологические, биохимические, научно обоснованы положения о возможности прогнозирования репаративной регенерации тканей в области погружного остеосинтеза фиксаторами с покрытием нитридами титана и гафния.

Результаты морфологических исследований и денситометрии — костного регенерата позволили разработать алгоритм оценки состояния тканей в зоне репарации в целях контроля и прогнозирования консолидации отломков при переломах длинных трубчатых костей, позволяющий внести своевременную коррекцию в процесс остеоинтеграции. Изучены морфологические изменения крови, позволяющие судить об отсутствии токсического влияния нитридов титана и гафния на организм животных.

Полученные данные расширяют представление о клинико-морфолош-ческих изменениях в организме животных при костной травме, открывая новые возможности для научно обоснованного подхода к применению фиксаторов с покрытием нитридами титана и гафния для погружного остеосинтеза в качестве профилактики воспалительных процессов в условиях длительной фиксации.

Методология и методы исследования

Научное обоснование репаративного остеогенеза при имплантации фиксаторов с покрытием нитридами титана и гафния дало комплексный подход к изучаемой проблеме, включающий использование классических и современных методов исследования: клинический, гематологический, биохимический, клас-

сичесхую рентгенографию, рентгеновскую компьютерную томографию и световую микроскопию гистологических срезов.

Положения, выносимые па защиту

Использование остеофиксаторов для погружного остеосинтеза с покрытием нитридами титана и гафния — основа для создания условий течения регенерации и органотипической перестройки костных структур до их полного функционального восстановления.

Метод рентгеновской компьютерной томографии позволяет получить информацию о состоянии остеорегенерата, оценить характер ремоделирования кости в зоне травмы.

Разработаны критерии визуального контроля структурного состояния и качества костной мозоли для объективной оценки процесса консолидации отломков.

Рентгенографические данные, подтвержденные морфологическими исследованиями, являются объективными критериями в диагностике течения постоперационного периода.

Степень достоверности и апробация результатов исследования

Исследования были проведены на достаточном количестве материала. Использовали гематологический, биохимический, рентгенографический и морфологический методы исследования. В процессе эксперимента полученные цифровые данные были подвергнуты статистической обработке (Ахтямов И.Ф., 2008).

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены

на:

• Международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения», г. Белгород, 20-21 ноября 2012 года.

• 87-й Всероссийской научно-практической конференции студентов и молодых ученых, посвященной 155-летию JI.O. Даршкевича, г. Казань, 21-22 марта 2013 года.

• Международной научно-практической конференции, посвященной 140-летию КГАВМ имени Н.Э. Баумана «Научное и кадровое обеспечение инновационного развития агропромышленного комплекса», г. Казань, 27-30 мая 2013 года.

• Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Занятия молодых для развития ветеринарной медицины и АПК страны и ХХП Международной выставки товаров и услуг для домашних животных «ЗООСФЕРА - 2013», г. Санкт-Петербург, 22-23 ноября 2013 года.

• Presented the poster «A comparative study of experimental implants coated with titanium and hafnium nitrides» at the Southern European Veterinary Conference 48 AVEPA National Congress (Barcelona, Spain. 17-19 October, 2013).

По материалам диссертации опубликованы 10 печатных работы, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Сведения о практическом использовании научных результатов

Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедрах ветеринарной хирургии ФГБОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана»; диагностики, внутренних незаразных болезней, фармакологии, хирургии и акушерства ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина»; ве-теринарно-санитарной экспертизы, хирургии и акушерства ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет».

Личный вклад автора и выполнение работы

Диссертантом самостоятельно проведен аналитический обзор литературы по изучаемой проблеме, выполнены морфологические, рентгенографические исследования. Проведены экспериментальные исследования, связанные с оперативными вмешательствами и послеоперационной реабилитацией животных. Обобщены, проанализированы и статистически обработаны полученные данные.

Объем и структура работы

Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста и состоит из глав: Введение; Обзор литературы; Материалы и методы исследования; Результаты исследований; Обсуждение результатов исследований; Заключение; Выводы; Практические предложения; Список литературы. Последний включает 210 источников, в том числе 177 отечественных и 33 зарубежных авторов. Работа иллюстрирована 64 рисунками и 25 таблицами.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалы и методы исследований

Исследования проводили в 2010-2013 гг. на базе кафедры ветеринарной хирургии ФГБОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана» в рамках доклинических испытаний Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009—2013 года» по теме «Проведение научных исследований коллективами НОЦ в области разработок биостойких и биоактивных покрытий для медицинских целей» (ГК 02.740.11.0497). Эксперименты были одобрены Локальным Этическим Комитетом при государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (протокол № 5 от 25 июня 2013).

Экспериментальной моделью явились кролики, подобранные по принципу аналогов с учетом массы тела (2 526,1±74,4 г), пола и возраста (6-10 месяцев). Было сформировано 2 группы по 20 кроликов в каждой (подопытная группа и группа сравнения). Содержание животных соответствовало рекомендациям по кормлению и содержанию лабораторных животных, требованиям «Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментов и других научных целей» (1986) (Карлов A.B., 2001; Ступина Т.А., 2013), а также приказа Минздрава СССР от 12. 08.1977, № 755.

Материалом для исследования послужили спицы из стали 12Х18Н9Т (dх2 мм) с покрытием нитридами титана и гафния и без покрытия. Все образцы им-плантатов были изготовлены на предприятии «Мединструмент», г. Казань. Нанесение покрытий из нитридов титана и гафния осуществлялось методом высокочастотной плазменной обработки при пониженном давлении. Толщина поверхностного слоя из смеси нитридов титана и гафния составляла 0,5 - 2 мкм, размер структурных шарообразных элементов 20 - 100 нм. Предварительные исследования образцов имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния и сами экспериментальные исследования были проведены согласно ГОСТ ИСО(Р) 10 993 (п. 11, 12).

Всем экспериментальным животным под потенцированной анестезией проводили открытую остеоклазию большеберцовой кости в области средней и нижней трети диафиза с медиальной поверхности голени (Лопухин Ю.М., 1971) с последующим ретроградным введением имплантата в костномозговой канал. Имплантаты предварительно обезжиривали, высушивали и стерилизовали в су-хожаровом шкафу при температуре 180 °С в течении 40 минут (Шахов В.П., 2011).

В группе сравнения интрамедуллярный остеосинтез был произведен спицами из стали 12X18Н9Т без покрытия диаметром 2 мм, в подопытной группе -из стали 12Х18Н9Т с покрытием нитридами титана и гафния. В послеоперационном периоде осуществлялась внешняя иммобилизация оперированной конечности гипсовой повязкой до 10 суток. Продолжительность экспериментальных исследований составила 180 суток.

В послеоперационный период за животными вели ежедневные клинические наблюдения на протяжении всего экспериментального периода.

При исследовании морфологического состава крови определяли: скорость оседания эритроцитов (СОЭ), концентрацию гемоглобина, количество эритроцитов и лейкоцитов, морфологический состав лейкоцитов до операции, на 1-е, 10-е, 20-е, 30-е и 60-е сутки после оперативного вмешательства по общепринятой методике (Кудрявцева Л.А., 1974; Кондрахин И.П., 1985).

Биохимические показатели сыворотки крови определяли: до операции, на 1-е, 5-е, 10-е, 20-е, 30-е, 60-е и 180-е сутки после оперативного вмешательства (Стогов М.В., 2008). В сыворотке крови определяли маркеры костного метаболизма: общую активность щелочной фосфатазы, уровень ионного кальция и фосфора, а также маркеры потенциальной гепатотоксичности (АлАТ, АсАТ, глюкоза, ЛДГ), концентрацию С-реактивного белка (СРБ) и общего белка.

Рентгенографические исследования проводили на 10-е, 20-е, 30-е, 60-е, 120-е и 180-е сутки после оперативного вмешательства на рентгеновском аппарате 9Л5У2*.

Компьютерную томографию проводили: на 10-е, 30-е, 60-е, 90-е, 120-е, 150-е и 180-е сутки эксперимента на компьютерном томографе Aquilion-16 (Toshiba). При анализе проведенных исследований методом компьютерной томографии на серии аксиальных срезов замеряли толщину кортикального слоя (рис. 1, а). Для количественной оценки плотности кортикальной пластинки осуществляли обработку сагиттальных срезов регенерата в режиме мультипла-

нарной реконструкции (MPR). На полученных изображениях в интерактивном режиме выделяли область корковой пластинки зоны регенерации и в 8 точках рассчитывали ее плотность в единицах Хаунсфилда (HU) (рис. 1,6) (Дьячков К.А., 2012).

При помощи программного обеспечения «Vitrea Vital 2.2» проводили 3D-реконструкции зоны регенерата (рис. 2).

Рис. 1. Результаты мультиспиральной компьютерной томографии: а - томограмма болыпеберцовой кости в области перелома, аксиальный срез; б -мультипланарная реконструкция.

Рис. 2. ЗО-реконструкция зоны регенерата. 180-е сутки эксперимента. Группа сравнения.

Реактивные морфологические преобразования в зоне перелома определяли на 10-е, 30-е, 60-е и 180-е сутки эксперимента. На 10-е, 30-е и 60-е сутки исследовали костную ткань в зоне регенерации, на 180-е сутки костную ткань над зоной регенерации. Полученный материал фиксировали в 10 % растворе нейтрального формалина и подвергали обработке по классическим методикам (Автандилов Г.Г., 1973). Окраску осуществляли гематоксилином и эозином, по

методу Ван Гизона.

Статистическая обработка полученных цифровых данных проводилась с помощью пакета программ SPSS (v. 13.0). Для парных сравнений использовался критерий Стьюдента. Для оценки отличий показателей на различных сроках наблюдения применялись дисперсионный анализ и критерий Стьюдента с поправкой Бонферони. Данные представлены в виде М±ш, где М - среднее арифметическое значение, m - стандартная ошибка среднего значения. Отличия считались статистически значимыми при Р<0,05.

Клиническая апробация остеофиксаторов с покрытием нитридами титана и гафния была осуществлена на 6 животных со спонтанными травмами (перелом плечевой кости - 3 случая и перелом бедренной кости - 3 случая). Всем животным был проведен интрамедуллярный ретроградный остеосинтез спицами из стали 12X18Н9Т с покрытием нитридами титана и гафния, 0 2 мм.

При извлечении остеофиксаторов на 45-е сутки после оперативного вмешательства макроскопически оценивали состояние тканей, окружающих свободный конец спицы, с последующим гистологическим исследованием. Обработку тканей осуществляли по общепринятой методике (Автандилов Г.Г., 1973). Окраску осуществляли гематоксилином и эозином, по методу Ван Гизона.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты клинических исследований В первые сутки после операции общее состояние кроликов было угнетенным, пищевая возбудимость отсутствовала. Клинические показатели (температура, пульс, дыхание) находились в пределах физиологической нормы. Отечность тканей в области шва у животных обеих групп была умеренной. Процесс экссудации был более выражен у животных группы сравнения, объем раневого отделяемого составил = 1,5 — 2,5 мл. У животных подопытной группы не превышал = 1-1,5 мл. К 3-м суткам наблюдений пищевая возбудимость и двигательная активность кроликов восстанавливалась. Операционные раны заживали по первичному натяжению к 10-м суткам эксперимента.

Результаты гематологических исследований При анализе результатов гематологических показателей была выявлена динамика изменений скорости оседания эритроцитов, при этом ее увеличение было зарегистрировано в первые сутки эксперимента. Данный показатель в группе сравнения возрос в 3,7 раза (р=0,024), а в подопытной группе в 4,7 раза (р=0,022). В последующие сроки наблюдений отмечали тенденцию его плавного снижения, в группе сравнения на 10-е сутки наблюдений на 37 %, а в подопытной - на 50 %. Показатель СОЭ на 30-е сутки в группе сравнения практически не изменялся, а в опытной группе он продолжал стабильно снижаться. К 60-м суткам эксперимента анализируемые показатели по цифровым выражениям не отличались друг от друга и были на уровне фоновых значений (табл. 1).

Количество лейкоцитов в периферической крови не имело достоверно значимых отличий на протяжении всего периода эксперимента (табл. 1).

Морфологические показатели крови

Скорость оседания эритроцитов (мм/ч) Лейкоциты (109/л) Палочкоядер-ные нейтрофи-лы (%) Сегменто ядерные нейтрофилы (%)

Группа подопытная сравнения подопытная сравнения подопытная сравнения подопытная сравнения

До операции 1,16 ±0,1 1,1 ±0,11 4,66 ±0,27 5,15 ±0,30 3,3 ±0,7 2,7 ±0,4 26,7 ±2,0 23,9 ±2,5

1-е сутки 5,7 ±1,37 * 4,06 ±0,91 * 5,44 ±0,46 5,87 ±0,49 8,0 ±1,0 * 6,1 ±1,1 44,1 ±2,2 *** 40,6 ±2,5 ***

10-е сутки 2,84 ±1,37 2,56 ±0,72 6,26 ±0,78 5,69 ±0,56 5,3 ±1,2 5,1 ±1,2 24,2 ±1,9 29,3 ±2,9

30-е сутки 1,65 ±0,4 2,55 ±0,88 4,91 ±0,40 5,05 ±0,71 7,8 ±1,5 7,3 ±2,0 24,0 ±2,5 24,8 ±3,3

60-е сутки 1,3 ±0,3 0,9 ±0,1 7,30 ±0,81 6,16 ±0,65 4,0 ±1,5 7,0 ±2,0 18,4 ±3,6 23,2 ±2,5

Обозначения: * - статистически достоверные различия с дооперацион-ными значениями с р<0,05, ***- р<0,001

По мнению некоторых авторов, процесс адаптации организма в зависимости от фазы травматической болезни сопровождается значительными изменениями количественного состава лейкоцитов, в частности нейтрофилов (Краснова Е.С., 2011; Деревянченко В.В., 2015).

На первые сутки после операции мы отмечали резкое увеличение количества палочкоядерных нейтрофилов в группе сравнения в 2,2 раза (6,1±1,1 %), а в подопытной группе в 2,4 раза (р=0,024) (8,0±1,0%), к 10-м суткам их количество незначительно снизилось в группе сравнения на 17 % (5,1±1,2 %), а в подопытной на 34 % (5,3±1,2%). К 30 суткам отмечали резкое повышение этого показателя в обеих группах на 32 %. На 60-е сутки количество палочкоядерных нейтрофилов в группе сравнения оставалось без изменений, а в подопытной снизилось на 49 % и находилось в пределах дооперационных значений (табл. 1).

Характер изменения сегментоядерных нейтрофилов в обеих группах определялся резким повышением на 1-е сутки в 1,7 раза (р=0,021). В последующие сроки данный показатель снижался, к 10-м суткам в группе сравнения на 28 % (р=0,028), а в опытной на 46 % (р=0,001) и был на уровне фонового значения. Дальнейшая динамика характеризовалась стабильным снижением сегментоядерных нейтрофилов у животных обеих групп. К 60-м суткам эксперимента данный показатель был ниже стартовых значений в опытной группе на 31%, а в группе сравнения на 3%.

Рекомендованные сроки для определения риска развития послеоперационного осложнения - 3-е и 12-е сутки после оперативного вмешательства с количественным и качественным анализом состава лейкоцитов (Писарев В.В., 2012).

На протяжении всего эксперимента динамика концентрации гемоглобина и количества эритроцитов находилась в пределах референтных значений и не имела статистически значимых отличий. Таким образом, оперативное вмешательство и имплантация не сопровождались развитием анемии. Наши результаты согласуются с данными ряда авторов (Дружинина Т.В., 2007; Талашева И.А., 2008; Анников В.В., 2011; Писарев В.В., 2011), что свидетельствует о ранней стабилизации фрагментов кости, возникновении небольшой гематомы между костными отломками и, как ответная реакция организма, слабо выраженный воспалительный процесс.

Достоверного изменения количества эозинофилов и базофилов в ходе эксперимента не наблюдали, что может быть косвенным свидетельством отсутствия сенсибилизации организма на материалы имплантатов.

Результаты биохимических исследований

При сравнительном анализе результатов исследований с применением имплантатов из стали 12Х18Н9Т (группа сравнения) и имплантатов из стали 12Х18Н9Т с покрытием нитридов титана и гафния (подопытная группа) можно отметить, что пик острой воспалительной реакции в обеих группах падал на 5-е сутки (Табл. 2). Концентрация С-реактивного белка (СРБ) достоверно увеличивалась у животных группы сравнения в 9,6 раза (р=0,001), в подопытной группе в 4,9 раза (р=0,023). К 10-м суткам отмечалось резкое снижение концентрации СРБ в группе сравнения на 68 % (72,0±14,1 мг/л), а в подопытной на 48 % (59,6±12,7 мг/л). На 20-е сутки отмечали увеличение СРБ на 15 % в подопытной группе (70,8±22,6 мг/л), а в группе сравнения на 30-е сутки (84,6±20,4 мг/л). К 60-м суткам в подопытной группе данный показатель снизился на 67 % и был ниже стартового значения на (16,8±2,9 мг/л), а в группе сравнения на 51 %, но оставался высоким (41,4±14,8 мг/л). К 180-м суткам эксперимента концентрация СРБ у животных подопытной группы не отличалась от дооперационных значений, в группе сравнения данный показатель снизился (табл. 2).

Динамика щелочной фосфатазы с 5-х суток заметно отличалась в экспериментальных группах. В группе сравнения показатель имел тенденцию к снижению на всех сроках наблюдения с минимальным значением показателя на 20-е сутки. В то же время у животных подопытной группы концентрация щелочной фосфатазы имела тенденцию к росту на 10-е, 20-е и 30-е сутки эксперимента и достигла уровня группы сравнения только на 60-е сутки, а на 180-е сутки была достоверно ниже фоновых значений в 4,3 раза (р=0,001) (табл. 2). Данные свидетельствуют, что восстановление костной ткани у животных подопытной группы происходили в более ранние сроки.

Из результатов наших исследований следует, что динамика увеличения ионного кальция у животных обеих групп не различалась, исключение составили 10-е и 60-е сутки наблюдений, где степень повышения была достоверно вы-

Динамика биохимических показателей

С-реактивный белок (мг/л) Общий белок (г/л) Щелочная фосфатаза (Ед/л) Кальций (мМ/л) Фосфор (мМ/л) Са: Р

Группа подопытная сравнения подопытная сравнения подопытная сравнения подопытная сравнения подопытная сравнения подопытная сравнения

До операции 22,9 ±6,5 17,6 ±3,1 56,42 ±1,48 61,10 ±1,82 270,95 ±27,81 249,96 ±40,80 2,90 ±0,15 3,10 ±0,08 1,63 ±0,08 1,67 ±0,10 1,8: 1 1,8: 1

1-е сутки 94,4 ±17,1 * 128,0 ±14,6 *** 59,17 ±1,14 60,77 ±1,32 235,35 ±27,79 217,79 ±29,71 3,10 ±0,04 3,16 ±0,05 1,48 ±0,06 1,42 ±0,05 2,1 : 1 2,2: 1

5-е сутки 113,1 ±25,9 ** 169,6 ±24,6 *** 59,30 ±0,90 59,33 ±2,32 166,16 ±18,56 146,36 ±18,63 3,22 ±0,04 3,29 ±0,05 1,53 ±0,05 1,51 ±0,06 2,1:1 2,2: 1

10-е сутки 59,6 ±12,7 72,0 ±14,1 ШШ 62,13 ±1,37 62,47 ±1,15 175,94 ±19,23 138,44 ±22,02 3,22 ±0,04 * 3,29 ±0,05 1,58 ±0,07 1,54 ±0,07 2,0: 1 2,1 : 1

20-е сутки 70,8 ±22,6 74,0 ±21,2 ## 64,49 ±3,56 * 64,79 ±1,37 179,88 ±24,90 122,77 ±18,27 * 3,14 ±0,03 3,18 ±0,04 1,54 ±0,07 1,57 ±0,08 2,0: 1 2,0: 1

30-е сутки 50,4 ±12,5 84,6 ±20,4 # 64,96 ±1,58 ** 64,72 ±1,23 180,56 ±24,10 125,52 ±23,38 3,22 ±0,06 3,17 ±0,06 1,54 ±0,05 1,52 ±0,06 2,1:1 2,1 : 1

60-е сутки 16,8 ±2,9 41,4 ±14,8 ш 58,84 ±0,68 66,23 ±1,88 ++ 136,27 ±15,87 * 142,41 ±21,62 3,41 ±0,08 * 3,25 ±0,10 1,54 ±0,10 1,40 ±0,14 2,2: 1 2,3: 1

180-е сутки 23,3 ±10,9 7,4 ±6,5 68,8 ±4,13 ** 70,29 ±3,64 62,61 ±9,38 *** 125,16 ±58,7 3,27 ±0,06 3,18 ±0,3 1,11 ±0,03 1,61 ±0,25 2,9: 1 2,0: 1

Обозначения: * - статистически достоверные различия с дооперационными значениями с р<0,05, *** - с р<0,001, * - достоверные различия в отношении показателей опытной группы с р< 0,01, * - достоверные различия с показателями 5-х суток с р<0,05, - с р< 0,01, ш - с р< 0,001.

раженной в подопытной группе на 10 % (р=0,004) и 15 % (р=0,015) соответственно (табл. 2). В ходе эксперимента не было выявлено достоверно значимых различий по концентрации фосфора в сыворотке крови между группами (табл. 2). Значимые проявления динамики кальция и фосфора регистрировались при более обширных оперативных вмешательствах - политравмы, либо в условиях дистракционного остеосинтеза (Степанов М.А., 2008; Лунева С.Н., 2010).

Концентрация общего белка сыворотки перманентно повышалась на протяжении всего эксперимента, однако она не выходила за пределы физиологической нормы у животных обеих групп. Достоверные различия наблюдались лишь в подопытной группе, где показатели общего белка на 20-е, 30-е и 180-е сутки превышали исходные на 13 % (р=0,024), 14 % (р=0,013) и 18 % (р=0,005), тогда как в группе сравнения концентрация общего белка на 60-е сутки достоверно превысила этот показатель опытной группы на 12 % (р=0,006) (табл. 2). Есть основание полагать, что остеотомия и остеосинтез индуцируют развитие естественной защитной воспалительной реакции с возрастанием уровня белков острой фазы, в частности, С-реактивного белка, что сопровождается повышением уровня общего белка.

Концентрация глюкозы, АлАТ, АсАТ и ЛДГ в обеих группах эксперимента не изменялась на всех сроках наблюдения и достоверно не отличалась от дооперационных значений, колебания показателей находились в пределах физиологической нормы. Выявленная динамика гематологических показателей свидетельствует о сохранении у «имплантируемых животных» глюкостатиче-ской функции печени, а стабильный уровень АсАТ, АлАТ, ЛДГ исключал признаки цитолиза (Стогов М.В., 2008; Лунева С.Н., 2010). Отсутствие значимых изменений в состоянии биохимических показателей может отражать достаточно высокую степень биосовместимости используемых нами имплантатов с покрытием из редких металлов (Талашева И.А., 2008; Анников В.В., 2013).

Результаты рентгенографических исследований

При анализе этапных рентгенограмм костей голени в боковой проекции на 10-е сутки эксперимента в обеих группах четко прослеживали линию перелома, признаков консолидации отломков кости не отмечали. К 20-м суткам в группе сравнения была выявлена тенденция краевой, массивной периостальной консолидации, а в подопытной группе - слабо выраженная периостальная реакция, при нечеткой линии перелома. На 30-е сутки наблюдений у животных группы сравнения линия перелома и периостальная реакция визуализируется слабо, а в подопытной группе периостальная мозоль плотная, ограниченная, отмечали прерывистую эндостальную реакцию. К 60-м суткам в группе сравнения консолидация отломков происходила за счет ограниченной периостальной мозоли, при отсутствии эндостагтьной, а в подопытной группе отмечали полную консолидацию отломков за счет периостальной и эндостальной мозоли. На 120-е сутки у животных в обеих группах определяли срастающийся поперечный перелом большеберцовой кости, при этом отмечали умеренную деформацию зоны перелома в виде расширения, которая к 180-м суткам сглаживалась. Регенерация костных отломков у животных подопытной группы происходила преиму-

щественно за счет периостальной и эндостальной консолидации, а у животных группы сравнения доминировала периостальная консолидация, при слабовыра-женной эндостальной (рис. 3). К 180-м суткам эксперимента отмечали признаки ее реорганизации (Гуанда Цяо, 2014).

Рис. 3. Рентгенограмма костей голени кролика. Боковая проекция. 180 сутки эксперимента: а - группа сравнения, б - подопытная группа.

Результаты исследований по данным рентгеновской компьютерной томографии При проведении мультиспиральной компьютерной томографии (МСКТ) костей голени интактных кроликов выявили, что плотность кортикальной пластинки большеберцовой кости в зоне средней трети диафиза составляла 2890,0 ± 63,1 HU (табл. 3). На 10-е сутки после операции на серии рентгеновских компьютерных томограмм у животных обеих групп в зоне остеоклазии отмечали периостальную реакцию. Плотность формировавшейся периостальной мозоли у животных группы сравнения была достоверно ниже на 50 % (р=0,001), что составило 443,0 ± 44,0 HU, а животных подопытной группы 877,0 ± 30,0 HU (табл. 3). К 30-м суткам наблюдений в обеих группах отмечали полную консолидацию отломков большеберцовой кости. Плотность регенерата у животных с имплантатами из стали без покрытия была достоверно меньше на 19 % (р=0,001), а толщина формировавшейся кортикальной пластинки у животных группы сравнения составляла 4,68±0,24 мм, что значительно превышала таковую в подопытной группе 3,86±0,27 мм. При исследовании методом КТ на 60 сутки плотность кортикальной пластинки у животных с исследуемым покрытием была выше на 21 % (р=0,045) (рис. 4), а толщина вновь сформированной кортикальной пластинки у животных группы сравнения была 4,02±0,23 мм, что на 25 % превышала (р=0,023) таковой показатель подопытной группы (3,02±0,28 мм) (табл. 3).

Рис. 4. МСКТ большеберцовой кости, зона перелома. 60-е сутки эксперимента: а - группа сравнения, б - подопытная группа.

Таблица 3

Толщина и денситометрические показатели плотности кортикальной пластинки

Толщина кортикальной пластинки (мм) Плотность кортикальной пластинки (Ни)

Группа 30 сутки 60 сутки До опера рации 10 сутки 30 сутки 60 сутки 90 сутки 120 сутки 150 сутки 180 сутки

Сравнения 4,68± 024 4,02± 023 + 2890.0 ±63,1 443,0 ±44,0 +++ 11633 ±14,8 +++ 1708.0 ±171,6 + 2191.0 ±277,0 2247,5 ±383 2321,0 ¿284,0 2414,5 ±115,5

Подопытная 3,86 ±0,27 3,02 ±028 877,0 ¿30,0 14293 ±6,8 2159,7 ±80,8 2299,0± 1652 2742,5± 287,5 2754,5± 291,5 2857,5± 200,5

Обозначения: - статистически достоверные различия в отношении показателей подопытной группы с р<0,05,+++ - с р< 0,001

При проведении МСКТ на последующих сроках (90-х, 120-х, 150-х суток) у животных обеих групп отмечалась тенденция к увеличению плотности кортикального слоя большеберцовой кости. К 180-м суткам плотность кортикальной пластинки у животных группы сравнения составила 2414,5±115,5 Ни, что была на 16 % ниже, чем у животных с исследуемым покрытием 2857,5±200,5 Ни.

Результаты морфологических исследований На 10-е сутки в зоне перелома - у животных подопытной группы была выявлена полностью сформированная соединительнотканная мозоль, которая трансформировалась в первичную костную мозоль, состоящую преимущественно из ретикулофиброзной костной ткани. Активный коллагенез сопровождался процессом костеобразования. На фоне гомогенизации коллагеновых структур формировались остеоидные балки (рис. 5, а). В некоторых случаях у животных группы сравнения в периостальной части мозоли костеобразование протекало по перихондральному типу (рис. 5, б).

Рис. 5. Микроморфология большеберцовой кости в области остеоклазии. 10-е сутки эксперимента. Гематоксилин и эозин, об. 10 ок. 20: а - трансформация соединительной ткани (1) в ретикулофиброзную костную ткань балочного строения (2). Подопытная группа; б - остеобразование (1) по перихондральному типу (2). Группа сравнения.

На 30-е сутки в зоне перелома — у животных подопытной группы в большинстве случаев имел место неосложненный репаративный процесс с началом формирования пластинчатых костных структур (рис. 6, а). В то же время окончательной перестройки костной мозоли не происходило. Из ее наружных слоев наблюдали формирование периоста, консолидирующийся с периостом отломков. Внутренняя мозоль рассасывалась с восстановлением костного мозга. У животных группы сравнения процесс заживления несколько отставал. Так, во всех случаях имелась полностью сформированная предварительная костная мозоль, представленная ретикулофиброзной костной тканью. В некоторых случаях, где в процессе заживления перелома образовывалась хрящевая ткань, на данном этапе происходило рассасывание хряща, иногда с некрозом (рис. 6, б).

Рис. 6. Микроморфология большеберцовой кости в области остеоклазии 30-е сутки эксперимента, а) Трансформация ретикулофиброзной костной ткани (1) в пластинчатую (2). Подопытная группа. Ван Гизон, об. 10 ок. 20. б) Рассасывание и некроз хрящевой ткани. Группа сравнения. Гематоксилин и эозин, об. 10 ок. 20.

На 60-е сутки костная ткань в зоне перелома - существенных различий между группами не претерпевала. Имело место полное заживление с наличием сформированной пластинчатой кости (рис. 7).

Рис. 7. Микроморфология большеберцовой кости в области остеоклазии. 60-е сутки эксперимента. Сформированная пластинчатая кость с системой гаверсовых каналов (стрелки): а - подопытная группа. Гематоксилин и эозин, об. 10 ок. 20; б - группа сравнения. Ван Гизон, об. 10 ок. 20.

На 180-е сутки над зоной перелома - во всех наблюдениях была выявлена компактная костная ткань с характерной остеонной организацией. Полость трубчатых костей была заполнена костным мозгом, который в некоторых случаях был представлен исключительно жировой тканью, замещавшей ретикулярную строму с клеточными элементами. Гистологическая картина кости животных группы сравнения полностью соответствовала особям подопытной группы - какие-либо патологические изменения полностью отсутствовали. Полость трубчатых костей была заполнена костным мозгом, состоящим из ретикулярной ткани с участками жировой.

При проведении клинической апробации были получены следующие результаты. В раннем и позднем послеоперационном периоде у клинически больных животных мы не наблюдали признаков местной и общей аллергической реакции на введенные остеофиксаторы.

Через 45 суток после операции спицы были извлечены из костномозгового канала. Целостность кости и опорная функция конечности были полностью восстановлены. Костные отломки при адекватной нагрузке были неподвижны и безболезненны. Пальпаторно было выявлено плотное, четко ограниченное утолщение в зоне перелома. При удалении спицы в зоне непосредственного контакта покрытия с параоссальными тканями отмечали наличие соединительно-тканной капсулы, которая была представлена фиброзно-мышечной тканью (рис. 8).

Рис. 8. Соединительно-тканная капсула на месте контакта покрытия с параоссальными тканями: а - фиброзно-мышечная ткань с небольшими лимфоги-стиоцитарными инфильтратами. Ван Гизон, об. 10 ок. 20; б - полнокровие и расширение просвета кровеносных сосудов (стрелка). Гематоксилин и эозин, об. 10 ок. 20.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, проведенное исследование позволяет заключить, что остеоклазия и длительный остеосинтез имплантатами из стали 12X18Н9Т с покрытием нитридами титана и гафния сопровождается локальной перестройкой костной ткани в зоне перелома и характеризуется отсутствием дополнительных реактивных изменений в организме экспериментальных животных по сравнению с имплантатами из стали 12Х18Н9Т без покрытия.

Острая воспалительная реакция после остеотомии и остеосинтеза носит краткосрочный характер, а ее проявления менее выражены при использовании имплантатов из стали с покрытием нитридами титана и гафния, по сравнению с имплантацией стали без него. В опытной группе животных такие маркеры ответа острой фазы воспаления, как уровень СРВ, СОЭ, рост количества палочко-ядерных и сегментоядерных нейтрофилов, нормализовались в более короткие сроки, чем в группе сравнения. В наших экспериментах не выявлены патологические сдвиги со стороны эозинофилов и базофилов, что является свидетельством отсутствия сенсибилизации организма на введенные имплантаты. Экспе-

риментально также установлено отсутствие негативного влияния нанопокрытия нитридами титана и гафния на эритро- и лейкопоэз. Незначительное колебание эритроцитов определяло стадии развития травматической болезни. Послеоперационное восстановление поврежденной костной ткани не сопровождалось осложнениями при имплантации стали с покрытием нитридами титана и гафния.

Оперативное вмешательство не вызывало существенных системных повреждающих влияний, что подтверждалось биохимическими показателями сыворотки крови. Применение имплантатов из стали 12X18Н9Т (группа сравнения) и имплантатов из стали 12Х18Н9Т с покрытием нитридами титана и гафния (подопытная группа) не нарушали ни глюкостатической, ни белковосинте-тической функции печени. Стабильный уровень ферментов АсАТ, АлАТ и ЛДГ исключал признаки токсического воздействия на организм животных.

Анализируя динамику маркеров костного метаболизма (ионного кальция, фосфора, щелочной фосфатазы), установили, что ремоделирование костной ткани у животных с исследуемым покрытием происходило в более ранние сроки, что подтверждалось результатами рентгеновских и гистологических исследований.

По результатам рентгенографических исследований, сращение отломков в подопытной группе животных происходило за счет периостальной и эндо-стальной мозоли. У животных группы сравнения на протяжении всего эксперимента консолидация костных отломков была за счет периостальной мозоли и лишь на 180-е сутки отмечали слабовыраженную эндостальную реакцию.

По данным мультиспиральной компьютерной томографии (МСКТ), достоверно установили, что применение имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния, обладающих высокой прочностью и химической стабильностью, формирование кортикальной пластинки в зоне остеоклазии сопровождалось с более высокими показателями плотности.

По результатам гистологических исследований, у животных группы сравнения процесс заживления несколько отставал. В некоторых случаях в периостальной части мозоли был выявлен перихондральный остеогенез. На заключительном этапе эксперимента кость над зоной регенерации у животных подопытной группы по структурному состоянию была без признаков патологических изменений.

Исходя из результатов исследования можно полагать, что нанопокрытие на основе нитридов титана и гафния не замедляет процессы ремоделирования костной ткани в зоне остеоклазии у экспериментальных животных.

ВЫВОДЫ

1. Научно обоснованы объективные критерии оценки течения репаратив-ной регенерации при введении остеофиксаторов с покрытием нитридами титана и гафния, основанные на результатах клинических, гематологических, рентгенологических, морфологических исследований.

2. Результаты клинических исследований показали, что в раннем послеоперационном периоде течение раневого процесса в зоне оперативного вмешательства у животных подопытной группы характеризовалось менее выраженной степенью и продолжительностью экссудации и ранней стабилизацией клинических показателей. Установлено, что ранняя нормализация гематологических показателей и их дальнейшая динамика у животных исследуемых групп в послеоперационном периоде свидетельствует об отсутствии выраженной воспалительной реакции в ответ на введение исследуемых остеофиксаторов.

3. Показано, что остеотомия и остеосинтез сопровождаются воспалительной реакцией с достоверным увеличением концентрации С-реактивного белка и общего белка (р=0.006) у животных группы сравнения в среднем на 12-30 % по отношению к показателям животных опытной группы. Результаты исследования маркеров возможного гепатотоксического эффекта имплантируемых материалов (глюкоза, АлАТ, АсАТ, ЛДГ) не выявили признаков гепатодепрессии или цитолиза.

4. Первая фаза ремоделирования кости сопровождалась понижением уровня концентрации щелочной фосфатазы и повышением уровня кальция в сыворотке крови у животных обеих групп, что свидетельствовало о преобладании процессов естественной резорбции. Степень повышения уровня кальция была достоверно (р=0,015) выражена в опытной группе.

5. По данным рентгеновской компьютерной томографии, позволяющей дать количественную и качественную оценку регенерату, установили, что толщина регенерата у животных подопытной группы была менее выраженной, а плотность кортикальной пластинки в зоне остеорегенерации на 10-е сутки была достоверно выше плотности кортикальной пластинки животных группы сравнения на 50 % (р=0,001), на 30-е сутки 19 % (р=0,001), 60-е сутки 21 % (р=0,045), достигнув плотности кортикальной пластинки интактной кости. Следует подчеркнуть, что меньший объем регенерата при его большей плотности соответствует более качественному характеру перестройки костной мозоли с формированием ее конечной генерации — пластинчатой кости.

6. Сравнительный анализ микро-морфологических характеристик зоны регенерации выявил отличия между экспериментальными группами животных. Так в группе сравнения костеобразование протекало по перихондральному, а в подопытной по энхондральному типу. При длительном нахождении имплан-татов с комбинацией нитридов титана и гафния в медуллярном канале не было выявлено каких-либо изменений со стороны окружающих тканей. Сами им-плантаты сохраняли свою форму и не изменялись под действием окружающей среды.

7. Установлено, что использование остеофиксаторов с нанопокрытием комбинации нитридов титана и гафния со спонтанными травмами не вызывает процессов отторжения на отдаленных сроках, тем самым пролонгирует их нахождение в тканях организма.

Рекомендации по использованию научных выводов

Применение имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния при погружном остеосинтезе следует считать перспективным, клинически оправданным методом и позволяет рекомендовать его для широкого клинического внедрения.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Мечов М.П. Рентгенографическая характеристика репаративной остеорегенерации в условиях применения имплантантов с покрытием нитридов титана и гафния / И.Ф. Ахтямов, Ф.В. Шакирова, Э.Б. Гатина, М.П. Мечов, А.Н. Валеева // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. - 2012. - Т. 211. - С. 218221.

2. Мечов М.П. Оценка ответа острой фазы при экспериментальном остеосинтезе имплантатами с покрытием нитридами титана и гафния / И.Ф. Ахтямов, Ф.В. Шакирова, Э.Б. Гатина, ЭЛ. Алиев, М.П. Мечов, Н.З. Файзуллина //Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. - 2013. - Т. 215. - С. 26-31.

3. Мечов М.П. Динамические показатели ряда сывороточных белков при экспериментальном остеосинтезе имплантатами с покрытием нитридами титана и гафния / Ф.В. Шакирова, И.Ф. Ахтямов, Э.Б. Гатина, М.П. Мечов, Н.З. Файзуллина // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. - 2013. - Т.215. - С. 350-355.

4. Мечов М.П. Биохимические показатели крови при имплантации остеофиксаторов с покрытием нитридов титана и гафния / М.П. Мечов // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. - 2013 — №1. — С. 9396.

В других изданиях

1. Мечов М.П. Клинические аспекты современной лучевой диагностики остеорегенерации в условиях применения имплантатов с покрытием нитридов титана и гафния / И.Ф. Ахтямов, Ф.В. Шакирова, Э.Б. Гатина, М.П. Мечов //Ветеринарный врач.-2013.-№ 1.-С. 48-52.

2. Мечов М.П. Сравнительный анализ остеорегенерации в условиях применения нанотехнологий / Ф.В. Шакирова, Э.Б. Гатина, М.П. Мечов, C.B. Кривошапко // Материалы конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». Международная науч-но-произв. конф., г. Белгород, 20-21 ноября 2012 года. Часть 1. — С. 123-128.

3. Мечов М.П. Сравнительный анализ остеорегенерации в условиях применения имплантатов с покрытиями на основе сверхтвердых соединений / М.П. Мечов, ДА. Бакланова // Материалы: «87-й Всероссийской научно-практической конференции студентов и молодых ученых, посвященной 155-летию со дня рождения И.О. Даршкевича», г. Казань, 21-22 марта 2013 года.

4. Мечов М.П. Рентгенографические характеристики остеорегенерата при использовании имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния / М.П. Мечов // Материалы междунар. конф. студентов, аспирантов и молодых

ученых «Знания молодых для развития ветеринарной медицины и АПК страны», г. Санкт-Петербург, 2013. - С. 82-85.'

5. Мечов М.П. Клинико-морфолопгческие аспекты остеорегенерации при применении имплантатов с покрытием на основе сверхтвердых соединений в эксперименте / Ахтямов И.Ф., Гатина Э.Б., Шакирова Ф.В., Мечов М.П., Алиев Э.И. // Материалы Ш международной научно-практической конференции «Новые технологии создания и применения биокерамики в восстановительной медицине», г. Томск, 7-10 октября 2013. С. 7-10.

6. ' Mechov М.Р. A comparative study of experimental implants coated with titanium and hafnium nitrides / F.V. Shakiroa, I.F. Akhtyamov, E.B. Gatina, M.P. Mechov, E.I. Aliyev // SEVC Barcelona, Spain, 17-19 October, 2013.

Подписано в печать 19.06.15r. Формат 60x90/16 Усл.печ.л. 2,75 Заказ 19/06-15. Тираж 100 экз. Отпечатано в типографии ООО «Изображение» 420049, РФ, РТ, г.Казань, ул. Эсперанто, 27, тел (843) 264-70-97