CC BY
16
Научные стремления. Выпуск 23
УДК 616.71-002
Казбанов В.В.1, Гайдаш А.А.1, Мусская О.Н.2, Крутько В.В.2, Кулак А.И.2, Скроцкая К.В.3,
Пашкевич Л.А.4, Чекан Н.М.5 ОСОБЕННОСТИ ИМПЛАНТАЦИОННОГО ОСТЕОГЕНЕЗА ПРИ ТУБЕРКУЛЕЗНОМ
ОСТИТЕ
Республиканский научно-практический цент детской хирургии, Минск; 2Институт общей и неорганической химии Национальнойакадемии наук Беларуси, Минск; 3Учреждение Белорусского
государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», Минск; Республиканский научно-практический центр травматологии и ортопедии;
5Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси, Минск
Установлено, что титановые матрицы марки ВТ-6 в условиях туберкулезного остита подвергаются лизису и прорастанию глубоких слоев импланта регенерирующей костной тканью. При этом в костном матриксе уменьшается количество нестехиметрического гидроксиапатита, являющегося в условиях физиологической регенерации индуктором остеогенезеа. Это ключевой механизм подавления имплантацион-ного остеогенеза при туберкулезном остите.
Введение. Особенности имплантационного остеогенеза являются мало изученной проблемой. В особенности это касается особенностей остеогенеза при туберкулезном остите, отличающегося агрессивным распадом костной ткани и неоднозначным поведением ремоделирующих структур. Цель: установить особенности имплантационного остеогенеза при туберкулезном остите.
Материалы и методы. Эксперименты проводили на половозрелых самцах кроликов породы Шиншилла. Животные разделены на следующие группы: 1) контрольная - здоровые кролики, 2) кролики с постравматической регенерацией бедренной кости, 3) кролики с смоделированным туберкулезным оститом, 4) кролики с внедренными титановыми имплантатами, 5) кролики со смоделированным туберкулезным оститом и внедренными титановыми имплантатами. Постравматическую регенерацию моделировали путем высверливания отверстия в эпифизах бедренных костей у здоровых кроликов. Туберкулезный остит моделировали с помощью инокуляции туберкулезных микобакте-рий в высверленные отверстия бедренных костей. Животные с смоделированным туберкулезным оститом, получали стандартное антибактериальное лечение. В качестве имплантатов использовали винты из титана марки ВТ-6. Продолжительность экспериментов синхронизирована во всех экспериментальных группах и составляла 2 мес. В каждой группе было по 3 особи. Протоколы экспериментов, включая содержание и способ эвтаназии, согласованы с этическим комитетом Санкт-Петербургского НИИ фтизиопульмонологии и соответствуют Правилам содержания лабораторных животных, утвержденных Приказом Министерства здравоохранения РФ. Животных выводили из эксперимента с помощью летальных доз золетила, и сразу извле-
кали эпифизы бедренных костей. Полученные образцы распиливали с помощью стоматологической фрезы охлаждаемой водой. Для СЭМ делали сколы в парах жидкого азота и фиксировали в 2,5% глута-ровом альдегиде и обезвоживали в этаноле концентрацией от 30 до 96%. Сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) выполняли на микроскопе LEO 1420 с приставкой локального рентгенофлу-орисцентного элементного анализа Rontec (Германия). Рентгенофазовый анализ (РФА) выполнен на костных образцах без формалиновой фиксации, высушенных до постоянной массы на воздухе, проводили на дифрактометре ADVANCE D8 (Bruker, Германия) при СиК=1,5405 Â. ИК-спектры исследуемых образцов регистрировали на спектрометре Tenzor-27 (Bruker, Германия) в диапазоне 400-4000 см-1; образцы для анализа готовили прессованием порошка растертой костной ткани в таблетки с бромидом калия. Дифференциальный термический анализ (ДТА) проводили на совмещенном термическом анализаторе NETZSCHSTA 409 PCLUXX (Германия) при скорости нагрева 10,0°С/мин на воздухе (масса навески 40±10мг).
Результаты и обсуждение. По данным СЭМ в глубинных слоях титановых имплантов обнаружены множественные эрозии и литические каналы. О литической природе данных деформационных структур свидетельствуют фестончатые края дефектов. Большая часть глубинных дефектов является непосредственным продолжением поверхностных эрозий. Важным обстоятельством являются морфологические особенности проросшей костной ткани. Основная часть подобных структур представлена типичными остеобластными клетками с выпущенными характерными минерально-органическими иглами. Согласно данным РФА, в регенерирующей костной ткани с внедренными титановыми имплан-
татами при туберкулезном остите регистрируется повышение степени кристалличности гидроксиа-патита и размера их кристаллитов. На ИК-спектре наблюдается смещение сильной амидной полосы1, соответствующей карбонильному поглощению при 1745 см-1, а также полосы валентных колебаний С-О при 1165 см-1 по сравнению с аналогичными образцами костной ткани здоровых животных. На данном спектре присутствуют полосы, характерные для к-ГА смешанного типа. Однако отсутствие пика при 1540 см-1 указывает на то, что в данных образцах преобладает к-ГА Б-типа.
Согласно данным ДТА, в образцах регенерирующей костной ткани с титановыми имплантатами после лечения туберкулезного остита содержание органической составляющей составляет 55%, что свидетельствует о менее интенсивном росте соединительной коллагеновой ткани по сравнению с костной тканью без имплантата. Кроме того, кривые ТГ выходят на плато при более высоких температурах (630-670°С), а на кривых ДТА наблюдается смещение тепловых эффектов в область высоких температур на третьей и четвертой стадиях. Это может быть связано с большим содержанием органической фазы и плотной упаковкой коллагеновых волокон.
Заключение. При регенерации костной ткани в физиологических условиях увеличивается содержание неорганической фазы костного матрикса (до 57%), что свидетельствует об опережающем синтезе гидроксиапатитов на коллагеновых матрицах. При этом с явным доминированием не-стехиометрических форм, стремящихся к более стабильным стехиометрическим формам гидрок-сиапатита. Это, по нашему мнению, является ключевым механизмом перманентного поддержания регенераторной активности матрикса. В условиях туберкулезного остита происходит мелкодисперс-
ное разрушение костного матрикса с избыточным синтезом его в отдельных очагах. Принципиально важно, что в костном матриксе при туберкулезном остите в сравнении с физиологической ренерацией меняется на противоположное соотношение минеральной и органической фаз в сторону увеличения последней - до 62%. При этом относительное содержание нестехиометрического гидроксиапатита значительно меньше, чем при рененерации в физиологических условиях. Такое соотношение свидетельствует об адаптивном стремлении интерфейса гидроксиапатит-коллагеновые волокна к переходу в термодинмаически более устойчивое состояние, исходом котором является синтез нанокристалли-тов гидроксиапатита больших относительно физиологических условий размерами ( до 13-15 нм). В костном матриксе, контактирующего с титановыми имплантами относительное содержание неорганической фазы выше, чем в матриксе при физиологической регенерации (56%). При этом содержание нестехиометрического гидроксиапатита достигает 77%. Это свидетельствует об активных процессах регенерации костного матрикса, на фоне активного синтеза аморфизированого гидроксиапата. При туберкулезном остите в костном матриксе в зоне граничащей с титановым имплантатом содержание неорганической фазы и нестехиометрического гидроксиапатита ниже, чем при имплантационном остеогенезе в физиологических условиях. Элек-тронно-микроскопически в титановых имплантах обнаружены множественные очаги лизиса. Учитывая это можно сделать вывод, что при туберкулезном остите имплантационный остеогенез подавлен относительного такового при физиологических условиях.
Работа выполнена при поддержке программы ГПНИ «Химические технологии и материалы» (задание 1.04).
V.V. Kazbanov1, A.A. Gaidash1, O.N. Musskaya2, V.V. Krutko2, A.I. Kulak2, K.V. Skrotskaya3,
L.A. Pashkevich4, N.M. Chekan5 PECULIARITIES OF IMPLANTED OSTEOGENESIS IN TUBERCULOUSE OSTEITES
1The Republican Scientific and Practical Center for Pediatric Surgery, Minsk; 2The Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk;3Establishment of the Belarusian State University The Scientific Research Institute of Physical and Chemical Problems, Minsk; 4Republican Scientific and Practical Center of Traumatology and Orthopedics, Minsk; 5Physical and Technical Institute of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk
Summary
It was revealed that titanium matrices ofthe brand VT-6 under tuberculouse osteitis undergo lysis and germination of deep layers of the implant with a regenerating bone tissue. At the same time, the amount of non-stoichiometric hydroxyapatite in the bone matrix decreases, which is under the conditions of physiological regeneration by the inducer of osteogenesis. This is the key mechanism for suppressing implantation of osteogenesis in tuberculouse osteitis.
