Научная статья на тему 'Влияние биологических сред на имплантаты для остеосинтеза'

Влияние биологических сред на имплантаты для остеосинтеза Текст научной статьи по специальности «Медицина и здравоохранение»

77
38
Поделиться
Ключевые слова
ОСТЕОСИНТЕЗ / ИМПЛАНТАТЫ / БИОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА

Аннотация научной статьи по медицине и здравоохранению, автор научной работы — Росторгуев Д. Е., Масленников Е. Ю., Таранов И. И., Мыцыков Р. Ю., Герасименко Е. А.

В сравнительном аспекте изучены некоторые параметры геометрии и морфологии поверхности имплантатов для накостного остеосинтеза. Установлены изменения массы, толщины и состояния поверхностей (шероховатости) пластин, использованных в целях остеосинтеза. Выявленные изменения являются следствием длительного контакта металла с агрессивными биологическими средами организма. Изменения объёмных и поверхностных свойств имплантатов могут привести к изменению их биосовместимости и явиться причиной развития осложнений в послеоперационном периоде.

Похожие темы научных работ по медицине и здравоохранению , автор научной работы — Росторгуев Д. Е., Масленников Е. Ю., Таранов И. И., Мыцыков Р. Ю., Герасименко Е. А.,

INFLUENCE OF BIOLOGICAL ENVIRONMENTS ON IMPLANTS FOR THE OSTEOSYNTHESIS

In comparative aspect some parameters of geometry and morphology of a surface of implants for a ekstrakortikaly osteosynthesis are studied. Changes of weight, thickness and conditions of surfaces (roughness) of the plates used with a view of an osteosynthesis are established. The revealed changes are a consequence of long contact of metal to hostile biological environment of an organism. Changes of volume and superficial properties of implants can lead to change of their biocompatibility, and be at the bottom of development of complications in the postoperative period.

Текст научной работы на тему «Влияние биологических сред на имплантаты для остеосинтеза»

ЛИТЕРАТУРА

1. Благодарный Л. А. Выбор метода лечения анальной трещины // Русский медицинский журнал. - 2002. - Т. 10. № 28. -С.1327-1329.

2. Воробьев Г. И. Основы колопроктологии. - Ростов-на-Дону, 2001. - С. 414.

3. Грошилин В. С., Черкасов М. Ф. Опыт комплексного лечения анальных трещин // Вестник хир. гастроэнтерологии. - 2008. -№ 4. - С. 127.

4. Ривкин В. Л., Бронштейн А. С., Файн С. Н. Руководство по колопроктологии. - Москва, 2004. - 488 с.

5. Хадыева А. А., Гайнутдинов Ф. М., Гумерова Г. Т., Хадыев Р. Ф. Дифференцированный способ лечения больных с анальной трещиной // Материалы второго съезда колопроктологов стран

СНГ, третьего съезда колопроктологов Украины с участием стран Центральной и Восточной Европы. - Одесса, 2011. - С. 139-140.

6. Шахрай С. В. Оценка показателей качества жизни у пациентов с анальным зудом // Новости хирургии. - 2010. - Т. 18. № 3. - С. 66-74.

7. Kalantar J. S., Howell S., Talley N. J. Prevalence of faecal incontinence and associated risk factors. An underdiagnosed problem in the Australian community? // The medical journal of australia. -2002. - Vol. 176. - Р. 4-57.

8. Rotholtz N. A., Bun M. et. al. Long-term assessment of fecal incontinence after lateral internal sphincterotomy // Coloproctology. -2005. - Vol. 9 (2). - P. 115-118.

Поступила 21.01.2013

Д. Е. РОСТОРГУЕВ, Е. Ю. МАСЛЕННИКОВ, И. И. ТАРАНОВ, Р. Ю. МЫЦЫКОВ, Е. А. ГЕРАСИМЕНКО

влияние биологических сред на имплантаты

ДЛЯ ОСТЕОСИНТЕЗА

Кафедра военно-полевой хирургии с курсом военно-полевой терапии Ростовского государственного медицинского университета, Россия, 344022, г. Ростов-на-Дону, пер. Нахичеванский, 29.

Тел. +7-928-604-00-90. E-mail: motul@inbox.ru

В сравнительном аспекте изучены некоторые параметры геометрии и морфологии поверхности имплантатов для накостного остеосинтеза. Установлены изменения массы, толщины и состояния поверхностей (шероховатости) пластин, использованных в целях остеосинтеза. Выявленные изменения являются следствием длительного контакта металла с агрессивными биологическими средами организма. Изменения объёмных и поверхностных свойств имплантатов могут привести к изменению их биосовместимости и явиться причиной развития осложнений в послеоперационном периоде.

Ключевые слова: остеосинтез, имплантаты, биологическая среда.

D. E. ROSTORGUEV, Е. Yu. MASLENNIKOV, I.I. TARANOV, R. Yu. MYTSYKOV, E. A. GERASIMENKO

INFLUENCE OF BIOLOGICAL ENVIRONMENTS ON IMPLANTS FOR THE OSTEOSYNTHESIS

Department of military-field surgery with the policy of the military-field therapy of Rostov state medical university, Russia, 344022, Rostov-on-Don, Nakhitchevansky, 29. Tel. +7-928-604-00-90. E-mail: motul@inbox.ru

In comparative aspect some parameters of geometry and morphology of a surface of implants for a ekstrakortikaly osteosynthesis are studied. Changes of weight, thickness and conditions of surfaces (roughness) of the plates used with a view of an osteosynthesis are established. The revealed changes are a consequence of long contact of metal to hostile biological environment of an organism. Changes of volume and superficial properties of implants can lead to change of their biocompatibility, and be at the bottom of development of complications in the postoperative period.

Key words: osteosynthesis, implants, biological environment.

Введение условиях действия на их поверхность тканевой жид-

В современной медицине широко применяются био- кости, крови, лимфы и других жидких компонентов,

технические изделия, в которых различные элементы и присутствующих в структурах организма. Данные жид-

части взаимодействуют с биологическими жидкостями, кости имеют водную основу и обладают свойствами

мягкими и твёрдыми тканями организма. Это относится электролитов, оказывая на покрытия имплантатов кор-

в первую очередь к имплантационным изделиям, пред- розионное воздействие [8, 14]. Протекающие анодные

назначенным для травматологии и ортопедии. Матери- процессы характеризуются ионизацией атомов приме-

алы данных изделий должны обладать определённым няемых имплантатов, диффузией ионов в окружающую

комплексом биологических, физико-химических, ме- биосреду с развитием металлоза [5, 9, 11]. Вследствие

дико-технических свойств, придающих им заданный этого изменяются состав и свойства поверхности им-

уровень совместимости с биологической средой [1, 2, плантата, а также происходит нарушение нормаль-

6]. Функционирование таких имплантатов протекает в ных клеточных процессов в биоструктурах, возникает

опасность развития воспалительных явлений и отторжения имплантата [ 4, 7].

Все осложнения, возникающие при имплантировании биоматериалов, используемых в травматологии и ортопедии, можно разделить на два больших класса [3, 6].

Один включает в себя осложнения, возникающие в результате повреждения имплантируемого материалы (коррозия, деформация, разрушение имплантата, биодеградация и т. д.).

Другой класс осложнений развивается вследствие сложных биологических процессов, протекающих вокруг имплантатов, включающих общие и локальные реакции организма на появление любого инородного тела.

Цель исследования - изучение изменений некоторых параметров геометрии и морфологии поверхности имплантатов для накостного остеосинтеза под влиянием агрессивных биологических сред.

Материалы и методы

Исследованы образцы имплантатов для накостного остеосинтеза (пластины 1/3 трубки) производства ООО «Остеосинтез». Все имплантаты согласно декларации производителя выполнены из сплава титана, отвечающего современным международным стандартам материалов (ISO).

Образцы для исследований разделены на две группы. Основную группу составили имплантаты, использованные для остеосинтеза переломов в области голеностопного сустава (25 образцов), которые находились в контакте с тканями организма в течение 5-7 месяцев. Накостную фиксацию имплантатов осуществляли винтами из сплава титана.

Группа сравнения (14 образцов) представлена ранее не использованными («новыми») в целях остеосинтеза имплантатами, не контактировавшими с биологическими средами организма. По отношению к этим имплантатам на муляже голеностопного сустава были произведены механические манипуляции, идентичные тем, которые производятся по отношению к металлоконструкциям в клинических условиях (стерилизация, моделирование формы конструкции, фиксация к кости и демонтаж).

Исследовали следующие параметры:

- химический состав имплантата методом спектрального анализа;

- массу имплантатов определяли на лабораторных весах AB-104F ACT «Mettler Toledo»;

- линейные размеры пластин (длина, ширина и толщина пластины в области средней части и концевых отделов);

- состояние поверхности пластин изучали при помощи стереоскопического микроскопа «Stemi-2000C» «Carl Zeiss»;

- с целью определения высоты микронеровностей на поверхностях имплантатов из пластин были изготовлены микрошлифы в поперечном сечении, которые исследовались на металлографическом микроскопе «Axiovert-40MAT» «Carl Zeiss» с применением специального программного обеспечения для проведения линейных измерений на изображении.

Статистический анализ результатов исследования производили на компьютере «Интел Пентиум» с помощью пакета программ «Microsoft Exel 5,0». Оценку достоверности межгрупповых сравнений проводили по t-критерию Стьюдента. За уровень значимости принимали р < 0,05.

Результаты исследования

Спектральным анализом пластин установлено, что по химическому составу (%): Al - 1,9; Mn - 1,23; Cr -0,09; Si - 0,05; Fe - 0,3; Zr - 0,016, материал можно отнести к титановому сплаву ОТ4-1.

При взвешивании пластин на лабораторных весах «AB-104F ACT» «Mettler Toledo» установлено, что вес «новой» пластины (135,510 - 08) составил 6,42±0,22 г. Вес имплантата, контактировавшего с биологическими средами (группа сравнения) составил 5,76 ± 0,18 г ( Р < 0,001).

При измерении толщины пластин установлено, что не использованные в целях остеосинтеза имплантаты имели равномерную толщину (1,45±0,05 мм) на всём протяжении.

Толщина металла в концевых отделах использованных пластин составила 1,31±0,03 мм. В средних отделах имплантаты имели толщину 1,20±0,03 мм (Р < 0,01).

Толщина металла использованных пластин была достоверно меньше (Р < 0,001) таковой по отношению к группе сравнения, что свидетельствует о том, что имплантат, длительное время функционировавший в организме, подвергся износу. При этом износ металлоконструкции носит неравномерный характер и более выражен в центральной её части.

Достоверных различий в изменениях таких параметров, как длина и ширина имплантатов, нами выявлено не было.

При исследовании поверхностей пластин стереоскопическим микроскопом «Stemi-2000C» «Carl Zeiss» установлено, что имплантаты, не использованные в целях остеосинтеза (группа сравнения), имели блестящую поверхность (рис. 1а, б).

Рис. 1а. Наружная поверхность «новой» пластины

Рис. 1б. Внутренняя поверхность «новой» пластины

Рис. 2а. Наружная поверхность использованной пластины

Рис. 3а. Новая пластина

Рис. 2б. Внутренняя поверхность использованной пластины

Пластины, использованные в целях остеосинтеза (основная группа), имели матовую поверхность как в наружных, так и во внутренних отделах (рис. 2а, б).

Матовость поверхности использованных пластин соответствует состоянию металла, подвергавшегося агрессивному химическому воздействию. Установлены отличия параметров маркировки пластин, выполненной электроискровым методом. Исследования, выполненные с помощью стереомикроскопа «Stemi-2000C», выявили различия в толщине линий маркировки на «новых» и использованных пластинах. На использованных пластинах имело место истончение линий, что

Рис. 3б. Использованная пластина

свидетельствует о растраве поверхностного слоя металла (рис. 3а, б).

В результате измерения микронеровностей на микрошлифах установлено, что на пластинах, не контактировавших с биологическими средами, высота микронеровностей на наружной (выпуклой) поверхности имплантатов (рис. 4а) варьировалась в пределах 1,4-2,3 мкм при среднем значении 1,76±0,10 мкм, на внутренней (вогнутой) поверхности (рис. 4б) в пределах 1,6-2,7 мкм при среднем значении 1,91±0,11 мкм. Достоверных различий в высоте микронеровностей выявлено не было ( Р > 0,05).

На использованных в целях остеосинтеза пластинах высота микронеровностей на наружной

Рис. 4б. Микрошлиф. Новая пластина изнутри (1,6-2,7 мкм)

поверхности имплантатов (рис. 5а) варьировалась в пределах 1,8-3,0 мкм при среднем значении 2,34±0,16 мкм, на внутренней поверхности (рис. 5б) в пределах 2,33,2 мкм при среднем значении 2,73±0,11 мкм.

Размеры микронеровностей на использованных пластинах были достоверно выше (Р <0,001 ) по от-

тельной реакции, протекающей на границе раздела фаз, зависит от площади имплантата [1, 3, 5, 10].

Выявленные увеличения размеров микронеровностей на поверхностях пластин, использованных в целях остеосинтеза, увеличивают риск развития инфекционных осложнений, так как способствуют адгезии

Рис. 5а. Микрошлиф. Использованная пластина, снаружи (1,8-3,0 мкм)

Рис. 5б. Микрошлиф. Использованная пластина, изнутри (2,3-3,2 мкм)

ношению к неиспользованным как в зоне контакта имплантата с костной тканью (внутренняя поверхность пластины), так и в области соприкосновении с мягкот-канными образованиями (наружная поверхность пластины).

Обсуждение результатов исследования

Полученные данные свидетельствуют о достоверных отличиях в массе, толщине, внешнем виде и состоянии поверхностей (шероховатости) пластин основной группы и группы сравнения. Выявленные различия являются следствием контакта металла с агрессивными биологическими средами организма.

Имплантация в организм любого чужеродного металла вызывает воспалительную реакцию, которая является выражением защитной и репаративной функции соединительной ткани, направленной на ликвидацию или изоляцию повреждающего агента и восстановление повреждённых тканей [5, 6]. Интенсивность воспаления зависит от степени биосовместимости имплантируемых материалов. При наличии биосовместимости местная реакция на инородное тело зависит от поверхностных свойств материала, формы импланта-та, соотношения между площадью поверхности биоматериала и объёмом имплантата [2, 3].

Известно, что активность воспалительного процесса, связанного с имплантируемым материалом, также в значительной степени зависит от физических и физико-химических свойств материала имплантата и его поверхности [3, 7]. Процессы, сопровождающиеся неконтролируемыми изменениями объёмных и поверхностных свойств материалов, могут изменять их биосовместимость [1, 2, 13].

Активация воспалительных клеток (полиморфно-ядерных лейкоцитов, макрофагов) возникает после адгезии клеток к поверхности инородного материала (имплантата) [12, 13]. Процесс активации характеризуется морфологическими и цитоплазматическими изменениями, приводящими к синтезу и высвобождению биологически активных веществ ( медиаторов воспаления) [6]. Локальная концентрация ферментов при воспали-

воспалительных клеток и бактерий к поверхности им-плантатов.

Установленное уменьшение массы и толщины имплантатов, использованных в целях остеосинтеза, может быть как обусловлено пассивным растворением компонентов сплава титана в различных биологических средах, так и являться следствием процессов коррозионной ионизации металла.

Накопление металла в тканях может привести к развитию аллергической реакции, которая протекает, как правило, в виде реакции гиперчувствительности замедленного типа с преобладанием местных проявлений отторжения [4, 12, 15]. Развитие реакции может отмечаться в отдалённом периоде, что зачастую расценивается как « непонятное позднее нагноение» [4, 9].

Проведенный спектральный анализ пластин показал присутствие в составе сплава алюминия и хрома, которые наряду с ванадием, кобальтом и никелем считаются наиболее аллергогенными компонентами металлоконструкций [11, 15].

Имеются данные, что сплавы титана, обладая низкой скоростью резорбции, с течением времени, накапливаясь в тканях организма, могут оказывать мутагенное действие [10, 15].

Результаты проведенных исследований свидетельствуют об актуальности и практической значимости поиска путей минимизации негативных последствий контакта имплантатов с биологическими тканями. Перспективной, на наш взгляд, является разработка как способов модификации поверхностей имплантатов, контактирующих с биологическими средами, так и методов их фармакологической защиты от агрессивного воздействия биологических сред.

ЛИТЕРАТУРА

1. Калита В. И., Маланин Д. А., Мамаева В. А., Мамаев А. И., Комлев Д. А., Деревянко И. В., Новочадов В. В., Ланцов Ю. А., Су-чилин И. А. Модификация поверхностей внутрикостных имплан-татов: современные исследования и нанотехнологии // Вестник ВолГМУ. - 2009. - Выпуск 4 (32). - С. 17-22.

2. Карлов А. В., Хлусов И. А. Зависимость процессов репара- 10. McGarry S., Morgan S. J., Grosskreuz R. M. et al. Serum тивного остеогенеза от поверхностных свойств имплантатов для titanium levels in individuals undergoing intramedullary femoral остеосинтеза // Гений ортопедии. - 2003. - № 3. - С. 46-51. nailing with a titanium implant // J. «Trauma». - 2008. - Vol. 64 (2). -

3. Карлов А. В., Шахов В. П. Системы внешней фиксации и ре- P. 430-433.

гуляторные механизмы оптимальной биомеханики. - Томск: STT, 11. Okazaki Yoshimitsu, Gotoh Emiko, Manabe Takeshi,

2001. - 477 c. Kobayashi Kihei. Comparison of metal concentrations in rat tibia

4. Кузьмин И. И. Патогенетические особенности инфекцион- tissues with various metallic implants // Biomaterials. - 2004. - Vol. 25. ного процесса в травматологии и ортопедии // Вестник травмато- № 28. - Р. 5913-5920.

логии и ортопедии им. Н. Н. Приорова. - 2000. - № 4. - С. 67-71. 12. Pesskovа V., Kubiec D., HulejovH., Himmlovа L. The influence

5. Пахалюк В. И., Калинин С. И., Олиниченко Г. Д. Биологи- of implant surface properties oncell adhesion and proliferation // J. ческие реакции на частицы износа, образующиеся в традицион- mater. sci. mater. med. - 2007. - Vol. 18. № 3. - P. 465-473.

ных и альтернативных парах трения при тотальном замещении 13. Rodriguez A., Anderson J. M. Evaluation of clinical biomaterial

тазобедренного сустава // Ортопед. травматол. - 2003. - № 4. - surface effects on T lymphocyte activation // J. biomed. mater. res.

С. 162-171. A. - 2010. - Vol. 92. № 1. - P. 214-220.

6. Шехтер А. Б., Розанова И. Б. Тканевая реакция на имплан- 14. Schmutz P. Metallic medical implants: electrochemical тат // В кн.: «Биосовместимость» / Под ред. В. И. Севастьянова. - characterization of corrosion processes // The electrochemical so-М., 1999. - С. 174-208. ciety. - 2008. - P. 35-40.

7. Шехтер А. Б., Серов В. В. Воспаление и регенерация // 15. Thomas P., Schuh A., Ring J. et al. Orthopedisch-chirurgische В кн.: Воспаление. - М.: Медицина, 1995. - С. 200-219. Implantate und allergien. Gemeinsame stellungnahme des

8. Шубкин Р. Р., Татиатулин Р. Р., Горчаковский В. К., Пер- arbeitskreises implantatallergie (AK 20) der Deutschen gesellschaft вышина Е. П. Коррозия имплантатов из титановых сплавов как fur orthopedie und orthopedische chirurgie (DGOOC), der Deutschen результат воздействия окружающей среды // Анналы травматол. kontaktallergie gruppe (DKG) und der Deutschen gesellschaft fur и ортопед. - 1996. - № 2. - С. 43-44. allergologie und klinische immunologie (DGAKI) // Orthopade. -

9. Bose В. Delayed infection after instrumented spine surgery: 2008. - Vol. 37 (1). - P. 75-88. case reports and review of the literature // Spine. - 2003. - Vol. 3. -

P. 394-399. Поступила 14.10.2012

с. с. сасько1, д. п. березовский2, c. с. тодоров3, С. С. БАчуРиН4, Т. г. фАЛЕЕБА2' 5 6, и. в. корниенко5' 6

СЕЗОННАЯ ВСТРЕЧАЕМОСТЬ ТРОМБОТИЧЕСКИХ ОСЛОЖНЕНИЙ,

по данным отдела экспертизы трупа и отдела экспертизы живого лица бюро смэ ростовской области

гГосударственное учреждение здравоохранения «Областная больница № 2», Россия, 344029, г. Ростов-на-Дону, ул. 1-й Конной армии, 33. Тел.: (863) 252-00-19, 254-88-11, 254-41-44, факс (863) 254-08-00; 2кафедра судебной медицины с курсом правоведения Ростовского государственного медицинского университета, Россия, 344022, г. Ростов-на-Дону, пер. Нахичеванский, 29. Тел.: (863) 263-23-91, 250-41-04,

факс (863) 253-06-11. E-mail: dpb@mail.ru; 3Ростовский научно-исследовательский онкологический институт, Россия, 344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14 линия, 63. Тел. (863) 291-48-40; 4кафедра управления и экономики фармации, фармацевтической технологии и фармакогнозии Ростовского государственного медицинского университета, Россия, 344022, г. Ростов-на-Дону, пер. Нахичеванский, 29. Тел. (863) 250-40-26. E-mail: burlak@aaanet.ru; 5НИИ биологии Южного федерального университета, Россия, 344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194/1; 6Федеральное государственное казенное учреждение «16 Государственный центр судебно-медицинских и криминалистических экспертиз» Министерства обороны Российской Федерации, Россия, 344000, г. Ростов-на-Дону, ул. Лермонтовская, 60

В статье приводятся статистические данные о сезонности тромботических осложнений. Анализу были подвергнуты все случаи с тромботическими осложнениями после механической травмы за период времени с 2004 по 2010 год по данным двух отделов областного Бюро судебно-медицинской экспертизы: танатологического отдела и отдела экспертизы живого лица. Отобранные экспертные документы с тромботическими осложнениями были подразделены на четыре группы сравнения: лица с тромботическими осложнениями, без какого-либо механического воздействия в анамнезе (I группа) и лица