Введение к работе
Актуальность проблемы. Восстановление целостности поврежденных длинных трубчатых костей со значительными дефектами остается одной из сложных и до конца не решенных проблем в травматологии и ортопедии. Дефекты длинных трубчатых костей могут быть следствием как непосредственно травмы (дорожно-транспортные происшествия, техногенные катастрофы, огнестрельные ранения и т.п.), так и результатом осложнений, возникающих в процессе лечения (ложные суставы, длительно не срастающиеся переломы, онкологические заболевания, остеомиелит). Сложность данной патологии заключается, с одной стороны, в полиморфности патологических состояний, приводящих к появлению дефектов длинных трубчатых костей, с другой стороны, в ограниченном количестве методов лечения, способных в короткие сроки полноценно восстановить поврежденную кость. Травма или патологический процесс в длинных трубчатых костях, сопровождающиеся потерей значительного количества костной ткани, как правило, завершается формированием дефекта или ложного сустава, что, вероятно, связано с ограниченностью потенций естественной репаративной регенерации. Очевидно, что эта причина является основой неудачных исходов, встречающихся при оперативном лечении поврежденных трубчатых костей со значительными дефектами (при компрессионно-дистракционпом остеосинтезе, ауто- и аллотрансплантации) (Оноприенко Г.А., 1995; Барабаш Ю.А., 1997). Сложность некоторых методов лечения, таких как компрессионно-дистракционный остеосинтез или аутотрансплантация на сосудистой ножке, не позволяет широко использовать их в клинической практике.
Пролонгировать репаративную регенерацию костной ткани, которая является сложным многостадийным процессом, можно путем местного (в области дефекта кости) применения стимуляторов, к которым относится группа факторов роста (TGF-p, IGF, a-FGF, b-FGF, PDGF, ВМР1-15), постоянно присутствующих в костной ткани и участвующих в физиологической и репаративной регенерации (Mohan S, Baylink DJ, 1991; Solheim E, 1998). Факторы роста регулируют процессы дифференцировки стволовых полипотентных клеток костного мозга, пролиферации остеогенных клеток, ангиогенеза и минерализации костной ткани (Балаболкин М.И., 1998). Однако низкие концентрации этих полипептидов в костной ткани взрослых животных и человека не позволяют получать их в необходимом количестве для использования в травматологии и ортопедии (WozneyJN, 1988).
В тоже время, повышенное содержание факторов роста в фетальной костной ткани позволяет использовать ее в качестве стимулятора репаративной регенерации кости. Однако доступность фетальных тканей весьма ограничена. Ее близким аналогом по структурной организации является костная ткань новорожденных животных (НКТ). При этом получение последней не представляет серьезных проблем. В связи с этим использование НКТ для стимуляции репаративной регенерации перспективно.
До настоящего времени незрелая костная ткань новорожденных животных не исследовалась и не использовалась в качестве стимулятора репаративной регенерации. Применение ее отмечено в единичных случаях и то только в деминерализованной форме в экспериментах для оценки остеоиндуктивности ДКМ от доноров разного возраста (Wang JS, Aspenberg Р, 1994; Lind М, 1996).
Анализируя современные литературные данные, можно сделать вывод, что другим материалом, сочетающим высокую стимуляционную активность и структурную организацию, способствующую созданию местных условий для
репаративной регенерации, является деминерализованный костный матрикс (ДКМ) (Савельев В.И., 1996; Solheim Е, 1998; Russell JL, Block JE, 1999). ДКМ, состоящий, в основном, из костного коллагена и небольшого количества водорастворимых белков (часть из которых является стимуляторами остеогенеза), полностью утилизируется как при помещении в область костного повреждения, так и при эктопической трансплантации, стимулируя при этом остеогенез (Urist MR, 1965; Urist MR et all, 1967; Harakas NK, 1984; Sampath TK et all, 1984; Савельев В.И., 1996). Его волокнистая структура полностью соответствует структуре нативной кости, при этом ДКМ имеет более высокую пористость, что способствует быстрому врастанию сосудов при ангиогенезе и, в итоге, созреванию образующегося костного регенерата (Denner et all, 1991). Наличие этих качеств приближает ДКМ по эффективности воздействия на репаративную -регенерацию к аутотрансплантатам (Schwarz N et all, 1991; Rosen PS et all, 2000; Goldberg VM, 2000).
Так, например, ДКМ длительное время применяется в измельченном виде, в виде стружки и массивных фрагментов в экспериментальных целях и в клинике при различных повреждениях костей, сопровождающихся потерей костной ткани (Russell JL, Block JE, 1999). Однако применение ДКМ в качестве трансплантата сводится к заполнению всего дефекта в поврежденных костях. Восстановление поврежденных длинных трубчатых костей со значительными дефектами, в этом случае, затягивается в связи с утилизацией трансплантата в месте образования регенерата и длительностью его последующего ремоделирования в полноценную кость. Исследований, посвященных возможности влияния формы трансплантата из ДКМ и способа установки его в костном дефекте на скорость и качество репаративной регенерации, в настоящее время в доступной литературе не обнаружено.
Таким образом, деминерализованный костный матрикс и незрелая нативная костная ткань могут быть использованы в качестве трансплантатов при значительных дефектах поврежденных длинных трубчатых костей, так как
они обладают свойствами остеоиндуктивности и способностью стимуляции остеогенеза.
В связи с этим целью исследования являлось изучение влияния фрагментированной нативной незрелой костной ткани новорожденных животных и трубчатого перфорированного имплантата из деминерализованной компактной кости взрослых животных на репаративную регенерацию кости.
Задачи исследования:
L Разработка приборного и технического обеспечения для изготовления имплантатов из выбранного материала.
-
Создание экспериментальной модели имплантата из деминерализованного костного матрикса.
-
Изучение динамики формирования костных регенератов при помещении разработанных имплантатов из деминерализованной компактной костной ткани в костные дефекты длинных трубчатых костей экспериментальных животных.
-
Изучение динамики формирования костных регенератов при помещении углеродных трубчатых перфорированных имплантатов в костные дефекты длинных трубчатых костей экспериментальных животных.
-
Изучение динамики формирования костных регенератов при помещении фрагментированной нативной незрелой костной ткани в костные дефекты длинных трубчатых костей экспериментальных животных.
Новизна предлагаемого решения проблемы полноценного восстановления поврежденных трубчатых костей заключена: в форме предлагаемого имплантата из деминерализованного костного матрикса в виде полого цилиндра с перфорированными стенками и в способе его установки; форма, материал и способ имплантации создают условия для образования продольно
ориентированной компактной кости между свободными кортикальными частями дистального и проксимального костных отломков, а также восстановление целостности костного мозга в области дефекта и его интеграцию с костным мозгом всей кости; структура костного имплантата, имеющая многоуровневую, широко разветвленную систему каналов, предполагает возможность свободной микроциркуляции тканевой жидкости и миграции предшественников костных клеток в зону остеогенеза; в использовании фрагментированной нативной костной ткани новорожденных животных для стимуляции репаративной регенерации кости при значительных дефектах.
Практическая значимость работы заключается в разработке имплантатов с оптимальными параметрами, способных в клинической практике сократить сроки лечения и уменьшить количество осложнений при лечении больных со значительными дефектами поврежденных длинных трубчатых костей.
Положения, выносимые на защиту.
-
При помещении в дефект длинных трубчатых костей кролика фрагментированной незрелой костной ткани происходит заполнение всего дефекта волокнистой соединительной тканью, замещение ее ретикулофиброзной костной тканью и последующее ремоделирование регенерата в пластинчатую костную ткань с формированием полноценной кости в течение 6 месяцев. Фрагменты незрелой костной ткани (ФНКТ), распределенные в костном дефекте, не являются центрами остеогенеза.
-
Поврежденные длинные трубчатые кости кролика со значительными дефектами при помещении в них трубчатого перфорированного имплантата из деминерализованного костного матрикса восстанавливаются в течение 4 месяцев путем формирования органоспецифичного костного регенерата на поверхности имплантата, между кортикальными пластинками проксимального и дистального костных отломков.
3. Длинные трубчатые кости кролика при значительных дефектах (1 см средней части диафиза) самостоятельно не восстанавливаются. При этом из проксимального и дистального костных отломков формируются отдельные структурно и функционально неполноценные кости. Имплантат из углерода не обеспечивает полноценного восстановления поврежденной кости, в то же время не вызывает реакцию отторжения со стороны окружающих тканей и не препятствует костеобразованию.
Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ: пять статей, девять тезисов докладов, получены патенты на «Способ замещения дефекта длинной кости» и «Способ пластики дефекта кости». Материалы доложены: на 5-ом съезде Европейского общества тканевой репарации, Падуя, Италия, 1995; 20-ом Всемирном Конгрессе SICOT, Амстердам, 1996; XV съезде FECT, Мюнхен, 1996; 6 съезде травматологов и ортопедов России, Н. Новгород, 1997; Конгрессе травматологов и ортопедов России с международным участием, Ярославль, 1999; симпозиуме по проблемам тканевых банков с международным участием, Москва, 2001; научно-практической конференции посвященной 80-летию ЦИТО им. Н.Н.Приорова, Москва, 2001; ежегодных научно-практических конференциях НИЦ БМТ (ВИЛАР) в 1997, 1998, 2001 годах.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 136 страницах, из них 95 страниц - собственно текст. Содержит 41 рисунок.
