Біомеханічна характеристика неушкоджених і травмованих довгих кісток скелета в постнатальному онтогенезі (анатомо-експериментальне дослідження)

Abstract

Буштрук А.М. Біомеханічна характеристика неушкоджених і травмованих довгих кісток скелета в постнатальному онтогенезі (анатомо-експериментальне дослідження). – На правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.03.01 – нормальна анатомія. – Сумський державний університет, Суми, 2015. Дисертація присвячена вивченню хімічного складу та біомеханічних пара-метрів інтактної і травмованої довгої кістки скелета в процесі постнатального онтогенезу. Механічна травма призводить до сповільнення поздовжнього росту стег-нової кістки у тварин підсисного, інфантильного, ювенільного та молодого віку через 10 та 15 днів після травми і незначного зростання ширини діафіза у щурів від підсисного до зрілого віку. Через 24 доби після травми відзначається норма-лізація ростових показників у всіх вікових періодах. Упродовж усього терміну репаративного остеогенезу відбувається втрата кісткою кальцію та зростання вмісту мікроелементів, зокрема марганцю, міді, цинку, заліза та магнію. Відно-влення рівня мікроелементів більш активно відбувається у тварин від підсисно-го до молодого віку, більш повільно – у тварин передстаречого та старечого ві-ку. Активізація процесів ремоделювання кістки призводить до зменшення числа твердості травмованого органа на 24-ту добу спостереження у всіх вікових групах, крім тварин старечого віку, де зменшення показника було критичним вже на початковій стадії репаративної регенерації. Параметри міцності кістки найбільше змінюються у тварин підсисного, інфантильного, передстаречого та старечого віку, які характеризуються нестійкою будовою кісткової тканини. Найменші зміни характерні для щурів молодого та зрілого віку. Модуль Юнга та жорсткість поперечного перерізу кістки, що характеризують якість кісткової тканини, максимально змінюються у тварин передстаречого та старечого віку на 10-й день спостереження. На 24-ту добу після травми у тварин молодого та зрілого віку відбувається відновлення показника, у тварин від підсисного до ювенільного віку – значне їх зростання, в той час як у тварин передстаречого та старечого віку динаміка відсутня. В результаті виконання роботи створена біомеханічна модель стегнової кістки, що дозволяє з високою ймовірністю розрахувати параметри міцності кі-сткової тканини тварин різного віку за умов пошкодження її цілісності.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности 14.03.01 - нормальная анатомия. - Сумской государственный уни-верситет, Сумы, в 2015. Диссертация посвящена изучению химического состава и биомеханических параметров интактной и травмированной длинной кости скелета в процессе постна-тального онтогенеза. Изучение особенностей механических параметров был проведен на 168 белых лабораторных крысах самцах 7 возрастных групп. По классификации За-паднюк В. И. (1983), жизненный цикл крысы делится на 4 периода и 9 возраст-ных групп. В нашем эксперименте были задействованы крысы подсосных воз-раста (15 дней), инфантильного (30 дней), ювенильного (80 дней), молодого (210 дней), зрелого возраста (435 дней), предстарческого (630 дней) и старче-ского возраста (810 дней). Все животные были разделены на 2 серии - кон-трольную и экспериментальную. Контрольную серию животных составили интактные крысы 7 возрастных групп по 6 животных в каждой. Животным экспериментальной серии (126 крыс всех возрастных групп) в условиях стерильной операционной наносили дырча-тый дефект с медиальной поверхности тела средней трети бедренной кости. Травма была выполнена в месте, где отсутствуют мышцы и магистральные со-суды, для уменьшения общего травматизма. Дефект наносили стоматологиче-ским бором диаметром от 1 до 2 мм в зависимости от возраста под наркозом (кетамин - 10 мг / кг веса животного). Операционную рану зашивали, животных выводили из наркоза и удерживали в стационарных условиях вивария. Крыс экспериментальной серии выводили из эксперимента через 10, 15 и 24 суток после перелома. Для изучения особенностей биомеханических пара-метров костей скелета в возрастном аспекте и их корреляции с показателями химического состава органа использовали остеометрические исследования для оценки процессов роста и формообразования бедренной кости в динамике остеогенеза; атомно-абсорбционную спектрофотометрию для определения осо-бенностей макро- и микроэлементного состава кости в разные сроки репара-тивной регенерации в возрастном аспекте; определение микротвердости костной ткани для оценки качества костной ткани в разные сроки остеогенеза; био-механические методы для определения параметров прочности травмированной кости и расчета качества костной ткани; статистические методы исследования для определения корреляционных связей и достоверности полученных различий количественных показателей. Механическая травма приводит к замедлению продольного роста бедренной кости у животных подсосного, инфантильного, ювенильного и молодого возраста через 10 и 15 дней после травмы и незначительного роста ширины диафиза у крыс от подсосного к зрелому возрасту. Через 24 суток после травмы отмечается нормализация ростовых показателей во всех возрастных периодах. В течение всего срока репаративного остеогенеза происходит потеря костью кальция и рост содержания микроэлементов, в частности марганца, меди, цинка, железа и магния. Восстановление уровня микроэлементов более активно происходит у животных от подсосного до молодого возраста, более медленно - у животных предстарческого и старческого возраста. Активизация процессов ремоделирования кости приводит к уменьшению числа твердости травмированного органа на 24-е сутки наблюдения во всех возрастных группах, кроме животных старческого возраста, где уменьшение показателя было критическим на начальной стадии репаративной регенерации. Параметры прочности кости наиболее изменяются у животных подсосного, инфантильного, предстарческого и старческого возраста, которые характеризуются неустойчивым строением костной ткани. Наименьшие изменения характерны для крыс молодого и зрелого возраста. Модуль Юнга и жесткость поперечного сечения кости, характеризующие качество костной ткани, максимально меняются в животных предстарческого и старческого возраста на 10-й день наблюдения. На 24-е сутки после травмы у животных молодого и зрелого возраста происходит восстановление показателя, у животных от подсосного до ювенильного возраста - значительный их рост, в то время как у животных предстарческого и старческого возраста динамика изменений отсутствует. В результате выполнения работы создана биомеханическая модель бедренной кости, что позволяет с высокой вероятностью рассчитать параметры прочности костной ткани животных разного возраста в условиях повреждения ее целостности.

Dissertation for degree of Ph.D on speciality 14.03.01 – normal anatomy – Sumy State University, 2015. Dissertation is devoted to studying the chemical composition and biomechanical parameters of intact and injured long bones during the postnatal ontogenesis. Mechanical injury leading to slower of longitudinal growth of femoral bone in animals of suckling, infantile, juvenile and young ages in 10 and 15 days after injury and a slight increase in the width of the diaphysis in rats from suckling to adult ages. In 24 days after the injury observed normalization of growth indicators in all age pe-riods. Throughout of reparative osteogenesis we can see the loss of calcium content and increase of the trace elements, in particular manganese, copper, zinc, iron and magnesium. Restoring the level of trace elements more actively takes in animals from the suckling to the young ages, more slowly - in animals of presenile and senile ages. The activation of bone remodeling processes result in a reduction of the hardness of the injured organ on the 24th day of observation in groups of all ages except the el-derly animals, where the reduction was a critical in the initial stage of reparative re-generation. These parameters are changed in animals of suckling, infantile, presenile and senile ages, which are characterized by fragile bone structure. The smallest changes are characterized in rats in young and adult ages. Young's modulus and rigidity of the cross section of the bone, that characterize bone quality, changed in animal of presenile and senile ages on the 10th day of observation. On the 24 th day after the injury in animals of young and adult ages this parameter restored, but in animals from the suckling to the juvenile age – we can see it significant growth, while in animals of presenile and senile ages dynamic was absent. As a result of research we created biomechanical model of the femur, which al-lows to calculate parameters of bone strength with a high probability in animals of different age groups in terms of damage to its integrity.