facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НИЖНЕЙ ЧЕЛЮСТИ ПОЛОВОЗРЕЛЫХ КРЫС ПОСЛЕ ИМПЛАНТАЦИИ В БОЛЬШЕБЕРЦОВУЮ КОСТЬ БИОГЕННОГО ГИДРОКСИЛАПАТИТА, НАСЫЩЕННОГО ЖЕЛЕЗОМ В РАЗЛИЧНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ

ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НИЖНЕЙ ЧЕЛЮСТИ ПОЛОВОЗРЕЛЫХ КРЫС ПОСЛЕ ИМПЛАНТАЦИИ В БОЛЬШЕБЕРЦОВУЮ КОСТЬ БИОГЕННОГО ГИДРОКСИЛАПАТИТА, НАСЫЩЕННОГО ЖЕЛЕЗОМ В РАЗЛИЧНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ
Владислав Лузин, профессор, доктор медицинских наук, профессор

Виталий Морозов, аспирант

Елена Нужная, доцент, кандидат медицинских наук, доцент

Луганский государственный медицинский университет, Украина

Участник конференции

УДК: 611.716.4:616.718.5-089.843-092.9:661.842.455

В данной статье изучены прочностные характеристики нижней челюсти половозрелых крыс в условиях «синдрома перелома», имплантации «Остеоапатита керамического» в чистом виде и насыщении его различными концентрациями солей железа (0,05%, 0,15% и 0,5%). Выявлено, что присутствие солей железа в составе импланта способно, в определенной степени, сглаживать неблагоприятные изменения, возникающие в условиях «синдрома перелома» и имплантации чистого ОК-015. Наиболее оптимальной концентрацией железа является 0,15%.

Ключевые слова:нижняя челюсть, крысы, ОК-015, железо, прочностные характеристики

The strength characteristics of the mandible of mature rats in a "fracture syndrome", implantation "Osteoapatit ceramic" in pure form and it is saturated with various concentrations of iron salt (0,05%, 0,15% and 0,5%) were investigated in this article. It was revealed, that the presence of iron salts in the implant can, to some extent, to smooth the adverse changes that occur in a "fracture syndrome" and the implantation of pure OC-015. The optimum concentration of iron is 0,15%.

Key words: mandible, rats, OC-015, iron, strength characteristics

Главными биомеханическими свойствами органов костной системы, как твердых тел, является прочность и упругость [2, 6,]. Данные свойства костей зависят от их химического состава, соотношения содержания компактного и губчатого вещества, системы внутреннего армирования, ориентации основных компонентов по отношению к продольной оси кости и могут в значительной степени изменяться под влиянием на костную систему различных экзогенных и эндогенных факторов [8]. Одним из эндогенных факторов, оказывающем неблагоприятное влияние на ее морфофункциональную организацию является «синдром перелома», вызванный травмой одного из органов скелета [3]. С целью оптимизации репаративного остеогенеза в зоне повреждения и сглаживания системной реакции скелета применяется имплантация в область перелома кости керамики на основе гидроксилапатита естественного или искусственного происхождения как в чистом виде, так и в комбинации с различными микроэлементами [1]. Довольно перспективным для достижения данной цели является насыщение гидроксилапатитной керамики железом, которое в физиологических концентрациях способно оказывать влияниенасозревание коллагена и минерализацию остеоида, а также входит в состав лактоферрина, который стимулирует пролиферацию и дифференцировку остеобластов и ингибирует остеокластогенез [7, 9]. В условиях неблагоприятного воздействия «синдрома перелома», большой интерес вызывает изучение биомеханических свойств нижней челюсти, что связано с особенностями ее происхождения, макро- и микроскопического строения, уникальными условиями расположения и наличием у крыс резца, который, пронизывая нижнюю челюсть, выполняет армирующую функцию [5]. Поэтому целью исследования явилось изучить биомеханические свойства нижней челюсти белых беспородных половозрелых интактных крыс-самцов, после нанесения дефекта большеберцовой кости и заполнении этой области «Остеопатитом керамическим» ОК-015 без примесей и при насыщении его различными концентрациями солей железа (0,05%, 0,15%, 0,5%).

Работа является фрагментом межкафедральной научно-исследовательской работы «Особенности роста, строения и регенерации трубчатых костей при пластике костных дефектов материалами на основе гидроксилапатита» (государственный регистрационный номер – 0103U006651).

Материалы и методы.Исследование проведено на 210 белых беспородных половозрелых крысах-самцах массой 135–145 г. Содержание и уход за животными проводили согласно закона Украины № 3447–IV от 21.02.06 «Про захист тварин від жорстокого поводження», которые согласовуются с положениями Европейской конвенции по защите позвоночных животных. Крысы были распределены на 6 групп: I группа – интактные животные, II группа – крысы, которым моделировали при помощи стоматологического бора дефект латеральной стенки большеберцовой кости на границе между проксимальным метафизом и диафизом (2,2 мм), III группа – животные с дефектом, заполненным «Остеоапатитом керамическим» (материал ОК-015) без примесей, IV – VI группы – крысы с дефектом большеберцовой кости, заполненным ОК-015, насыщенным железом в концентрациях 0,05%, 0,15% и 0,50%. Животные подвергались эвтаназии на 7, 15, 30, 60, 90 сутки под эфирным наркозом. Выделяли и очищали от мягких тканей левую нижнюю челюсть крыс и определяли ее прочностные характеристики при изгибе на универсальной нагрузочной машине Р–0,5 со скоростью нагружения 0,25 мм/мин до разрушения. Рассчитывали удельную стрелу прогиба, предел прочности, модуль упругости и минимальную работу разрушения [4]. Полученные цифровые данные обрабатывались при помощи программы «Statistica 5.11», достоверными считали отличия с уровнем значимости при р<0,05.

Результаты и их обсуждение. Для изучения прочностных характеристик нижней челюсти половозрелых крыс определяли удельную стрелу прогиба, модуль упругости (позволяют оценить состояние органического матрикса кости), а также предел прочности и минимальную работу разрушения (дают информацию о состоянии ее неорганического матрикса) (табл. 1).

Таблица 1

Прочностные характеристики нижней челюсти половозрелых крыс в зависимости от вида и срока воздействия

№ груп

пы

Вид воздействия

Срок воздействия

Биомеханические свойства нижней челюсти

Удельная стрела прогиба, Н/мкм

Предел прочности, ГПа

Модуль

упругости, ГПа

Минимальная работа разруше-ния, мДж

I.

Интактные

живот

ные

 

7 сут.

6,48+0,47

329,06+23,80

16,93+1,43

54,49+3,10

15 сут.

6,29+0,32

326,62+36,18

15,91+1,35

55,00+4,58

30 сут.

5,29+0,48

341,13+23,47

18,62+3,53

57,57+6,21

60 сут.

5,19+0,34

320,11+13,96

17,01+1,89

61,71+8,05

90 сут.

5,15+0,22

318,15+23,36

15,50+2,22

64,35+4,23

II.

Дефект

7 сут.

6,85+0,07

310,20+8,84*

17,20+1,26

50,28+1,70*

15 сут.

7,23+0,44*

298,03+10,92*

16,55+0,62*

46,81+1,50*

30 сут.

6,13+0,30*

290,78+18,13*

20,70+1,06*

48,59+1,69*

60 сут.

4,91+0,19

302,88+6,25*

16,02+0,86*

55,52+2,07*

90 сут.

5,01+0,29

308,89+8,76

14,47+1,03

59,04+1,45*

III.

ОК-015 без приме

сей

7 сут.

7,13+0,40*^

300,15+11,07*

16,62+1,31

46,69+2,17*^

15 сут.

7,50+0,28*

289,57+7,86*

16,92+0,48*

42,70+0,92*^

30 сут.

7,08+0,49*^

271,11+18,39*

22,05+0,86*^

45,87+3,39*^

60 сут.

5,41+0,22*^

291,75+8,41*^

18,57+0,94*^

56,57+2,27*

90 сут.

5,30+017^

309,08+11,16

16,68+0,87*^

64,18+1,91^

IV.

ОК-015+

0,05% Fe

7 сут.

7,01+0,24

313,22+14,35

16,01+1,36

50,71+1,45

15 сут.

7,20+0,36

295,12+13,44

16,00+0,92#

44,51+2,73#

30 сут.

6,78+0,24#

279,96+7,42

19,30+0,51#

49,60+1,66#

60 сут.

5,32+0,29

295,34+13,07

17,00+1,21#

58,17+3,55

90 сут.

5,74+0,15

310,36+10,84

16,20+1,15

65,16+1,63

V.

ОК-015+

0,15% Fe

7 сут.

7,02+0,20

310,50+7,13

18,44+1,17

48,03+1,90

15 сут.

6,96+0,16#

304,27+6,62#

15,51+0,96#

47,52+1,29#

30 сут.

5,90+0,24#

315,76+18,12#

16,42+1,81#

52,69+2,90#

60 сут.

5,13+0,21#

314,54+8,40#

16,37+1,08#

61,28+2,54#

90 сут.

5,32+0,24

312,82+10,63

15,48+2,02#

65,47+1,40

VI.

ОК-015+

0,5% Fe

7 сут.

6,82+0,24#

315,07+11,67#

15,46+1,51#

48,44+1,98

15 сут.

6,93+0,35#

305,29+14,65#

16,03+1,44#

55,15+1,61#

30 сут.

6,32+0,92#

298,44+25,14#

10,79+0,10#

50,23+2,35#

60 сут.

5,22+0,18

306,07+9,85#

11,93+1,05#

59,28+2,17#

90 сут.

5,24+0,27

312,65+8,45

11,83+1,10

64,34+2,08

Примечание:

* – достоверные отличия от данных группы интактных крыс при р<0,05;

^ – достоверные отличия от данных группы дефекта при р<0,05;

# – достоверные отличия от показателей группы чистого ОК-015 при р<0,05.

 

У интактных животных удельная стрела прогиба за период от 7 к 90 суткам наблюдения уменьшалась с 6,48+0,47 Н/мкм до 5,15+0,22 Н/мкм, а модуль упругости – с 16,93+1,43 ГПа до 15,50+2,22 ГПа. Предел прочности увеличивался с 7 по 30 сутки наблюдения с 329,06+23,80 ГПа до 341,13+23,47 ГПа, после чего к 60 и 90 суткам уменьшался до 320,11+13,96 и 318,15+23,36 ГПа соответственно. Минимальная работа разрушения возрастала с 7 по 90 сутки наблюдения с 54,49+3,10 мДж по 64,35+4,23 мДж.

После нанесения дефекта большеберцовой кости удельная стрела прогиба увеличивалась с 15 по 30 сутки наблюдения на 14,94% и 15,88%, а к 60 и 90 суткам приближалась к показателям интактных крыс. Модуль упругости на 7, 15 и 30 сутки наблюдения также возрастал на 1,59%, 4,02% и 11,17%, а к 60 и 90 суткам амплитуда изменений сглаживалась (4,77% и 3,35%) по сравнению с контрольными данными. Во все сроки эксперимента наблюдалось уменьшение предела прочности нижней челюсти (5,73%, 8,75%, 14,96%, 5,38%, 2,91%) и минимальной работы разрушения (7,73%, 14,89%, 15,60%, 10,03%, 8,25%), в отличии от параметров интактных крыс.

После заполнения области дефекта большеберцовой кости ОК-015 без примесей, величина удельной стрелы прогиба была больше показателей интактных крыс на 7, 15, 30, 60 и 90 сутки наблюдения на 10,03%, 19,24%, 33,84%, 4,24% и 2,91%, а параметров группы с дефектом – на 4,09%, 3,73%, 15,50%, 10,18% и 5,79%. Величина модуля упругости на 15, 30, 60 и 90 сутки наблюдения превосходила аналогичные параметры контрольной группы (6,35%, 18,42%, 9,17% и 7,6%), а также показатели группы с дефектом большеберцовой кости (2,24%, 6,52%, 15,92% и 15,27%). Предел прочности с 7 по 60 сутки наблюдения был меньше параметров интактных крыс на 8,79%, 11,35%, 20,53%, 8,86%, а группы с дефектом – на 3,24%, 2,84%, 6,76% и 3,67%. Минимальная работа разрушения уменьшалась с 7 по 90 сутки эксперимента на 14,31%, 22,36%, 20,32%, 8,33% и 0,26%, по сравнению с параметрами контрольной группы. При этом данный показательбыл меньше, чем в группе с дефектом большеберцовой кости с 7 по 30 сутки наблюдения (7,14%, 8,78% и 5,60%), а к 90 суткам превосходил его на 8,71%

После насыщения биогенного гидроксилапатита солями железа (0,05%), удельная стрела прогиба уменьшалась на 15, 30, 60 сутки эксперимента на 2,67%, 4,24% и 1,66%, а модуль упругости – с 7 по 90 сутки на 2,10%, 5,44%, 12,47%, 8,45% и 2,85%, по сравнению с аналогичными параметрами группы ОК-015 без примесей. Предел прочности увеличивался с 15 по 30 сутки наблюдения на 1,92%, 3,26%, приближаясь на 60 и 90 сутки к показателям группы чистого ОК-015 (1,23% и 0,41%). Изменение величины минимальной работы разрушения имело аналогичную тенденцию на 15, 30, 60 сутки эксперимента (4,24%, 8,13%, 2,83%).

При концентрации солей железа в составе имплантата 0,15%, удельная стрела прогиба уменьшалась на 15, 30, 60 сутки наблюдения (7,2%, 16,67% и 5,17%), достигая к 90 суткам значений группы чистого ОК-015. Величина модуля упругости имела аналогичную тенденцию на 15, 30. 60, 90 сутки эксперимента (8,33%, 25,53%, 11,85% и 7,19%), по сравнению с группой «Остеоапатита керамического» без примесей. При этом предел прочности увеличивался на 7, 15, 30, 60 сутки наблюдения на 3,33%, 5,08%, 16,50% и 7,81%, приближаясь на 90 сутки к значениям группы чистого ОК-015 (1,21%), а минимальная работа разрушения – на 2,87%, 11,28%, 14,87% и 8,33% с 7 по 60 сутки эксперимента.

После имплантации в область дефекта биогенного гидроксилапатита, насыщенного железом в концентрации 0,5%, удельная стрела прогиба уменьшалась на 7, 15, 30, 60 сутки наблюдения на 4,35%, 7,6%, 10,73% и 3,51%, а модуль упругости – на 6,98%, 10,64%, 14,78% и 6,03%, по сравнению со значениями группы ОК-015 без примесей. Величина предела прочности увеличивалась с 7 по 60 сутки эксперимента на 4,97%, 5,42%, 10,08% и 4,91%, а минимальная работа разрушения – на 3,75%, 15,62%, 9,51% и 4,79%, по сравнению с данными группы чистого ОК-015.

Выводы:

  1. У интактных животных во все сроки эксперимента наблюдалось уменьшение удельной стрелы прогиба, модуля упругости и увеличение предела прочности (с 7 по 30 сутки) и минимальной работы разрушения. Это объясняется возрастзависимым уменьшением содержания органических веществ в костной ткани и тканях резца нижней челюсти и возрастанием содержания неорганических веществ.
  2. После нанесения дефекта большеберцовой кости определялось достоверное увеличение величины удельной стрелы прогиба и модуля упругости и уменьшение предела прочности, а также минимальной работы разрушения на 15, 30 и 60 сутки наблюдения ( в период наибольшей активности процессов репаративного остеогенеза). Выявленную тенденцию изменений прочностных характеристик нижней челюсти можно объяснить мобилизацией остеотропных элементов из нижней челюсти в условиях «синдрома перелома», что приводит к нарушению процессов минерализации остеоида костной ткани и предентина резца.
  3. После заполнения области дефекта большеберцовой кости «Остеоапатитом керамическим» (ОК-015), наблюдалась аналогичная тенденция изменений прочностных характеристик нижней челюсти, как и в случае с незаполненным дефектом большеберцовой кости, но амплитуда выявленных изменений была выше с 15 по 60 сутки наблюдения. Предположительно, это может быть связано с тем, что присутствие частиц биокерамики в зоне дефекта сопровождается более активными процессами перестройки формирующегося регенерата. К 90 суткам данные изменения нивелируются быстрее, чем в группе с дефектом большеберцовой кости.
  4. После насыщения биогенного гидроксилапатита солями железа (0,05%), выявлялось некоторое сглаживание изменений, вызванных имплантацией в область дефекта ОК-015. По-видимому, присутствие данной концентрации ионов железа в составе имплантата способно, в некоторой мере, оптимизировать изменения прочностных характеристик нижней челюсти за счет влияния на процессы образования остеоида остеобластами и минерализацию предентина.
  5. При концентрации солей железа в составе имплантата 0,15%, также наблюдалось уменьшение выраженности изменений, возникших после имплантации чистого ОК-015. Это проявлялось в достоверном снижении удельной стрелы прогиба и модуля упругости и увеличении предела прочности и минимальной работы разрушения с 15 по 60 сутки наблюдения, но амплитуда этих изменений была выше, чем при использовании концентрации железа 0,05%. Это может свидетельствовать о дозозависимом влиянии солей железа на выявленные изменения.
  6. Дальнейшее увеличение концентрации солей железа в составе импланта до 0,5% сопровождалось более выраженным сглаживанием изменений, по сравнению с группой ОК-015, насыщенного 0,15% железа на 7 и 15 сутки наблюдения. При этом, на 30, 60, 90 сутки эксперимента амплитуда данных изменений уменьшалась, что может быть обусловлено утратой способности железа оказывать влияние на прочностные характеристики нижней челюсти.

Литература:

  1. Баринов С. М. Керамические и композиционные материалы на основе фосфата кальция для медицины / С. М. Баринов // Успехи химии. – 2010. – Т. 29, № 1. – С.15–32.
  2. Дубровский В. И. Биомеханика / Дубровский В. И., Федорова В. Н. – Изд.: Владос-Пресс., 2004. – 672 с.
  3. Климовицкий В. Г. Травматическая болезнь с позиций современных представлений о системном ответе на травму / В. Г. Климовицкий, О. Г. Калинкин // Травма. – 2003. – Т. 4, № 2. – С. 123–130.
  4. Ковешников В. Г. Биомеханические методы исследования в функциональной морфологии трубчатых костей / В. Г. Ковешников, В. И. Лузин // Український морфологічний альманах. – 2003. – Т.1, №2. – С. 46-50.
  5. Лузин В. И. Методика остеометрии нижней челюсти / В. И. Лузин // Український медичний альманах. – 2005. – Т. 8, № 3. – С. 123–124.
  6. Мазуров В. И. Болезни суставов / Мазуров В. И. – Изд.: СпецЛит., 2008. – 397с.
  7. Anderson G. G. Iron Physiology and Pathophysiology in Humans / Anderson G. G., McLaren G. D. – New York, Humana Press, 2012 – 562 p.
  8. Cole J. H. Whole bone mechanics and bone quality / J. H. Cole, M. C. van der Meulen // Clin. Orthop. Relat. Res. – 2011. – V. 469, № 8. – Р. 2139–2149.
  9. Molecular mechanisms involved in the mitogenic effect of lactoferrin in osteoblasts / D. Naot, A. Chhana, B. G. Matthews [et al] // Bone. – 2011. – V. 49, № 2. - Р. 217–224.
Комментарии: 2

Морозова Елена Николаевна

Спасибо за вопрос. Исследование на людях мы не проводили, поскольку работа сугубо морфологическая (шифр-нормальная анатомия) и позволяет выявить основные закономерности морфогенеза нижней челюсти в условиях "травматической болезни " и коррекции ее проявлений при помощи гидроксилапатитной керамики (позволит снизить частоту развития заболеваний зубов, альвеолярной кости у пациентов с переломами и оптимизировать процессы репаративного остеогенеза поврежденной кости).

Kamishnikova Ludmila Aleksandrovna

Исследование интересное и актуальное. Проделана обширная эксперементальная работа, что заслуживает положительных отзывов. Поскольку это работа является частью исследования, любопытно были какие либо исследования на человеке, как можно применить эти данные в практике.
Комментарии: 2

Морозова Елена Николаевна

Спасибо за вопрос. Исследование на людях мы не проводили, поскольку работа сугубо морфологическая (шифр-нормальная анатомия) и позволяет выявить основные закономерности морфогенеза нижней челюсти в условиях "травматической болезни " и коррекции ее проявлений при помощи гидроксилапатитной керамики (позволит снизить частоту развития заболеваний зубов, альвеолярной кости у пациентов с переломами и оптимизировать процессы репаративного остеогенеза поврежденной кости).

Kamishnikova Ludmila Aleksandrovna

Исследование интересное и актуальное. Проделана обширная эксперементальная работа, что заслуживает положительных отзывов. Поскольку это работа является частью исследования, любопытно были какие либо исследования на человеке, как можно применить эти данные в практике.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.