СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ПЕРИИМПЛАНТИТА
METHOD FOR CREATING AN EXPERIMENTAL MODEL OF PERI-IMPLANT PATHOLOGY

Изобретение относится к области медицины, в частности к экспериментальной медицине.
Отторжение имплантатов вследствие воспаления периимплантных тканей встречается у 5-10% оперированных пациентов. Патологический процесс может начаться как сразу, так и через несколько лет активной эксплуатации установленных дентальных имплантатов. Основной причиной считается скопление патогенной микрофлоры в периимплантных тканях на фоне низкого уровня гигиены полости рта, что приводит к воспалению тканей вокруг установленных имплантатов.
Периимплантит - это воспалительный процесс, который затрагивает периимплантные ткани по всей длине установленного имплантата и приводит к рассасыванию челюстной кости (Робустова Т.Г. Имплантация зубов - хирургические аспекты - М.: Медицина, 2003. - 283 с) [1]. При такой патологии чаще всего приходится удалять титановые конструкции, чтобы полностью остановить развитие воспаления.
Создание модели периимплантита в эксперименте на животных продиктовано необходимостью прогнозирования возможных исходов после установки дентальных имплантатов в челюстных костях.
Из литературы известны модели экспериментального периимплантита у животных. Как правило, для этих целей используют крыс, кроликов, морских свинок, собак и приматов (Михальченко Д.В., Яковлев А.Т., Бадрак Е.Ю., Михальченко А.В. Проблема воспаления в периимплантитных тканях и факторы, влияющие на его течение // Волгоградский научно-медицинский журнал. 2015. №4(48). С. 15-17) [2].
Из уровня техники известно, что для создания модели периимплантита некоторые авторы использовали приемы, аналогичные методу формирования пародонтита. Так, T. Berglundh, Т. Lindhe (1996) разработали экспериментальную модель периимплантита на собаках (Майкл С.Блок Дентальная имплантология: хирургические аспекты. Перевод с английского, под общей редакцией М.В. Ломакина. Москва: МЕД пресс-информ, 2015) [3].
Суть метода состоит в введении лигатуры в десневую борозду, что приводит к образованию патологического кармана с культивированием поддесневой бактериальной флоры и в дальнейшем - последовательному воспалению тканей десны (периимплантный мукозит) и формированию воспалительного поражения кости (периимплантит).
Преимущества метода: короткие сроки формирования модели (6 недель).
Однако в настоящее время отсутствуют научные доказательства того, что при отсутствии соответствующей противовоспалительной терапии периимплантный мукозит приводит к периимплантиту (Головина Е.С., Кузнецова Е.А., Тлустенко В.П., Садыков М.И. Клинико-рентгенологическая диагностика периимплантного мукозита и дентального периимплантита хронического течения // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16. №6. С. 330-335) [4].
Кроме этого, использование собак в качестве объектов для экспериментального исследования крайне затруднено вследствие высокого уровня агрессии при длительном содержании, невозможности использования одних и тех же животных повторно.
В экспериментальной медицине в качестве подопытных животных одними из наиболее широко используемых, являются кролики.
С рядом преимуществ, например, меньшей степенью фенотипического полиморфизма, относительной простотой воспроизведения популяции, низким уровнем агрессии, использование кроликов затруднено ввиду с их высокой смертностью из-за худшей, по сравнению с крупными животными, переносимостью медикаментозных и хирургических вмешательств.
Из уровня техники известна модель периимплантита, выполненная на 33 самцах кроликов породы Шиншилла, сходных по возрасту и массе тела (Походенько-Чудакова И.О., Шевела Т.Л., Кабак С.Л. Определение тяжести течения периимплантита на основании данных морфологического исследования в эксперименте. Медицинский журнал. 2018; 4(66): 77-81) [5].
Собственно, авторами направленное моделирование воспаления вокруг имплантата специально не проводилось, операция выполнялась в асептических условиях с обеспечением первичной стабильности имплантата.
Недостатки метода: неопределенные сроки окончания формирования модели периимплантита, отсутствие доступных беззубых участков челюстной кости, пригодных для установки дентальных имплантатов, необходимость удаления зубов у животного, что существенно влияет на качество результатов эксперимента и ставит под сомнение чистоту опыта.
Известна модель периимплантита, формируемая у половозрелых приматов (Warrer K.В., Lang D., Karring N.P. Plaque-induced peri-implantitis in the presence or absence of keratinized mucosa. An experimental study in monkeys. Clin. Oral Implants Res. 1995; 6 (3): 131-138) [6].
Принцип моделирования периимплантита сходен с методом T. Berglundh, Т. Lindhe (1996), приведенным выше. Чтобы обеспечить обильное накопление бактериальных бляшек, вокруг имплантатов на входе в периимплантатную борозду авторы накладывали ватные лигатуры.
Недостатками данной экспериментальной модели является высокая стоимость приобретения и содержания животных (обезьян), длительность сроков ее формирования, необходимость регулярного введения новых ватных лигатур ввиду их постоянной утраты (проглатывание с пищей, выплевывание).
Наиболее близким по сути и выбранным в качестве прототипа является «Экспериментальная модель периимплантита» (Плюхин Д.В., Асташина Н.Б., Соснин Д.Ю., Мудрова О.А. Экспериментальная модель периимплантита // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2019. Т. 63. №2. С. 153-158) [7].
Авторы моделировали периимплантит на белых крысах в 2 этапа. На первом этапе 50 крысам экстрагировали (удаляли) первый моляр верхней челюсти слева. На втором этапе осуществляли установку имплантатов, изготовленных из титана. Периимплантит моделировали путем создания нестабильности положения имплантата и наложения лигатуры из хлопковой нити на область его шейки.
Преимущества модели: создание условий, максимально соответствующих получению достоверных результатов (нестабильность имплантата, воспаление) по формированию модели периимплантита.
Технический результат прототипа (создание модели периимплантита у крыс в эксперименте) достигается путем сочетанного воздействия 2 факторов: нестабильности имплантата и воспаления. Авторы добились создания экспериментальной модели периимплантита у 19 из 22 животных (эффективность составила 86,4%).
Недостатки метода прототипа: условия эксперимента предполагают создание нестабильности дентального имплантата, однако из описания модели неясно, каким образом определяется эта нестабильность, поскольку отсутствуют четкие указания на степень крутящего момента (момент силы, вращающий момент, торк) при установке имплантата. Данный параметр крайне важен, поскольку влияет на первичную стабильность имплантата (механическую стабильность), которая, в свою очередь, позволяет добиться/не добиться необходимой остеоинтеграции/дезинтеграции.
В этой связи неясно, как обеспечить согласно описанию прототипа, с одной стороны, нестабильность имплантата (являющуюся важной составляющей формирования периимплантита) и при этом не потерять имплантат, а с другой стороны - не затянуть имплантат так, чтобы он интегрировался в кости и не позволил получить адекватную модель периимплантита.
Из описания непонятно, какой именно тип дентального имплантата использован для создания модели периимплантита: одноэтапный (неразборный) или двухэтапный (составной), в описании сказано лишь, что он «не фабричный».
Помимо всего вышесказанного, фиксация лигатуры из хлопковой нити осуществлялась на область шейки имплантата, что способствовало развитию воспаления только в пришеечной части имплантата, окруженной десной, и в конечном итоге, приводило к развитию периимплантного мукозита, а не периимплантита (воспаление костной ткани).
Кроме этого, модель предполагает двухэтапную методику формирования периимплантита с необходимостью удаления зуба у животного, сопровождающимся кровотечением и частыми летальными исходами, что существенно влияет на качество результатов эксперимента и ставит под сомнение чистоту опыта. Выбор в качестве экспериментальной модели крысы не позволяет полноценно экстраполировать результаты моделирования, полученные у животных, на организм человека, необходимо проведение исследования на сопоставимых по объему тканей организме, таком, как например, организме овцы.
Поставлена задача: разработать способ создания экспериментальной модели периимплантита, позволяющей исключить летальность подопытных субъектов, получив при этом полноценную модель периимплантита с большим объемом окружающих тканей, доступных для исследования.
Поставленная задача достигается путем препарирования кортикальной пластинки челюстной кости по вершине альвеолярного гребня беззубого участка челюсти взрослой овцы хирургической фрезой диаметром 2 мм со скоростью вращения 1200 об/мин на глубину 5 мм без охлаждения, установки одноэтапного (неразборного) винтового дентального имплантата, диаметром 2,5 мм, длиной 10 мм, с крутящим моментом 15 Нем, на внутрикостную часть которого предварительно накручена лигатура из хлопковой нити.
Исследование проведено на 12 трехлетних овцах Северо-Кавказской породы. Все животные разделены на 2 группы: основную (8 животных) и контрольную (4 животных). Всего установлено 48 дентальных имплантатов, по 2 с каждой стороны челюсти.
Обоснование выбора животного для формирования модели периимплантита.
Северо-Кавказская мясошерстная порода овец выведена в 1958 году в Ставропольском крае учеными Всероссийского НИИ овцеводства и козоводства в результате селекционной работы по выведению породы овец, адаптированной к неблагоприятным условиям проживания (сухой климат, резкие перепады температуры). Северо-Кавказские овцы - животные с крепкой конституцией, крупные (бараны до 100 кг, матки - до 70 кг), высота в холке достигает 75 см. Хорошо выражены мускулы на конечностях и окороках. Ноги средние, крепкие, правильно поставленные. Животные комолые (безрогие). Овцы Северо-Кавказской породы отличаются хорошими нагульными качествами. Среднесуточный прирост на выгуле с подкормкой - 200 грамм. Животное считается взрослым с полностью сформированными органами и тканями, начиная с трехлетнего возраста.
Выбор в качестве экспериментальной модели овцы Северо-Кавказской породы также обусловлен следующими причинами: большой объем пригодных для исследования тканей (костной, мышечной, нервной), простота и экономичность содержания, низкий уровень агрессии животного, типичный вид животных для региона Северного Кавказа, высокий регенераторный потенциал донорских зон, позволяющий в соответствии с законом РФ «О защите животных от жестокого обращения» и Болонской конвенции (1999) не умерщвлять животное при заборе экспериментального материала (мягкие ткани, зубы, фрагменты костей).
Для создания модели периимплантита у овец важным является наличие беззубых участков на нижней и верхней челюстях у взрослых животных, протяженностью, в среднем, от 30 до 50 мм, пригодных для установки винтовых дентальных имплантатов (фиг. 1).
Способ создания экспериментальной модели периимплантита овец осуществляется следующим образом.
В основной группе под общим наркозом (Zoletil 50) производили перфорирование кортикальной пластинки челюстной кости беззубого участка челюсти взрослой овцы по вершине альвеолярного гребня хирургической фрезой, диаметром 2 мм, со скоростью вращения 1200 об/мин на глубину 5 мм без охлаждения. Затем вкручивали одноэтапный винтовой дентальный имплантат диаметром 2,5 мм, длиной 10 мм, на внутрикостную часть которого предварительно накручивали лигатуру из хлопковой нити, определяя крутящий момент в 15 Нем с помощью беспроводного автоматического динамометрического ключа Meg-Torq (пр. Ю. Корея).
В контрольной группе под общим наркозом (Zoletil 50) выполняли установку винтового дентального имплантата из титана, изготовленного не фабричным способом по методу прототипа (фиг. 2).
Экспериментальную модель периимплантита считали окончательно сформированной при плотности костной ткани нижней челюсти ниже 250 ЕД по шкале Хаунсфилда (определяемой по результатам рентгеновской денситометрии) и подвижности винтового дентального имплантата 3 степени (подвижность в медио-дистальном, вестибуло-оральном направлениях и вокруг собственной оси).
Краткая характеристика этапов и элементов, использованных в разработке модели.
Препарирование беззубого участка челюсти взрослой овцы хирургической фрезой диаметром 2 мм со скоростью вращения 1200 об/мин на глубину 5 мм без охлаждения водой или физиологическим раствором, в результате которого перфорировали кортикальную кость по вершине альвеолярного гребня, приводило к коагуляции коллагеновых волокон кости, что способствовало ускорению начала воспалительной реакции и, как следствие, сокращению сроков формирования модели периимплантита.
Опытным путем установлено, что увеличение скорости вращения фрезы выше 1200 об/мин без охлаждения приводит к некрозу костной ткани, а уменьшение скорости вращения фрезы менее 1200 об/мин, даже без охлаждения, не дает требуемого эффекта коагуляции коллагеновых волокон и не позволяет ускорить формирование модели периимплантита.
Диметр хирургической фрезы в 2 мм подобран также опытным путем, поскольку его увеличение, например, до 2,5 мм не позволяет обеспечить минимальную стабильность дентального имплантата с диаметром 2,5 мм (имплантат не фиксируется в кости), а уменьшение диаметра фрезы, например, до 1 мм не дает возможности закрутить имплантат в кость.
Глубина перфорирования фрезой кости в 5 мм также определена опытным путем и обеспечивает минимальную стабильность дентального имплантата, при увеличении глубины перфорирования кости, например, до 7 мм, стабильности имплантата достичь не удается, при уменьшении, например, до 2 мм, не удается вкрутить имплантат в кость.
Стандартный одноэтапный (неразборный) винтовой дентальный имплантат «Соло» (пр. Русимплант, Россия) диаметром 2,5 мм и длиной 10 мм является одним из часто используемых дентальных имплантатов в клинических условиях, полностью соответствует стандартам и позволяет визуально (в отличие от двухэтапных, разборных имплантатов) оценивать его стабильность в момент установки, поскольку имеет не только внутрикостную часть, но и внекостную часть (головку).
Фиксация хлопковой нити на внутрикостную часть одноэтапного винтового имплантата обеспечивает равномерное распространение патологического процесса не только на пришеечную область (как у прототипа) имплантата, но и на всю область окружающей его костной ткани (по всей длине внутрикостной части имплантата).
Фиксация одноэтапного винтового дентального имплантата в окружающей кости с крутящим моментом 15 Нсм обеспечивает нестабильность имплантата (являющуюся важной составляющей формирования периимплантита), но позволяет при этом не потерять имплантат.
Следует отметить, что подобранный опытным путем крутящий момент (момент силы) в 15 Нсм позволяет затянуть имплантат так, чтобы он не интегрировался в кости, но и не выпал раньше, чем будет окончательно сформирована экспериментальная модель периимплантита.
Выбор овцы для формирования экспериментальной модели периимплантита также оказался удачным: за все время эксперимента ни одно животное не умерло, у всех подопытных удалось получить адекватные (по данным рентгеновской денситометрии и оценки подвижности) модели периимплантита (эффективность модели составила 100%).
Сроки формирования экспериментальной модели периимплантита в основной группе животных (разработанный способ) составили 30 дней (фиг. 3). Сроки формирования экспериментальной модели периимплантита в контрольной группе животных (прототип) составили 90 дней.
На фигурах изображены отпечатки скриншотов с экрана компьютера при проведении рентгеновской денситометрии овец.
На фиг. 1 изображены результаты рентгеновской денситометрии челюстных костей овцы до начала эксперимента (основная группа): поз. 1 - беззубые участки на верхней челюсти; поз. 2 - беззубые участки на нижней челюсти у взрослых животных, пригодные для установки винтовых дентальных имплантатов.
На фиг. 2 изображены результаты рентгеновской денситометрии челюстных костей овцы через 3 месяца после начала эксперимента (контрольная группа). Дентальные имплантаты установлены на левой стороне нижней челюсти - поз. 3 и на правой стороне нижней челюсти - поз.4.На фиг. 3 изображены результаты рентгеновской денситометрии челюстных костей овцы через 1 месяц после начала эксперимента (основная группа). В периимплантной области установленных одноэтапных дентальных имплантатов - поз. 5 отмечен сформированный дефект костной ткани - поз. 6 в области внутрикостной части дентального имплантата длиной 6,698 мм и шириной 4,345 мм.
Результаты проведенного исследования показали, что в основной группе уже через 1 месяц плотность костной ткани челюстных костей по шкале Хаунсфилда составила 210 ЕД, а в контрольной группе, где экспериментальная модель сформирована по описанию прототипа, плотность костной ткани челюстных костей по шкале Хаунсфилда составила 525 ЕД.
Примеры практического использования разработанной модели.
Проведена серия из 12 опытов с целью изучения репаративного остеогенеза челюстных костей овец на модели периимплантита при использовании остеопластических материалов. При этом в основной группе овец (n=8) предварительно сформирован экспериментальный периимплантит по разработанному способу. Далее животные поделены на группы в зависимости от исследуемого остеопластического материала. На предварительной фазе эксперимента, проведенного по разработанному способу, удалось добиться значимого снижения минеральной плотности костной ткани в области установленных имплантатов у всех 8 животных (ниже 250 ЕД по шкале Хаунсфилда) уже через 30 суток после начала эксперимента. Всего установлено 32 имплантата, к 30-м суткам ни одного дентального имплантата не потеряно, эффективность модели составили 100%. В результате эксперимента летальных исходов в послеоперационном периоде не отмечено. Исследования завершены успешно, все животные могут быть использованы в исследованиях повторно.
В контрольной группе овец (n=4), где экспериментальная модель сформирована по описанию прототипа, выполняли установку винтового дентального имплантата из титана, изготовленного не фабричным способом.
На предварительной фазе эксперимента, проведенного по описанию прототипа, значимого снижения минеральной плотности костной ткани в области 16 установленных имплантатов к 30-м суткам добиться не удалось (показатели составили, в среднем, 525 ЕД по шкале Хаунсфилда). Целевых значений - ниже 250 ЕД по шкале Хаунсфилда удалось достичь через 90 суток только у 2 животных (8 имплантатов), эффективность модели составила 50%.
В результате проведенного исследования получена экспериментальная модель периимплантита, наиболее пригодная для исследований в области оперативной хирургии, клеточных технологий, челюстно-лицевой хирургии, травматологии, дентальной имплантологии, пародонтологии, а также для изучения особенностей действия некоторых фармакологических препаратов.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и ближайших аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критериям «новизна» и «промышленная применимость».
Результаты поиска показали, что заявляемое изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного технического решения, что обеспечивает решение технической задачи по моделированию периимплантита.
Проведенные опытно-конструкторские и экспериментальные исследования обеспечили разработку способа создания экспериментальной модели периимплантита, позволяющего исключить летальность подопытных субъектов, получив при этом полноценную модель периимплантита с большим объемом окружающих тканей, доступных для исследования.
Таким образом, в результате практического использования разработанной модели периимплантита получен технический результат, ранее не известный, который может широко использован в экспериментальной медицине и фармакологии. Заявляемое изобретение
полностью удовлетворяет основным критериям оценки патентоспособности - новизне, воспроизводимости и промышленной применимости.
Экспериментальная модель позволяет исключить летальные исходы в послеоперационном периоде, предоставляет неограниченный объем тканей, пригодных для научного исследования, а также существенно расширяет границы практической применимости модели по сравнению с прототипом.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Робустова Т.Г. Имплантация зубов - хирургические аспекты - М.: Медицина, 2003. - 283 с.
2. Михальченко Д.В., Яковлев А.Т., Бадрак Е.Ю., Михальченко А.В. Проблема воспаления в периимплантитных тканях и факторы, влияющие на его течение // Волгоградский научно-медицинский журнал. 2015. №4(48). С. 15-17.
3. Майкл С. Блок Дентальная имплантология: хирургические аспекты. Перевод с английского, под общей редакцией М.В. Ломакина. Москва: МЕД пресс-информ, 2015.
4. Головина Е.С., Кузнецова Е.А., Тлустенко В.П., Садыков М.И. Клинико-рентгенологическая диагностика периимплантного мукозита и дентального периимплантита хронического течения // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16. №6. С. 330-335.
5. Походенько-Чудакова И.О., Шевела Т.Л., Кабак С.Л. Определение тяжести течения периимплантита на основании данных морфологического исследования в эксперименте. Медицинский журнал. 2018; 4(66): 77-81.
6. Warrer K.В., Lang D., Karring N.P. Plaque-induced peri-implantitis in the presence or absence of keratinized mucosa. An experimental study in monkeys. Clin. Oral Implants Res. 1995; 6 (3): 131-138.
7. Плюхин Д.В., Асташина Н.Б., Соснин Д.Ю., Мудрова О.А. Экспериментальная модель периимплантита // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2019. Т. 63. №2. С. 153-158.