СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ РЕФИКСАЦИИ МЫШЦ К ПОРИСТЫМ ТИТАНОВЫМ ИМПЛАНТАТАМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
METHOD OF SIMULATING MUSCULAR TISSUE DEFECTS FOR STUDYING MUSCLE REFIXATION TO POROUS TITANIUM IMPLANTS USING ADDITIVE TECHNOLOGIES

Изобретение относится к ортопедии, а именно к области экспериментальной медицины, и может быть использовано при изучении состояний, связанных с наличием дефектов костной ткани, включающей места прикрепления мышц при лечении пациентов с обширными костными дефектами, полученными в результате обширных ревизионных вмешательств, а также имеющие хронические дефекты костной ткани.
В экспериментальной медицине в качестве подопытных животных одними из наиболее широко используемых являются кролики, в частности, самки. В проанализированной нами литературе описаны модели экспериментальных костных дефектов, которые были выполнены на кроликах в проксимальном метаэпифизе большеберцовой кости, но без вовлечения в дефект точек прикрепления мышц и сухожильного аппарата [1, 2]. Существует модель повреждения ахиллова сухожилия, однако она не позволяет изучать интеграцию тканей в имплантатах [3]. Надо отметить, что представленные модели дефектов не могут быть использованы для изучения патогенезов заболеваний, связанных с вовлечением в дефект мышечного аппарата, а так же их последствий, что не дает в полной мере оценить процессы интеграции мышечной ткани в титановые имплантаты.
Основная задача изобретения состоит в создании экспериментальной модели дефекта мышечной ткани, приближенной к клинике при ревизионных оперативных вмешательствах, для изучения процессов мягкотканой интеграции в пористые титановые имплантаты изготовленные при помощи аддитивных технологий.
Технический результат предлагаемого изобретения состоит в возможности наиболее достоверной оценки процессов интеграции мышечной ткани в титановые имплантаты, изготовленные при помощи аддитивных технологий, после оперативных вмешательств, моделирующих мышечные дефекты у кролика, с целью оптимизации лечения пациентов с обширными костными дефектами, включающие места прикрепления сухожильно-связочного аппарата после ревизионных оперативных вмешательств.
Результат достигается тем, что формируют мышечный дефект в толще волокон широчайшей мышцы спины кролика, имплантируют в него титановый высокопористый имплантат сетчатой структуры, позволяющий выполнить к нему фиксацию мышечной ткани, таким образом, чтобы мышечные волокна прилегали к пористому титановому материалу по всей его поверхности, обеспечивая максимальный контакт. После чего рану ушивают и экспериментальное животное содержат в обычных условиях не менее 15 суток.
На фигурах изображены: модель экспериментального мышечного дефекта после имплантации титановых имплантатов изготовленных при помощи аддитивных технологий:
Фигура 1: вид экспериментального мышечного дефекта после имплантации титанового имплантата, изготовленного при помощи аддитивных технологий.
Фигура 2: морфологическая картина экспериментального мышечного дефекта после имплантации пористого титанового материала, изготовленного при помощи аддитивных технологий.
Фигура 3: морфологическая картина экспериментального мышечного дефекта после имплантации не пористого титанового материала, изготовленного при помощи аддитивных технологий
Фигура 4: график прочностных испытаний фиксации мышечной ткани к исследуемым титановым образцам.
Способ осуществляется следующим образом: кроликам породы «шиншилла» весом 2,5 - 3,5 кг проводили оперативное вмешательство на широчайших мышцах спины кролика. Положение животного - на животе. Кожный разрез длиной 4 см выполняли на 1 см кнаружи от остистых отростков 5-12 грудных позвонков. В верхней трети мышечного брюшка при помощи зажима по типу «москит» выполняют расслоение мышечных волокон на протяжении 2 см, далее, отступя дистально на 3 см по ходу мышечного брюшка, дистальнее формируют разволокнение мышечных волокон на протяжении 2 см. В обе зоны мышечного разволокнения имплантируют титановые высокопористые имплантаты, сетчатой структуры, изготовленный при помощи аддитивных технологий (Фиг. 1). После чего рану ушивают послойно. Кожные покровы обрабатывают раствором антисептиков. Две зоны разволокнения на протяжении мышечных волокон, необходимы для выполнения прочностных испытаний. Приложение силы на разрыв будет осуществляться к проксимальному и дистальному исследуемому образцу.
В эксперимент вошли 6 половозрелых кроликов породы Шиншилла в условиях вивария РНИИТО им. P.P. Вредена. В исследовании использовались обе задние лапы животного (12 объектов исследования). Все особи были женского пола. Возраст животных в среднем составил 7 месяцев (диапазон 6-8 месяцев). Масса тела объектов исследования (животных) составила в среднем 2870 г (диапазон 2700-3000 г). Содержание и использование лабораторных животных соответствовало требованиям «ИСО 10993-2». Все процедуры с животными были рассмотрены и утверждены локальным этическим комитетом. Животные были здоровы, имели ветеринарный сертификат качества и состояния здоровья и содержались в идентичных условиях кормления и содержания. Животные были разделены на контрольную и опытную группы, по 3 животных в каждой группе. Контрольные морфологические исследования выполняли на 60-е сутки. На 90-е сутки выполнено исследование прочностных свойств. Исследование прочностных свойств мышечной интеграции в исследуемые титановые имплантаты выполнено с помощью универсальной установки для механических испытаний AG-100X Plus (Shimadzu Corp., Япония). Испытания на растяжение выполнялись с контролем деформации в соответствии с ISO 6892-2009 и JIS Z2241-2010. При исследовании прочностных свойств интеграции оценивались усилия на разрыв мягких тканей в области прикрепления к исследуемым имплантатам. Животным контрольной группы формировали дефект мышечной ткани по описанной выше экспериментальной методике, но в дефект имплантировали не пористые титановые имплантаты, в результате чего при морфологическом исследовании образцов мышечной ткани на 60 сутки после операции, в группе с имплантацией непористого титанового материала наблюдается формирование тонкой соединительнотканной капсулы вокруг имплантата без воспалительных проявлений. Мягкотканой интеграции не выявлено (Фиг. 2). В опытной группе с имплантацией пористого титанового имплантата в мышечную ткань, наблюдается прорастание зрелой фиброзной ткани с упорядоченными волокнами в поры материала с неравномерным расположением разнокалиберных сосудов без клеточной реакции (Фиг. 3).
Исследования прочностных свойств фиксации мышечной ткани к титановым имплантатам проведены в обеих группах на 90-е сутки. В контрольной группе с имплантацией не пористого титана разрушающее усилие на разрыв составило 8±2,9N. При таком усилии происходила отслойка фиброзной ткани от поверхности исследуемых титановых образцов без повреждения волокон мышечной ткани. В опытной группе (пористый титановый имплантат) усилие на разрыв составило 26±6,5N. При таком воздействии силы происходило разрушение мышечных волокон вне зоны прилегания к тестируемому титановому образцу. Фиброзная капсула вокруг тестируемых опытных образцов пористого титана была без повреждений, оставаясь непрерывной. Усилие на разрыв в опытной группе существенно превосходило контрольную группу (Фиг. 4).
Достоинство аддитивных технологий в изготовлении сложных по форме пространственных высокопористых титановых имплантатов заключается в возможности клинического применения, учитывая индивидуальную анатомию и форму дефекта. В ряде случаев, после повторных ревизионных вмешательств хирурги сталкиваются с костными дефектами вовлекающими в себя зоны прикрепления мышц. Модель дефекта мышечной ткани продемонстрировала способность прочной фиброзной интеграции в титановые высокопористые имплантаты изготовленные при помощи аддитивных технологий, которая может быть использована при изучении состояний, связанных с последствиями травм и ревизионных вмешательств.
Список использованной литературы:
1. Лунева С.Н., Талашова И.А., Осипова Е.В., Накоскин А.Н., Еманов А.А. Влияние состава биокомпозиционных материалов, имплантированных в дырчатые дефекты метафиза, на репаративную регенерацию и менерализацию костной ткани; бюллетень экспериментальной биологии и медицины №8 2013 г, с. 255-259.
2. Walsh WR, Vizesi F, Michael D, Auld J, Langdown A, Oliver R, Yu Y, Irie H, Bruce W. Beta-TCP bone graft substitutes in a bilateral rabbit tibial defect model. Biomaterials. 2008; 29:266-271.
3. Касатка O.B., Iванов Г.В., 1 Iстомiн А.Г., Петренко  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ПОВРЕЖДЕНИЯ АХИЛЛОВА СУХОЖИЛИЯ У ЛАБОРАТОРНЫХ КРЫС; ТРАВМА, ТОМ 18, №3, 2017, С 86-87.