Порівняльний морфологічний аналіз динаміки загоєння дефекту діафізу довгої кістки скелета при імплантації в його порожнину кальцій-фосфатних остеопластичних матеріалів

Abstract

Дисертація присвячена встановленню морфологічних характеристик і рейтингу денситометричних, морфометричних, механічних показників динаміки регенераторного процесу експериментального дефекту діафізу довгої кістки скелета залежно від імплантації в його порожнину кальцій-фосфатних остеопластичних матеріалів, які різняться між собою за походженням, складом, виробником і формою випуску (β-трикальційфосфат (β-ТКФ-б, блок, β-ТКФ-г, гранули), колаген, синтетичний гідроксилапатит та гентаміцину сульфат (Кол-CГА-Г-г, гранули), природний гідроксилапатит з депротеїнізованої бичачої кістки (ПГА-г, гранули), синтетичний гідроксилапатит, β-трикальційфосфат і N-метил-2-піролідон (CГА-β-ТКФ-NМП-п, паста)). Установлено, що всі досліджувані остеопластичні матеріали характеризуються високою біосумісністю, а ПГА-г ще може сприяти перебудові кісткової тканини дистального відділу прилеглої до ділянки його імплантації материнської кістки за типом «ефекту стресового зміщення». Сформована кісткова тканина на 15–30-ту добу в ділянці імплантації кальцій-фосфатних препаратів (окрім β-ТКФ-б) представлена велико- і дрібнопетлистими сітчастими структурами з кісткових трабекул, а на 60–120-ту добу пластинчатою кістковою тканиною регенерату з високим вмістом остеоцитів, остеобластів і інтегрованими залишками остеопластичних матеріалів. У ділянці імплантації β-ТКФ-б кісткова тканина регенерату повторює форму пор імплантату і представлена окремими, пов'язаними між собою формуваннями специфічної округлої форми. Рейтинг з найбільшої швидкості резорбції остеопластичного матеріалу і його заміни кістковою тканиною регенерату складає ділянка з імплантованим Кол-CГА-Г-г, а потім β-ТКФ-б з β-ТКФ-г, CГА-β-ТКФ-NМП-п і ПГА-г. ПГА-г забезпечує високі та стабільні денситометричні, механічні властивості ділянки дефекту компактної кісткової тканини, з відсутністю достовірних ознак його резорбції, а всі інші препарати сприяють повному відновленню абсолютної оптичної щільності, мікротвердості та жорсткості травмованої кістки за 4 місяці.

Диссертация посвящена установлению морфологических характеристик и рейтингу денситометрических, морфометрических, механических показателей динамики регенераторного процесса экспериментального дефекта диафиза длинной кости скелета в зависимости от имплантации в его полость кальций-фосфатных остеопластических материалов, которые используются для протезирования дефектов костей в современной травматологии и отличаются между собой по происхождению, составу, производителю и форме выпуска. Экспериментальное исследование проведено на 408 белых лабораторных крысах-самцах, которые имели одинаковый возраст (8 месяцев) и одинаковый вес (250±10 г). В средней трети диафиза бедренной кости с помощью портативной бормашины шаровидной фрезой воспроизводили дефект диаметром 2,5 мм до костномозгового канала. Животных разделили на 6 групп: I группа – костный дефект оставляли заживать под кровяным сгустком (контроль); II группа – дефект заполняли β-трикальцийфосфатом в форме блока (β-ТКФ-б, размер макропор от 100 до 500 мкм, микропор 1–10 мкм); III группы – дефект заполняли биокомпозитным кальций-фосфатным материалом на основе коллагена 1-го типа с кожи крупного рогатого скота, синтетического гидроксилапатита и гентамицина сульфата в форме гранул размером 3,5 мм (Кол-CГА-Г-г); IV группы – дефект заполняли β-трикальцийфосфатом в форме гранул размером 1–1,6 мм (β-ТКФ-г, размер микропор 1–6 мкм); V группа – дефект заполняли природным гидроксилапатитом из губчатого вещества трубчатой кости коров в форме гранул размером 2–2,5 мм (ПГА-г, размер макропор 200–350 мкм); VI группа – дефект заполняли бифазным кальций-фосфатным материалом с синтетического гидроксилапатита (60 %), β-трикальцийфосфата (40 %) и N-метил-2-пирролидона в форме пасты (CГА-β-ТКФ-NМП-п). Динамику регенераторного процесса исследовали на 15-е, 30-е, 60-е и 120-е сутки после травмы с помощью компьютерной томографии с денситометрией, динамического микроиндентирования, световой микроскопии с морфометрией и растровой электронной микроскопии. Установлено, что все исследуемые кальций-фосфатные материалы характеризуются высокой биосовместимостью, а ПГА-г еще может способствовать перестройке костной ткани дистального отдела прилегающей к области его имплантации материнской кости по типу «эффекта стрессового смещение». В области костного дефекта у животных всех групп выявляются признаки только десмального остеогенеза, а исследуемые кальций-фосфатные препараты характеризуются хорошей интеграцией с тканеспецифическими структурами регенерата и проявляют остеокондуктивное воздействие на репаративный остеогенез. Сформированная костная ткань на 15–30-е сутки в области имплантации кальций-фосфатных препаратов (кроме β-ТКФ-б) преимущественно представлена крупно- и мелкопетлистыми сетчатыми структурами из костных трабекул, на 60–120-е сутки пластинчатой костной тканью регенерата с высоким содержанием остеоцитов, остеобластов и интегрированными в своей структуре остатками остеопластических материалов. В области имплантации β-ТКФ-б костная ткань регенерата повторяет форму пор имплантата и представлена отдельными, связанными между собой формированиями специфической округлой формы. Рейтинг с наибольшей скоростью резорбции кальций-фосфатного материала и его замены костной ткани регенерата составляет область с имплантированным Кол-CГА-Г-г, а затем β-ТКФ-б з β-ТКФ-г, CГА-β-ТКФ-NМП-п і ПГА-г. На 15-е сутки эксперимента наблюдаются высокая оптическая плотность, микротвердость и модуль Юнга области имплантации остеопластических материалов, сохраняется структура исследуемых препаратов на компьютерной томограмме, а с 30-х суток отмечены рентгенологические признаки их резорбции (кроме ПГА-г) с последующим нарастанием и замещением костной тканью. Рейтинг от наименьшей абсолютной оптической плотности, микротвердости и модуля Юнга к наибольшей на 15–30-е сутки составили области имплантации CГА-β-ТКФ-NМП-п, Кол-CГА-Г-г, β-ТКФ-б, β-ТКФ-г, ПГА-г, на 60-е сутки области имплантации β-ТКФ-б, β-ТКФ-г, CГА-β-ТКФ-NМП-п, Кол-CГА-Г-г, ПГА-г, а на 120-е сутки эксперимента наибольшие исследуемые денситометрические и механические показатели наблюдаются в области имплантации ПГА-г, а в области имплантации β-ТКФ-б, β-ТКФ-г, CГА-β-ТКФ-NМП-п и Кол-CГА-Г-г они существенной разницы не имеют. ПГА-г обеспечивает высокие и стабильные денситометрические, механические свойства области дефекта компактной костной ткани, с отсутствием достоверных признаков его резорбции, а CГА-β-ТКФ-NМП-п, Кол-CГА-Г-г, β-ТКФ-б способствуют полному восстановлению абсолютной оптической плотности, микротвердости и жесткости травмированной кости за 4 месяца с одновременным отсутствием в этот срок полного восстановления первоначальной формы кости. За 4 месяца эксперимента происходит полное восстановление денситометрических и механических показателей, а также первоначальной геометрической формы травмированной кости с имплантированным β-ТКФ-г. На 120-е сутки у животных всех экспериментальных групп область дефекта заполняется только пластинчатой костной тканью регенерата, которая по строению отличается от материнской кости только наличием интегрированных в своей структуре остатков остеопластических материалов, а в области имплантации β-ТКФ-б еще и геометрической формой.

The thesis is devoted to identification of the morphological characteristics and rating densitometric, morphometric and mechanical parameters of the dynamics of the regenerative process of experimental defect of the diaphysis of the long bones of the skeleton depending on its implantation into the cavity with a calcium phosphate osteoplastic materials, which differ in origin, composition, manufacturer and release form (β-tricalcium phosphate (β-TCP-b, block, β-TCP-g, granules), collagen, synthetic hydroxyapatite, and gentamicin sulfate (Coll-SHA-G-g, granules), natural hydroxyapatite from the bovine bones (NHA-g, granules), synthetic hydroxyapatite, β-tricalcium phosphate and N-methyl-2-pyrrolidone (SHA-β-TCP-NMP-p, paste)). It is found out that all investigated osteoplastic materials are characterized by high biocompatibility and NHA-g can still contribute to the restructuring of the bone tissue of the distal site of adjacent to the area of its implantation maternal bone by the type of "stress shielding effect". The formed bone on the 15-30th day at the site of implantation of the calcium phosphate preparations (with the exception of β-TCP-b) is represented by large- and small-looped mesh structures of the bone trabecular, and on the 60-120th day by the lamellar bone tissue of the regenerate with a high content of osteocytes, osteoblasts and integrated remnants of osteoplastic materials. In the area of implantation of β-TCP-b bone regenerate repeats the shape of the pores of the implant and is represented by separate, interlinked formations of specific rounded shape. The rating of the maximum speed of resorption of osteoplastic material and its replacement with bone regenerate is presented by the area with the implanted Coll-SHA-G-g, and then β-TCP-b with β-TCP-g, SHA-β-TCP-NMP-p and NHA-g. NHA-g provides a high and stable densitometric, mechanical properties of the area of the defect of compact bone tissue, with no significant signs of resorption, and all the other products contribute to the full restoration of the absolute optical density, microhardness and hardness of the bone for 4 months.