CC BY
291
ВЛИЯНИЕ ИМПУЛЬСНОГО УЛЬТРАЗВУКА НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ НА КОСТНУЮ ТКАНЬ
Ивашенко С.В.1, Остапович А.А.1, Беззубик С.Д.2, Чекан В.А.3
'Белорусский государственный медицинский университет, Минск 2Республиканский научно-практический центр неврологии и нейрохирургии, Минск 'Институт порошковой металлургии, Беларусь
Ivashenko S.V.1, Ostapovich A.A.1, Bezzubik S.D.2, Chekan V.A.,3
Belarusian State Medical University, Minsk 2State Centre of Neurology and Neurosurgery, Belarus institute of Powder Metallurgy, Belarus Influence of pulsed low frequency ultrasound on bone tissue
Резюме. Показано, что низкочастотный импульсный ультразвук22,44 и 60 кГц снижает минеральную насыщенность, прочностные показатели костной ткани, стимулирует ее перестройку без выраженного поражения структур, отвечающих за регенерацию кости. Наиболее эффективным для подготовки костной ткани в продуктивном периоде ортодонтического лечения пациентов с зубочелюстными аномалиями и деформациями в сформированном прикусе является применение 10 процедур воздействия импульсным ультразвуком 60 кГц.
Ключевые слова: импульсный низкочастотный ультразвук, костная ткань, кальций, фосфор, ортодонтическое лечение, зубочелюстные деформации.
Современная стоматология. — 2014. — №1. — С. 90-93.
Summary. We prove that low-frequency pulsed ultrasound22,44 and 60 kHz reduces mineral saturation, strength of bone, stimulates its rearrangement without hitting the structures responsible for the regeneration of bone. The most effective weakening of the bone before orthodontic treatment of patients wtth dentoalveolar anomalies and deformations in the formed bite is exposure of 10 procedures of pulsed ultrasound to 60 kHz. Keywords: pulsed low frequency ultrasound, bone tissue, calcium, phosphoru, orthodontic treatment, dentoalveolar deformations. Sovremennaya stomatologiya. — 2014. — N1. — P. 90-93.
Ортодонтическое лечение пациентов с зубочелюстными аномалиями и деформациями у взрослых более сложное и длительное, чем в детском и юношеском возрасте. Это связано с тем, что с возрастом ослабевают обменные процессы, увеличивается плотность компактной пластинки и губчатого вещества костной ткани, снижается ее пластичность [1, 4, 10]. Известно, что хорошего результата лечения в сформированном прикусе можно добиться только при комплексном подходе. Для этого разработано много различных методов инвазивного и неинвазивного воздействия на уровень минеральной насыщенности и плотности костной ткани [2, 3, 9]. Ослабить костную ткань и сделать ее более податливой к перемещению зубов можно, воздействуя на нее низкочастотным ультразвуком.
Известно, что низкочастотный ультразвук вызывает многообразные тканевые и клеточные реакции в области озвучивания. Он оказывает разностороннее биологическое действие: микромассаж клеточных структур, тепловой эффект, физико-химические изменения. Ультразвуковые волны нормализуют кровообращение и лимфообращение, улучшают обмен веществ, оказывают нормализующее влияние на все системы организма, обладают обезболивающим,
спазмолитическим, противовоспалительным и десенсибилизирующим действием и др. Установлено, что непрерывный низкочастотный ультразвук способствует уменьшению концентрации кальция и фосфора в костной ткани, снижает максимальную нагрузку, предшествующую разрушению кости. По данным гистологических исследований, низкочастотный непрерывный ультразвук стимулирует переход костной ткани в волокнистую соединительную ткань, остеоцитов - в фибробласты и фиброциты, остеобластическая функция преобразовывается в остеокластическую [2, 6-8].
Цель исследования - изучить влияние импульсного ультразвука частотой 22, 44 и 60 кГц на костную ткань.
Материалы и методы
Эксперимент проведен на 23 кроликах породы шиншилла, самцах одинакового веса и возраста (18 опытных и 5 контрольных). Опытных животных разделили на 3 группы. В первой группе проводили озвучивание костной ткани и слизистой оболочки альвеолярного отростка нижней челюсти в области центральных резцов импульсным ультразвуком частотой 22 кГц по 5, 10 и 15 процедур. Во второй группе осуществляли озвучивание костной ткани и слизистой альвеолярного отростка нижней челюсти в той же области импульсным
ультразвуком частотой 44 кГц по 5, 10 и 15 процедур. В третьей группе на костную ткань и слизистую оболочку альвеолярного отростка нижней челюсти опытных животных воздействовали импульсным ультразвуком частотой 60 кГц по 5, 10 и 15 процедур. Источником импульсного ультразвука служил аппарат для низкочастотной ультразвуковой терапии «АНУЗТ-1-100» ТУЛЬПАН, разработанный на кафедре ортопедической стоматологии Белорусского государственного медицинского университета совместно с Институтом физиологии НАН Беларуси и Институтом прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко БГУ. В соответствии с инструкцией к аппарату настраивали следующие параметры ультразвукового воздействия: режим - импульсный, интенсивность - 0,4 Вт/см2, период воздействие/ пауза - 5/5 секунд, длительность процедуры - 8-10 минут.
Животные находились на стандартном рационе вивария. После окончания эксперимента их выводили из опыта под наркозом. Для исследований брали озвученные фрагменты костной ткани нижней челюсти опытных и контрольных животных и фиксировали в 10-процентном растворе формалина.
Содержание кальция и фосфора в костной ткани определяли с помощью ска-
нирующего электронного микроскопа «CamScan 4» с энергодисперсионным микрорентгеноспектральным анализатором «INCA 350» («Oxford Instruments», Англия).
Испытание образцов костной ткани на сжатие проводили на испытательном стенде Instron-1195 при температуре 23±2 °С и относительной влажности 5о±5%. Определяли максимальную нагрузку, предшествующую разрушению, и напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке.
Результаты физических исследований обработаны с помощью специальных прикладных программ STATISTICA 6.0 и Microsoft Excel с вычислением средней арифметической (m), медианы, верхнего и нижнего квартилей, критериев достоверности Манна - Уитни (U), вероятности достоверности сравниваемых величин (p). Различия рассматривались как достоверные при p<0,05 [5].
Для проведения гистологических исследований образцы костной ткани декальци-нировали в 7-процентном растворе азотной кислоты в течение 72 часов, проводили через спирты восходящей концентрации (30—96 °) и заливали в целлоидин. Срезы приготавливали на ультратоме «LKB-III», окрашивали гематоксилином и эозином. Препараты изучали на световом микроскопе «Leica DMD 110» с выводом изображения на монитор персонального компьютера.
Результаты и обсуждение
Влияние импульсного ультразвука частотой 22 кГц на костную ткань. После 5 процедур воздействия импульсным ультразвуком частотой 22 кГц содержание кальция в компактной пластинке костной ткани достоверно снижается в 1,23 раза по сравнению с таковым в группе контроля. После 10 процедур воздействия среднее содержание кальция в 1,42 раза ниже контрольного значения, после 15 физио-
процедур - статистически достоверно ниже контрольного значения в 1,76 раза.
Содержание фосфора в компактной пластинке после 5 процедур воздействия импульсным ультразвуком частотой 22 кГц меньше контрольного значения в 1,3 раза. После 10 и 15 процедур озвучивания концентрация фосфора статистически достоверно меньше контрольного значения в 1,52 и 1,8 раза соответственно.
Концентрация кальция в губчатом веществе костной ткани статистически достоверно уменьшилась по сравнению с контрольным значением соответственно в 1,34, 1,55 и 1,81 раза после 5, 10 и 15 процедур воздействия импульсным ультразвуком частотой 22 кГц. Уровень фосфора в губчатом веществе статистически достоверно снизился в 1,39, 1,68 и 1,85 раза соответственно после 5, 10 и 15 процедур воздействия импульсным ультразвуком частотой 22 кГц (табл. 1).
После 10 процедур воздействия импульсным ультразвуком частотой 22 кГц максимальная нагрузка, предшествующая разрушению опытных образцов костной ткани, статистически достоверно снизилась в 1,59 раза по сравнению с таковой в контрольной группе. При этом напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, статистически достоверно уменьшилось в 1,78 раза по сравнению контрольным значением (табл. 2).
Морфологические исследования показали, что после 5 процедур воздействия низкочастотным импульсным ультразвуком 22 кГц принципиальная структура костной ткани сохранилась, но окраска препаратов была неоднородной. Срезы выглядели «пестрыми». Участки более интенсивной базофилии неравномерно чередовались с очагами выраженной эозинофилии. В кортикальных пластинках и костных балочках многочисленные базофильные линии склеивания имели неравномерное поперечное сечение, распространялись в различных направлениях и вокруг гаверсовых каналов. Костные балочки частично были истончены, межбалочные лакуны расширены.
После 10 процедур воздействия низкочастотным импульсным ультразвуком 22 кГц на фоне усиления общей эозинофилии препаратов определялась резкая мозаич-ность. Значительно увеличилось количество линий склеивания, которые неравномерно распространялись в различных направлениях и имели неоднородную толщину. Отмечалась их выраженная базофилия (рис. 1). Наблюдалось неравномерное истончение и базофилия балочек губчатой костной ткани, а также тонкие линии склеивания. Межбалочные полости были
Таблица 1
Содержание (в весовых процентах) кальция и фосфора в образцах костной ткани при воздействии импульсным ультразвуком частотой 22, 44 и 60 к1ц
Частота Кол-во Компактная пластинка Губчатое вещество
процедур Ca P Ca P
5 16,36* (15,97; 16,90) 16,50 9,09* (8,51; 9,10) 8,77 11,32* (10,65; 11,93) 11,27 7,34* (7,22; 8,32) 7,65
22 кГц 10 14,12* (13,97; 14,61) 14,29 7,64* (7,12; 7,97) 7,55 9,78* (9,47; 9,88) 9,74 6,12* (6,11; 6,98) 6,34
15 11,30* (11,01; 12,11) 11,56 6,13* (5,89; 6,98) 6,37 8,22* (7,91; 8,82) 8,34 5,35* (5,22; 6,18) 5,75
5 15,04* (14,12; 15,33) 14,82 8,12* (7,76; 8,28) 8,14 10,45* (10,65; 11,93) 10,56 6,74* (6,25; 8,11) 7,13
44 кГц 10 12,54* (11,99; 12,88) 12,45 6,69* (6,65; 6,72) 6,67 8,75* (9,47; 9,88) 8,93 5,90* (5,05; 7,01) 5,98
15 10,05* (9,58; 10,35) 10,11 6,23* (5,62; 6,37) 6,03 8,34* (7,91; 8,82) 8,29 5,38* (4,83; 6,59) 5,63
5 14,22* (14,02; 14,58) 14,31 7,89* (7,43; 8,25) 7,86 9,55* (9,35; 10,97) 10,01 6,45* (6,27; 7,17) 6,73
60 кГц 10 11,67* (11,61; 11,95) 11,73 6,75* (6,68; 6,97) 6,70 8,92* (8,04; 9,17) 8,78 5,61* (5,25; 6,38) 5,81
15 10,38* (9,69; 10,93) 10,30 6,17* (5,59; 6,98) 5,91 8,01* (7,74; 8,02) 7,99 5,98* (4,07; 6,11) 5,31
Контроль 20,37 (19,67; 20,81) 20,30 11,25 (11,21; 11,93) 11,45 15,35 (14,69; 15,38) 15,10 10,35 (10,17; 11,14) 10,63
Примечание: * - здесь и в табл. 2 статистически достоверные различия показателей в сравнении с таковыми в группе контроля, р<0,05
Таблица 2
Показатели максимальной нагрузки и напряжения контрольных и опытных образцов костной ткани челюсти кролика после 10 процедур воздействия низкочастотным импульсным ультразвуком
Образцы костной ткани Статистические показатели Рп^ H а ., МПа ср >
Медиана 291,63 9,24
Контроль Квартили (284,41; 293,21) (9,05; 9,31)
Среднее 289,75 9,20
Медиана 184,72* 5,14*
Опыт 22 кГц Квартили (177,15; 189,25) (4,91; 5,47)
Среднее 183,71 5,17
Медиана 165,12* 4,55*
Опыт 44 кГц Квартили (157,29; 169,08) (4,37; 4,95)
Среднее 163,83 4,62
Опыт 60 кГц Медиана Квартили 149,13* (141,48; 154,27) 148,29 4,12* (3,94; 4,29)
Среднее 4,12
Примечание: Рта1 - максимальная нагрузка, предшествующая разрушению; а ср - напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению '
расширены и заполнены отечным костным мозгом с выраженной гиперемией сосудов. В редких полях зрения выявлялись признаки эндостального костеобразования. Надкостница была уплотнена с интенсивной неравномерной базофилией, фиброзом и утолщением базального слоя, гиперемией мелких артерий, резким утолщением, склерозом стенок отдельных из них.
После 15 процедур воздействия низкочастотным импульсным ультразвуком 22 кГц наблюдалось значительное нарастание признаков перестройки костной ткани. Отмечалось усиление фиброза и резкая гиперемия сосудов в истонченном компактном слое, интенсивная базофилия, особенно по границе с базальной частью надкостницы. Определялась отечность остеоцитов с частичной атрофией и гибелью отдельных из них с образованием полостей. В губчатой кости наблюдалось истончение значительной части балочек, снижение их базофилии. Межбалочные пространства были расширены, содержали отечный жировой костный мозг с резко расширенными полнокровными сосудами. Повсеместно волокнистая соединительная ткань замещала костную ткань.
Влияние импульсного ультразвука частотой 44 кГц на костную ткань. Воздействие на костную ткань импульсным ультразвуком частотой 44 кГц статистически достоверно снизило уровень кальция в компактной пластинке костной ткани в 1,37, 1,63 и 2,01 раза после 5, 10 и 15 процедур соответственно. Аналогично в компактной пластинке статистически достоверно уменьшалось содержание фосфора в 1,41, 1,72 и 1,9 раза после 5, 10 и 15 процедур соответственно.
Уровень кальция в губчатом веществе костной ткани статистически достоверно уменьшился по сравнению с контрольным значением в 1,43, 1,69 и 1,82 раза после 5, 10 и 15 процедур воздействия импульсным ультразвуком частотой 44 кГц соответственно. Содержание фосфора в губчатом веществе статистически достоверно снизилось в 1,49, 1,78 и 1,89 раза соответственно после 5, 10 и 15 процедур
Рис. 1. Костная ткань после 10 процедур воздействия импульсным ультразвуком частотой 22 кГц. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. х 200
Рис. 2. Костная ткань после 10 процедур воздействия импульсным ультразвуком частотой 44 кГц. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. х 200
воздействия импульсным ультразвуком частотой 44 кГц (см. табл. 1).
После 10 процедур воздействия импульсным ультразвуком частотой 22 кГц максимальная нагрузка, предшествующая разрушению опытных образцов костной ткани, статистически достоверно снизилась в 1,77 раза по сравнению с таковой в контрольной группе. При этом напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, статистически достоверно уменьшилось в 2 раза по сравнению с контрольным значением (см. табл. 2).
В ходе морфологических исследований было установлено, что после 5 процедур воздействия низкочастотным импульсным ультразвуком 44 кГц наблюдалось истончение компактной пластинки костной ткани. Линии склеивания с выраженной базофилией, неравномерной толщины. Они очерчивали участки костной ткани различной величины и формы, создавая резкую мозаичность. Большинство остеоцитов были резко набухшими и вакуолизированными. Балочки губчатой кости неоднородны по толщине: участки истончения чередовались с гипертрофией. Межбалочные лакуны заполнены жировым костным мозгом с признаками склероза.
После 10 процедур воздействия низкочастотным импульсным ультразвуком 44 кГц выражена общая мозаичность костной ткани на фоне неравномерной эозинофи-лии. Выявлялись признаки гомогенизации балочек губчатой кости и истончения компактного слоя с резким отеком остеоцитов. Повсеместно наблюдалось расширение просветов сосудов и их полнокровие. Появлялись обширные поля замещения кости волокнистой соединительной тканью (рис. 2).
После 15 процедур воздействия низкочастотным импульсным ультразвуком 44 кГц волокнистая соединительная ткань во многих местах заместила значительную часть кости. Появились крупные толстостенные сосуды. Количество линий склеивания уменьшилось. Они очерчивали крупные поля, создавая неравномерную мозаичность. Отмечалось набухание, отек остеоцитов, рарефикация костной ткани, истончение, атрофия костных балочек. Межбалочные полости были расширены, заполнены склерозированным костным мозгом.
Влияние импульсного ультразвука частотой 60 кГц на костную ткань. Воздействие на костную ткань импульсным ультразвуком частотой 60 кГц статистически достоверно снижало уровень кальция в компактной пластинке костной ткани в 1,42, 1,73 и 1,97 раза после 5, 10 и
15 процедур соответственно. В компактной пластинке статистически достоверно уменьшалось содержание фосфора в 1,46, 1,7 и 1,94 раза после 5, 10 и 15 процедур соответственно.
Содержание кальция в губчатом веществе костной ткани статистически достоверно уменьшилось по сравнению с контрольным значением в 1,5, 1,72 и 1,88 раза после 5, 10 и 15 процедур воздействия импульсным ультразвуком частотой 44 кГц соответственно. Уровень фосфора в губчатом веществе статистически достоверно снизился в 1,58, 1,83 и 2 раза соответственно после 5, 10 и 15 процедур воздействия импульсным ультразвуком частотой 44 кГц (см. табл. 1).
После 10 процедур воздействия импульсным ультразвуком частотой 22 кГц максимальная нагрузка, предшествующая разрушению опытных образцов костной ткани, статистически достоверно снизилась в 1,95 раза по сравнению с таковой в контрольной группе. При этом напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, статистически достоверно уменьшилось в 2,23 раза по сравнению с контрольным значением (см. табл. 2).
Результаты гистологического исследования показали, что после 5 процедур воздействия низкочастотным импульсным ультразвуком 60 кГц выражено полнокровие сосудов и отечность тканей. Наблюдались признаки пролиферации клеток базального слоя надкостницы. По ходу костных бало-чек и в питательных каналах появлялись остеобластические элементы с образованием гомогенного эозинофильного пояса остеоида. В отдельных полях зрения выявлялись островки остеокластических элементов, признаки резорбции костной ткани. Стенки сосудов были утолщены за счет пролиферации адвентиции.
После 10 процедур воздействия низкочастотным импульсным ультразвуком 60 кГц значительно увеличились площади замещения кости волокнистой соедини-
Рис. 3. Костная ткань после 10 процедур воздействия импульсным ультразвуком частотой 60 кГц. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. х 200
тельной тканью с большими участками коллагеновых волокон. Появились очаги скопления остеокластов с наличием многоядерных элементов с признаками резорбции, узурирования костной ткани. Выражены истончение костных балочек, оксифильная гомогенность межуточного вещества, образование остеоида, крупных межбалочных полостей, которые заполнены полнокровным жировым костным мозгом (рис. 3).
После 15 процедур воздействия низкочастотным импульсным ультразвуком 60 кГц волокнистая соединительная ткань из полигональных и веретеновидных клеток заместила костную ткань. Четко выражено формирование коллагеновых пучков. В отдельных участках костная ткань была замещена жировой тканью, которая сливалась с жировым костным мозгом межбалочных полостей. Последние содержали скопления клеток, которые резорбировали окружающее костное вещество. Выражена гиперемия всех тканей. Выявлялись участки пустых лакун.
Выводы:
1. После воздействия низкочастотным импульсным ультразвуком частотой 22, 44 и 60 кГц минеральная насыщенность кости и ее прочностные свойства снижаются с увеличением частоты ультразвукового воздействия и количества процедур.
2. Импульсный ультразвук частотой 22, 44 и 60 кГц стимулирует процессы перестройки костной ткани и замещения ее волокнистой соединительной тканью, без выраженного поражения структур, отвечающих за регенерацию кости.
3. Наиболее эффективным для подготовки костной ткани в предактивном периоде ортодонтического лечения пациентов с зубочелюстными аномалиями и деформациями в сформированном прикусе является применение 10 процедур воздействия импульсным ультразвуком 60 кГц.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Добровольская, О.В. Минеральная плотность костной ткани у пациентов старше 50 лет, перенесших малотравматичные переломы / Добровольская О.В., Торопцова Н.В., Никитинская О.А., Демин Н.В., Беневоленская Л.И. // Журн. Гродн. гос. мед. ун-та. -
2010.- № 3 (31). - С. 18.
2. Ивашенко, С.В. Лечение зубочелюстных аномалий и деформаций в сформированном прикусе с применением физических и физико-фармакологических методов (экспериментально-клиническое исследование): автореф. дис. ...д-ра. мед. наук. - Минск,
2011. - 42 с.
3. Наумович, С.А. Повышение эффективности комплексного (ортопедохирургического) лечения аномалий и деформаций зубочелюстной системы в сформированном прикусе: автореф. дис. .д-ра мед. наук. - Минск, 2001. - 42 с.
4. Максикова, Т.М. Динамическое исследование минеральной плотности костной ткани у подростков / Максикова Т.М., Меньшиков А.М., Меньшикова Л.В. // Сиб. мед. журн. - 2007. - № 7. - С. 93-95.
5. Реброва, О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA: учеб. пособие / О.Ю. Реброва. - М., 2002. - 306 с.
6. Улащик, В.С. Новые данные о физиологическом и лечебном действии низкочастотного ультразвука / Улащик В.С. // Физиотерапевт. - 2012. - №8. -С. 3-10.
7. Хилл, К. Ультразвук в медицине. Физические основы применения / К.Хилл, Дж. Бэмбера. - М., 2008. - 544 с.
8. Barth, G. Biological effects of ultrasound therapy / Barth G., Wachsmann F// Erlanger Ultraschall. Tagung. -1997. - P. 162-205.
9. Ghita, A. Monitoring the mineralisation of bone n odules in vitro by space- and time-resolved Raman micro-spectroscopy / Ghita A., Pascut FC., Sottile V, Notingher I. // Analyst. - 2013. - Oct 24.
10. Ohman, C. Human bone hardness seems to depend on tissue type but not on anatomical site in the long bonesof an old subject / Ohman C., Zwierzak I., Baleani M. // M. Proc. Inst. Mech. Eng. H. - 2013. -Vol. 227 (2). - P. 200-206.
Поступила 16.12.2013
Это полезно знать
Особенности оказания стоматологической помощи иностранным студентам, прибывшим из различных климатогеографических регионов мира
На основании данных стоматологического обследования 420 студентов Российского университета дружбы народов, прибывших из различных климатогеографических регионов, разработаны рекомендации по проведению лечебных и профилактических мероприятий. При работе со студентами из стран Африки ведущая роль отводилась профилактике кариеса. При работе со студентами из стран Ближнего Востока и Латинской Америки оказалось необходимым скорейшее лечение кариеса и его осложнений. При работе со студентами из стран Азии следовало уделить внимание профилактике и лечению заболеваний пародонта.
Макеева И.М., Даурова Ф.Ю., Пятигорская Н.В. //Вестн. РАМН. - 2013. - №3. - С.59-61.
