CC BY
6Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 8. №7. 2022
https ://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/80
УДК 614.2 https://doi.org/10.33619/2414-2948/80/29
РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ПРИМЕНЕНИЮ БИОАКТИВНОЙ ПЛАСТИНЫ В РАЗНЫХ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ И КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
©Джумабеков С. А., ORCID: 0000-0001-6044-9721, д-р мед. наук, акад. НАНКР, акад. РАН, Киргизская государственная медицинская академия им. И.К. Ахунбаева, г. Бишкек, Кыргызстан ©Курманбаев У. А., Киргизская государственная медицинская академия им. И.К. Ахунбаева, г. Бишкек, Кыргызстан, kurmanbaevuson83@mail.ru ©Кармышбеков М. А., Киргизский государственный медицинский институт переподготовки и повышения квалификации им. С.Б.Даниярова, г. Бишкек, Кыргызстан, 82meder@mail.ru ©Борукеев А. К., Киргизская государственная медицинская академия им. И.К. Ахунбаева, г. Бишкек, Кыргызстан, borukeev83@mail.ru
ROENTGENOLOGIC EVALUATION OF EXPERIMENTAL WORK
ON THE APPLICATION OF A BIOACTIVE PLATE IN DIFFERENT GEOGRAPHICAL AND CLIMATIC CONDITIONS
©Dzhumabekov S., ORCID: 0000-0001-6044-9721, Dr. habil., Асademician of NAS of Kyrgyz Republic, Асademician of RAS, I.K. Akhunbaev Kyrgyz State Medical Academy,
Bishkek, Kyrgyzstan ©Kurmanbaev U., I.K. Akhunbaev Kyrgyz state medical academy, Bishkek, Kyrgyzstan, kurmanbaevuson83@mail.ru ©Karmyshbekov M., Kyrgyz State Medical Institute of retraining and advanced training,
Bishkek, Kyrgyzstan, 82meder@mail.ru ©Borukeev A., I.K. Akhunbaev Kyrgyz state medical academy, Bishkek, Kyrgyzstan, borukeev83@mail.ru
Аннотация. Разработана биосовместимая накостная пластина, поверхность которой имеет рельефную структуру и покрыта фосфором, кальцием, серебром и медью. Так называемые биоактивные накостные пластины обладают высокой биосовместимостью с живыми тканями и бактерицидностью чем традиционные накостные пластины за счет микроэлементов. Поверхностная закалка придает биоактивной пластине износостойкость и прочностные характеристики, которые намного выше, чем у биоинертных пластин. С помощью данной пластины произведен эксперимент на 96 подопытных собаках в разных географически-климатический условиях (Бишкек, 780 м над у. м., пер. Туя-Ашу, 3200 м над у. м.). Изучены особенности репаративной регенерации бедренной кости с помощью рентгенологического исследования на разных этапах остеорепарации. Выявлено, что при использовании биоактивной накостной пластины улучшается репаративный процесс, оказывая выраженный остеорепаративный и бактерицидный эффект. На основании полученных результатов можно утверждать, что целесообразность применения биоактивной накостной пластины для ускорения процессов остеорегенерации высока даже в экстремальных географически-климатических условиях.
Abstract. A biocompatible bone plate has been developed, the surface of which has a relief structure and is coated with phosphorus, calcium, silver and copper. The so-called bioactive bone
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 8. №7. 2022
https ://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/80
plates have a high biocompatibility with living tissues and bactericidal properties than traditional bone plates due to trace elements. The so-called bioactive bone plates have a high biocompatibility with living tissues and bactericidal properties than traditional bone plates due to trace elements. With the help of this plate, experiments were carried out on 96 experimental dogs in different geographical and climatic conditions (Bishkek, 780 m above sea level, Tuya-Ashu pass, 3200 m above sea level). The features of reparative regeneration of the femur were studied using X-ray examination at different stages of osteoreparation. It was revealed that when using a bioactive bone plate, the reparative process improves, providing a pronounced osteoreparative and bactericidal effect. Based on the results obtained, it can be argued that the feasibility of using a bioactive bone plate to accelerate the processes of osteoregeneration is high even under extreme geographical and climatic conditions.
Ключевые слова: перелом, биоактивная накостная пластина, рентген исследование, остеорепарация, разные географически-климатические условия.
Keywords: fracture, bioactive bone plate, x-ray examination, osteoreparation, different geographical and climatic conditions.
Развитие инноваций в медицине основано на использовании новых методов исследования и лечения и на поиске инновационных материалов. Вследствие перелома костей происходит снижение регенераторных возможностей кости в связи, с чем необходимы усилия по улучшению репаративного остеогенеза. Применение композиционных материалов является одним из таких аспектов, претендующих на значительный прогресс и приобретает все большую актуальность в современной медицине [11]. Однако, существуют случаи, когда отдельные имплантаты инкапсулировались, создавая при этом очаг хронического воспаления, происходило усиление резорбции кости, а также наблюдалось полное или частичное отторжение [2]. Поверхность имплантируемых материалов полностью не взаимодействуют как надо с костной тканью, поэтому в 10-15% случаев наблюдается расшатывание имплантатов и даже их миграция, а около 30% случаев может достигать это осложнение при политравме [1]
Имплантируемые материалы должны соответствовать целому ряду требований, и это является важным принципом имплантологии. К таким требованиям относятся: биосовместимость, вирусная и бактериальная безопасность, сочетание остеокондуктивности и остеоиндуктивности при отсутствии токсичности [7, 9].
Данным требованиям отвечают биоактивные имплантаты, поверхность которых способны интегрироваться с костной тканью и вовлекаются в процессы репаративного остеогенеза. Имплантаты с данным покрытием, не только обеспечивают необходимую механическую фиксацию, но и биологическую фиксацию. Они обладают высокими прочностными характеристиками, интегрируют с костной тканью и участвуют в процессе репаративного остеогенеза [4, 10].
Большая часть территории Центральной Азии сосредоточены в низко-средне - и высокогорной зоне. Геофизические факторы горной местности гипоксия, резкие перепады суточных и сезонных температур, ветровой режим, повышенная инсоляция и др. -формируют экстремальные условия, предъявляющие высокие требования к организму человека, вызывая глубокие функционально-структурные сдвиги [8].
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 8. №7. 2022
https ://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/80
Проблема кислородного обеспечения опорно-двигательного аппарата тесно связана с развитием патологии данной системы [3, 5, 12], поэтому изучение особенностей репаративной регенерации костной ткани организма, адаптирующегося к условиям горной местности, приобретает немаловажное значение.
Материалы и методы исследования Бишкекский научно-исследовательский центр травматологии и ортопедии совместно с лабораторией материаловедения Института химии и химических технологий НАН КР разработали новый способ формирования поверхности имплантатов предназначенных для фиксации переломов костей, изготовленных из титана. Поверхность имплантата упрочнена методом электроискрового легирования графитовыми электродами в специально разработанных жидких средах, содержащих фосфор, кальций, являющимися элементами, входящими состав костной ткани, а также серебра и меди как бактерицидных элементов (патент КР №1952 от 31.03.2017 г.). Данный имплант мы назвали биоактивная накостная пластина, а импланты без формирования поверхности, назвали биоинертная накостная пластина.
Эксперимент составили 96 беспородные собаки обоего пола в возрасте 2-5 года массой 10-15 кг. Произведено исследование особенностей репаративной регенерации бедренной кости у экспериментальных собак в динамике двухмесячного наблюдения (Таблица).
Таблица
ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ
Серии В условьях низкогорья (Бишкек, 780 м над ур. моря) Вусловьях высокогорья (пер. Туя-Ашу, 3200 м над ур. моря)
Группы основная контрольная основная контрольная
Сроки 7, 20, 30, 40, 50, 60. 7, 20, 30, 40, 50, 60. 7, 20, 30, 40, 50, 60. 7, 20, 30, 40, 50, 60.
наблюдения
Количество 24 24 24 24
животных
Подопытные животные разделены на 2 серии. В первую серию вошли 48 животных, у которых исследуется, структурные изменения костного регенерата при моделировании перелома бедренной кости в динамике в условиях низкогорья (Бишкек, 780 м над у. м). Во вторую серию также вошли 48 животные, которые исследуется в условиях высокогорья (пер. Туя-Ашу, 3200 м над у. м). В свою очередь каждая серия разделена на контрольную группу (24), которую составили животные где использовали биоинертную накостную пластину, а основную группу составят животные с моделированным переломом бедренной кости при использовании биоактивного имплантата. с целью оценки целесообразности применения биоактивного имплантата для лечения переломов длинных костей в условиях высокогорья. Все животные до начала экспериментов выдерживались в виварии не менее 2 недель. Животные получали стандартный сбалансированный пищевой рацион при свободном доступе к воде и пище. На 20, 40, 60 сутки производили рентген контроль, с целью оценки процессов остеорегенерации.
Результаты и их обсуждение В результате исследования нам удалось выявить то что, при применении биоактивной накостной пластины отмечается улучшение репаративной регенерации костной ткани. На 20, 40, 60 день после операции производили рентген контроль. На 20-е сутки после операции
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 8. №7. 2022
https ://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/80
произведен рентген контроль (РисункЬ 1, 2). На Рисунке 1 представлен рентген контроль при использовании биоактивного имплантата в условиях низкогорья. На этом рентгенографии определяется умеренные признаки регенерации костной ткани, межфрагментарная зона не определяется, признаков остеопороза не определяется. На Рисунке 2 представлен рентген контроль при использовании биоинертного имплантата в условиях низкогорья, где определяются признаки умеренной регенерации костной ткани, но межфрагментарная зона четко не визуализируется. В ходе исследования выявлено, что четкой разницы на рентген снимках не определяется. Это возможно связана тем, что рентгенография на первых сутках исследовании видимых различии не определяет.
Рисунок 1 Биоактивный имплант в Рисунок 2 Биоинертный имплант в
условиях низкогорья 20 сутки условиях низкогорья 20 сутки
На Рисунке 3 представлен рентген контроль при использовании биоактивного имплантата в условиях высокогорья, в котором определяется умеренные признаки регенерации костной ткани, межфрагментарная зона не определяется, признаков остеопороза не определяется.
Рисунок 3 Биоактивный имплант в Рисунок 4 Биоинертный имплант в
условьях высокогорья 20 сутки условьях высокогорья 20 сутки
На Рисунке 4 представлен рентген контроль при использовании биоинертного имплантата в условиях высокогорья, где определяются признаки умеренной регенерации
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 8. №7. 2022
https ://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/80
костной ткани костная, но межфрагментарная зона четко визуализируется, остеопороз костных фрагментов, что может свидетельствовать о недостаточной нагрузке оперируемой конечности. На 40-е сутки после операции произведен рентген контроль (Рисунки 5, 6). На Рисунке 5 представлен рентген контроль при использовании биоактивного имплантата в условиях низкогорья. Определяется полная регенерация кости, костномозговой канал диафиза бедренной кости сохранен, определяется корковый слой кости, вокруг винтов и накостной пластины резорбции нет. При использовании биоинертного имплантата в условиях низкогорья (Рисунок 6) признаков консолидации нет, межотломковая зона четко прослеживается, имеется краевые костные разрастания, но костномозговой канал диафиза бедренной кости не закрыт. Также отмечается остео лизис краевой зоны отломков и на границе кость-имплантат.
Рисунок 5. Биоактивный имплант в условиях низкогорья 40 сутки
Рисунок 6. Биоинертный имплант в условиях низкогорья 40 сутки
Рисунок 7. Биоактивный имплант в условиях высокогорья 40 сутки
Рисунок 8. Биоинертный имплант в условиях высокогорья 40 сутки
Незначительные костные кисти, что свидетельствует о воспалительном процессе костной ткани. На Рисунке 7 представлен рентген контроль при использовании биоактивного имплантата в условиях высокогорья. Межотломковая зона прослеживается, но отмечается хороший регенерат в стадии не полного завершения, краевые костные разрастания, незначительное миграция дистальных винтов. На Рисунке 8 рентген контроль биоинертного
® I
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 8. №7. 2022
https ://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/80
имплантата в условиях высокогорья. Межотломковая зона четко прослеживается, отмечается остео лизис с незначительными признаками регенерации по краю.
Также на 50-60-е сутки после операции произведен рентген контроль (Рисунки 9-11). На Рисунке 9 представлен биоактивный имплант в условиях низкогорья, при этом определяется полная консолидация костной ткани, межотломковая зона не прослеживается. На 50-е сутки (Рисунок 10) после операции произведен рентген контроль биоинертного импланта в условиях низкогорья, связи с наличием некоторого неудовлетворения остеорегенерацией на предыдущем этапе эксперимента (Рисунок 7).
Рисунок 9. Биоактивный имплант в Рисунок 10. Биоинертный имплант в
условиях низкогорья 50 сутки условиях низкогорья 50 сутки
Рисунок 11. Биоинертный имплант в условиях низкогорья 60 сутки
На Рисунке 12 представлен рентген контроль при использовании биоактивного имплантата в условиях высокогорья. Определяется полная регенерация кости, костномозговой канал диафиза бедренной кости сохранен, определяется корковый слой кости, вокруг винтов и накостной пластины резорбции нет. На Рисунке 13 представлен рентген контроль при использовании биоинертного имплантата в условиях высокогорья. Определяются признаки ложного сустава, имеется замыкательная пластина, выраженные
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 8. №7. 2022
https ://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/80
краевые костные разрастания, межфрагментарная зона определяется. Вокруг винтов накостной пластины имеется резорбция кости, связи, с чем произошла миграция винтов и пластины.
Выводы
Как нам уже известно, в условиях высокогорья регенерация костной ткани замедляется, или даже может образоваться ложный сустав [6]. На основании рентген исследования при применении биоактивной пластины в условиях низкогорья, нами отмечена полная консолидация уже на 40-е сутки, а при применении биоинертной пластины консолидация костной ткани наступил на 50-60 сутки. При применении биоинертной накостной пластины на 40 сутки произошел воспалительный процесс и это спровоцировал остеолизису, связи, с чем процесс остеорепарации замедлился. При применении биоактивной пластины в условиях высокогорья, полная консолидация наступила на 60-е сутки, т. е. срок регенерации костной ткани при применении биоактивной пластины в условиях высокогорья уравнивается сроку регенерации костной ткани при применении биоинертной пластины в условьях низкогорья.
Биоактивная накостная пластина ускоряет процесс остеорепарации за счет кальций-фосфор-медь-серебренного покрытия. Они более биосовместимы, так как относятся к группе естественных метаболитов костной ткани, хорошо интегрируются с костной тканью. Мы считаем, что в условиях горной местности целесообразно применение биоактивных накостных пластин, для ускорения процессов остеорепарации и улучшения остеорегенерата.
Список литературы:
1. Агаджанян В. В., Твердохлебов С. И., Больбасов Е. Н., Игнатов В. П., Шестериков Е. В. Остеоиндуктивные покрытия на основе фосфатов кальция и перспективы их применения при лечении политравм // Политравма. 2011. №3. С. 5-13.
2. Булгаков, В. Г., Гаврюшенко, Н. С., Цепалов, В. Ф., & Шаль-нев, А. Н. Определение радикалообразующей способности частиц износа различных ортопедических материалов // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н Приорова. 2010. №1. С. 34-395.
3. Денисов В. М., Вазина И. Р., Анфимов П. Е. Влияние гипербарической оксигенации на регенерацию кости, индуцированную деминерализованным костным матриксом // Ортопедия, травматология и протезирование. 1992. №3. С. 21-23.
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 8. №7. 2022
https ://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/80
4. Карлов А. В., Шахов В. П. Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики. Томск, 2001.
5. Кернершан Р. П., Лисицын А. И., Овсейчик Я. Г. Об эффекте внутрикостной оксигенации слабыми растворами перекиси водорода // Бюллетень Сибирь. Отделения АМН CCCP. 1986. №6. C. 55-58.
6. Кубатбеков А. А. Особенности репаративной регенерации длинных трубчатых костей в условиях высокогорья при фиксации отломков аппаратом Илизарова в эксперименте: Автореф.....канд. мед. наук. Бишкек, 2007.
7. Машков В. М., Сабодашевский О. В., Нетылько Г. И., Зайцева М. Ю., Наконечный Д. Г. Экспериментальное исследование особенностей регенерации костной ткани вокруг имплантатов при одноэтапном двустороннем тотальном эндопротезировании тазобедренных суставов // Травматология и ортопедия России. 2012. №2. С. 60-66.
8. Миррахимов М. М., Мейманалиев Т. С. Воздействие факторов высокогорья на организм человека // Вестник РАМН. 1992. №1. С. 3-5.
9. Ненашев Д. В., Варфоломеев А. П., Майков С. В. Анализ отдаленных результатов эндопротезирования плечевого сустава // Травматология и ортопедия России. 2012. №2. С. 71-78.
10. Сурменев Р. А. Формирование биосовместимых кальций фосфатных покрытий методом высокочастотного магнетронного распыления: Автореф. ... канд. физ.-мат. наук. Томск, 2008. 24 с.
11. Chen F. M., Zhao Y. M., Zhang R., Jin T., Sun H. H., Wu Z. F., Jin Y. Periodontal regeneration using novel glycidyl methacrylated dextran (Dex-GMA)/gelatin scaffolds containing microspheres loaded with bone morphogenetic proteins // Journal of controlled release. 2007. V. 121. №1-2. P. 81-90. https://doi.org/10.1016/jjconrel.2007.05.023
12. Scarano A., Iezzi G., Petrone G., Orsini G., Degidi M., Strocchi R., Piattelli A. Cortical bone regeneration with a synthetic cell-binding peptide: a histologic and histomorphometric pilot study // Implant Dentistry. 2003. V. 12. №4. P. 318-324. https://doi.org/10.1097/01.ID.0000095467.48241.68
References:
1. Agadzhanyan, V. V., Tverdokhlebov, S. I., Bol'basov, E. N., Ignatov, V. P., & Shesterikov, E. V. (2011). Osteoinduktivnye pokrytiya na osnove fosfatov kal'tsiya i perspektivy ikh primeneniya pri lechenii politravm. Politravma, (3), 5-13. (in Russian).
2. Bulgakov, V. G., Gavryushenko, N. S., Tsepalov, V. F., & Shal'-nev, A. N. (2010). Opredelenie radikaloobrazuyushchei sposobnosti chastits iznosa razlichnykh ortopedicheskikh materialov. Vestnik travmatologii i ortopedii im. NNPriorova, (1), 34-395. (in Russian).
3. Denisov, V. M., Vazina, I. R., & Anfimov, P. E. (1992). Vliyanie giperbaricheskoi oksigenatsii na regeneratsiyu kosti, indutsirovannuyu demineralizovannym kostnym matriksom. Ortopediya, travmatologiya i protezirovanie, (3), 21-23. (in Russian).
4. Karlov, A. V., & Shakhov, V. P. (2001). Sistemy vneshnei fiksatsii i regulyatornye mekhanizmy optimal'noi biomekhaniki. Tomsk. (in Russian).
5. Кернершан Р. П., Лисицын А. И., Овсейчик Я. Г. Об эффекте внутрикостной оксигенации слабыми растворами перекиси водорода // Бюллетень Сибирь. Отделения АМН CCCP. 1986. №6. C. 55-58. (in Russian).
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 8. №7. 2022
https ://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/80
6. Kubatbekov, A. A. (2007). Osobennosti reparativnoi regeneratsii dlinnykh trubchatykh kostei v usloviyakh vysokogor'ya pri fiksatsii otlomkov apparatom Ilizarova v eksperimente: Avtoref.. ... kand. med. nauk. Bishkek.
7. Mashkov, V. M., Sabodashevskii, O. V., Netyl'ko, G. I., Zaitseva, M. Yu., & Nakonechnyi, D. G. (2012). Eksperimental'noe issledovanie osobennostei regeneratsii kostnoi tkani vokrug implantatov pri odnoetapnom dvustoronnem total'nom endoprotezirovanii tazobedrennykh sustavov. Travmatologiya i ortopediya Rossii, (2), 60-66. (in Russian).
8. Mirrakhimov, M. M., & Meimanaliev, T. S. (1992). Vozdeistvie faktorov vysokogor'ya na organizm cheloveka. Vestn. RAMN, (1), 3-5. (in Russian).
9. Nenashev, D. V., Varfolomeev, A. P., & Maikov, S. V. (2012). Analiz otdalennykh rezul'tatov endoprotezirovaniya plechevogo sustava. Travmatologiya i ortopediya Rossii, (2), 71-78. (in Russian).
10. Surmenev, R. A. (2008). Formirovanie biosovmestimykh kal'tsii fosfatnykh pokrytii metodom vysokochastotnogo magnetronnogo raspyleniya: Avtoref. . kand. fiz.-mat. nauk. Tomsk. (in Russian).
11. Chen, F. M., Zhao, Y. M., Zhang, R., Jin, T., Sun, H. H., Wu, Z. F., & Jin, Y. (2007). Periodontal regeneration using novel glycidyl methacrylated dextran (Dex-GMA)/gelatin scaffolds containing microspheres loaded with bone morphogenetic proteins. Journal of controlled release, 121(1-2), 81-90. https://doi.org/10.1016/jjconrel.2007.05.023
12. Scarano, A., Iezzi, G., Petrone, G., Orsini, G., Degidi, M., Strocchi, R., & Piattelli, A. (2003). Cortical bone regeneration with a synthetic cell-binding peptide: a histologic and histomorphometric pilot study. Implant Dentistry, 12(4), 318-324. https://doi.org/10.1097/01.ID.0000095467.48241.68
Работа поступила Принята к публикации
в редакцию 25.05.2022 г. 30.05.2022 г.
Ссылка для цитирования:
Джумабеков С. А., Курманбаев У А., Кармышбеков М. А., Борукеев А. К. Рентгенологическая оценка экспериментальной работы по применению биоактивной пластины в разных географических и климатических условиях // Бюллетень науки и практики. 2022. Т. 8. №7. С. 336-344. https://doi.org/10.33619/2414-2948/80/29
Cite as (APA):
Dzhumabekov, S., Kurmanbaev, U., Karmyshbekov, M., & Borukeev, A. (2022). Roentgenologic Evaluation of Experimental Work on the Application of a Bioactive Plate in Different Geographical and Climatic Conditions. Bulletin of Science and Practice, 8(7), 336-344. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/80/29
