The use of fine - grained nickelide titanium, in the experiment, for the pathology of the musculoskeletal system.

Abstract


The aim is to study and compare the processes of regeneration of bone tissue in animals while grafting titanium nickelide granules in bone cavities and free plastics in experiment.

Methods. Two methods of bone grafting were experimentally reproduced to assess the speed of regeneration of bone tissue of dogs’. The first is traditional method with bone crumbs, and the second one of filling the bone cavity with fine-grain titanium nickelide. The last-named has been developed lately. In the first group consisting of 25 dogs, granules of porous titanium nickelide were placed in the formed cavity of shin bone epiphysis. In the second (control) group (consisting of 10 dogs), bone crumbs were introduced into the cavity of the shin bone.

Results. The experiment showed that fine-grain titanium nickelide use for grafting bone cavity in comparison with bone crumbs demonstrated the formation of bone organo-typical regenerate 3 months faster.

Conclusions. Fine-grain titanium nickelide is a promising material and can be used in the pathology of the skeleton.


Патология костной системы сопровождается не только местными проявлениями, но и изменениями со стороны всего организма. В общей структуре заболеваний органов опоры, такое заболевание как хронический остеомиелит (ХО) составляет 3–6,5 %, одно из лидирующих мест среди осложнений при оперативном лечении закрытых переломов [1; 2]. Учитывая, что средний возраст больных очень часто составляет 30–40 лет, это является не только медицинской, но и социальной проблемой.
В настоящее время не существует единых критериев в оценке эффективности методов лечения ХО, в частности ликвидации остеомиелитических костных полостей. Мнения хирургов [2–5] сходятся в том, что необходимо радикальное хирургическое воздействие на остеомиелитический очаг. Все это заставляет вести активный поиск усовершенствования методов пластического замещения остаточной костной полости при ХО. В последние десятилетия разработан новый класс пористых сверхэластичных материалов на основе никелида титана. [6; 8–10].
Цель. Изучение и сравнение процессов регенерации костной ткани у экспериментальных животных при пластике костных полостей гранулами никелида титана и свободной костной пластике.
Материал и методы
Для реализации поставленной цели проанализированы результаты исследований, проведенных на экспериментальных животных (собаках).
Все исследования проводили с соблюдением Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных. Для того, что бы оценить скорость, в эксперименте были смоделированы два метода пластики костной полости: традиционный – костной крошкой, и метод, который разрабатывается в течении последнего времени - заполнение полости кости крошкой мелкогранулированного никелида титана. В 1-й группе (25 собакам) в эпифизе была искусственно сформирована полость, в которую были помещены гранулы никелида титана. Во 2-й контрольной группе (10 собак) в большеберцовой кости формировалась полость, куда помещалась костная крошка из подвздошной кости собаки. Результаты эксперимента оценивались на 1-й и 3-й месяцы после выполнения пластики.
Результаты и обсуждение
Рентгенологически через месяц у животных 1-й группы в области пластики полости эпифиза большеберцовой кости определялись вкрапления металла и легкая тень ткани, соединяющая гранулы. В контрольных образцах костные фрагменты были окружены капсулой. Макроскопически у собак из 1-й группы через месяц после операции извлечь гранулы из полости удавалось с трудом, путем разрушения костных структур. В контрольных образцах между фрагментами костной ткани располагалась рыхлая соединительная ткань. Микроскопически на приготовленных шлифах большеберцовой кости нами обнаружено, что внутри пор металла располагались костные клетки, окруженные остеомукоидом. В них хорошо контурировались ядра и базофильная цитоплазма. (рис.1).
Тонкие костные балочки образовывали анастомозы со сформированными в порах имплантата костными структурами. Кроме того, костные балочки окружали гранулы, объединяя последние, и анастомозировали с костной тканью, окружающей полость. (рис.2).
Через 3 мес. у животных 1-й группы в зоне оперативного вмешательства гранулы никелида титана были окружены костными балками, формирующими анастомозы. Макроскопически в тот же срок наблюдения у собак опытной группы в изучаемой зоне костной ткани гранулы были плотно спаяны с материнским ложем костными балками. Микроскопически (шлифы большеберцовой кости) обнаружено, что между гранулами металла и вокруг них располагалась зрелая костная ткань балочного строения со следами перестройки: нерегулярными линиями склеивания и большим количеством остеобластов. Вокруг некоторых балок были видны лакуны Гаупшипта и остеокласты. Между костными балками сформировался костный мозг миелоидного строения. Граница между образованной костной тканью и материнским ложем отсутствовала. Имелся органотипический комплекс: костная ткань и гранулы никелида титана в виде единой структуры. (рис.3).
В контрольных образцах (2-я группа) через 3 мес. в полости эпифиза выявлена примитивная костная ткань балочного строения на фоне остеокластической резорбции костных фрагментов, остеоидное вещество с коллагеновыми фибриллами. Полного контакта с материнским ложем не наблюдалось. Таким образом, у животных 1-й группы происходило ускоренное формирование зрелой костной ткани и, как результат, заполнение костного дефекта. Патогенетическим механизмом выраженной остеогенной реакции является возможность формирования костной ткани в порах имплантата. Соответствующая температура и, вероятно, стимулирующее, индуцирующее действие никелида титана способствовало дифференцировке стволовых клеток костного мозга в остеогенные и формированию костной ткани. В порах имплантата образовывалась зрелая костная ткань со структурой, аналогичной матричной кости. Зарождение и рост костной ткани в пористой структуре имплантата происходило одновременно во многих порах в виде отдельных ядер (областей), которые затем разрастались и соединялись в единую тканевую систему, заполняя поры имплантата и соединяя их каналы [7]. Через 2 мес. регенерат в большей части состоял из компактной и губчатой костной ткани, в области наибольшего удаления от реципиентной зоны отмечалось наличие грубоволокнистой костной ткани. Полное формирование костной ткани в порах внутри имплантата происходило в основном к исходу третьего месяца после операции. Структурный рисунок ткани в порах практически не менялся со временем.
Заключение
Таким образом, проведенные экспериментальные исследования показали, что пористый никелид титана в гранулах является перспективным материалом и может быть применен при разных патологиях скелета. В эксперименте при его использовании для пластики костной полости по сравнению с костной крошкой наблюдалось ускоренное на 3 месяца формирование костного органотипичного регенерата. Применение биосовместимого мелкогранулированного никелида титана способствует быстрому и эффективному завершению воспалительного процесса в костной ткани, упрощает методику, сокращает время операции и сроки реабилитационного периода и, в результате, повышает эффективность лечения больных с хроническим остеомиелитом.

Pavel Viktorovich Trushin

Novosibirsk state medical University

Author for correspondence.
Email: tpv1974@rambler.ru

Russian Federation, 630091, Russian Federation, Novosibirsk, 52 Krasny Prospekt str.

andidate of medical sciences, associate professor, department of hospital and children's surgery

Vladimir Andreevich Golovnev

Novosibirsk state medical University

Email: department.of.general.surgery@gmail.com

Russian Federation, 630091, Russian Federation, Novosibirsk, 52 Krasny Prospekt str.

Doctor of medical sciences, professor, department of general surgery

Sergey Grigorevich Shtofin

Novosibirsk state medical University

Email: tpv1974@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-1737-7747
SPIN-code: 7077-9751

Russian Federation, 630091, Russian Federation, Novosibirsk, 52 Krasny Prospekt str.

Doctor of medical Sciences, professor, head of the department of general surgery

  • Gostishchev V. K. The basic principles of etiotropic tyherapy of chronic osteomyelitis. // Surgery. 1999. № 9. P. 38–42.
  • Nikitin G.D., Rak A.V., Lynnic S.A., Nikolayev V.F., Nikitin D.G. Bone and muscle-bone grafting in treating chronic osteomyelitis and pyogenic pseudarthrosis. SPb., 2002.
  • Kutin A.A., Mosiyenko N.I. Hematogenic osteomyelitis of adults. M., 2000.
  • Noskov V. N., Agarkov V.P., Gostintsev A.A., Dzyuba G.G., Polozhentsev A.A. Practice of treating patients with chronic osteomyelitis of long bones// Pyogenic complications in traumatology and orthopedics: Materials of scientific-practical conference. Novosibirsk, 2005. P. 25-26.
  • Chechnyev Y.Y., Yakushenko V.K., Chekanov M.N., Rutkovsky Y.A., Morozov A.Y., Khodorenko V. N., Yasenchuk Y. F. The method of filling sequestral cavities with porous fine-grain titanium nickelide in treating chronic osteomyelitis//Implants with shape memory. 2004. № 1–2. P. 19–21. ю формы. 2004. № 1–2. С. 19–21.
  • Borisov I.V., Amiraslamov Y.A., Blatun L.A. Antibacterial therapy for osteomyelitis (systematized review)// Antibiotics and chemotherapy. 2003. № 9. P. 37–40.
  • Fomichev N.G. New technologies in spine surgery with the use of implants with shape memory. Tomsk, 2002.
  • Gunter V. E. , Dambayev G.T., Sysolyatin P.G. Medical materials and implants with shape memory. Tomsk, 2002.
  • Radkevich A.A., Khodorenko V. N., Gunter V. E. Reparative osteogenesis in bone defects after restoration with porous fine-grain titanium nickelide//Implants with shape memory. 2005. № 1–2. P. 30–34.
  • Cripps M., Shirtliff M. E., Mader J. T. The treatment of osteomyelitis with hydroxyappatite antibiotic implant in a rabbit model // 8th Intersc. Conf. Antimicrobial Agents Chemother. San Diego, 1998. P. 324–329.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.

Views

Abstract - 68

PDF (Russian) - 32

PlumX


Copyright (c) 2019 Trushin P.V., Golovnev V.A., Shtofin S.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.