CC BY
23
(Russia) with the set of reagents ("Olvex", Russia). It was found that the introduction of nitric oxide (II) donors restores the excretion of urea, creatinine and chlorine ions and can be used as a treatment supporting kidney function in chronic renal failure.
DOI 10.31588/2413-4201-1883-236-4-105-111
УДК 616.71-001.5-089.227.8473.75
РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКАЯ ДИНАМИКА КОСТЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ЗАМЕЩЕНИИ ДИАФИЗАРНЫХ ДЕФЕКТОВ КОСТЕЙ ГОЛЕНИ БИОАКТИВНЫМ
ЯЧЕИСТЫМ ИМПЛАНТАТОМ
Кононович Н.А. - к.в.н., вед. науч. сотр., Попков А.В. - д.м.н., профессор, Попков Д.А. - д.м.н., Шастов А.Л. - к.м.н., науч. сотр.
ФГБУ «Российский научный центр «Восстановительная травматология и ортопедия»
имени акадека Г. А. Илизарова»
Ключевые слова: эксперимент, собака, кость, дефект, биоактивный имплантат, рентген.
Keywords: experiment, dog, bone, defect, bioactive implant, x-ray examination
Проблема замещения костных дефектов различной этиологии, как в клинической медицине, так и в ветеринарии не теряет своей актуальности [1, 3, 4]. В настоящее время в число приоритетных задач научно-технологического развития Российской Федерации входит направление, связанное с переходом к персонализированной медицине. В травматолого-орто-педической практике к данному направлению можно отнести технологии аддитивного производства костнозамещающих материалов и изделий, в том числе импланта-тов для возмещения костных дефектов [6, 11]. Использование новых методик в клинической практике возможно только после проведения доклинических испытаний на животных, включающих в себя необходимый комплекс доказательных методов исследования. На этапе прижизненных наблюдений динамику остеоген-ной активности, как правило, оценивают с использованием лучевых методов исследования [4].
Цель исследования: рентгенологическим методом оценить эффективность использования биоактивных касто-мизированных ячеистых имплантатов для замещения диафизарных дефектов длинных костей.
Материал и методы исследований. Эксперимент выполнен на 5 здоровых половозрелых собаках в возрасте 1,5-2 года с длиной голени 16,7±0,75 см и диаметром диафиза большеберцовой кости 10,4±0,55 мм. Собакам в условиях опера-цонной при помощи вибропилы моделировали фрагментарный дефект костей голени высотой 2,0 см, который замещали биоактивным имплантатом (рис. 1). Для этого концы костных отломков внедряли в торцевые отделы имплантата и закрепляли при помощи титановых шурупов. Отломки дополнительно фиксировали при помощи 6 спиц Киршнера диаметром 1,8 мм, которые закрепляли в опорах аппарата Илиза-рова. Опоры соединяли между собой резьбовыми стержнями. Через каждый отломок проводили по три спицы. В области проксимального и дистального метафизов большеберцовой кости располагали по два взаимоперекрещивающихся чрескостно введенных фиксатора, а ближе к концам отломков по одному. Мягкие ткани в области оперативного вмешательства ушивали узловыми швами. Используемые им-плантаты были изготовлены для каждого животного индивидуально (по аддитивной технологии 3D принтингом, путем лазерного спекания порошков титанового
сплава ^6А1 4У). Контуры их поверхностей точно соответствовали контурам замещаемого участка кости. Для достижения лучшей остеоинтеграции, внутреннее пространство имплантатов было разделено ячейками диаметром 1,5 мм и толщиной стенки 0,5 мм. В стенках образующих ячейки были поры размером 300-500 мкм
[10]. Остеоиндуктивные свойства обеспечивались за счет кальцый-фосфатного покрытия, которое было нанесено как на наружные, так и внутренние поверхности имплантатов методом микродугового оксидирования на базе Национального исследовательского Томского политехнического университета.
■ 'Д'Д''' •
ш ¿Яш
ты ЬщШ
К w
Рисунок 1 - Внешний вид биоактивного имплантата: слева - вид сбоку, в центре -проксимальный торцевой отдел, справа - дистальный торцевой отдел
Для определения динамики процессов костеобразования в созданных условиях использовали рентгенографический метод исследования. Рентгенографию выполняли в прямой и боковой проекции перед началом эксперимента, непосредственно Щ после оперативного вмешательства, через 7, 14, 21, 28 суток опыта, по окончании периода аппаратной фиксации и через 30-60 суток после его окончания. Использовали рентгеновский аппарат «VEP X Technology Premium VET» (Испания). Во всех случаях технические условия съемки были одинаковыми. Фокусное расстояние составляло 97 см, сила тока - 2,5-3,2 mA, напряжение на трубке - 44-46 kV.
Рентгеновские изображения подвергали качественному и количественному анализу. На разных этапах опыта оценивали пространственное расположение им-плантатов. На их поверхности и поверхности костных отломков отмечали наличие или отсутствие признаков костеобразова-ния. Более пристальное внимание уделяли видимой области контакта костных отлом-
ков с имплантатом. Для получения количественных данных на персональном компьютере выполнили обработку оцифрованных изображений рентгенограмм. Использовали специализированное программное обеспечение «Hi-scene» [2]. Измеряли протяженность и толщину теней образованной костной ткани.
Независимо от результатов рентгенографического исследования, еженедельно, начиная с 28 суток эксперимента, выполняли клиническую пробу. Для этого убирали резьбовые стержни, расположенные в проекции дефекта и соединяющие опоры аппарата Илизарова. На область контакта проксимального и дистального торцевых отделов имплантата с костными отломками прикладывали флексионные и ротационные нагрузки. При отсутствии патологической подвижности аппарат демонтировали.
Эксперименты выполнены в соответствии с требованиями «Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей».
Результаты исследований. На
рентгенограммах, выполненных непосредственно после оперативного вмешательства, ось сегмента была правильная. Им-плантат хорошо визуализировался. Его центральная (основная) часть, как правило, была представлена ввиде гомогенных теней высокой интенсивности. Тени торцевых отделов имели решетчатую структуру с четко выраженными ячейками (рис. 2а).
Через 7 суток после операции ость костей голени и пространственное расположение имплантатов не изменялись и сохраняли соответствующее положение до окончания эксперимента. Контуры ячеек торцевых частей имплантов были четко выражены. На поверхности костных отломков тени периостальных наслоений не определялись. В проекции костномозговых полостей отломков отсутствовали признаки эндостальной реакции. На поверхности имплантатов так же отсутствовали визуально определяемые признаки костеоб-разования.
Через 14 суток на рентгенограммах в ячейках торцевых частей имплантатов определяли тени, интенсивность которых была визуально выше, чем в предыдущие периоды обследования. На поверхности костных отломков в области их контакта с имплантатом (чаще на проксимальном уровне) выявляли гомогенные нечеткие тени периостальных наслоений с 1 -2 сторон протяженностью до 4 мм и толщиной до 2 мм. В проекции костномозговых полостей как проксимального, так и дисталь-ного отломков определяли тени эндо-стальной реакции (рис. 2б). К 21 суткам эксперимента в области визуально определяемого контакта имплантата с костью периостальная реакция на поверхности отломков была более выражена в сравнении с предыдущим периодом обследования. Интенсивность ее теней увеличивалась. Протяженность составляла
3-9 мм, а толщина достигала 3 мм. В проекции костномозговых каналов отломков визуально увеличивалась интенсивность теней эндостальной реакции. Ячейки стенок торцевых частей имплантатов перекрывали тени, интенсивность которых была приближена к теням периостальных напластований.
Через 28 суток опыта периосталь-ные тени становились более компактизи-рованными. Четкость их контуров увеличивалась. В этот период они распространялись не только на поверхности костных отломков, но и ввиде «муфты» объединяли компактный слой кости с поверхностью имплантатов. Эндостальная реакция в костномозговых полостях отломков была сохранена (рис. 2в).
Интенсивность теней, перекрывающих ячейки торцевых частей имплантов, не изменялась. В этот период при выполнении клинической пробы у одного животного из пяти отсутствовала патологическая подвижность в области контакта имплантаткость, что позволило демонтировать аппарат Илизарова.
В других наблюдениях регистрировали тугую патологическую подвижность (у трех собак - на проксимальном уровне, у одной - на дистальном). У этих животных прочный костно-импланта-ционный блок формировался через 35 суток (п=1); 42 суток (п=2) и 47 суток опыта (п=1).
Через 42-47 суток эксперимента во всех наблюдениях визуально периосталь-ные напластования заметно компактизиро-вались и частично редуцировались.
Эндостальная реакция в костномозговых полостях отломков была менее выражена в сравнении с предыдущим периодом обследования (рис. 2г).
Как было отмечено выше, в этот период фиксация аппаратом Илизарова у всех животных была прекращена.
Рисунок 2 - Замещение диафизарного дефекта большеберцовой кости собаки биоактивным ячеистым имплантатом: а - рентгенограммы после оперативного вмешательства; б, в, г, д - фрагменты рентгенограмм на этапах эксперимента: б - 14 суток, в - 28 суток, г - 42 суток (окончание аппаратной фиксации), д - через 60 суток после прекращения аппаратной фиксации; стрелками обозначены периостальные напластования в области видимого контакта имплантата с костными отломками
Через 30-60 суток после прекращения периода аппаратной фиксации ось костей голени и пространственное расположение имплантата не изменялись. Перио-стальные наслоения на поверхности костных отломков практически полностью редуцировались. Эндостальная реакция затухала. Интенсивность теней, перекрывающих ячейки торцевых частей имплантата, снижалась и соответствовала интенсивности костномозговых полостей отломков. Визуально определяли признаки формирования прочного костно-имплантационного блока. Это характеризовалось, в комплексе с достигнутой биомеханической прочностью, отсутствием участков просветления и сохранением толщины корковой пластинки в области контакта имплантата с костными отломками (рис. 2д).
Следует отметить, что в процессе выполнения экспериментов рентгенологически не было выявлено патологических
изменений толщины и интенсивности теней корковой пластинки отломков как в области видимого контакта имплантата с костью, так и на других участках диафиза. Не отмечали очагов остеосклероза либо костной деструкции.
Одним из биологически инертных, а соответственно, совместимых с тканями организма материалов, которые применяют для изготовления имплантатов, является титан и его сплавы. Улучшить эффективность использования таких изделий можно за счет нанесения на их поверхность биологически активных покрытий
[5, 6].
В доступной литературе мы не встретили сведений касающихся результатов доклинических испытаний биоактивных имплантатов для замещения диафи-зарных дефектов длинных костей, изготовленных путем аддитивного производства. В выполненном исследовании был
проведен анализ результатов доклинических испытаний ячеистых имплантатов, предназначенных для замещения диафи-зарных дефектов большеберцовых костей у 5 взрослых, клинически здоровых собак. Величина дефекта составляла 2,0 см (от 12% до 15% от исходной длины сегмента). Все изделия были изготовлены индивидуально путем 3D печати из порошка титанового сплава ^6А1 4V и покрыты кальций-фосфатным слоем. Для нанесения последнего был выбран метод микродугового оксидирования, который позволяет сформировать оптимальную шероховатость и пористость поверхности таких изделий [8].
Результаты рентгенологического исследования, в сочетании с биомеханическим тестом показали, что в созданных условиях прочный костно-имплантационный блок формировался в диапазоне от 28 до 47 суток аппаратной фиксации. По всей видимости такой эффект обеспечивался в результате полной остеоинтеграции внутренней поверхности торцевых отделов им-плантатов с концами костных отломков. Достигнутые сроки можно считать достаточно короткими. Так как для замещения диафизарного дефекта аналогичной величины к примеру методом чрескостного ди-стракционного остеосинтеза в классическом режиме (1 мм за 4 приема в сутки) потребуется более продолжительный период времени. Эти сроки могут достигать 72 суток аппаратного лечения (5-7 суток преддистракционный период, 20 суток -этап удлинения, 30-45 суток - фиксация после окончания дистракции). При использовании механически стабильных углеродных имплантатов для замещения дефектов высотой 0,5 см прочный костно-углерод-ный блок формируется через 6 недель, а при величине 2,0-2,5 см требуется более 2 месяцев аппаратного лечения [7, 9].
Не смотря на то, что в проведенных экспериментах были получены положительные клинические результаты, рентгенографическим методом удалось оценить динамику костеобразования только в области видимого контакта имплантата с костными отломками. В проекции полости
дефектов выполнение такого анализа не представлялось возможным в связи с нерентгено-прозразностью тестируемых изделий.
Заключение. При использовании ячеистых имплантатов из титанового сплава Ti6Al 4V с биоактивным кальцый-фосфатным покрытием для замещения диафизарных дефектов длинных костей протяженностью до 2 см, формирование прочного костно-имплантационного блока происходит в течение 1,5 месяцев после операции. Рентгенографическим методом возможно оценить динамику костеобразо-вания на границе контакта имплантата с костной тканью и на его поверхности, а так же на поверхности и в костномозговых полостях отломков.
Определить особенности течения процессов костеобразования в ячейках им-плантата, в частности представляющих внутреннюю часть полости дефекта возможно лишь морфологическими методами после соответствующей пробоподготовки (распиловка в продольном и поперечном направлении) анатомических препаратов.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Барабаш, А.П., Замещение обширных диафизарных дефектов длинных костей / А.П. Барабаш, Л.А. Кесов, Ю.А. Барабаш, С.П. Шпиняк // Травматология и ортопедия России. - 2014. - №2 (72). - С. 93-99.
2. Дьячкова, Г.В. Новые возможности изучения дистракционного регенерата по данным рентгенографии / Г.В. Дьячкова, О.В. Климов, А.М. Аранович, К.А. Дьячков // Гений ортопедии. - 2015. - №3. - С. 60-66.
3. Дюльгер, П.Г., Биомеханические параметры имплантатов при замещении обширных дефектов кости у собак / П.Г. Дюльгер, С.А. Ягников, Н.С. Гаврюшенко, Л.В. Фомин, О.А. Кулешова, Д.В. Арифул-лина // РВЖ. МДЖ. - 2012. - №5. - С. 1316.
4. Житлова, Е.А. Рентгенологические характеристики дефекта костной ткани, при локальном введении в него бисфосфо-ната и ионов лантаноидов / Е.А. Житлова,
Д.В. Бурба, Е.К. Ларюкова, Ф.В. Шаки-рова, Ф.А.Сунагатуллин // Ученые записки КГАВМ. - 2018. - Т. 234. - №2. - С. 104107.
5. Калмин, О.В. Морфологические изменения костной ткани вокруг титанового имплантата, подвергшегося микродуговому оксидированию в щелочных электролитах с использованием «Коллапан-геля» и без него / О.В. Камин, М.А. Розен, Д.В. Никишин // Саратовский научно-медицинский журнал. - 2013. - Т. 9. - № 4. - С. 264-268.
6. Котельников, Г.П. Тестирование аддитивных материалов на культурах клеток фибробластов человека / Г.П. Котельников, А.В. Колсанов, А.Н. Николаенко // Клин. и эксперимент. хир. Журн. им. акад. Б.В. Петровского. - 2018. - Т. 6. - № 2. -С. 67-73.
7. Миронов, С.П. Углеродные нано-структурные имплантаты - инновационный продукт для травматологии и ортопедии. Часть I: результаты экспериментальных исследований / С.П. Миронов, В.И. Шевцов, Н.А. Кононович, М.А. Степанов, Е.Н. Горбач, ГШ. Голубев, КС. Сергеев, В.И. Архипенко, А.А. Гринь, В.Л. Скрябин, Л.Б. Резник, В.Д. Шатохин, А.А. Баймуратов //
Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. - 2015. - №3. - С. 46-53.
8. Попков, А.В. Возможности остео-генной активности интрамедуллярных имплантатов в зависимости от технологии нанесения кальций-фосфатного покрытия (экспериментальное исследование) / А.В. Попков, Д.А. Попков, Н.А. Кононович, Е.Н. Горбач и др. // Успехи современного естествознания. - 2015. - №5. - С. 142145.
9. Резник, Л.Б. Результаты применения различных видов имплантатов при замещении остеомиелитических дефектов длинных костей в эксперименте / Л.Б. Резник, И.В. Стасенко, Д.А. Негров // Гений ортопедии. - 2016. - №4. - С. 81-87.
10. Ячеистый цилиндрический биоактивный имплантат для замещения циркулярных дефектов трубчатых костей // Патент RU 171 823.
11. Gubin, A.V. Challenges and Perspectives in the Use of Additive Technologies for Making Customized Implants for Traumatology and Orthopedics / A.V. Gubin, V.P. Kuznetsov, D.Y. Borzunov, A.A. Koryukov, A.V. Reznik, A.Y. Chevardin // Biomedical Engineering. - 2016. - Т. 50. -№ 4. - С. 285-289.
РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКАЯ ДИНАМИКА КОСТЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ЗАМЕЩЕНИИ ДИАФИЗАРНЫХ ДЕФЕКТОВ КОСТЕЙ ГОЛЕНИ БИОАКТИВНЫМ ЯЧЕИСТЫМ
ИМПЛАНТАТОМ
Кононович Н.А., Попков А.В., Попков Д.А., Шастов А.Л.
Резюме
На 5 взрослых собаках выполнили доклиническое испытание ячеистых биоактивных имплантатов для замещения циркулярных дефектов большеберцовых костей протяженностью 2,0 см. Имплантаты были изготовлены из порошка титанового сплава ^6А1 4V с кальций-фосфатным покрытием, нанесенным методом микродугового оксидирования. Рентгенографическим методом изучали динамику остеоинтеграции имплантатов с костной тканью. Прочный костно-имплантационный блок формировался через 1,5 месяца после операции. Пришли к заключению о том, что в данных экспериментах рентгенографический метод являлся недостаточно информативным, так как не позволил оценить течение репаративного остеогенеза непосредственно в проекции полости дефекта. Получить объективные данные о процессах остеоинтеграции и остеоиндукции в созданных условиях возможно морфологическими методами после соответствующей пробоподготовки анатомических препаратов.
OSTEOGENESIS X-RAY DYNAMICS WHEN FILLING SHAFT BONE DEFECTS OF THE
LEG WITH A BIOACTIVE MESHY IMPLANT
Kononovich N.A., Popkov A.V., Popkov D.A., Shastov A.L.
Summary
The bioactive meshy implants of five (5) adult dogs were tested pre-clinically in order to fill circular tibial defects of 2.0-cm extension. The implants were made from Ti6Al 4V titanium alloy powder with calcium-phosphate coating, applied by the technique of microarc oxidation. The dynamics of the implant osseointegration with bone tissue was studied by X-ray method. A stable bone-implant block was formed 1.5 months after surgery. The conclusion was made that the X-ray method in these experiments was not sufficiently informative because it did not allow evaluating reparative osteogenesis process directly in the defect cavity projection. It is possible to obtain objective data about the processes of osseointegration and osteoinduction under the created conditions by using morphological methods after appropriate preparing the samples of the anatomic preparations.
DOI 10.31588/2413-4201-1883-236-4-111-118 УДК 636.22/.28.033; 636.22/.28.034
БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЛИПИДНОГО И МИНЕРАЛЬНОГО ОБМЕНА У КОРОВ РАЗЛИЧНЫХ ГЕНОТИПОВ
Крупин Е.О. - к.в.н., вед. науч. сотр., Тагиров М.Ш. - д.с/х.н., академик АН РТ
ФГБУН «Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук»
Ключевые слова: коровы, корм, гены, кровь, метаболизм Keywords: cows, feed, genes, blood, metabolism
Оценка физиологического состояния животных в условиях интенсификации процессов производства животноводческой продукции приобретает все более важное значение [1, 2].
Высокая продуктивность животных накладывает отпечаток на характер течения обменных процессов в их организме. Более продуктивные животные склонны к более выраженным нарушениям гомео-стаза, сохранение которого требует дополнительного напряжения компенсаторных механизмов самого организма. В условиях производства это проявляется в менее эффективном расходовании кормов рациона, снижении не только продуктивности, но и качества самой продукции [3, 4, 5, 6].
Болезни, сопровождающиеся нарушением процессов обмена, занимают одно из первых мест с точки зрения их распро-
странения и наносимого экономического ущерба. Их коварство кроется в том, что начинаются они незаметно. Длительное их течение нередко сопровождается возникающими необратимыми изменениями [7, 8]. По разным оценкам, доля заболеваний обмена веществ составляет 30-70% от всех незаразных заболеваний животных [9, 10].
Оценка биохимического состава сыворотки крови позволяет судить о состоянии обмена веществ, выявить возникающие непродуктивные энергозатраты организма, однако, как было установлено нами ранее, некоторые биохимические показатели крови имеют отличия у животных различных генотипов и изменяются в различной степени в зависимости от генетического полиморфизма [12].
Целью проведенных исследований являлась оценка биохимических показате-
