Способ моделирования дефекта костной ткани для изучения остеоинтеграции костнопластического материала и регенерации губчатой костной ткани в эксперименте на кроликах
METHOD FOR MODELING A BONE TISSUE DEFECT FOR STUDYING OSSEOINTEGRATION OF OSTEOPLASTIC MATERIAL AND REGENERATION OF CANCELLOUS BONE TISSUE IN AN EXPERIMENT ON RABBITS

Изобретение относится к экспериментальной медицине и может быть использовано для моделирования остеоинтеграции ксеногенных материалов и регенерации губчатой костной ткани.
Одной из основных тенденций является увеличение средней продолжительности жизни населения, это приводит к увеличению частоты дегенеративной патологии позвоночника, требующей применения спондилодеза и транспедикулярной фиксации. Другой тенденцией является увеличение частоты высокоэнергетической травмы и нестабильных переломов позвоночника на фоне остеопороза. В итоге увеличение распространенности дегенеративной и травматической патологии приводит к ежегодному увеличению количества выполненных операций с применением транспедикулярной фиксации и спондилодеза. В настоящее время известно, что из 200000 проводимых операций с применением спондилодеза у 10-40% пациентов развивается псевдоартроз. Частота расшатывания имплантатов по данным литературы значительно варьирует oт 0,7 до 27%, и может превышать 50% у пациентов с остеопорозом, особенно если применяется многоуровневая фиксация. Учитывая сохраняющийся высокий риск осложнений, необходима разработка экспериментальных моделей для изучения регенерации и остеоинтеграции губчатой костной ткани.
Существует способ моделирования заднего спондилодеза, заключающийся в клиновидной резекциии дугоотростчатых суставов смежных позвонков и поперечную остеотомию тела одного из этих позвонков, формировании в оперированном отделе позвоночника положения гиперлордоза до сопоставления раневых поверхностей дорсальных структур позвонков, а затем дозированном дугообразном разведении их до плотного контакта раневых поверхностей тела остеотомированного позвонка и восстановления оси позвоночного столба (патент RU2452998). Недостатком экспериментальной модели является возможность ее применения только на крупных животных не меньше собаки. Следует отметить травматичность оперативного вмешательства, возможное кровотечение и формирование гематомы ложа раны, что может влиять на результаты эксперимента. Недостатком является зависимость результатов от техники выполненной операции, что в итоге приведет к большой вариабельности и искажению результатов. Кроме того, способ не позволяет осуществить имплантацию костнопластического материала.
Существует способ моделирования спондилодеза, включающий осуществление доступа к позвоночнику экспериментального животного с дорсальной поверхности его хвоста между третьим и четвертым хвостовыми позвонками, формирование ложа для имплантата, постановку в него имплантата, фиксацию имплантата, ушивание операционной раны (патент RU2212060). Недостатком модели является то, что она выполнима на крысах и не выполнима на крупных животных (кролик, собака). В данную область невозможно имплантировать материал достаточного объема для изучения остеоинтеграции костнопластических материалов. Область имплантации находится в доступе животного и может быть повреждена им. Кроме того, в силу локализации, область операции может быть легко контаминирована кишечной флорой.
За прототип взят способ моделирования дефекта костной ткани для изучения рефиксации мягких тканей к пористым титановым имплантатам с использованием аддитивных технологий (RU2697790). Для выполнения способа применяется лабораторное животное – кролик. Способ заключается в формировании продольного костного дефекта в области проксимального метаэпифиза голени медиальнее от места прикрепления собственной связки надколенника, имплантации в него титанового пористого имплантата, позволяющего выполнить к нему фиксацию сухожильной ткани, затем волокна собственной связки надколенника расслаивают и формируют из них две порции, фиксируют их к возвышающемуся над поверхностью кости титановому имплантату рассасывающимся шовным материалом, далее рану ушивают и экспериментальное животное содержат в обычных условиях не менее 15 суток. Недостатком способа является его травматичность – такое формирование дефекта может нарушить опороспособность конечности и привести к ее перелому.  Способ формирования дефекта с применением бора и способ имплантации костнозамещающего материала не могут обеспечить плотного соприкосновения поверхностей дефекта и имплантируемого материала, кроме того, при работе с бором возможно термическое повреждение костной ткани за счет трения.  Имплантат в ходе эксперимента не фиксируется, что может привести к его миграции. Область выполненной операции находится в доступе животного, которое может нанести повреждение операционной ране. Оперативное вмешательство может нарушить функцию конечности, что в итоге может вызвать ухудшение состояния и затруднить выполнение эксперимента, если его длительность составляет более 2 недель.
Задача изобретения состоит в создании экспериментальной модели дефекта костной ткани пригодной для изучения остеоинтеграции костнопластических материалов, используемых при лечении заболеваний позвоночника, и регенерации губчатой ткани.
Технический результат - создание модели для изучения остеоинтеграции костнопластических материалов и регенерации губчатой ткани, обеспечивающей имплантацию достаточного для изучения количества имплантируемого материала, снижение риска миграции трансплантата, низкую травматичность, сохранение функции конечностей для повседневной активности животного в ходе эксперимента, исключение повреждение животным зоны имплантации.
Технический результат достигается тем, что в способе, включающем  формирование костного дефекта, имплантацию в него пористого имплантата,  рассекают апоневроз области ростральной половины наружного гребня подвздошной кости, тупо отслаивают мышцы, формируют краевой прямоугольный дефект в ростральной половине наружного гребня подвздошной кости, не резецируя переднюю ость и внутренний кортикальный слой, в дефект устанавливают прямоугольной формы костнопластический материал, затем фиксируют его костным швом, далее осуществляют шов мышц и апоневроза.
Способ поясняется графически материалом, где:
Фиг.1 - фотография дефекта, сформированного в области ростральной половины наружного гребня подвздошной кости;
Фиг.2 – фотография костнопластического материала через 8 недель после имплантации;
Фиг. 3 – фотография гистологического исследования зоны импланта. Окраска гематоксилин – эозином, ×200 (а - большое количество новообразованных сосудов, б - фокусы остеогенеза в зоне постановки импланта в область костного дефекта).
Способ осуществляют следующим образом. Положение животного на боку. Выполняют комбинированное обезболивание. В области ростральной половины наружного гребня подвздошной кости удаляют волосяной покров, производят трехкратную обработку операционного поля 0,5% спиртовым раствором хлоргексидина. Выполняют разрез кожи 2,0 см, тупым способом смещают вены, осуществляя экспозицию апоневроза в области ростральной половины наружного гребня подвздошной кости. Рассекают апоневроз в области ростральной половины наружного гребня подвздошной кости и тупым способом отслаивают мышцы. В ростральной половине наружного гребня подвздошной кости остеотомом формируют краевой прямоугольный дефект, сохраняя переднюю ость и внутренний кортикальный слой. Выполняют гемостаз раны. В сформированный дефект имплантируют прямоугольной формы костнопластический материал, фиксируют костным швом. Выполняют шов апоневроза и мышц, выполняют непрерывный шов мягких тканей.
Пример.
Выписка из протокола эксперимента №1. Кролик породы «Шиншилла», самец, масса 2,5 кг. Под комбинированным обезболиванием препаратами «Золетил 50» в дозе 15 мг/кг в/м, «Ксила» в дозе 0,1 мг/кг в/м Положение животного на боку. В области крыла ростральной половины наружного гребня подвздошной кости удален волосяной покров, произведена трехкратная обработка операционного поля 0,5% спиртовым раствором хлоргексидина. Выполнен разрез кожи 2,0 см, тупым способом смещены вены, осуществлена экспозиция апоневроза в области ростральной половины наружного гребня подвздошной кости. Рассечен апоневроз в области ростральной половины наружного гребня подвздошной кости и тупым способом отслоены мышцы. В ростральной половине наружного гребня подвздошной кости остеотомом сформирован краевой дефект прямоугольной формы 7×5×4 мм, не резецируя переднюю ость и внутренний кортикальный слой (Фиг.1). Выполнен гемостаз раны. В сформированный дефект имплантирован костнопластический материал прямоугольной формы 7×5×4 мм, который был фиксирован костным швом с обеспечением плотного соприкосновения с поверхностями костного дефекта. Выполнен шов апоневроза и мышц, непрерывный шов мягких тканей. После выполненного оперативного вмешательства не выявлено снижение аппетита, не нарушило активность животного. Кролика содержали в обычных условиях 8 недель, после чего животное было выведено из эксперимента (Фиг. 2).
При гистологическом исследовании зоны импланта (окраска гематоксилин – эозином. ×200) в мезенхимальной ткани по периферии зоны имплантации было выявлено большое количество новообразованных сосудов (Фиг.3-а), а также фокусы остеогенеза в зоне постановки импланта в область костного дефекта (Фиг. 3-б).
За счет низкой травматичности предложенный способ обеспечивает выживание 96% животных. Способ позволяет сформировать доступ атравматично, поскольку в области ростральной половины наружного гребня подвздошной кости отсутствует мышечный массив и возможна тупая отслойка мышц.
Способ позволяет сформировать дефект прямоугольной формы, что позволяет обеспечить максимальную площадь соприкосновения имплантируемого материала и сформированного ложа. Прочная фиксация имплантируемого материала костным швом обеспечивает максимальное  соприкосновения имплантируемого материала с  поверхностями костного дефекта и препятствует миграции имплантированного материала.
Способ исключает необходимость задействовать конечности, благодаря чему не нарушается физическая активность животного.
Локализация области оперативного вмешательства минимизирует возможность негативного воздействия животного на область оперативного вмешательства.