CC BY
25
УДК 616.71 -007.1 -089.844-073.7
А.Н. Куликов, И.А. Степанов, И.В. Ручкина, Б.В. Осипова
РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КОСТЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ЗАМЕЩЕНИИ ДЕФЕКТОВ ТРУБЧАТЫХ КОСТЕЙ КОЛЛАГЕН-АПАТИТОВЫМ МАТЕРИАЛОМ «ЛитАр» (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)
ФГУ «Российский научный центр «Восстановительная травматология и ортопедия»
им. акад. Г.А. Илизарова Росмедтехнологий» (Курган)
Проведено экспериментальное исследование с целью выявления рентгенологических особенностей костеобразования при имплантации материала «ЛитАр» в циркулярные, полуциркулярные и дырчатые дефекты длинной кости.
На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что применение «ЛитАр» целесообразно при замещении полуциркулярных и дырчатых дефектов.
Ключевые слова: кость, дефект, эксперимент, имплантат
THE ROENTGENOLOGIC DETAILS OF OSTEOGENESIS FOR TUBULAR BONE DEFECT FILLING WITH «LITAR» COLLAGEN-APATITE MATERIAL (AN EXPERIMENTAL STUDY)
A.N. Koulikov, И.А. Stepanov, I.V. Rouchkina, E.V. Osipova
The Federal State Institution Russian llizarov Scientific Center «Restorative Traumatology and
Orthopaedics» of Russian Medical Technologies, Kurgan
An experimental study has been made to reveal the details of osteogenesis in the process of «LitAr» material implan tation into the circular, half-circular and perforated defects of long bone.
On the strength of the data obtained the conclusion can be made that «LitAr» use is advantageous for filling the half-circular and perforated defects.
Keywords: bone, defect, experiment, implant
В арсенале ортопеда-травматолога для заполнения костных дефектов имеются различные естественные и искусственные материалы: ауто-, алло-, ксенотрансплантаты, металлы, химически синтезированные заменители костной ткани. В настоящее время перспективной группой имплантатов являются композиционные материалы, представляющие собой комбинации из различных веществ и состоящие из нескольких фаз. Перспективными являются композиты из гидроксоаппатита и коллагена. Первый такой материал «Со11араЬ> по механическим свойствам напоминал костную ткань, но медленно превращался в нативную кость [9]. Наиболее быстро биотрансформируемым из известных композитов, содержащих гидроксоаппатит и коллаген, является материал «ЛитАр» [2, 4, 10]. Оригинальная технология его получения позволяет добиться равномерного распределения частиц гидроксоаппатита между волокнами коллагена [8]. Структура материала напоминает структуру костного матрикса, но композит обладает иными физи-ко-механическими характеристиками: он пористый, хрупкий, в жидкой среде становится вязкопластичным и увеличивает объем в 1,5 раза. Материал «ЛитАр» легко моделируется в зоне дефекта, характеризуется гемостатичностью, отсутствием иммуногенности и токсичности. При помещении в дефект кости биодеградирует в течение 12 — 20 дней. Он прост в применении, хорошо хранится и легко транспортируется.
Материал «ЛитАр» применяется для восстановления хрящевой ткани [5], пластики дефектов костей кисти и пальцев [7], при лечении остеомиели-тическихдефектов [6], в краниопластике [1, 3], че-люстно-лицевой хирургии [4]. Однако исследований, посвященных комплексной оценке эффективности применения материала «ЛитАр» при заживлении дефектов длинных костей, мы не встретили.
Настоящее экспериментальное исследование предпринято с целью выявления рентгенологических особенностей костеобразования при имплантации материала «ЛитАр» в циркулярные, полуциркулярные и дырчатые дефекты длинной кости.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эксперименты проведены на взрослых беспородных собаках (п = 20) в возрасте 1 — Злет, с массой тела 15 ± 1,9 кг, полученных из вивария клиники животных РНЦ «ВТО» после прохождения комплекса ветеринарно-профилактических мероприятий. Оперативные вмешательства выполняли в стерильных условиях операционной под управляемым внутривенным барбитуровым наркозом. Животных разделили на 2 серии — опытную и контрольную, в каждой серии — на 3 группы, внутри 2-й группы — на две подгруппы (с сохранением («ЛитАр» КМ) и без сохранения костного мозга). В 1-й и 2-й группах обеих серий голень фиксировали аппаратом Илизарова. После
наложения аппарата в 1-й группе (п = 6) моделировали циркулярные дефекты: из двух боковых разрезов в средней трети диафиза чрезнадкост-нично пилой Джигли производили резекцию берцовых костей. Протяженность дефектов составляла в среднем 10 % от длины оперируемого сегмента. Во 2-й группе (п = 13) создавали полуциркуляр-ные дефекты. Через линейный разрез с медиальной поверхности в средней трети голени резецировали вибропилой фрагмент большеберцовой кости протяженностью один поперечник и глубиной 1/2 ее диаметра. В 3-й группе (п = 4) через разрез мягких тканей с латеральной поверхности в области проксимального метафиза плечевой кости сверлом формировали несквозной дырчатый дефект диаметром 8 мм. В дефекты опытной серии имплантировали «ЛитАр». Операционные раны послойно ушивали кетгутом и шелком.
Рентгенологические исследования проводили в день операции, сразу после нее, на этапах эксперимента (14, 28, 35, 45, 60 и 90 суток). С целью количественной оценки процесса репаративной регенерации выполнен компьютерный анализ изображений рентгенограмм на аппаратно-программном комплексе «ДиаМорф» (ППП ДиаМорф — Cito, г. Москва, регистрационное удостоверение М3 РФ № 98/219-137). На оцифрованных изображениях рентгенограмм в контрольных и опытных группах оконтуривали тени дефектов, кроме того, в 1-й и 2-й сериях оконтуривали проксимальный и дистальный костные фрагменты на высоту 1 см от края опила кости и измеряли среднюю интенсивность (яркость) выделенных участков. На уровне дефектов измеряли среднюю интенсивность мягких тканей и фона изображения рентгенограмм. Полученные данные использовали для расчета оптической плотности (ОП) по формуле:
ОП = 1д((Ид-Имт)/Иф),
где:ОП — оптическая плотность (уел. ед.);
Ид — средняя интенсивность тени дефекта (уел. ед.);
Имт — средняя интенсивность тени мягких тканей (уел. ед.);
Иф — средняя интенсивность фона изображения рентгенограммы (уел. ед.).
В 1-й и 2-й группах опытной и контрольной серий на изображениях рентгенограмм измеряли площади теней дефекта, проксимального и дистального костных отделов регенерата. После выполнения геометрической калибровки определяли суммарную долю костных отделов регенерата в площади дефекта. Величина дефекта оставалась постоянной на протяжении всего опыта, поэтому его площадь в день операции принимали за 100 %.
Статистическую обработку цифрового материала и расчет ОП проводили в программе Microsoft Excel 97. Цифровые данные представлены в виде среднего арифметического значения и стандартной ошибки. Достоверность различий определяли с помощью параметрического критерия Стъюдента после предварительной проверки
нормальности распределения. Различия считали значимыми при р < 0,05.
Опыты над экспериментальными животными проводили согласно приказу М3 СССР № 755 от 12.08.77 г. «О мерах по дальнейшему совершенствованию организованных форм работы с использованием экспериментальных животных».
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ
В наблюдениях опытной серии рентгенологически в день операции дефект был заполнен тенями имплантируемого материала.
В 1-й группе на 14 сутки после операции в 50 % опытов наблюдали уменьшение объема материала в области дефекта и частичную миграцию за его пределы. Через 28 — 35 суток у большинства животных (60 %) имплантат в проекции дефекта был представлен небольшим количеством хаотично расположенных теней неоднородной плотности, у остальных объем имплантата изменялся незначительно. У всех животных у торцов отломков визуализировались тени костных отделов регенерата в виде полукруглых образований высотой 2 — 5 мм. В дальнейшем их прирост прекращался или составлял не более 1 — 2 мм. Для активизации регенерации на 42 — 60 сутки эксперимента между отделами регенерата вводили свежеприготовленную суспензию «ЛитАр» объемом 1 мл и уменьшали размер дефекта до контакта отделов регенерата. На 90 сутки опыта дефект продолжал заполняться костной тканью, при этом происходило слияние отделов регенерата, и он принимал форму песочных часов. Замещение дефектов наблюдали через 5 — 6 месяцев эксперимента (рис. 1 а). Без повторного введения суспензии «ЛитАр» и уменьшения размера дефекта сращения отломков не происходило.
ОП тени в средней трети участка диафиза большеберцовой кости до операции составляла 0,43 ± 0,04усл. ед. В день операции ОП тени дефекта была в 2 раза меньше дооперационных значений ОП неповрежденного участка диафиза. К 14 суткам эксперимента ОП незначительно увеличивалась по сравнению с днем операции. На 60 сутки опыта происходило плавное снижение ОП тени дефекта. К 90 суткам после операции ОП тени дефекта со-ставлялаОДЗ ± 0,03усл. ед. (р < 0,01) (рис. 2а).
Начиная с 14 суток, на значения ОП тени дефекта существенное влияние оказывали формирующиеся костные отделы регенерата, которые на данном сроке эксперимента занимали 27,3 ± 2,9 % площади дефекта. Суммарная доля костных отделов регенерата в площади зоны дефекта постепенно увеличивалась и к 45 суткам достигала 93,5 ± 27,0 % (р < 0,01). Через 60 суток площади костных отделов незначительно уменьшались. При этом до 28 суток наблюдали незначительное превалирование площади проксимального костного отдела регенерата над дистальным, а через 35 и 45 суток, напротив, — площади дистального над проксимальным.
Операция
42 сутки
90 суток
190 суток
Операция
14 суток 90 суток 90 суток
(опыт «ЛитАр» КМ) (контроль)
Операция
(опыт)
Операция
(контроль)
90 суток (опыт)
90 суток (контроль)
Рис. 1. Рентгенограммы на этапах эксперимента: А - циркулярные дефекты; Б - полуциркулярные дефекты; В - дырчатые дефекты.
ОП теней кос і иых фрагментов, начиная с 7 суток эксперимента, снижалась за счет изменения плотности как кортикальной пластинки, так и костномозговой полости . Значимые различия сохранялись до 60 суток опыта. Через 90 суток ОП тени
проксимального костного отломка, в том числе кортикальной пластинки и костномозетвой поло-сти, была выше доодерационных значений (р > 0,05). Необходимо отметить, что на всех сроках эксперимента средние значения ОП прокси-
Рис. 2. Динамика оптической плотности теней дефектов: А - циркулярные дефекты; Б - полуциркулярные дефекты (опытная серия); В -- полуциркулярные дефекты (контрольная серия - без «ЛитАр» и без сохранения костного мозга); Г - дырчатые дефекты.
мального отломка были выше ОП дистального, однако значимы© различия между показателями установлены только на 7 сутки.
Во 2-й группе на 14 сутки эксперимента наблюдали уменын еще объема имплантата и его миграцию за пределы дефекта, что не препятствовало в дальнейшем равномерному заполнению его регенератом. В контрольной группй замещение дефекта происходило за счет регенерата, растущего от проксимального и дистального опилов кости. К концу наблюдения (90 суток) у всех животных Це-
лостность кости восстанавливалась. При этом в опытной группе поперечник новообразованного участка диафиза был равен или превышал поперечник материнской кости, в контрольной — был меньше (рис. 16).
В подгруппе «ЛитАр» КМ ОП Тени дефекта в день операции была в 1,4 раза ниже дооперацйон-н ых значений. Значимые отличия наблюдали только через 7 суток опыта. На остальных сроках эксперимента ОП тени дефекта существенно неиз-менялась (рис. 26). ОП теней костных фрагментов
через 7 суток после операции была в 1,5 раза выше дооперациоииых значений (р < 0,01). Постепенно увеличиваясь, ОП костных фрагментов достигала максимальных значений: проксимального — к 35, дистального — к 28 суткам эксперимента. Через 45 суток начиналось плавное снижение ОП тени фрагментов. Однако значимые различия сдоопе-рационными показателями сохранялись до 60 суток эксперимента. К концу периода наблюдения (90 суток) показатели ОП теней костных фрагментов не имели значимых различий с дооперацион-ными значениями.
В подгруппе с «ЛитАр» и без сохранения костного мозга минимальные значения ОП теней дефектов наблюдали через 14 и 45 суток, максимальные — в день операции и через 35 суток эксперимента (рис. 6). К концу периода наблюдения ОП тени дефекта была в 1,4 раза ниже дооперацион-ных значений (рис. 26).
В контроле (без «ЛитАр» и без сохранения костного мозга) минимальные значения ОП теней дефектов зафиксированы через 7 и 14 суток опыта, максимальные — через 28 и 60 суток. При этом происходило незначительное снижение ОП через 45 суток эксперимента (рис. 2в).
Как в опытной, так и в контрольной серии значения ОП теней дефектов к концу эксперимента так и не достигали показателей неповрежденного диафиза.
В 3-й группе и в опыте, и в контроле, рентгенологически начиная с 14 суток опыта, происходило уплотнение контура дефекта и сглаживание его краев. К концу наблюдения (90 суток) в опыте объем имплантата постепенно уменьшался, дефект заполнялся костной тканью, его контуры практически не визуализировались. В контрольной группе к этому сроку границы дефекта оставались хорошо заметными (рис. 1в).
В опытной группе ОП тени дефекта в день операции составляла 0,13 ± 0,02 уел. ед. Через 7 суток ОП незначительно снижалась до
0,09 ± 0,03 уел. ед. (р > 0,05) и оставалась на данном уровне до 28 суток опыта. Повторное снижение ОП наблюдали через 35 и 45 суток. Начиная с 60-х суток ОП тени дефекта постепенно увеличивалась и достигала к концу эксперимента (120 суток) 0,18 ± 0,10 уел. ед. (р > 0,05). В контрольной группе ОП тени дефекта в день операции в 2,6 раза была ниже соответствующих значений в опытной группе (р < 0,05). Значительных колебаний ОП теней дефектов на этапах эксперимента не происходило — анализируемый показатель находился в пределах от 0,07 до 0,10 уел. ед. В контрольной группе практически на всех сроках эксперимента (за исключением 35 суток) ОП теней дефектов была ниже соответствующих показателей опытной группы (рис. 2г).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты рентгенологического и компьютерного анализа изображений рентгенограмм показали особенности влияния «ЛитАр» на актив-
ность костеобразования и минерализацию в костных дефектах на различных моделях.
Так, ОП теней циркулярных дефектов к концу периода наблюдения оставалась значимо ниже показателей неповрежденного диафиза.
При замещении полуциркулярных дефектов в подгруппе «ЛитАр» КМ происходило волнообразное изменение ОП, ее значимое снижение наблюдали только через 7 суток после операции. Начиная с 14 суток, показатели ОП увеличивались и до конца эксперимента не имели значимых отличий от дооперационных значений. Для других подгрупп с полуциркулярными дефектами (опытной без сохранения костного мозга и контрольной — с сохранением и без сохранения костного мозга) на этапах эксперимента были характерны более выраженные волнообразные изменения ОП. При этом к концу периода наблюдения значения ОП в этих подгруппах не достигали показателей неповрежденного диафиза.
Для динамики ОП теней костных фрагментов были характерны следующие особенности. До 60 суток эксперимента показатели ОП теней костных фрагментов в обеих сериях значимо отличались от дооперационных значений. Однако если у животных с циркулярными дефектами показатели ОП на этапах эксперимента были ниже дооперационных значений, то у животных с полуциркулярными («ЛитАр» КМ), напротив, выше.
Динамика ОП теней при замещении «ЛитАр» дырчатых дефектов имела волнообразный характер. К концу эксперимента показатели ОП были выше дооперационных значений и соответствующих показателей контрольной группы.
На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что применение «ЛитАр» целесообразно при замещении полуциркулярных и дырчатых дефектов.
ЛИТЕРАТУРА
1. «Искусственная кость» в краниопластике / А.Ф. Краснов, С.Д. Литвинов, С.И. Буланов и др. //Анналы травматол. и ортопед. — 1999. — № 1.
- с. 40-43.
2. Краснов А.Ф. Медицинская практика применения материала «ЛитАр»: история и реальность/ А.Ф. Краснов, С.Д. Литвинов // Ортопед., травматол. и протезирование. — 2003. — № 3. — С. 136-142.
3. Литвинов С. Д. Биологическое тестирование «Искусственной кости» для краниопластики / С.Д. Литвинов, А.Н. Косулин // Моделирование в медицинских и биологических исследованиях: Сб. науч. трудов. — Самара, 1999. — С. 113—115.
4. Литвинов С.Д. Коллаген-аппатитовый материал при замещении дефектов костной ткани челюсти / С.Д. Литвинов, С.И. Буланов // Стоматология. - 2001. - № 3. - С. 7.
5. Литвинов С.Д. Восстановление гиалинового хряща материалом «ЛитАр» / С.Д. Литвинов, И.В. Тарасова, Ю.К. Артемьев // Морские прибрежные системы: водоросли, беспозвоночные и
продукты их переработки: Тез. докл. I Междуна-род. науч. конф. — М, 2002. — С. 88.
6. Остеомиелитические дефекты длинных трубчатых костей и материал «ЛитАр» / А.Ф. Краснов, А.Н. Куликов, С.Д. Литвиновидр. //Актуальные вопросы ортопед., травматол. и нейрохирургии: Материалы итоговой науч.-практ. конф. — Казань. - 2003. - С. 129- 130.
7. Применение материала «ЛитАр» для замещения дефектов костей пальцев кисти и предплечья /А.Ф. Краснов, С.Д. Литвинов, М.Д. Цейтлин
и др.//Вестник травматол. и ортопед. — 2004. — №2. - С. 54-58.
8. Способ формирования костной ткани / Ю.А. Ершов, С.Д. Литвинов, Е.Р. Царев и др. // Пат. 2053733, Россия. — Оп. 10.02.1996.
9. Bazin G. The loom of Art/ G. Bazin//Thamis and Hudson. - N-Y., 1962 - P. 61.
10. Clinical application experience of collagen-appatite-base implants / S.D. Litvinov, A.F. Krasnov, G.N. Ter-Asaturovetal. //Actualites en Biomateriaux.
- 2000. - Vol. 5. - P. 343-347.
