CC BY
55
УДК 616-002-008.953-09
В. Б. Соловьев, М. Г. Федорова, О. Д. Любченко, В. Ф. Татаринов
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ЗОНЕ ИМПЛАНТАЦИИ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ В ОТДАЛЕННЫЕ СРОКИ ПОСЛЕ ОПЕРАЦИИ
Аннотация.
Актуальность и цели. Изучение процесса приживления образцов инновационных углеродных нанокомпозитов в отдаленные сроки после имплантации в эксперименте.
Материалы и методы. Образцы углеродсодержащих материалов имплантировали в подкожно-жировую клетчатку самцам беспородных крыс. Через три и шесть месяцев животных выводили из эксперимента и производили гистологические исследования материала.
Результаты. Установлено, что реакция ткани на имплантацию углеродсодержащих материалов зависит от его структуры. Такой реакцией может быть персистирование пролиферативного воспаления или образование соединительной ткани с различными характеристиками.
Выводы. Полученные результаты свидетельствуют о возможности проведения дополнительных исследований и последующего использования углеродсодержащих материалов в качестве имплантатов в травматологии и хирургии.
Ключевые слова: имплантат, углеродсодержащие материалы.
V. B. Solov'ev, M. G. Fedorova, O. D. Lyubchenko, V. F. Tatarinov
MORPHOLOGICAL CHANGES IN IMPLANTATION OF CARBONACEOUS MATERIALS IN THE REMOTE POSTOPERATIVE PERIOD
Abstract.
Background. The aim of the article is to study the process of engraftment of samples of innovative carbon nanocomposites in the remote period after implantation in the experiment.
Materials and methods. Samples of carbonaceous materials were implanted in the subcutaneous fat of male outbred rats. After 3 and 6 months the authors took the animals out of the experiment and conducted histological material research.
Results. It is established that tissue reaction to implantation of the carbonaceous material depends on its structure. Such reaction may be persistence of proliferative inflammation of connective tissues with different characteristics.
Conclusions. The results indicate the possibility of further research and subsequent use of carbonaceous materials as implants in traumatology and surgery.
Key words: implant, carbonaceous materials.
Введение
Имплантация искусственных полимеров все шире применяется в современной хирургии. Однако исследования Центрального научно-исследовательского института травматологии и ортопедии (ЦИТО) показвают, что многие современные материалы могут вызвать интенсификацию окислительных процессов в окружающих тканях и, как следствие, ухудшение биосовместимости [1, 2].
Каждый конкретный материал перед выходом в производство должен пройти многочисленные проверки на предмет соответствия требованиям, предъявляемым к материалам для эндопротезирования и имплантации, а именно оценивается: совместимость с биологическими средами и стабильное функционирование в месте имплантации вне зависимости от времени, прошедшего с момента операции [3-5].
Целью настоящей работы стала морфологическая оценка реакции окружающих тканей на имплантацию образцов инновационных углеродных нанокомпозитов в отдаленные сроки после операции.
Материалы и методы исследования
В эксперименте были исследованы реакции собственных тканей организма на различные виды синтетических имплантатов. Среди используемых материалов были:
- «Войлок» - углеродный войлок, уплотненный пироуглеродом, для операций в области орбиты глаза;
- «Ткань» - углерод-углеродный композиционный материал на основе углеродной ткани;
- «УНДК» - углеродсодержащий материал с двойными карбидами;
- «УНПП» - углеродный нанокомпозит повышенной прочности с применением фуллеренов и нанотрубок.
Эксперимент проводился на здоровых половозрелых беспородных самцах крыс. В работе были использованы 124 десятинедельных животных массой 200-250 г, которые в дальнейшем делились на опытных и контрольных. Образцы были имплантированы в подкожно-жировую клетчатку крыс. Из эксперимента животных выводили методом передозировки эфира через три и шесть месяцев после имплантации.
Имплантат вместе с окружающими тканями помещали в раствор нейтрального формалина. После фиксации и стандартной проводки из каждого фрагмента изготавливали парафиновый блок. С каждого блока получали по пять микропрепаратов, которые окрашивали гематоксилином-эозином и исследовали с помощью микроскопа фирмы Carl Zeiss и фотографической насадки Axioskop.
Результаты исследований
Микроскопическое исследование полученных образцов показало следующие изменения окружающих имплантат тканей.
«Войлок»
Через три месяца после операции имплантат окружен рыхлой волокнистой соединительной тканью. Клетки воспалительного ряда - нейтрофилы, лимфоциты - не обнаруживаются. Небольшие скопления волокон имплантата окружены формирующимися гранулемами инородных тел. Гранулемы в основном эпителиоидноклеточные (рис. 1).
Через шесть месяцев волокна имплантата лежат в рыхлой волокнистой соединительной ткани. Отдельные волокна и иногда их скопления окружены эпителиоидноклеточными гранулемами инородных тел. Данная картина го-
ворит о продолжающейся пролиферативной фазе воспаления с возможной последующей инкапсуляцией волокон имплантата (рис. 2).
Рис. 1. «Войлок», три месяца. Эпителиоидноклеточные гранулемы вокруг отдельных волокон. Гематоксилин-эозин (*100)
Рис. 2. «Войлок», шесть месяцев. Сохраняющиеся эпителиоидные гранулемы вокруг волокон имплантата. Гематоксилин-эозин (*100)
«Ткань»
В сроки три месяца после операции волокна ткани лежат в рыхлой волокнистой соединительной ткани. Коллагеновые и эластические волокна расположены разнонаправлено. Имеется небольшое количество эпителиоидных клеток, проникающих между волокнами ткани, но четких гранулем они не образуют (рис. 3).
Рис. 3. «Ткань», три месяца. Небольшие эпителиоидноклеточные гранулемы. Гематоксилин-эозин (*100)
Через шесть месяцев вокруг данного имплантата сформирована зрелая соединительная ткань без признаков экссудативного или пролиферативного воспаления. Отсутствуют клетки лейкоцитарного ряда, сформированные гранулемы также не обнаруживаются. В окружающей имплантат ткани имеется четкое сосудистое русло (рис. 4, 5).
«УНДК»
Через три месяца после операции вокруг имплантата сформирована рыхлая волокнистая соединительная ткань с большим количеством фиб-робластов и фиброцитов, с развитым сосудистым руслом (т.е. продолжается активное развитие соединительной ткани). Признаков как экссудативного, так и продуктивного воспаления не выявляется (рис. 6, 7).
Через шесть месяцев имплантат окружен хорошо сформированной соединительной тканью без признаков воспаления, с большим количеством клеточных и волокнистых компонентов. По сравнению со сроком в три месяца происходит уплотнение соединительной ткани (рис. 8).
«УНПП»
Через три месяца после имплантации материал окружен рыхлой волокнистой соединительной тканью, с меньшим, чем вокруг «УНДК», содержани-
ем фибробластов и фиброцитов (т.е. процесс образования соединительной ткани практически завершен). Признаки воспаления не выявляются, гранулемы не обнаруживаются (рис. 9).
Рис. 4. «Ткань», шесть месяцев. Зрелая соединительная ткань вокруг имплантата.
Гематоксилин-эозин (*100)
Рис. 5. «Ткань», шесть месяцев. Сосуды в окружающей имплантат ткани. Гематоксилин-эозин (*100)
Рис. 6. «УНДК», три месяца. Рыхлая волокнистая соединительная ткань вокруг имплантата. Гематоксилин-эозин (*100)
Рис. 7. «УНДК», три месяца. Сосуды микроциркуляторного русла вокруг имплантата. Гематоксилин-эозин (*100)
«УНПП»
Через шесть месяцев в соединительной ткани, окружающей имплантат, имеются небольшие упорядоченные участки. Однако преобладают фрагменты ткани, где волокна лежат беспорядочно и рыхло (рис. 10).
Рис. 8. «УНДК», шесть месяцев. Сформированная соединительная ткань вокруг имплантата. Гематоксилин-эозин (*100)
Рис. 9. «УНПП», три месяца. Разнонаправленные пучки волокон соединительной ткани вокруг имплантата. Гематоксилин-эозин (*100)
Заключение
В окружающей материал «Войлок» ткани в отдаленные сроки после операции пролиферативная фаза не завершилась полным заживлением. В тканях образовались эпителиодноклеточные гранулемы, являющиеся одной из форм гранулематозного воспаления. Это говорит о том, что данный материал вы-
зывает длительное воспаление и не приводит к хорошему эффекту. Наличие гранулем означает постоянную угрозу развития осложнений имплантации.
Рис. 10. «УНПП», шесть месяцев. Рыхло расположенные волокна соединительной ткани вокруг миплантата. Гематоксилин-эозин (*100)
Имплантат «Ткань» в поздние сроки после операции происходит переход фазы экссудации в фазу пролиферации, которая к шестому месяцу завершается заживлением. В конце экспериментального исследования имплантат «Ткань» плотно окружен сформированной соединительной тканью. Такая картина говорит о хорошем прогнозе для возможности использования данного имплантата в хирургии.
Имплантат «УНДК» вызывает в окружающих тканях развитие зрелой соединительной ткани. На завершающих стадиях эксперимента имплантат плотно окружается сформированной соединительной тканью. Реакция окружающих тканей на данный вид имплантата закономерна и позволяет говорить о хороших перспективах его использования.
Имплантат «УНПП» вызывает развитие воспалительного ответа незначительной степени выраженности. Такая реакция не приводит к отторжению имплантата, но в дальнейшем фаза пролиферации также течет вяло. Количество образующихся сосудов и волокон молодой соединительной ткани оказывается не таким значительным, как при использовании других имплантатов. В конечном итоге сформированная вокруг «УНПП» соединительная ткань оказывается более рыхлой и непрочной, что может привести к подвижности имплантата в окружающих тканях.
Список литературы
1. Трибохимический компонент развития окислительного стресса при имплантации искусственных суставов. Часть 2. Проокислительный и антипролиферативный эффект частиц износа ортопедических материалов / В. Г. Булгаков, Н. С. Гаврю-шенко, А. Н. Шальнев, В. Ф. Цепалов // Вестник травматологии и ортопедии им. Н. Н. Приорова. - 2010. - № 3. - С. 53-58.
2. Лякишев, Н. П. Конструкционные функциональные материалы. Настоящее и будущее / Н. П. Лякишев // ВНН. Современное материаловедение, XXI век. - Киев : Наукова думка, 1998. - С. 284-296.
3. Морфологические изменения в зоне имплантации углеродсодержащих материалов / В. Б. Соловьев, М. Г. Федорова, О. Д. Любченко, В. Ф. Татаринов,
А. С. Купрюшин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. - 2014. - № 1 (29). - С. 15-21.
4. Reitman S., Frankel S. // Amer. J. Clin. Pathol. - 1957. - Vol. 28. - Р. 56.
5. Doumas B.T. et al. // Clin. Chim. Acta. - 1971. - Vol. 31. - P. 87.
References
1. Bulgakov V. G., Gavryushenko N. S., Shal'nev A. N., Tsepalov V. F. Vestnik travma-tologii i ortopedii im. N. N. Priorova [Bulletin of traumatology and orthopedics named after N.N. Priorov]. 2010, no. 3, pp. 53-58.
2. Lyakishev N. P. VNN. Sovremennoe materialovedenie, XXI vek [VNN. Modern materials science, XXI century]. Kiev: Naukova dum-ka, 1998, pp. 284-296.
3. Solov'ev V. B., Fedorova M. G., Lyubchenko O. D., Tatarinov V. F., Kupryushin A. S.
Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Meditsinskie nauki
[University proceedings. Volga region. Medical sciences]. 2014, no. 1 (29), pp. 15-21.
4. Reitman S., Frankel S. Amer. J. Clin. Pathol. 1957, vol. 28, p. 56.
5. Doumas B. T. et al. Clin. Chim. Acta. 1971, vol. 31, p. 87.
Соловьев Владимир Борисович
доктор биологических наук, профессор, кафедра биохимии, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)
E-mail: [email protected]
Федорова Мария Геннадьевна
кандидат медицинских наук, доцент, кафедра клинической морфологии и судебной медицины с курсом онкологии, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)
E-mail: [email protected]
Любченко Олеся Дмитриевна
студентка, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)
E-mail: [email protected]
Solov'ev Vladimir Borisovich Doctor of biological sciences, professor, sub-department of biochemistry,
Penza State University (40 Krasnaya street, Penza, Russia)
Fedorova Mariya Gennad'evna Candidate of medical sciences, associate professor, sub-department of clinical morphology and forensic medicine with a course of oncology, Penza State University (40 Krasnaya street,
Penza, Russia)
Lyubchenko Olesya Dmitrievna
Student, Penza State University (40 Krasnaya street, Penza, Russia)
Татаринов Валерий Федорович Tatarinov Valeriy Fedorovich
управляющий, ООО «Мединж- Manager, “Medinzh-Pirouglerod” Ltd.
Пироуглерод» (Россия, г. Пенза, (1 Tsentralnaya street, Penza, Russia)
ул. Центральная, 1)
E-mail: [email protected]
УДК 616-002-008.953-09 Соловьев, В. Б.
Морфологические изменения в зоне имплантации углеродсодержащих материалов в отдаленные сроки после операции / В. Б. Соловьев, М. Г. Федорова, О. Д. Любченко, В. Ф. Татаринов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. - 2014. - № 3 (31). -
С.39-48.
