Експериментальне дослідження міцності кісток щурів із дефектом, заповненим біосклом

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДВНЗ «Ужгородський національний університет» МОН України, ДУ «Інститут патології хребта тасуглобів їм. проф. М.І. СитенкаНАМН України»

Експериментальне дослідження міцності кісток щурів із дефектом, заповненим біосклом

Шимон В.М., Алфелдій С.П., Шимон М.В., Карпінський М.Ю., Карпінська О.Д., Суббота І.А.

м.Харків. м. Ужгород, Україна

Резюме

Актуальність. Одним з перспективних матеріалів для заміщення кісткових дефектів є біоскло -- активний матеріал, що складається зі склоподібної матриці й мікрокристалів. Біоактивне скло належить до класу кераміки, що здатна взаємодіяти з тканинами організму. Але навіть при доволі значному поширенні біоскла вплив його на міцнісні характеристики кістки після заміщення дефекту мало вивчений. Мета: вивчити в експерименті механічну міцність кісток лабораторних щурів із дефектом, заповненим біосклом. Матеріали та методи. Матеріалом дослідження були 40 самок щурів віком 3 місяці. У першій групі кістковий дефект заповнювали біосклом, у другій -- склокерамікою. Тварин виводили з експерименту через 1, 2, 4 і 12 тижнів після операції, по 5 щурів із кожної групи. Як групу контролю використовували контралатеральні неоперовані кінцівки тварин. Результати. Проведений аналіз показав, що при заповненні кісткового дефекту склом міцність оперованої та інтактної кісток статистично не відрізняються (р = 0,171), у той же час кістки з дефектами, заповненими склокерамікою, були за міцністю значущо гіршими (р = 0,010), ніж інтактні. Аналогічна динаміка простежується і на термін спостереження 2 тижні, тобто кістки з дефектами, заповненими склом, хоч і мали меншу міцність (142 ± 50 Н), ніж інтактні (200 ± 29 Н), але різниця була статистично не значущою (р = 0,063). Міцність кісток із дефектами, заповненими склокерамікою, на 2-й тиждень експерименту (146 ± 49 Н) була статистично значущо меншою (р = 0,010), ніж міцність інтактних кісток (200 ± 41Н). Через 1 місяць після операції спостерігали інверсію процесу, тобто міцність імплантованих кісток перевищила показники інтактних препаратів і становила 44 ± 31Н. При цьому для препаратів із дефектом, заповненим склом, різниця з інтактними кістками була статистично значущою (р = 0,035). Препарати з дефектами, заповненими склокерамікою, хоча й витримували більш високе навантаження, ніж інтактні кістки, у середньому 28 ± 56 Н, але різниця не набувала статистичної значущості (р = 0,332). Аналогічна тенденція зберігалася й через 12 тижнів після операції. Висновки. Використання біоскла й склокераміки для заповнення кісткових дефектів дозволяє у відділеному періоді статистично значимо підвищити міцність такої кістки до показників, більших за показники інтактної кістки.

Ключові слова: механічна міцність кісток; біоскло; навантаження

Резюме

Актуальность. Одним из перспективных материалов для замещения костных дефектов является биостекло -- активный материал, состоящий из стекловидной матрицы и микрокристаллов. Биоактивное стекло относится к классу керамики, которая способна взаимодействовать с тканями организма. Но даже тщи довольно широком распространении биостекла влияние его на прочностные характеристики кости после замен юиия дефекта мало изучено. Цель: изучить в эксперименте механическую прочность костей лабораторных крыс с дефектом, заполненным биостеклом. Материалы и методы. Материалом исследования были 40 самок крыс в возрасте 3 месяца. В первой rpjyHie коссньш десфкк заполняли биостеклом, во второй -- стеклокерамикой. Животных выводили из эксперимента через 1, 2, 4 и 12 неддль иоолл оіп|М- ции, по 5 крыс из каждой труппы. В каиеетве Г[люж контролі использовали контралатеральные неоперированные конечности животных. Результаты. Проведенный анализ показал, что при заполнении костного дефекта стеклом прочность оперируемой и интактной костей статистически не отличается (р = 0,1711, в то же время кости с дефектами, заполненными стеклокерамикой, были по ііро'піости значимо хуже (р = 0,010), чем и^т^г^ак^т^г^^!^. Лиадо- гичная динамика прослеживается и на срок наблюдения , недели, то есть кости с дефектами, заполненными стеклом, хотя и имели меньшую ііро'піость (142 ± 50 Н), чем Iиьгакгныe (2(00 ± 29 Н), но разница также была статистически ніг з^г^'д^п^кдій (р = 0,063), Прочность костей с дефектами, заполненными стеклокерамикой, на 2-ю неделю эксперимента (146 ± 49 Н) была сстаиссите- ски значимо меньше (р = 0,01), чем прочность интактных костей (200 ± 41 Н). Через 1 месяц после операции наблюдали инверсно процесса, то есть прочность имплантированных костей превысила показатели интактных препаратов и составляла 4^,0 ± 3,1 Н. При этом для препаратов с дефектом, зниолієініым стеклом. разница с интактными была статистически значима (р = 0,035). І Іреиара- ты с дефектами, заполненными стеклокерамикой, хотя и выдерживали более высокую нагрузку, чем интактные кости, в среднем 28 ± 53 Н, но разница не тприобретгата сл^т^а^і^с^і^іи^г^с^і^с^й зньчииoсси (p = 0,332). Льа.тогсешIЯ тендешіия сог^]^г^:шя^Ј^х^:ь и ччрєк 12 недел после операции. Выводы. Использование биостекла и cтeкtol<eеa- мики для заполнения костных дефектов позволяет в отдаленном периоде статистически значимо повысить прочность такой кости до показателей, превышающих показатели интактной кости.

Ключевые слова: механическая прочность костей; биостекло; нагрузка

Abstract

V.M. Shimon, S.P. Alfeldiy, M.V. Shimon, M.Yu. Karpinsky, E.D. Karpinskaya,.A. Subbota

Uzhhorod National University, Uzhhorod, Ukraine

State Institution “Sytenko Institute of Spine and Joint Pathology of the National Academy of Medical Sciences of Ukraine”, Kharkiv, Ukraine

Experimental study of rat bone strength with a defect filled with bioglass

Background. One of the promising materials for replacement of bone defects is bioglass, an active material consisting of a glassy matrix and microcrystals. Bioactive glass belongs to the class of ceramics, which is able to interact with body tissues. But even with fairly wide use of bioglass, its effect on the strength characteristics of the bone after defect replacement is poorly understood. The purpose was to study experimentally the mechanical strength of the bones of laboratory rats with a defect filled with bioglass. Materials and methods. The study material was 40 female rats at the age of 3 months. In the first group, the bone defect was filled with bioglass, in the second one -- with glass ceramics. Animals were sacrificed 1,2, 4 and 12 weeks after surgery, 5 rats from each group. The contralateral non-operated limbs of animals were used as a control group. Results. The analysis showed that when filling a bone defect with glass, the strength of the operated and intact bones did not differ statistically (p = 0.171), while bones with defects filled with glass ceramics had significantly lower strength (p = 0.010) than intact ones. A similar dynamics can be observed for the observation period of 2 weeks, that is, bones with defects filled with glass, although they had less strength (142 ± 50 N) than intact ones (200 ± 29 N), but the difference also was not statistically significant (p = 0.063). The strength of bones with defects filled with glass ceramics on week 2 of the experiment (146 ± 49 N) was statistically significantly lower (p = 0.010) than the strength of intact bones (200 ± 41 N). One month after the operation, there was an inversion of the process, that is, the strength of the implanted bones exceeded the indices of intact preparations and was 44 ± 3.1 N. Moreover, for preparations with a defect filled with glass, the difference with intact ones was statistically significant (p = 0.035). Preparations with defects filled with glass ceramics could withstand a higher load than intact bones, on average 28 ± ± 56 N, but the difference was statistically significant (p = 0.332). A similar trend was observed for 12 weeks after surgery. Conclusions. The use of bioglass and glass ceramics for filling bone defects allows us to increase statistically significantly the bone strength to indicators larger than those of intact ones in the long-term period.

Keywords: mechanical strength of bones; bioglass; load

Вступ

Сучасні технології заміщення кісткових дефектів дозволяють значно покращити й прискорити процес загоєння ушкоджень. Сьогодні в медичній практиці застосовують велику кількість матеріалів заміщення -- від алокістки до різноманітних штучних матеріалів, таких як метал [1, 2], вуглець [3--8], полімери [9, 10] та інше [11--15].

Одним з перспективних матеріалів для заміщення кісткових дефектів є біоскло. Це біологічно активний матеріал, що складається зі склоподібної матриці й мікрокристалів. Біоактивне скло належить до класу кераміки, що здатна взаємодіяти з тканинами організму. Але навіть при доволі значному поширенні біоскла вплив його на міцнісні характеристики кістки після заміщення дефекту мало вивчений.

Великий досвід вивчення механічної взаємодії кісткової тканини зі штучними матеріалами після заповнення дефектів має лабораторія біомеханіки ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Си- тенка НАМН України» (ІПХС) [1-15].

А б