CC BY
44
УДК 616.314-08928/ 29+546.821:616.716.4
Н. М. ДЮРЯГИН
Омская государственная медицинская академия
НОВАЯ МЕТОДОЛОГИЯ И ТЕХНОЛОГИИ РЕКОНСТРУКЦИИ НИЖНЕЙ ЧЕЛЮСТИ И ВИСОЧНО-НИЖНЕЧЕЛЮСТНОГО СУСТАВА ЭНДОПРОТЕЗАМИ ИЗ МАТЕРИАЛОВ НИКЕЛИДА ТИТАНА
Для реконструкции нижней челюсти предложена новая методология биомеханики эндопротезирования, основанная на современных научных данных. По новым технологиям созданы композитные эндопротезы из материалов никелида титана, содержащие компоненты для замещения костной ткани и надкостницы. Отдаленные медицинские результаты и показатели эффективности координированного взаимодействия эндопротезов с окружающими тканями, органами и системами доказывают их оптимальность и состоятельность.
Разработка внесена в базу ФГУ ФИПС «Перспективные изобретения» Российской
Федерации 2009 года, приоритет принадлежит Омскому региону.
Ключевые слова: композитный эндопротез, эндопротез надкостницы, никелид титана.
В современной хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии широко используется метод эндопротезирования нижней челюсти [1].
Существует острая проблема несостоятельности эндопротезов, применяемых при замещении ее дефектов [2]. По современным критериям биомеханики и медицинского материаловедения это моноструктурные металлические, синтетические, углеродные или полимерные изделия представляют собой эндопротезы временного действия [3]. Они не рассчитаны на компенсацию биомеханических дефектов нижней челюсти и сопряженных с ней органов, не соответствуют решению тех реконструктивных задач, которые на них возлагают [4].
С целью повышения качества лечения, функциональной реабилитации и жизни пациентов имеется острая необходимость в активизации научных исследований и создания новых адекватных эндопротезов, позволяющих реконструировать не только нижнечелюстную кость, но и биомеханику и биодинамику сопряженных с ней органов и систем [5].
Путь решения проблемы
Для реконструкции дефектов нижней челюсти на современном научном, техническом и медицинском уровнях знаний следует оптимально использовать каждую из этих составляющих.
I. Из фундаментальных наук использованы данные биофизики и ее раздела — биомеханики, изучающего механические свойства живых тканей и органов, а также механические процессы их жизнедеятельности [6].
Выделены следующие положения:
1. Условное разделение структур опорно-двигательного аппарата на костные — пассивные и мышечные — активные части.
2. Композитное строение живых тканей, состоящих из внеклеточных матриксов, клеточных структур и тканевых жидкостей.
3. Неподвижное сочленение костей обеспечивается синостозами и синдесмозами.
4. Подвижное синовиальное сочленение костей обеспечивается суставами.
5. Скелетная кинематическая пара образуется за счет синовиального сочленения двух костных звеньев.
6. Скелетные кинематические звенья содержат композиты костной ткани и надкостницы.
7. Скелетные кинематические пары приводятся в движение сухожильно-мышечными тканевыми композитами.
8. Координация функции живой системы опорно-двигательного аппарата, скелетных кинематических цепей и пар осуществляется нервной системой [7].
На основе этих положений предложена новая методология биомеханики эндопротезирования нижней челюсти, направленная на соблюдение следующих требований:
— одномоментное замещение дефектов костных и периостальных структур скелетных кинематических звеньев;
— совмещение композитных структур эндопро-тезов с композитами живых тканей поврежденных скелетных кинематических пар;
— рекоординация функции созданных искусственных скелетных кинематических пар за счет реиннервации нервной системой.
II. В научно-технической части работы использованы материалы никелида титана [8].
А. Физико-математическое обоснование для создания моделей искомых эндопротезов отражает диаграмма (рис. 1). Представлена гистерезисная зависимость между величиной напряжения и деформации костной (зависимость 5) и соединительной ткани
Рис. 1. Диаграмма гистерезисной зависимости между величиной напряжения и деформации костной (5) и соединительной ткани (4), и проволочного (1), лигатурного (2), и твердого проницаемого пористого (3) имплантационных материалов из никелида титана в условиях допустимой нагрузки и разгрузки в одинаковых условиях
Рис. 4. Объем одностороннего дефекта нижней челюсти экспериментальных кроликов, подлежавшего замещению
Рис. 2. Схема структурного объединения органической фазы тканевых матриксов костной ткани и надкостницы с хирургическим шовным материалом из никелида титана
Рис. 3. Технологическая модель фрагмента скелетного кинематического звена нижнечелюстной кости кролика выполнена композитным эндопротезом на скелетном прототипе
Рис. 6. МСКТ 3^ визуализация головы кролика в боковой проекции с реконструированным фрагментом ветви нижней челюсти справа
(зависимость 4) в условиях допустимой нагрузки и разгрузки, и деформационные зависимости проволочного (зависимость 1), лигатурного (зависимость 2), и твердого проницаемого пористого (зависимость 3) имплантационных материалов из никелида титана в одинаковых условиях. Показатели зависимостей при их графическом совмещении демонстрируют область совместимых свойств (зависимость 6) [6].
Это позволяет создавать из данных материалов композиционные модели эндопротезов и замещать:
— дефекты формообразующих и опорных частей костных фрагментов скелетных кинематических звеньев;
— дефекты неподвижных костных сочленений — фрагментов скелетных кинематических звеньев и эндопротезов;
— дефекты подвижных костных сочленений — суставов скелетных кинематических пар;
— дефекты надкостницы соответствующих костных фрагментов и соединительной ткани суставных капсул.
Б. Биомеханическое обоснование новой методологии базируется на уникальном явлении объединения органической фазы тканевых матриксов костной ткани и надкостницы со структурой хирургического шовного материала из никелида титана [8].
Особенность его строения состоит в наличии сквозных маргинальных пор до 80 % с просветом от 2 до 10 мкм [9]. Волокна коллагена матрикса, имея толщину от 0,4 до 8 мкм и длину 40 мкм, способны насквозь пронизывать поры шовного материала, при этом их краевые фрагменты остаются в составе структуры естественного матрикса [5]. На схеме (рис. 2а, б) погружная часть волокна коллагена (рис. 2б), взаимодействуя с фрагментом шовного материала, способна передавать нагрузку свободными фрагментами (рис. 2а) и сокращать или растягивать сопряженный с ними фрагмент шовного материала в пределах диапазона свойств. Условное увеличение в 300000 раз.
В. Экспериментальное обоснование.
Представляем краткое содержание эксперимента, целью которого явилось создание биологических гис-терезисных моделей нижней челюсти на экспериментальных животных. Животными для создания биологических моделей избраны кролики. Непрерывный рост эмали зубов у них генетически обусловлен, а изменение состояния прикуса являлось одним из основных показателей качества реконструктивной модели челюсти.
На группе из 10 животных произведена резекция фрагментов нижней челюсти справа с отсечением височных и латеральных крыловидных мышц (рис. 3). Система иннервации нижней челюсти не нарушалась. Конструкции устанавливались на костных фрагментах с условием точного восстановления равенства плечей биомеханических рычагов правой и левой половины нижней челюсти и фиксировались к кости лигатурами из никелида титана (рис. 4). После этого они укрывались мышечно-надкостничными лоскутами жевательной мышцы и ушивались. Обезболивание адекватное.
Послеоперационный период протекал благоприятно, все животные выживали и быстро восстанавливались. Через 30 суток наступал период полной реабилитации биологического здоровья.
Дальнейшие наблюдения в течение всего периода биологической жизни — более 5 лет свидетельствовали о том, что они ничем не отличались от обычных: поведение и питание активное, репродуктивные и выделительные функции в норме (рис. 5).
Ежегодно проводились МСКТ обследования и изучение 3^ визуальных данных черепа. МСКТ 3-Б визуализация головы кролика в боковой проекции с реконструированным фрагментом ветви нижней челюсти справа (рис. 6).
Оценка результатов
Представленные биологические модели функционально аналогичны живым биологическим системам нижней челюсти животных данного вида. Отсутствие прижизненных признаков биохимической, биомеханической, гистерезисной и термодинамической несовместимости при выполнении более чем 5-летних функциональных нагрузок свидетельствует об их состоятельности.
Рис. 7. Схема сочленяемых компонентов композитного эндопротеза для реконструкции 1/2 нижней челюсти: а) костный фрагмент, б) эндопротез-фиксатор, в) эндопротез мыщелка, эндопротез костного дефекта, д) эндопротез надкостницы
Рис. 8. Схема реконструкции 1/2 нижней челюсти в сборе
Г. Технологическое обоснование работы в клинической практике — антропологические эндопротезы для реконструкции нижней челюсти из материалов никелида титана. Совмещение в конструкциях твердых пористых, безпористых и мягких пористых проницаемых материалов (фаз) позволяет называть их композитными [10]. Они состоят из индивидуально подготовленных и сочленяемых эндопротезов костных дефектов, эндопротезов мыщелков [12], эндо-протезов-фиксаторов[11] и эндопротезов надкостницы [10]. Имеются технологические варианты эндопротезов для реконструкции любых дефектов нижнечелюстной кости.
Схема сочленяемых компонентов композитного эндопротеза для реконструкции 1/2 нижней челюсти: а) костный фрагмент, б) эндопротез-фиксатор, в) эндопротез мыщелка, эндопротез костного дефекта, д) эндопротез надкостницы (рис. 7).
Схема реконструкции 1/2 нижней челюсти в сборе (рис. 8).
Схема реконструкции височно-нижнечелюстного сустава после экзартикуляции головки (рис. 9) имплантация головки в капсулу (рис. 10), подшивание капсулы и латеральной крыловидной мышцы к эндо-протезу надкостницы. Головку эндопротеза мыщелка имплантируют вначале в суставную капсулу, а затем в суставную ямку. Лигатурами из никелида титана фрагменты капсулы и мыщц подшиваются к эндопротезу надкостницы.
III. В медицинской части работы имеются следующие особенности.
Диагностика: в ходе предоперационной диагностики обязательным является наличие данных МСКТ, выполненных по стоматологической программе
Рис. 9. Схема реконструкции височно-нижнечелюстного сустава после экзартикуляции головки: имплантация
Рис. 10. Схема реконструкции височно-нижнечелюстного сустава после экзартикуляции головки: подшивание капсулы и латеральной крыловидной мышцы к эндопротезу надкостницы
Рис. 11. Пациентка М. Пантомограмма нижней челюсти, опухоль от 33 зуба с переходом на ветвь слева
Рис. 12. Пациентка М. Конструкция композитного эндопротеза припасована на пластиковом прототипе нижней челюсти
с построением и изучением визуальных данных 3^ объемного изображения.
Лабораторная техника: клинико-лабораторные этапы изготовления элементов композитных эндо-протезов выполняются по технологиям материалов никелида титана с использованием индивидуаль-
Рис. 13. Пациентка М. Эстетический результат через 5 лет после операции
Рис. 14. Пациентка М. Функциональный результат через 5 лет после операции
ных [13] антропологических пластиковых стерео-литографических прототипов.
Оперативная техника: особенности сводятся к сохранению дистальных фрагментов мышц приводящих и отводящих нижнюю челюсть. После закрепления фиксатора на костном фрагменте, реконструкции височно-нижнечелюстного сустава и костного дефекта челюсти, они подшиваются к эндопро-тезу надкостницы в областях физиологического прикрепления.
Клинический пример: пациентка М. 2006 год, возраст 32 года, диагноз: нагноившаяся амелоблас-тома нижней челюсти слева (рис. 11).
В ходе реконструкции на костном фрагменте установлен эндопротез — фиксатор, сочленен с эндо-протезами костного дефекта и эндопротеза мыщелка покрытыми эндопротезом надкостницы (рис. 12). Соответствующие фрагменты мышц и мягких тканей пришиты к нему.
Через 5 лет состояние пациентки удовлетворительное, жалоб на нарушение функции нижней челюсти нет (рис. 13). Объем открывания рта и боковых движений в пределах физиологических амплитуд (рис. 14).
Рис. 15. Пациентка М. Данные МСКТ фронтальной визуализации нижней челюсти через 2 года после реконструкции
Рис. 16. Пациентка М. МСКТ 3^ визуализация боковой поверхности нижней челюсти через 2 года после реконструкции
Данные МСКТ визуализации через 2 года после реконструкции (рис. 15—16).
Результаты клинических наблюдений
В клиниках Облонкодиспансера и ЧЛХО ГБ № 11 г. Омска с 2003 по июнь 2010 года с применением данных эндопротезов оперировано 22 пациента. Период наблюдений составляет 7 лет, патологических симптомов не наблюдалось, функция нижней челюсти восстановлена оптимально.
Заключение
Результаты эндопротезирования демонстрируют высокое качество лечения, реабилитационную эффективность, значительно повышают качество жизни пациентов. Это подтверждает состоятельность новой методологии биомеханики эндопротезирования и эффективность новых технологий эндопротезирования материалами из никелида титана.
Библиографический список
1. Митрошенков, П. Н. Реконструкция височно-нижне-челюстного сустава методом эндопротезирования / П. Н. Митрошенков // Анналы пластической, реконструктивной и эстетической хирургии. — 2007. — № 1. — С. 33 — 42.
2. Новые технологии в челюстно-лицевой хирургии на основе сверхэластичных материалов и имплантатов с памятью формы / П. Г. Сысолятин [и др.]. - Томск : STT, 2001. - 290 с.
3. Биомедицинское материаловедение : учеб. пособие для вузов / С. П. Вирхов [и др.]. — М. : Горячая линия. — Телеком, 2006. — 383 с. : ил.
4. Бегун, П. И. Моделирование в биомеханике : учеб. пособие / П. И. Бегун, П. Н. Афонин. — М. : Высш. шк., 2004. — 390 с. : ил.
5. Самойлов, В. О. Медицинская биофизика : учеб. для вузов / В. О. Самойлов. — 2-е изд., испр. и доп. — СПб. : СпецЛит, 2007. — 560 с. : ил.
6. Бегун, П. И. Биомеханика : учеб. для вузов / П. И. Бегун, Ю. А. Шукейло. — СПб. : Политехника, 2000. — 463 с. : ил.
7. Бернштейн, Н. А. Биомеханика и физиология движений : избранные психолог. тр. / Н. А. Бернштейн ; ред. В. П. Зинченко. — 2-е изд. — М. : Изд-во Моск. психолого-социальн. ин-та, 2004. — 688 с.
8. Никелид титана. Медицинский материал нового поколения /
B. Э. Гюнтер [и др.]. — Томск : Изд-во МИЦ, 2006. — 296 с.
9. Пат. 2234868 Российская Федерация, С2 7 А61 В 17/06. Хирургический шовный материал / В. Э. Гюнтер [и др.]. — № 20021296/14 ; опубл. 27.08.04, Бюл. № 24 ; приоритет 06.11.02.
10. Пат. 2365357 Российская Федерация, A61F 2/28. Композитный эндопротез для реконструкции дефектов нижней челюсти / Н. М. Дюрягин [и др.]. — № 2007138499/14 ; опубл. 27.04.09, Бюл. № 24 ; приоритет 16.10.07.
11. Дюрягин, Н. М. Способ фиксации эндопротеза к костным фрагментам нижней челюсти / Н. M. Дюрягин, В. Э. Гюнтер, П. Г. Сысолятин // Институт стоматологии. — 2009. — № 1. —
C. 46 — 48.
12. Пат. 2285503 Российская Федерация, A61F 2/30. Эндопротез мыщелка нижней челюсти / Н. М. Дюрягин [и др.] ; заявитель и патентообладатель Н. М. Дюрягин. — № 2005102874/14 ; опубл. 20.10.06, Бюл. № 29 ; приоритет 04.02.05.
13. Лазерная стереолитография — новый метод биомоделирования в черепно-челюстно-лицевой хирургии / В. В. Рогинский [и др.] // Новое в стоматологии. — 2002. — № 3. — С. 92 — 95.
ДЮРЯГИН Николай Михайлович, кандидат медицинских наук, доцент кафедры стоматологии. Адрес для переписки: lut1984@mail.ru
Статья поступила в редакцию 18.08.2010 г. © Н. М. Дюрягин
