Влияние кальцийфосфатных соединений и неколлагеновых костных белков на костеобразование в дырчатых дефектах метафиза (экспериментально-морфологическое исследование)

увеличивается, и по мере приближения к частоте 158,9 ударов в минуту ритм сердца становиться все более гармоничным и неприятные ощущения исчезают.

Таким образом, результаты подтверждают существование единого и непрерывного спектра пространственно-временной космобиоритмики, где ведущим звеном подразумевается излучение невозбужденного атома водорода.

С.Н. Лунева, И.А. Талашова, Е.В. Осипова, А.Н. Накоскин, А.А. Еманов

ВЛИЯНИЕ КАЛЬЦИЙФОСФАТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И НЕКОЛЛАГЕНОВЫХ КОСТНЫХ БЕЛКОВ НА КОСТЕОБРАЗОВАНИЕ В ДЫРЧАТЫХ ДЕФЕКТАХ МЕТАФИЗА

Российский научный центр «Восстановительная травматология и ортопедия» им. академика

Г.А. Илизарова

Для решения задачи восстановления посттравматических или пострезекционных дефектов кости в современной медицинской практике применяются различные синтетические костные имплантаты. Наибольшим успехом при возмещении костных дефектов пользуются материалы на основе фосфатов кальция [7]. На современном рынке широко представлены как российские, так и зарубежные препараты на основе гидроксиапатита («Колаост», «Гапкол», «Коллапан» (Россия), «Endobon» (Германия), «Bio-Oss» (Швейцария), «OsteoGraf N» (США)). Имплантационные материалы этих фирм существенно отличаются по своим физико-химическим и структурным параметрам и, как следствие, степени биосовместимости, биодеградации, а также остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами.

Ранее нами создан имплантационный материал, представляющий собой композицию кальцийфосфатного соединения и сывороточных белков [6].

Цель данного исследования — изучить влияние композиционного имплантационного материала, в состав которого входят кальцийфосфатное соединение и неколлагеновые белки, выделенные из костной ткани, на костеобразование в дырчатых дефектах метафиза.

МЕТОДИКА

Эксперимент проведен на 10 взрослых беспородных собаках обоего пола в возрасте от одного года до трех лет с массой тела 10,4 ± 2,4 кг. Животным в стерильных условиях под общим наркозом осуществляли моделирование конусообразных несквозных дефектов диаметром 5 мм и высотой 7 мм в проксимальных метафизах большеберцовых костей. Дефекты заполняли композиционным материалом, в состав которого входили кальцийфосфатное соединение, выделенное из костной ткани сельскохозяйственных животных по оригинальной методике [ 10], и низкомолекулярные неколлагеновые костные белки, имеющие сродство к катионообменникам [1]. Животных выводили из эксперимента через 21 (п = 5) и 42 (л = 5) суток после операции.

Содержание животных, оперативные вмешательства и эвтаназию осуществляли согласно требованиям приказа М3 СССР № 755, 1977 г., а также руководствуясь требованиями, изложенными в «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях» с соблюдением этических норм и гуманного отношения к объектам изучения [4].

Для гистологического исследования выпиливали фрагменты проксимального метафиза большеберцовых костей, включающие области сформированных дырчатых дефектов. Материал фиксировали в 10% нейтральном растворе формалина, после декальцинации и стандартной проводки с заливкой в целлоидин изготавливали срезы, которые окрашивали гематоксилином и эозином, пикрофуксином по Ван-Гизону и трихромным методом по Массону.

Морфометрическое исследование проводили с помощью программного обеспечения «ВидеоТесТ 4,0 — Мастер». На гистологических препаратах определяли долю композиционного имплантационного материала (КИМ) и новообразованной костной ткани в площади дефекта, а также площадь и диаметр экв. гранул имплантируемого материала. Цифровые данные представлены в виде среднего арифметического значения и стандартного отклонения (М ± SD). Для статистической обработки результатов использовали программы «Microsoft Excel 2007» и «Attestât», версия 1.0 [2].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Через 21 сутки после имплантации композиционного материала в метафизе определялся округлый дефект с четкой границей. По периферии дефекта новообразованные костные структуры по направлению от его края к центру формировали мелкопетлистую трабекулярную сеть (рис. 1А). Большая часть поверхности трабекул была покрыта слоем остеоида и активными остеобластами. Новообразованная костная ткань

занимала 42,1 ± 17,9 % площади дефекта. Имплантационный материал был распределен в полости дефекта неравномерно, составляя от 1,0 % до 5,4 % его площади. Фрагменты КИМ в основном имели неправильную овальную, реже округлую, форму, их площадь колебалась от 0,002 до 1,045 мм2, диаметр экв. — от 1,02 до 2,76 мм (рис. 1 Б). По периферии дефекта часть гранул КИМ была включена в состав новообразованных трабекул. Центральная часть полости дефекта заполнена рыхлой волокнистой соединительной тканью, в толще которой продолжалось формирование трабекул из ретикулофиброзной костной ткани.

А Б

Рис. 1. Дырчатый дефект в кортикальной пластинке метафиза (А) и участок полости дефекта в губчатом веществе метафиза (Б) через 21 сутки после имплантации: А-окраска трихромным методом по Массону. Об. - 2,5, ок. - 10; Б-окраска гематоксилином и эозином. Об. - 6,3, ок. - 10; ГКИМ - гранулы композиционного имплантационного материала; НКТ - новообразованная костная ткань.

В участках, расположенных вокруг полости дефекта, наблюдали перестройку костных трабекул и их утолщение, в межтрабекулярных пространствах увеличивалось количество кровеносных сосудов. Удаленные от полости дефекта участки метафиза имели обычное строение.

На данном сроке эксперимента наблюдали образование прерывистой кортикальной пластинки из грубоволокнистой костной ткани, замещающейся пластинчатой с признаками формирования остеонов (рис. 2А). Вокруг полости дефекта формировались периостальные наслоения из грубоволокнистой костной ткани.

К 42 суткам после операции доля новообразованной костной ткани, представленной в основном губчатой костной тканью пластинчатого строения, увеличивалась до 58,6 ± 5,8 % (р > 0,05), в межтрабекулярных пространствах преобладал желтый костный мозг с большим количеством капилляров синусоидного типа. У 3-х животных гранулы КИМ в полости дефекта отсутствовали, у 2-х — их доля составляла от 1,8 до 3,6 %. Кортикальная пластинка была непрерывной, в ее новообразованном участке, представленном пластинчатой костной тканью с небольшими фрагментами грубоволокнистых костных структур, продолжалось формирование остеонов. Перестройке подвергалась и окружающая дефект костная ткань (рис. 2Б). Вокруг полости дефекта сохранялись периостальные наслоения.

А Б

Рис. 2. Граница новообразованной (НКП) и материнской (МКП) кортикальной пластинки через 21 сутки (А) и 42 (Б) суток после имплантации композиционного материала: А - об. -6,3, ок. - 10. Б - об. - 2,5, ок. - 10. Окраска трихромным методом по Массону.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, при морфологическом исследовании установлен стимулирующий эффект КИМ, о чем свидетельствует формирование к 42 суткам эксперимента непрерывной кортикальной пластинки

и заполнение полости дефекта сетью трабекул из пластинчатой костной ткани. Процесс репаративной регенерации происходил на основе прямого остеогенеза, путем аппозиционного формирования костной ткани на поверхности дефекта. Необходимо отметить, что у некоторых животных до конца эксперимента определялись гранулы КИМ, включенные в состав костных трабекул.

В проведенных ранее исследованиях было показано, что без заполнения КИМ через 42 суток эксперимента происходит лишь частичное возмещение аналогичных дырчатых дефектов. При этом в кости сохраняется выемка, заполненная рыхлой волокнистой соединительной тканью, а кортикальная пластинка находится в стадии формирования [8].

В композиционном материале, который имплантировали в дефекты, в качестве органической составляющей представлены низкомолекулярные белковые соединения, выделенные из костной ткани сельскохозяйственных животных и обладающие сродством к катионообменникам и свойствами инсулиноподобного фактора роста. Материал имеет пастообразную консистенцию и удобен для заполнения дефектов любой конфигурации. Новизна и оригинальность технологии получения КИМ заключаются в максимальной сохранности соединений и элементов минерального матрикса костной ткани, обладающих свойствами привлечения в область восполняемого дефекта остеоиндуцирующих агентов.

Выделенная из костной ткани сельскохозяйственных животных минеральная основа КИМ по составу приближена к главному неорганическому компоненту кости — гидроксиапатиту. Весовое соотношение Са/Р в костном кристаллическом апатите составляет 2,15, а минеральной составляющей КИМ — 2,11. Кроме того, в составе КИМ обнаружено небольшое количество карбонатов и белковых соединений, представляющих собой костные неколлагеновые белки, соосадившиеся вместе с фосфатами кальция. Есть основания предполагать, что именно минеральная составляющая КИМ придает ему свойство остеокондукции, а органическая составляющая, представленная низкомолекулярными белковыми соединениями, обладающими сродством к катионообменникам и свойствами инсулиноподобного фактора роста, выполняет роль остеоиндуцирующего агента [5, 9].

Действие инсулиноподобных факторов роста еще недостаточно полно изучено. Считается, что они совместно с гормоном роста участвуют в регуляции репаративных процессов в костной ткани, обладают способностью стимулировать процессы пролиферации, дифференцировки и метаболизма костных, мышечных, нервных, эритроидных клеток и фибробластов, а через взаимодействие со специфическими рецепторами стимулируют выработку коллагена и белков экстрацеллюлярного матрикса в остеобластах и остеоцитах [3, 11].

Тот факт, что в полости дефекта на протяжении всего периода наблюдения мы отмечали наличие значительного количества капилляров синусоидного типа, позволяет предположить присутствие в составе имплантируемого материала факторов, которые не только оказывают воздействие на остеогенез в полости дефекта, но и стимулируют ангиогенез.

На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что разработанный КИМ стимулирует костеобразование, обладая индуктивными и кондуктивными свойствами одновременно. Применение имплантационного материала такого состава позволит сократить сроки лечения больных с посттравматическими и пострезекционными дефектами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Воложин А.И. и др. Создание нового поколения биосовместимых материалов на основе фосфатов кальция для широкого применения в медицинской практике // Технологии живых систем. - 2004. - Т. 1, № 1. - С. 41 -56.

2. Гайдышев И.П. Решение научных и инженерных задач средствами Excel, VBA и С/С ++. — СПб.: БХВ-Петербург, 2004. — 512 с.

3. Гомазков O.A. Физиологически активные пептиды. Справочное руководство. — М., 1995. — 143 с.

4. Десятниченко К.С. и др. Выделение и биотестирование костных рострегулирующих факторов: метод, рек. — Курган, 1990. — 24 с.

5. Европейская конвенция по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей // Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. — 2003. — № 4. — С. 34 —36.

6. Накоскин А.Н., Лунева C.H., Талашова И.А. Неколлагеновые белки костной ткани обладают инсулиноподобным действием//Илизаровские чтения: матер, конф. — Курган, 2011. — С. 496.

7. Пат. 2311167 Российская Федерация, МПК7 А 61 Кб/033; 35/32; 38/01 Биоимплантат для возмещения дефектов минерализованных тканей и способ его получения / Шевцов В.И., Талашова И.А., Лунева C.H., Ковинька М.А. (РФ). - №2005100254; заявл.11.01.2005; опубл. 27.11.2007, Бюл. №33.

8. Талашова И. А., Кононович Н.А., Силантьева Т.А. Возмещение дефектов губчатой кости животных // Ветеринария . — 2009. — № 8. — С. 51 —54.

9. Талашова И.А., Силантьева Т.А. Качественный и количественный состав имплантационных кальцийфосфатных материалов//Успехи современного естествознания. — 2007. — № 11 (www.rae.ru).

10. Талашова И.А.Г Силантьева Т.А. Лабораторное выделение кальцийфосфатных соединений из костной ткани крупного рогатого скота и определение их состава методом электронно-зондового микроанализа//Гений ортопедии. — 2007. — № 4. — С. 71—75.

11. Nicola N. A. Guidebook to cytokines and their receptor. — Oxford University Press, Inc., N.Y., 1994. — 260 p.