CC BY
16
УДК 616.31
С. И. Геращенко, С. М. Геращенко, П. В. Иванов, Е. В. Удальцова, В. В. Карнаухов
ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЖОУЛЬМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ ФОРМИРОВАНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ ПОСЛЕ ХИРУРГИЧЕСКОГО ВМЕШАТЕЛЬСТВА НА ТКАНЯХ ПАРОДОНТА
Аннотация. Представлены характеристики и обоснование к применению джоульметрического неинва-зивного метода экспресс-оценки для определения стадий созревания костного регенерата. Метод реализуется путем использования джоульметрического прибора и применения датчика в виде фиксатора (зажима). Контроль созревания костной ткани в разные фазы костного ремоделирования базируется на свойстве биологического объекта изменять свой электрохимический потенциал на разных стадиях формирования.
Ключевые слова: костный регенерат, фазы ремоделирования костной ткани, пародонт, джоульметриче-ский метод, электрохимический потенциал, направленная тканевая регенерация (НТР).
Введение
Воспалительные заболевания тканей пародонта являются серьезной патологией, которая характеризуется высокой распространенностью, может быть связана не только с гигиеническим состоянием полости рта пациента, но и с наличием серьезного общесоматического заболевания. Трудности, связанные с диагностикой на ранних этапах, приводят к формированию необратимых повреждений, что в последующем характеризуется возникновением осложнений в виде значительной потери зубов у пациентов, отрицательным влиянием очагов пародонтальной инфекции на организм. В случае утраты костной ткани возникает необходимость в хирургическом лечении средних и тяжелых форм хронического пародонтита [1]. Сложность ведения таких пациентов заключается в необходимости постоянного мониторинга качества костной ткани, образующейся после хирургического вмешательства в области дефекта на разных этапах костеобразования. В связи с этим поиск диагностических методов, позволяющих проводить динамическую оценку созревания костного регенерата, сохраняет свою актуальность.
Характеристики исследуемого биологического объекта
Костная ткань челюстных костей представляет собой сложноорганизованную структуру, позволяющую человеку справляться с жевательной нагрузкой. Образование костной ткани происходит на стадиях эмбриогенеза и включает в себя перепончатый и хрящевой остеогенез. Перепончатый остеогенез или интрамембранозная оссификация осуществляется путем прямого окостенения, данный процесс вовлекает в себя участки с наибольшим содержанием клеток и сформированного матрикса. Хрящевой остеогенез в большей степени характеризуется кальцификацией промежуточного хряща с его дальнейшей перестройкой и формированием костных структур. При наличии повреждения кости в виде переломов происходит как эндохондральное окостенение, так и интрамем-бранозное в зонах, прилежащих к кортикальному слою и надкостнице. Молекулярные пути заживления костной ткани в некотором роде повторяют эмбриональное развитие скелета. Морфофункциональная структура костной ткани формируется за счет двух компонентов: губчатого и кортикального вещества. Костная ткань постоянно ремоделиру-
ется, данный процесс характеризуется заменой изношенных клеток на новые клеточные элементы, в этом процессе огромную роль играет микроциркуляция и естественная физиологическая нагрузка. Известно, что с возрастом толщина кортикального слоя уменьшается, это связано не только с естественными процессами старения клеток и аппопто-зом, но и с изменением гормонального фона организма человека в целом. Искусственная травма кости в виде проведения хирургического вмешательства в области пародонта провоцирует возникновение ответных реакций, которые, в свою очередь, включают гемостаз, воспаление, пролиферацию и ремоделирование ткани [1].
В первую очередь при инвазивном вмешательстве происходит травмирование ткани, в том числе и микроциркуляторного русла. Данный процесс сопровождается явлениями гемостаза и образованием кровяного сгустка, кровяной сгусток, в свою очередь, является каркасом, на который в дальнейшем мигрируют первые клетки, отвечающие за процесс воспаления. На данном этапе этот процесс является физиологическим, так как обеспечивает естественную очистку раны от условно-патогенных и патогенных бактерий, инородных частиц, а также некротизированной ткани.
Спустя несколько часов после проведенной операции начинает происходить активация образования эпителия за счет миграции в область повреждения клеточных элементов, в дальнейшем происходит активизация компонентов внеклеточного матрикса и синтез коллагена, что, в свою очередь, способствует замещению кровяного сгустка на грануляционную ткань. По мере миграции фибробластов грануляционная ткань замещается на соединительную ткань, при этом новообразованные сосуды микроциркуляции разрушаются. Данные процессы могут быть охарактеризованы среднестатистическими данными, включающими в себя временные интервалы костеобразования [2].
Первая фаза, или фаза первичного тканевого ответа на повреждение, длится 24-48 ч, на третьи сутки после хирургического вмешательства начинается рост капилляров, сопровождающийся одновременной активацией и дифференциацией остеогенных клеток в остеобласты. Сопряженно с данными процессами происходит образование остеоида и выработка коллагеновых структур, через десять дней начинается минерализация матрикса в периферических отделах дефекта, через 12-15 дней происходит преобразование остеобластов в остеоциты. Вторичный остеогенез начинается на седьмые сутки и представляет собой процесс активации остеокластов с образованием ниши резорбции, при этом регенерация в губчатой кости протекает значительно быстрее, что в первую очередь связано с анатомическим строением и кровообращением, процессы образования остеонов в компактном веществе кости более медленные и длятся около пяти недель. В результате завершения данных фаз, спустя пять-шесть недель, образуется молодая грубоволокнистая костная ткань, которая в дальнейшем замещается на зрелую пластинчатую костную ткань. В связи с тем, что скорость роста соединительной ткани выше, чем мезенхимальной, заживление раны в области альвеолярного отростка без стимуляции регенерации костной ткани приводит к формированию избытка эпителиальной и соединительной ткани. Формирование новой полноценной ткани пародонта и кости возможно только при ограничении роста эпителиальной и соединительной ткани [2].
В связи с этим возникает потребность контроля костеобразования в зоне дефекта, это особенно актуально для ведения пациентов в имплантологии и пародонтологии, где неотъемлемой частью плана лечения является инвазивное хирургическое вмешательство на тканях пародонта [3].
Исходя из вышеперечисленного, следует отметить что костеобразование - это многогранный процесс, который включает в себя изменения как на тканном уровне, так и на молекулярном уровне, что вызывает образование стабильных комплексов ионов с макромолекулами, согласно биофизической теории, известно, что при наличии дефекта
костной ткани возникает разность эндогенных электрических потенциалов. Наличие указанных связей придает биологическим объектам электрохимические свойства. Постепенное изменение электрохимических свойств происходит при формировании патологии в организме и вызывает нарушение структуры и функций ткани либо органа [4].
Таким образом, благодаря изменениям, происходящим с момента замещения дефекта до образования зрелого костного регенерата, при использовании джоульметрического метода оценки можно определить качество вновь образованной кости. Он основан на том, что электрические свойства любых биологических объектов изменяются при действии различных физических и химических факторов, в том числе и при формировании и изменении структуры тканей челюсти человека [5].
Материалы и методы
Объектом исследования послужили 30 пациентов. Из них 15 мужчин и 15 женщин, которые формировали три группы по десять человек:
- I группа (контрольная группа) - пародонтальный карман отсутствовал;
- II группа - пациенты с пародонтитом средней степени тяжести, деструкция костной ткани альвеолярного отростка (чаще равномерная) составляла до 1/2 корней зубов, расширение периодонтальной щели;
- III группа - пациенты после направленной тканевой регенерации (НТР).
Для качественной оценки формирования костной ткани после хирургического вмешательства на тканях пародонта использовался джоульметрический метод, который обладает высокой чувствительностью и информативностью, позволяет снизить временные и трудозатраты на проведение исследования, не оказывает негативного воздействия на организм человека и позволяет получить данные о состоянии биологического объекта (костной ткани) индивидуально для каждого пациента.
Одной из проблем, связанных с реализацией джоульметрического метода, является выбор типа и конструкции датчика. Основным его элементом является система «электрод - биообъект - электрод». Свойства биообъекта определяют прохождение сигнала между электродами [5].
Для проведения исследования применяется потенциостат IPC Micro, позволяющий производить автоматический контроль потенциала электрода и поддерживать программным образом заданные величины потенциала на электродах. В процессе исследования была произведена модификация датчика с пародонтометра на пружинный фиксатор (зажим).
Размещение и удержание электродов на поверхности альвеолярного отростка или части нижней челюсти пациента при обследовании осуществлялись при помощи пружинного фиксатора (зажима). Активный и пассивный электроды были размещены раздельно: активный - с щечной стороны, пассивный - с оральной стороны альвеолярного отростка или части челюсти.
Стоит отметить, что при проведении исследования соблюдается полная электробезопасность врача и пациента. Рабочая поверхность фиксатора изолирована, поэтому соприкосновения со слизистой оболочкой полости рта и применение токов низкой силы при исследовании является безопасным.
Особенностью датчика такого типа является расположение электродов на плоской поверхности в виде контактных площадок. В результате обработки данных представляется возможность получить информацию о распределении значений параметров относительно оцениваемой поверхности, за счет фиксации с щечной и оральной сторон увеличивается глубина проникновения в зону исследования и улучшается прохождение сигнала между электродами [5].
Результаты и обсуждение
Данные на момент начала исследования составляли:
-1 группа (контрольная группа) - среднее значение показателей работы тока составило 262 мкДж;
- II группа (пациенты с пародонтитом средней степени тяжести) - среднее значение показателей работы тока в данной группе составило 285 мкДж;
- III группа (пациенты после НТР) - на этапе регенерации и формирования костного регенерата происходило значительное снижение значений работы тока (РБ). Исследование осуществлялось поэтапно: через 14 дней, через три месяца, через шесть месяцев.
Сила РБ составила 275 мкДж спустя 14 дней, через три месяца - 268 мкДж, через шесть месяцев - 266 мкДж. Полученные данные свидетельствуют о наличии взаимосвязи между фазами ремоделирования костной ткани и электрохимическими изменениями в тканях пародонта в зависимости от стадии созревания костного регенерата и его качества. В ходе получения джоульметрических параметров после НТР происходили сдвиги в сторону уменьшения РБ тока по мере созревания костного регенерата и по сравнению с исходными данными контрольной группы. В процентном соотношении спустя 14 суток после НТР происходит скачок РБ, который составляет 4,96 %, через три месяца, после активации процессов регенерации и созревания костного регенерата происходит снижение силы РБ на 2,29 % по сравнению с данными, полученными через 14 дней. Через шесть месяцев также наблюдается тенденция к снижению РБ на 1,52 %.
Выводы
Таким образом, благодаря изменениям, происходящим с момента замещения дефекта до образования зрелого костного регенерата, при использовании джоульметри-ческого метода экспресс-оценки электрохимических свойств биологических объектов можно определить качество вновь образованной кости. Взаимосвязь между джоульмет-рическими параметрами созревания костной ткани после НТР и клиническими изменениями в тканях пародонта характеризуется снижением работы тока по мере созревания и минерализации костной ткани.
Библиографический список
1. Безруков, В. М. Амбулаторная хирургическая стоматология (современные методы) / В. М. Безруков, Л. А. Григорьянц, Е. А. Рабухина, В. А. Бадалян. - Москва, 2002. - 75 с.
2. Амхадова, М. А. Факторы риска и алгоритм прогнозирования послеоперационных осложнений при увеличении объема костной ткани в области дна верхнечелюстного синуса / М. А. Амхадова, А. А. Никитин, А. М. Сипкин // Стоматология. - 2009. - № 2. - С. 182-184.
3. Иванов, П. В. Исследование взаимосвязи джоульметрических параметров с воспалительными изменениями тканей пародонта / П. В. Иванов, Л. А. Зюлькина, Г. А. Капралова,
B. М. Игидбашян, С. И. Геращенко, С. М. Геращенко // Современные проблемы науки и образования : электронный научный журнал. - 2011. - № 6. - 33 с.
4. Волчихин, В. И. Джоульметрические медицинские приборы и системы / В. И. Волчихин,
C. И. Геращенко, С. М. Геращенко // Избранные труды Российской школы по проблемам науки и технологий. - Москва : РАН, 2008. - 131 с.
5. Геращенко, С. И. Джоульметрия и джоульметрические системы: теория и приложение : монография / С. И. Геращенко. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2000. - 184 с.
Геращенко Сергей Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой медицинской кибернетики и информатики, Пензенский государственный университет. E-mail: mpo@list.ru
Геращенко Сергей Михайлович, доктор технических наук, профессор, кафедра медицинской кибернетики и информатики, Пензенский государственный университет. E-mail: gsm@pnzgu.ru
Иванов Петр Владимирович, доктор медицинских наук, доцент, профессор кафедры стоматологии, Пензенский государственный университет. E-mail: sto-kafedra@yandex.ru
Удальцова Екатерина Валерьевна, заместитель декана по научной деятельности, ассистент кафедры
стоматологии, Пензенский государственный университет.
E-mail:udaltsovakaterina@mail.ru
Карнаухов Виктор Вячеславович, студент, Пензенский государственный университет. E-mail: tempercore@mail.ru
Образец цитирования:
Геращенко, С. И. Обоснование использования джоульметрического метода экспресс оценки формирования костной ткани после хирургического вмешательства на тканях пародонта / С. И. Геращенко, С. М. Геращенко, П. В. Иванов, Е. В. Удальцова, В. В. Карнаухов // Вестник Пензенского государственного университета. - 2019. - № 3 (27). - С. 71-75.
