CC BY
60
И медицинский
СОВеТ №7-8 2011
О.О.ЯНУШЕВИЧ, д.м.н., профессор, Г.С.РУНОВА, к.м.н., доцент, Е.И.ВЫБОРНАЯ, МГМСУ, Москва
Использование остеотропных материалов
ПРИ ЛЕЧЕНИИ ЗАБОЛЕВАНИЙ ПАРОДОНТА ХИРУРГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
Замещение костных дефектов является одной из актуальных проблем современной стоматологии. Нарушение структуры и функции кости альвеолярных отростков крайне негативно отражается на состоянии пародонта. С целью воссоздания утраченного объема костной ткани широко применяются различные материалы — синтетические и биологические, от выбора в конечном итоге зависит успех восстановления костного дефекта и дальнейшего остеогенеза.
Ключевые слова: заболевания пародонта, костная ткань и ее клетки, остеозамещающие материалы и их критерии
В настоящее время, несмотря на очевидные успехи науки и несомненное повышение в целом качества лечения пародонтита, распространенность данного заболевания неуклонно растет (ВОЗ, 1980, 1990; D.Barmes, 1993; Хармия Маркетта, 1997). Таким образом, проблема лечения заболеваний пародонта является одной из актуальнейших задач современной стоматологии.
Отсутствие ощутимых жалоб и неудобств на ранних стадиях заболевания приводит к тому, что значительная часть пациентов обращается за помощью в тот момент, когда деструкция тканей достигла значительных размеров. Тяжесть течения пародонтита и выраженные деструктивные явления диктуют необходимость применения средств, усиливающих эффективность хирургического лечения. К сожалению, многие из применяемых материалов имеют отдельные недостатки, что диктует необходимость поиска новых, более совершенных материалов. Постоянное развитие науки также способствует этому, т.к. создание подобных материалов в настоящее время невозможно без четкой теоретической основы и использования последних достижений медицины.
Одной из основных задач тканевой инженерии в области лечения костных патологий является создание искусственных композитов, состоящих из алло- и/или ксеноматериалов в сочетании с биоактивными молекулами (костные морфогенетические белки, факторы роста и т.д.) и способных индуцировать остеогенез.
Костная ткань — живая ткань, выполняющая ряд ключевых функций в организме. Кроме опорной и защитной функций, кость также участвует в регуляции минерального гомеостаза. Костная ткань депонирует кроветворные и мезенхимальные стволовые клетки, обеспечивая обновление различных тканей организма на протяжении всей жизни. Кроме того, костная ткань способна ремоделироваться на протяжении всей жизни, адаптируясь к изменениям нагрузки, и поддерживать оптимальный баланс между формой и функцией. Раз-
витие костной ткани — остеогенез (оссификация) начинается в мезенхимальной эмбриональной ткани, содержащей капилляры.
Макроскопически в кости можно выделить внешнюю часть, которая называется кортикальной, или компактной, костью и составляет приблизительно 70% от общего скелета, и внутреннюю часть, названную сетчатой, трабекулярной или губчатой костью. Структура из защитного кортикального слоя и трехмерной трабекулярной сетки обеспечивает оптимальную механическую функцию при минимальной костной массе.
Между компактной и трабекулярной костью существуют качественные и структурные различия: компактная кость минерализована на 80—90%, а трабекулярная — лишь на 15—20%. Функциональные же различия между ними состоят в том, что первая выполняет в основном опорную функцию, а вторая — метаболическую. Плотность кортикальной кости является показателем качества кости, геометрические параметры — показателем массы кости (в частности, площадь кортикальной кости) и распределения костного материала (толщина кортикальной пластинки).
Оба типа костной ткани (компактная и трабекулярная) содержат одинаковые клеточные элементы и межклеточное вещество, составляющее органическую основу ткани, а также минеральные вещества. Собственно костными клетками следует считать остеобласты, остеоциты и остеокласты, а также продукты различных стадий их возможной дифференцировки, выстилающие и остеогенные клетки.
Мезенхимальные клетки кости — недифференцированные клетки кости (контурные клетки кости, выстилающие клетки кости, остеогенные клетки кости) находятся главным образом в составе внутреннего слоя надкостницы, покрывающей поверхность кости снаружи, — периоста, а также в составе эндоста, выстилающего контуры всех внутренних полостей кости, внутренние поверхности кости. Поэтому их называют выстилающими (контурными) клетками (bone-lining cells). Из этих клеток могут образовываться новые клетки кости — остеобласты и остеокласты. В соответствии с этой
■ Проблема лечения заболеваний пародонта является одной из актуальнейших задач современной стоматологии.
СТОМАТОЛОГИЯ
СТОМАТОЛОГИЯ
медицинский
СОВеТ №7-8 2011
функцией их также называют остеогенными клетками (osteogenic cells). Остеогенные клетки находятся также в составе костного мозга.
Различают два типа остеогенных клеток. Одни из них имеют веретенообразную форму, не проявляют признаков активного развития, и потому их называют покоящимися остеогенными клетками. Другие остеогенные клетки имеют округлую форму. В их ядрах и цитоплазме обнаруживают высокое содержание РНК. Это является признаком активного развития, роста и дифференцирования. Поэтому такой тип остеогенных клеток называют активированными.
Контурные клетки представляют собой трансформированные остеобласты, которые возмещают слой покоящихся клеток на поверхностях кости вместо клеток, умирающих в результате апоптоза. Контурные клетки являются постпроли-феративными клетками, покрывающими те поверхности кости, которые не находятся ни в стадии резорбции, ни в стадии воссоздания.
Исследования показали, что эти клетки могут синтезировать и выделять цитокины и другие вещества, управляющие сигналами, активирующими остеокласты. Таким образом, контурные клетки участвуют в управлении перестройкой костной ткани.
Клеточный синцитий кости, образованный остеоцитами костной ткани, вырабатывает и реализует управляющие сигналы пропорционально механической нагрузке. Показано, что остеоциты могут посылать к остеобластам тормозные управляющие сигналы, которые уменьшают скорость образования ими кости. Также показано, что тормозные управляющие сигналы, сформированные остеоцитами в ответ на увеличение механической нагрузки на кость, могут уменьшать активирующее влияние контурных клеток на перестройку кости.
Недифференцированные мезенхимальные клетки могут находиться в любых тканях организма и при определенных условиях способны продуцировать костную ткань. И хотя не обнаружено их отчетливых морфологических отличий от мезенхимальных клеток кости, функциональные различия очевидны.
Костное моделирование осуществляется, во-первых, с участием остеокластов, которые подвергают эрозии костные поверхности, и, во-вторых, с участием остеобластов, капилляров и опорных клеток, которые создают новые поверхности. Оба эти процесса стереоскопически повторяют друг друга.
Нарушение структуры и функции кости альвеолярных отростков крайне негативно отражается на состоянии па-родонта. Возникающий в тканях пародонта патологический процесс затрагивает все его структуры, включая альвеолярные отростки челюстей и альвеолярную кость. При этом наиболее часто выявляются следующие патологические изменения костной ткани — остеопороз, деструкция, атрофия или остеосклероз. В комплексе с другими неблагоприятными факторами это ведет к ускоренной потере зубов и быстропрогрессирующей атрофии альвеолярных отростков, что
в дальнейшем существенно усложняет ортопедическое лечение с применением внутрикостных дентальных имплантатов.
С целью восстановления структуры и функции тех или иных костей требуется проведение реконструктивных операций с применением различных остеозамещающих материалов. Все существующие костно-пластические материалы можно разделить на следующие большие группы: аутокость, аллокость, ксенокость, синтетические материалы и комбинация вышеуказанных материалов.
Были разработаны общие критерии, которым должны отвечать современные материалы, имплантируемые в костный дефект.
Во-первых, они должны выполнять и поддерживать объем дефекта. Во-вторых, обладать остеоиндуктивностью, т.е. активно побуждать остеобласты к формированию кости. В-третьих, быть биодеградируемыми и не вызывать у реципиента воспалительных реакций, т.е. обладать биосовместимостью. Биосовместимость — способность материала, изделия или устройства выполнять свои функции и не вызывать отрицательных реакций в организме «хозяина» — является важнейшим критерием при выборе того или иного пособия при пластике или реконструкции.
Время биорезорбции имеет решающее значение для материалов, имплантируемых в костные дефекты, т.к. они должны выполнять функцию временного матрикса (остеокондуктив-ную), необходимого для выполнения роли каркаса для врастания клеток и сосудов в структуру материала, для чего необходимо определенное время.
Другим важным свойством материалов, используемых при замещении костных дефектов, является биоинтеграция или способность материала постепенно без резкого фиброзообразования замещаться той тканью, в которую он помещен.
Известно, что поддерживающий эффект любого материала обеспечивается, как правило, его структурными особенностями. Для биоматериалов этот показатель обычно связан с архитектоникой нативной ткани, из которой он получен. Для материалов на основе костной ткани параметрами ее структурной прочности являются твердоэластические характеристики костного матрикса и величина пор в нем.
Определенные дефекты костной ткани, особенно при патологических состояниях, не могут быть устранены путем ее физиологической регенерации или благодаря простому хирургическому вмешательству. В таких случаях для восстановления ткани, как правило, применяются материалы, способные либо механически выполнять опорные функции кости (остеокондуктивные), либо оказывать индуцирующее влияние на процессы регенерации в костном дефекте (остеоин-дуктивные).
Важнейшим аспектом использования биоматериалов является их безопасность. Биоматериалы, получаемые из тка-
■ С целью восстановления структуры и функции тех или иных костей требуется проведение реконструктивных операций с применением различных остеозамещающих материалов.
И медицинский
СОВеТ №7-8 2011
ней и органов животных, имеют определенную степень кон-таминированности или бактериальной загрязненности. Наиболее адекватным способом снижения и нейтрализации бактериальной контаминации является стерилизация.
Ксенокость является самым доступным материалом в связи с многочисленностью источников. Минусами ксенокости является более высокая иммуногенность из-за видоспеци-фичности и возможность передачи инфекции. Установлена проблема, связанная с вирулентностью прионов — носителей заболевания Крейтцфельдта — Якоба. В США и странах Евросоюза запрещены все препараты, получаемые из костного мозга, губчатой кости, гипофиза и эпифиза крупного рогатого скота. Американская организация FDA выступила с инициативой, что те лица, которым применялся остеотроп-ный материал ксеногенного происхождения, не могут быть донорами крови либо органов.
В настоящее время для замещения костных дефектов в хирургической стоматологии используются много различных форм гидроксиапатита (ГА), отличающихся по форме и величине частиц. Считается, что искусственно полученный ГА по химическому составу и кристаллографическим показателям практически идентичен ГА нативной кости.
В процессе замещения костного дефекта в присутствии ГА под влиянием биологических жидкостей и тканевых ферментов ГА может частично или полностью резорбироваться. Положительный эффект ГА после его имплантации в костную полость объясняется, по-видимому, не только остеокондук-
тивными свойствами материала, но и его способностью сорбировать на своей поверхности белки, индуцирующие остеогенез.
Из синтетических материалов в качестве носителей для трансплантации клеток в настоящее время широко применяют керамику, которая представляет из себя искусственный ГА, полученный при обработке трикальцийфосфата высокими температурами.
Остеокондуктивный материал Easy Graft — это биорезорби-руемый, полностью синтетический остеотропный материал.
Благодаря новаторской концепции биоматериал обладает высочайшими клиническими преимуществами:
■ чистая фаза p-трикальцийфосфата обеспечивает полную резорбцию и регенерацию костной ткани;
■ высокая пористость обеспечивает прорастание костных клеток в промежутке между гранулами;
■ покрытие гранул оболочкой полилактоидной кислоты препятствует образованию колоний бактерий и инфицированию лунки;
■ пропитывание кровью придает гемостатический эффект;
■ высокая биосовместимость демонстрируется при анализе гистологических исследований;
■ непосредственный контакт с костью улучшает процесс регенерации;
■ формирование новой кости идет параллельно с процессом резорбции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Быков В.Л. Цитология и общая гистология // СОТИС. Санкт-Петербург, 2001.
2. Григорьев А.И. Минеральный обмен у человека в условиях измененной гравитации / А.И.Григорьев, А.И.Воложин, ГП.Ступаков //
Пробл. косм. биол. Т. 74. — М.: Наука, 1994. — 214 с.
3. Иванов В.С. Заболевания пародонта. — М.: Медицинское информационное агентство, 1998. — 296 с.
4. Иванов С.Ю., Кузнецов Р.К., Чайлахян Р.К., Ларионов Е.В., Панасюк А.Ф., Гиллер Л.И., Бизяев А.Ф., Ларионов Е.В. Новое поколение био-композиционных материалов для замещения дефектов костной ткани // Новое в стоматологии. — 1999. — №5. — С. 47—51.
5. Мухамеджанова Л.Р. Особенности диагностики, клинического течения и лечения генерализованного пародонтита у больных системным остеопорозом: Автореф. дис. ...д-ра мед. наук. Казань, 2005.
6. Орехова Л.Ю. Заболевания пародонта / Под общей редакцией профессора Л.Ю.Ореховой. — М.: Поли Медиа Пресс, 2004. — 432 с.: илл.
7. Параскевич В.А. Диагностика регионарного остеопороза челюстей при планировании дентальной имплантации // Российский стоматологический журнал. — 2000. — №2. — С. 33—36.
8. Поворознюк В.В. Остеопороз и заболевания пародонта / В.В.Пово-рознюк, И.П.Мазур // Пародонтология. — 2005. — №3(36). —
С. 14—19.
9. Ревелл П.А. Патология кости: Пер. с англ. — М.: Медицина, 1993. — 386 с.
10. Регирер С.А. Свойства и функции костных клеток: биомеханические аспекты / С.А.Регирер, А.А.Штейн, С.А.Логвенков // Современные проблемы биомеханики: Вып. 10. Механика роста и морфогенеза. — М.: Изд-во МГУ, 2000. — С. 174—224.
11. Салеева Г.Т. Ультразвуковая денситометрия в клинике ортопедической стоматологии / Г.Т.Салеева // VII Научно-практическая конфе-
ренция молодых ученых, Казань, 2002 г.: Тез. — Казань, 2002. —
С. 258—260.
12. Федотова М.В. Состояние тканей пародонта у больных бруксизмом: Дис. ... канд. мед. наук. — Иркутск, 2006. — 123 с.
13. Baron R. Anatomy and ultrastructure of bone. In: Primer on the Metabolic Bone Diseases and Disorders of Mineral Metabolism / Baron R., Favus M. J. ed. // Am Soc. for Bone and Mineral Res. — 1990. —
P. 3—7.
14. Bruck S.D., Mueller E.P. (1989) Reference standards for implantable materials: problems and needs. Med. Prog. Technol. 15: 5—20.
15. Klein A.A. 1983. Biodegradation behavior of various calcium phosphates. J. Biomaterials Res.17(5), 769—784.
16. Leo I. Kupp Implant surfaces and bone formation / Leo I. Kupp // Insight/ — Vol. 3. — Issue 2/ 2000. — P. 35—36.
17. Parsons J. (1988) Bioceramics: Materials Characteristics Versus. Ann. N Y Acad. Sciences v.523 Jun.10. p.190.0steoconductive Composite Grouts for Ortopedic Use.
18. Reddi A.H. (1985) Implant-stimulated interface reactions during colla-geous bone matrix-induced bone formation. Biomed.Mater.Res. Mar; 19 (3) 233—9.
19. Reddi A.H., Weintroub S., Muthukumaran N. (1987) Biological principles of bone induction. Orthop Clin N Amer 18:207—212.
20. Ripamonti U., Reddi A.H. (1992) Growth and morphogenetic factors in bone induction: role of osteogenin and related bone morphogenetic proteins in craniofacial and periodontal bone repair. Crit Rev Oral Biol Med 3: 1—14.
21. Russo C.R. Volumetric bone density and geometry assessed by peripheral quantitative computed tomography in uremic patients on maintenance hemodialysis / C.R. Russo, G. Tacetti, P. Caneva et al. // Osteoporos.
Int. — 1998. — Vol. 8. — P. 443—448.
22. Sindet-Pedersen S., Enemark H. Mandibular bone grafts for reconstruction of alveolar clefts. J Oral Maxillofac Surg 1988; 46: 533—537.
23. Owen M.: The origin of bone cells, Int. Rev. Cytol., 28:213—238, 1970.
СТОМАТОЛОГИЯ
