Заміщення дефектів Довгих кісток штучними імплантантамі на основе вуглецю






    Головна сторінка


:)



Скачати 47.37 Kb.
Дата конвертації10.06.2018
Розмір47.37 Kb.
Типреферат
:)

Державна установа "Інститут патології хребта та суглобів

імені професора М.І.Сітенка Академії медичних наук України "

КОМАРОВ Михайло Петрович

УДК 616.71 - 001.5-089.843: 0546.26: 612.76

Заміщення ДЕФЕКТІВ Довгий КІСТОК штучних ІМПЛАНТАТАМІ на Основі вуглецю

(експериментальне дослідження з клінічною апробацією)

14.01.21 - Травматологія та ортопедія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступенів

кандидата медичний наук

Харків - 2008


Дісертацією є рукопис.

Робота виконан в Державній установі "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Сітенка Академії медичних наук України".

Науковий керівник: доктор медичний наук

Важкі Олексій Алімовіч

Державна установа "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Сітенка Академії медичних наук України", завідуючий лабораторією біомеханікі

Офіційні опоненти:

доктор медичний наук, професор ШЕВЧЕНКО Станіслав Дмитрович

Державна установа "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Сітенка Академії медичних наук України", головний науковий співробітник відділу патології хребта та суглобів дитячого віку

доктор медичний наук, професор ЛОБАНОВ Григорій Вікторович

Донецький національний медичний університет ім. М.Горького МОЗ України, професор кафедри травматології, ортопедії та ВПХ

Захист відбудеться "27" червня 2008 р. про 11.30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.607.01 державної установи "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Сітенка Академії медичних наук України" (61024 м. Харків, вул. Пушкінська, 80).

З дісертацією можна ознайомітіся у Бібліотеці державної установи "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Сітенка Академії медичних наук України" (61024 м. Харків, вул. Пушкінська, 80)

Автореферат розісланій "27" травня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, заслужений діяч науки

и техніки України,

доктор медичний наук, професор

В.О.Радченко


Актуальність роботи. Певна проблему сьогодення ставити лікування патологічніх переломів Довгих кісток та заміщення кістковіх післярезекційніх дефектів у хворого з пухлина Ураження скелета. Патологічні переломи кісток кінцівок - часте ускладнення онкологічніх захворювань, Пожалуйста позбавляє пацієнтів возможности вести звичайний способ життя, різко порушує его якість. Хоча злоякісні пухлини кісток зустрічаються відносно Рідко - 4-6% від усіх онкологічніх захворювань людини, за останнімі Статистичний данімі, спостерігається тенденція НЕ только до зростання відсотка цієї патології, а й до зростання відсотка малігнізації ПЕРВИННА доброякісніх пухлина (Зацепін С.Т., 2001. ; Щуровській О.М., 2005). У зв'язку з ЦІМ на порядку денному сучасної онкологічної ортопедії Гостра стоит питання про надійне з'єднання кістковіх відламків при патологічніх переломах кісток кінцівок та заміщення кістковіх дефектів после сегментарний резекцій.

Хірургічне відалення патологічного осередку при ПЕРВИННА пухлина ураженні Довгих кісток є одним з головних, а часто Єдиним способом Збереження життя хворого. Останнім часом для лікування переломів Довгих кісток та заміщення післярезекційніх дефектів кісток Використовують імплантаті з металів, полімерів, вуглецю та кальційфосфатніх керамік, Які ма ють скроню спорідненість з кістковою тканин, остеокондуктівні та остеоінтеграційні Властивості (Берченко Г.Н. Із співавт., 1999; Муромцев З В. Г.. Із співавт., 2001; Радченко В.А. Із співавт., 2006; Blazewicz M., 2001; Bader R, et al. 2003).

Кісткові дефекти, что позбавляються после відалення пухлини, що не только потребують адекватного заміщення. Імплантаті повінні Виконувати інші Функції. По-перше, це надійне з'єднання кістковіх фрагментів, причому Надійність цього з'єднання винна мати Значний запас міцності и не может буті Втрачено з часом, оскількі імплантаті залішаються в організмі людини до кінця життя.

Як і друга, це якомога швідше Відновлення опороздатності кінцівкі, тому что знесіленім Хворов после великих травматичних операцій та променевої терапії відновлена ​​опороздатність кінцівкі значний покращує якість життя.

Як і Третє, це питання про біологічну сумісність імплантату. Если мова идет про заміщення кістковіх дефектів, імплантат повинен знаходітісь у тканинах організму людини трівалій годину, тому питання про біологічну сумісність та біологічну інертність матеріалу, з которого виготовлено імплантат, стають дуже важлівімі.

Вуглецеві композітні матеріали давно и ефективного Використовують у медічній практике, зокрема в ортопедії та травматології. Їх Використовують для остеосинтезу при переломах Довгих кісток, для пластичного Відновлення зв'язок, виготовлення ендопротезів, заміщення невеликих кістковіх дефектів ТОЩО (Тяжелов А.А. Із співав., 2004; Baker D.et al., 2004; Howling GI et al. , 2004). Виконаю много ДОСЛІДЖЕНЬ з Вивчення возможности ефективнішого использование вуглецевого композіційного матеріалу. Такі дослідження проводилися на культурі остеобластів (Elias KL et al., 2002; McKenzie JL et al., 2004), такоже в експеріменті на тварин (Kumar N. et al., 2002; Qiu YS et al., 2002) та у клініці (Зарацян А.К. 1990; Agrillo U., et al., 2002; Stutz N. et al., 2002).

ЦІ та много других ДОСЛІДЖЕНЬ довели, что композіційні матеріали на Основі вуглецю є матеріалами Біологічно інертнімі, віклікають мінімальну запальний реакцію в оточуючіх тканинах и могут буті вікорістані в якості заглібніх імплантатів з трівалім терміном Дії.

Складність оперативного лікування патологічніх переломів Довгих кісток та заміщення великих кістковіх дефектів Полягає у тому, что Сучасний стандартними засоби остеосинтезу НЕ вдається Забезпечити Головні необхідні вимоги. А самє: стабільність фіксації фрагментів кісток на тривалий строк; можлівість раннього функціонального НАВАНТАЖЕННЯ кінцівкі, что дуже важліво для знесіленіх онкологічніх Хворов; Швидкого Відновлення м'язової актівності до рівня, что передував операции.

Тому при лікуванні Хворов з післярезекційнімі сегментарний дефектами Довгих кісток або з патологічнімі переломами внаслідок метастазування вінікає проблемна ситуация, якові можна сформулюваті Наступний чином: «заміщення великих дефектів Довгих кісток кінцівок после відалення пухлина або при лікуванні патологічніх переломів зараз віконується только Із ЗАСТОСУВАННЯ металевих або металокерамічніх ( металополімерніх) імплантатів, Які на порядок відрізняються від кісткової тканини за механічнімі властівостямі, рядками виготовлення та вартістю кінцевої продукції ».

Суттєве покращання результатів лікування Хворов з дефектами кісток после відалення пухлина або при лікуванні патологічніх переломів можливо шлях: - розробки Нових відів імплантатів для заміщення сегментарних дефектів у виде прістроїв для з'єднання кістковіх відламків; - Вивчення можливости з'єднання імплантатів з кісткою, дослідження оптимальних відів з'єднання, при необхідності Шляхом розробки Нових; - розробки технології использование імплантатів нового поколения з заданими параметрами міцності.

Саме на вирішенню ціх вопросам спрямовано данє дослідження.

Зв'язок роботи з Наукова програмами, планами, темами. Дисертація виконан согласно з планом науково-дослідніх робіт державної установи "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Сітенка Академії медичних наук України" ( "Розробити Нові вісокотехнологічні Способи остеосинтезу та заміщення кістковіх дефектів у літніх людей імплантатамі на основе корунду та вуглецю" , шифр тими ЦФ.2004.4, держреєстрація №0104U002090. Автор виконан аналіз методик заміщення діафізарніх кістковіх дефектів; проаналізував Різні моделі з'єднання кістковіх фрагментів Шляхом математичного моделювання (з в користання методу кінцевіх елементів); дослідив електрохімічні Властивості імплантатів з Вуглець-вуглецевого композіційного матеріалу, что Працюють у гальванопарі з металевих фіксаторамі Із захисних покриття; розроб методики та імплантаті для заміщення діафізарніх дефектів довгої кісткі; прийнять участь у гістоморфологічніх дослідженнях ОРГАНІВ та тканин експериментальний тварин в условиях імплантації вуглецевого матеріалу в Різні рядки; а такоже согласно договору про наукову співпрацю з Науково-досліднім інститутом травматологі та ортопедії Донецького національного медичного університету ім. М.Горького МОЗ України, Який передбачало СПІЛЬНЕ Виконання науково-дослідної роботи "Розробка Нових медичний технологій комплексного лікування злоякісніх пухлина при Ураження діафізів Довгих кісток", шифр тими МК 06.04.08, держреєстрація №0105U008707, автор прийомів доля у підборі пацієнтів для КЛІНІЧНОЇ апробації розробленої методики заміщення дефектів Довгих кісток).

Мета дослідження - покращіті возможности лікування Хворов з післярезекційнімі дефектами та патологічнімі переломами Довгих кісток Шляхом розробки та експериментального обґрунтування методик заміщення кістковіх дефектів штучними імплантатамі з Вуглець-вуглецевого композіційного матеріалу (ВВКМ).

Завдання дослідження:

1. На Основі літературних Даних Розробити вимоги до моделі з'єднання фрагментів довгої кісткі при заміщенні кістковіх дефектів та патологічніх переломів Довгих кісток кінцівок.

2. Вівчіті в експеріменті Вплив вуглецевого матеріалу на кісткову тканини, м'які тканини, что его оточують, та віддалені органи и тканини організму.

3. Розробити зразки імплантатів з ВВКМ для заміщення сегментарних дефектів довгої кісткі.

4. Розробити методики заміщення сегментарних дефектів довгої кісткі после резекції злоякісніх пухлина.

5. На підставі математичного моделювання методом кінцевіх елементів провести дослідження якості механічного з'єднання кістковіх фрагментів при сегментарних дефектах Довгих кісток імплантатамі з ВВКМ.

6. Провести клінічну апробацію розроблення методик заміщення кістковіх дефектів штучними імплантатамі з ВВКМ при сегментарних резекціях Довгих кісток.

Об'єкт дослідження: вуглецевій імплантаційній матеріал - як замісник кісткової тканини.

Предмет дослідження: способи з'єднання фрагментів кісткі імплантамі з Вуглець-вуглецевого композіційного матеріалу при сегментарних дефектах; якість з'єднання відламків - характеристики пружньою-деформованого стану окремий елементів та зон контакту в системе Фіксатор-кістка; електрохімічні Властивості вуглецевого композіційного матеріалу та металевих конструкцій для остеосинтезу з захисних покриття, что утворюють гальванопари; Особливості гістологічної картини кісткової тканини та тканин внутрішніх ОРГАНІВ при імплантації вуглецевого композіційного матеріалу в експеріменті.

Матеріал та методи дослідження. В работе вікорістані методи: концептуального моделювання з'єднання фрагментів Довгих кісток у хворого з сегментарний дефектами; математичного моделювання методом кінцевіх елементів способів з'єднання кістковіх відламків з Використання різноманітніх прістроїв та методик; морфологічного дослідження «Реакції» кісткової тканини та віддаленіх тканин організму на вуглецевій імплантаційній материал в експеріменті на тварин; Вивчення електрохімічної взаємодії вуглецевого композіційного матеріалу, з которого Виготовляю імплантаті, и Деяк стандартних металевих фіксаторів Шляхом визначення електрохімічного потенціалу кожного імплантату та їхньої взаємодії в розчіні електроліту, а такоже ВВКМ та металевих імплантатів Із захисних покриття; клінічного дослідження, что Включає Клінічне, лабораторне та рентгенологічне передопераційне обстеження Хворов з пухлина Ураження Довгих кісток та післяопераційне дінамічне спостереження на етапах лікування.

Наукова новизна одержаних результатів.Розроблено модель заміщення сегментарних дефектів Довгих кісток у хворого з пухлина Ураження скелета. Оригінальна технологія з'єднання кістковіх фрагментів, розроблено в рамках даної моделі, теоретично дозволяє Забезпечити індивідуальне ендопротезування сегмента довгої кісткі Із заданими параметрами жорсткості з'єднання кістковіх відламків. Конструкція для заміщення сегментарних дефектів представляет собою комбінований вуглецевій композіційній імплантат у виде внутрішньокісткового стрижня того ж діаметра, что и діаметр кістковомозкового каналу, и кортикального «спейсера» - порожністої трубки з Товщина стінкі 4-8 мм, яка має діаметр внутрішнього відчинити, что дорівнює діаметру стрижня.

У експеріменті на тварин доведено Відсутність шкідлівого впліву вуглецевого композіційного імплантаційного матеріалу на кісткову тканини в зоне імплантації та на внутрішні органи, чим підтверджено біологічну інертність матеріалу.

Експериментально, електрохімічнім методом, доведено "біологічну інертність" вуглецевого матеріалу, его можлівість использование у зелених сандалів з титановими імплантатамі та іншімі металевий імплантатамі Із захисних покриття у клінічніх условиях. Доведено, что в Парі з титановими імплантатамі, а такоже імплантатамі Із захисних покриття вуглецевій композіційній материал НЕ утворює у фізіологічній рідіні активних гальванопар, здатно прізвесті до металозу, пізніх інфекційніх ускладнень ТОЩО.

Вперше Шляхом математичного моделювання методом кінцевіх елементів розраховано оптімальні Параметри з'єднання імплантату з кісткою. Обґрунтовано форму імплантатів та Особливості з'єднання імплантатів з кісткою.

Розроблено Нові Способи з'єднання кістковіх фрагментів та заміщення післярезекційніх дефектів довгої кісткі, что дозволяють Забезпечити надійну ПЕРВИННА стабільність сегмента та Зберегти ее на максимально довгий период.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені Нові імплантаті и методика з'єднання кістковіх фрагментів забезпечують Достатньо стабільність сегмента, что при клінічному застосуванні імплантатів з ВВКМ Забезпечує СКОРОЧЕННЯ Загальна строків лікування й соціальної РЕАБІЛІТАЦІЇ Хворов за рахунок безіммобілізаційного ведення хворого, ранніх рухів у суміжніх суглоб. При вікорістанні розроблення методик остеосинтезу и заміщення кістковіх дефектів імплантаті НЕ потребують заміні.

Для заміщення сегментарних дефектів Довгих кісток предложено оригінальні комбіновані імплантаті з вуглецевого композіційного матеріалу у виде внутрішньокісткового стрижня, Який фіксують у кістковомозковому каналі, и кортикального «спейсера» у виде порожністої трубки, через якові проходити стрижень, й обґрунтовано доцільність его клінічного! Застосування.

Розроблено та виготовлено зразки імплантатів для заміщення кістковіх дефектів, відпрацьовано методики їх использование при діафізарніх и метадіафізарніх сегментарний дефектах Довгих кісток, проведено клінічну апробацію запропонованіх прістроїв та методик, запатентовано два запропонованіх Способи заміщення кістковіх дефектів.

Виробник ОТРИМАНО Дозвіл на использование імплантатів з ВВКМ в клінічній практике, тобто імплантаті з ВВКМ ліцензовані и могут використовуват у клінічній практике в Україні. Результати дісертаційного дослідження у виде методик заміщення сегментарних кістковіх дефектів впроваджено в клінічну практику державної установи "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка АМН України ", відділенні кісткової онкології Науково-дослідного інституту травматології та ортопедії Донецького національного медичного університету ім.М. Горького МОЗ України та у клініці пошкодженню Військово-медичного клінічного центру північного регіону Департаменту здоров'я Міністерства оборони України.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно проведено інформаційно-аналітичне дослідження, сформульовано вимоги до моделі остеосинтезу Довгих кісток у хворого з патологічнімі переломами діафізів Довгих кісток та до моделі заміщення сегментарних дефектів Довгих кісток. Автор брав участь у розробці дизайну імплантатів и методик заміщення кістковіх дефектів, методик остеосинтезу патологічніх переломів и оформленні патентної документації.

У сумісних публікаціях автору Належить доля у постановці завдання дослідження, технічна доля, аналіз отриманий результатів.

Автор брав участь в обговоренні мети й постановці завдання дослідження та аналізі отриманий даних до розділі, Який присвячений вивченню електрохімічніх властівостей вуглецевого композіційного матеріалу. Дослідження віконані в НТУ ХПІ с помощью старшого наукового співробітник О.К.Сєвідової. Автор брав участь у постановці завдання дослідження, технічних розробка й аналізі результатів у розділі роботи, Який присвячений математичне моделювання особливо з'єднання фрагментів кісткі при кістковому дефекті. Дослідження віконані в лабораторії біомеханікі ДУ "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України "с помощью І.А. Суботи, М.Ю. Карпінського, Н.Ю. Полєтаєвої. Автор брав участь у постановці завдання, імплантації вуглецевого матеріалу и в аналізі отриманий Даних у дослідженнях, что прісвячені вивченню біосумісності вуглецевого матеріалу в експеріменті на тварин. Дослідження віконані на базі лабораторії морфології сполучної тканини ДУ "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Сітенка Академії медичних наук України" с помощью к.біол.н. Н.А.Ашукіної та на базі лабораторії експериментального моделювання ДУ "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України "с помощью Г.В. Іванова. Відбір Хворов для оперативного лікування за розроблення методикою з'єднання кістковіх фрагментів при дефектах кісткі та патологічніх переломах здійснювався при безпосередній участия автора.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи обговорено на наукових форумах різного рангу: на Міжнародній науково-практічній українсько-польській конференции (Красічін, 2005); науково-практічній конференции "Морфогенез и патологія кісткової системи в условиях промислового регіону Донбасу" (Луганськ, 2006); науково-практічній конференции «Нове в ортопедії і травматології» (Донецьк-Сопіне, 2006), ХІV з'їзді ортопедів-травматологів України (Одеса, 2006); науково-практичному семінарі з использование вуглецевіх матеріалів у медицині (Китай, 2006).

Публікації. За темою дисертації Опубліковано 7 наукових праць, з них 3 статті у провідніх наукових фахових виданнях, 2 деклараційні патенти України на Корисні моделі, 2 роботи у Матеріалах конференцій та з'їздів.

ОБСЯГИ та структура дисертації. Дісертаційна робота містіть 148 сторінок Друкований тексту, 48 рисунків, 8 таблиць, складається зі вступления, 8 розділів, вісновків, Додатків та списку використаних джерел. Список використаних джерел містіть 132 джерела, з якіх 89 - іноземних авторів.

Основні ЗМІСТ РОБОТИ

На Першому етапі роботи проведено аналіз патентної та Наукової информации, Який виявило низьку невірішеніх вопросам относительно особливо заміщення сегментарних дефектів довгої кісткі. Це питання клітінної та тканінної Реакції біологічного об'єкта на Вуглець-вуглецевій материал, електрохімічні Особливості Утворення гальванопари метал-вуглецевій материал, возможности клінічного использование вуглецевіх імплантатів. Відсутня концепція надійного з'єднання Довгих кісток з Використання імплантатів Із вуглецевого матеріалу, відсутня теоретично та експериментально обґрунтована технологія заміщення сегментарних дефектів Довгих кісток з Використання вуглецевіх імплантатів, що не розроблені пристрої з вуглецевого матеріалу, что забезпечують надійну трівалу фіксацію кістковіх відламків.

ЦІ невізначені питання нашли своє вирішенню у подалі етапах дослідження. Так, в експеріменті на тварин здобуто Нові дані про реакцію кісткі та м'яких тканин, что оточують імплантат з ВВКМ, Особливості его использование в якості матеріалу для заміщення кістковіх дефектів.

Експериментальні дослідження віконані на білих лабораторних щурах популяції Вістар (ДУ "ІПХС АМНУ") ВІКОМ від 3 до 12 міс. та живою вагою 380-400 г на початок експеримент. Загальна Кількість експериментальний тварин - 63. Вивчай морфологічні Зміни у кістковій тканіні при імплантації вуглецевого матеріалу у губчасту кістку (9 тварин ВІКОМ 3 місяці).

Операції на тварин віконувалі під Загальна тіопенталовім наркозом. После ОБРОБКИ операційної зони спиртовим розчин йоду робілі розтин кожи й здійснювалі доступ до дистального метафіза стегнової кісткі (латерально). С помощью стоматологічного бору (діаметр 2 мм) моделювалі кістковій дефект, в якому розташовувалі вуглецевій стрижень. Рану обробляємих антібіотікамі й пошарово ушивали. Щурів виводу з експеримент через 40, 70 та 115 діб после хірургічного втручання Шляхом передозування тіопенталу натрію. Для гістологічніх ДОСЛІДЖЕНЬ видалялися фрагменти стегново кісток з ділянкамі імплантації.

Морфологічну оцінку біосумісності вуглецевого матеріалу та его Накопичення у віддаленіх органах та тканинах проводили при підшкірній імплантації 10 лабораторним щурам (3-6-місячного віку) вуглецевого матеріалу у виде ціліндрів (діаметр 8 мм, висота 4 мм). Контролем служили інтактні тварини. Для гістологічного дослідження вилучалось легені, тимус, нирки та печінку, фрагменти кожи з зоною імплантації.

Відпрацювання методики з'єднання кістковіх відламків в експеріменті на тварин та дослідження Накопичення вуглецевого матеріалу у віддаленіх органах та тканинах при комбінованому внутрішньокістково-накістковому розташуванні імплантатів Було виконан на 44 білих щурах Лінії Вістар 12-місячного віку. Щурів виводу з експеримент через 12 місяців после операции, препарувалі та у зразки печінкі, легенів, селезінкі та мозком после спеціальної ОБРОБКИ для гістологічного дослідження візуально визначавши наявність або Відсутність фрагментів вуглецю.

Експеримент на тварин проводили відповідно до правил Європейської конвенції захисту хребетних тварин, что Використовують в експериментальний й других наукових цілях.

Результатами морфологічніх ДОСЛІДЖЕНЬ доведено біологічну інертність ВВКМ, Відсутність токсічної Дії на навколішні та віддалені тканини. Доведено, что ВВКМ НЕ накопічується у внутрішніх органах и не перешкоджає перебігу Звичайно біологічних процесів, які не віклікає запальний процесів ані у кістці, ані у м'яких тканинах, ані у судинно вокруг місця імплантації.

Дослідження електрохімічної взаємодії Вуглець-вуглецевого композіційного матеріалу з металевих фіксаторамі оцінювалі за ефектівністю гальванопар, что утворюються при контакті різнорідніх матеріалів у рідкому середовіщі. В якості основного крітерію інтенсівності утворюваніх гальванопар Було Прийнято значення контактного Струму. У якості матеріалу для виготовлення імплантатів для остеосинтезу досліджувалі: вуглецевій материал, нержавіючу сталь 12Х18Н10Т, титановий сплав ВТ6 и нікелід титану TiNi як у стаціонарних условиях, так и при депасівації (знятті поверхнево кулі з імплантату Шляхом тертий), а такоже при нанесенні на імплантаті різніх захисних покриттів, что ізолюють материал, з которого виготовлено імплантат. Для цього наносили на імплантаті ізолююче покриття у виде: нітрідів алюмінію й титану (відповідно AlN та TiN), оксидів алюмінію та титану (Al2O3 та TiO2) й алмазоподібні вуглецеві плівки (АВП) (рис.1).

Вимірювання електрорухової сили (ЕРС) и струмів різніх варіантів контактних гальванопар, Утворення за участю ВВКМ й металевих матеріалів з покриття (табл. 1), підтверджує їх інертність як у стаціонарному стані, так и при механічній депасівації поверхні. Порівняно з аналогічнімі контактами ВВКМ з віхіднімі матеріалами інтенсівність Функціонування гальванопар конструкцій з покриття зменшується та практично падає до нуля.

Таблиця 1

Електрохімічні характеристики контактних гальванопар

матеріал

стаціонарні

умови

Депасівація

анода

Катода 1) анода 1) I, мкА ЕРС, В I, мкА ЕРС, В
12X18H10T 12X18H10T + Al 2 O 3 0 -0,07 0 0,06
ВТ6 ВТ6 + AlN 0 -0,05 0 0,04
12X18H10T + AlN 12X18H10T + AlN - - 0 0,02
ВТ6 ВТ6 + TiN 1 -0.03 6®3 0,27
ВТ6 + TiО 2 (АВП) ВТ6 + TiО 2 (АВП) - - 1 0,02
ВТ6 + TiО 2 (АВП) ВВКМ 0 0,13 0 0,13
ВВКМ ВТ6 2 0,17 30 0,62
ВВКМ ВТ6 + TiN 1 -0,04 3 0,27
ВВКМ ВТ6 + АУП 1 -0,042 1 -0,03

1) Позначення полярності електродів справедливе

при позитивному значенні ЕРС.

Таким чином, встановлен, что покриття на основе Al2O3, TiO2, AlN та АВП ефективного зніжують електрохімічну Активність металевих матеріалів при терті поверхні (механічній депасівації), в результате чего Контактні Струм гальванопар зменшуються в 10-20 разів.

Отже, доведено принципова можлівість сумісного использование вуглецевіх імплантатів з металевих виробами для остеосинтезу, зокрема Із захисних ізолювальнім покриття. Вівче Вплив різніх відів функціонально-захисних покриттів на електрохімічну Активність металевих імплантатів, что контактують з Вуглець-вуглецевімі композіційнімі матеріалами.

Найефектівнішімі та стійкімі виявило захисні алмазоподібні покриття. Таким чином, доведено принципова можлівість сумісного использование імплантатів з ВВКМ та металевих імплантатів, зокрема Із захисних покриття.

Проведені дослідження дали підставу для обґрунтування довготрівалого перебування вуглецевого матеріалу в організмі людини, и самє цею материал звертаючись в якості імплантаційного. Розроблено орігінальну конструкцію імплантату (рис.2) та орігінальну модель заміщення сегментарних дефектів довгої кісткі (рис.3) з різнімі варіантамі з'єднання кістковіх відламків (рис.4).

Возможности розробленої моделі заміщення сегментарного дефекту довгої кісткі перевірено математичних розрахунках. Використано математичне моделювання методом кінцевіх елементів на об'ємній моделі стегнової кісткі. Модель побудовали у виде трівімірного об'єкта з максимальним відтворенням анатомічних особливо стегнової кісткі. Віконані дослідження напружено-деформованого стану (НДС) розробленої моделі заміщення сегментарного дефекту кісткі при різніх методах з'єднання кістковіх відламків.

Дослідження передбачало Вивчення ПДВ при з'єднанні кістковіх фрагментів імплантатом, что МАВ:

- ціліндрічну форму проксимального и дистального кінців внутрішньокісткового стрижня;

- конусної форми обох кінців (з конусністю 5 и 10 °);

- верхній ціліндрічній та Нижній конічній кінець внутрішньокісткового стрижня;

Проведені дослідження довели, что использование імплантату з різнімі формами кінців внутрішньокісткового стрижня (верхнім ціліндрічнім та ніжнім конічнім кінцямі) зменшує напруженного у найважлівішіх для довготрівалої роботи імплантату зонах моделі, а самє: у зоне контакту спейсера з кортикальною Частина кісткі та у зоне контакту кортікальної кісткі з металевий Гвинт. Результати моделювання показали, что напруженного в цілому вищє у Нижній части імплантату, чем у верхній. Ця тенденція зберігається у всех без вінятку моделей, что аналізуваліся. Різніця стосується только Величини напруженного, но принципова картина розподілу напруженного почти НЕ міняється. Це дало нам підставу вважаті доцільнім «розвантаження» зони контакту ніжньої части імплантату з кісткою. Для розвантаження зон контакту кісткі та імплантату доцільно вікорістаті накісткові вуглецеві або металеві пластини Із захисних покриття, что на порядок підвіщіть жорсткість фіксації и дозволити Раннє НАВАНТАЖЕННЯ кінцівкі практично без обмежень.

Розроблені Способи з'єднання кістковіх відламків та заміщення післярезекційніх дефектів пройшли клінічну апробацію в Державній установі "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Сітенка Академії медичних наук України" та Інстітуті травматології та ортопедії Донецького національного медичного університету ім. М.Горького МОЗ України. Результати КЛІНІЧНОЇ апробації свідчать про ті, что при вікорістанні запропонованіх методик оперативного лікування Хворов з патологічнімі діафізарними переломами стегнової кісткі КЛІНІЧНІ ознака зрощеній (можлівість одноопорного стояння) відзначаються Вже до 3-х місяців з моменту операции. Швидко відновлюються Рухи в кульшовому и колінному суглобу оперованої кінцівкі, актівізація Хворов можлива уже з іншого-третього дня после операции. З цього моменту можлива ходьба на міліцію з дозованою опорою на оперовану кінцівку, что, Безумовно, є хорошим Показники при переломах стегнової кісткі у Хворов старшої вікової групи та знесіленіх онкологічніх хвороби.

Використання вуглецевіх імплантатів у якості замінніка кісткової тканини успешно витримала клінічну апробацію у хворого з пухлина Ураження плечової та стегнової кісток. ВВКМ добро показавши себе при різніх варіантах использование: при сумісному вікорістанні ВВКМ з металевих фіксаторамі за орігінальнімі методиками заміщення сегментарних дефектів кісткі; при сумісному вікорістанні з кістковім цементом.

Результати КЛІНІЧНОЇ апробації довели принципова можлівість использование вуглецевого композіційного матеріалу в якості замінніка різніх сегментів довгої кісткі. Результати КЛІНІЧНОЇ апробації показали перспективи різноманітного! Застосування вуглецевіх імплантатів, від простого спейсера у виде порожністої трубки та ціліндрічного стрижня до модульного ендопротезів проксимального відділу плечової кісткі, а у перспектіві - даже ендопротезів окремої кісткі.


ВИСНОВКИ

1. На підставі інформаційного АНАЛІЗУ визначили основні вимоги для моделі з'єднання кістковіх фрагментів при заміщенні сегментарних дефектів довгої кісткі, вимоги до імплантатів, что забезпечать Підвищення ефектівності такого заміщення та розроблено модель заміщення сегментарних дефектів довгої кісткі, де у якості імплантаційного матеріалу Виступає вуглецевій композіційній материал.

2. У експеріменті на тварин (лабораторних щурах) доведено біологічну інертність досліджуваного вуглецевого матеріалу:

- введення вуглецевого імплантату в кістковій дефект не перешкоджає репаративної остеогенезу;

- міграція мікрофрагментів вуглецю у м'які тканини поруч з зоною імплантації НЕ виробляти до запальний реакцій вокруг вуглецевіх мікрочасток;

- Відсутність мікрочасток вуглецю при коротких (до 3 місяців) та великих (до 12 місяців) рядках Експозиції та різніх видах Введення імплантату (у порожніну кістковомозкового каналу, у губчасту кістку та під шкіру) у віддаленіх від зони імплантації органах експериментального тварин.

3. Вівче Вплив різніх відів функціонально-захисних покриттів на електрохімічну Активність металевих імплантатів, что контактують з Вуглець-вуглецевімі композіційнімі матеріалами. Встановлен, что покриття на основе Al2O3, TiO2, AlN та АВП ефективного зніжують електрохімічну Активність металевих матеріалів при терті поверхні (механічній депасівації), в результате чего Контактні Струм гальванопар зменшуються в 10-20 разів. Найефектівнішімі та стійкімі виявило захисні алмазоподібні покриття.

4. встановлен, что алмазоподібне покриття товщина 2-3 мкм, Пожалуйста нанесено вакуумно-плазмових електрозвуковім методом, характерізується такоже скроню трібологічнімі характеристиками - низька коефіцієнтом тертого та скроню зносостійкістю. Біоінертні діелектрічні покриття Al2O3 та AlN, для якіх характерна висока Твердість, но низька опірність пружньою-пластічній деформації, могут буті рекомендовані для виробів для остеосинтезу та заміщення кістковіх дефектів, что НЕ підлягають знакопереміннім ціклічнім НАВАНТАЖЕННЯ.

5. Методом математичного моделювання встановлен, что использование імплантатів при моделюванні заміщення сегментарних дефектів довгої кісткі виробляти до Підвищення напруженного в кістковій тканини и до з'явиться додаткова зон значного НАВАНТАЖЕННЯ, на что Суттєво впліває форма фіксуючіх кінців моделі імплантату та Особливості їх фіксації:

- напруженного у верхній та Нижній Частина імплантату Дещо відрізняються, а форма внутрішньокісткового фіксуючого стержня впліває на величину напруженного;

- использование імплантату з конусоподібною формою (конусність 5 °) кінців дозволяє Дещо Зменшити и перерозподіліті напруженного в кістковій тканіні та імплантаті;

- использование імплантату зі збільшеною конусністю (до 10 °) кінців внутрішньокісткового стрижня виробляти до помітного Збільшення напруженного верхньої та ніжньої частин імплантату по відношенню до імплантату з величиною конуса кінців внутрішньокісткового стрижня у 5 °;

- использование імплантату з більшою кількістю гвинтів почти НЕ виробляти до Зменшення напруженного на кінцях внутрішньокісткового стрижня, оскількі основне НАВАНТАЖЕННЯ спріймають верхній (для верхньої части імплантату) та Нижній (для ніжньої части імплантату) з гвинтів;

- использование імплантату з ціліндрічною формою у верхній части імплантату та конічною формою у Нижній части дозволяє Зменшити напруженного у верхній части імплантату, что, в свою черга, дозволити збільшити міцність з'єднання кісткі та імплантату лишь с помощью Зміни форми последнего.

6. Розроблено оригінальні Способи з'єднання фрагментів Довгих кісток кінцівок при діафізарніх патологічніх переломах, у тому чіслі на фоні остеопорозу, Які передбачають использование внутрішньокісткового стрижня та накісткової пластини, скріпленіх титанові гвинти Із захисних покриття. Запропоновані Способи остеосинтезу забезпечують надійну, трівалу стабілізацію відламків, что НЕ погіршується з часом и дозволяє навантажуваті кінцівку відразу ж после операции.

7. Розроблено оригінальні Способи заміщення сегментарних дефектів довгої кісткі та пристрої для їх Здійснення, Які захищено деклараційнімі патентами України. Імплантаті для заміщення дефектів являються собою внутрішньокістковій стрижень з вуглецевого матеріалу та спейсер у виде порожністої трубки, Внутрішній діаметр якої відповідає діаметру стрижня.

8. Проведена клінічна апробація розроблення способів остеосинтезу та заміщення кістковіх дефектів довела:

- принципова можлівість использование імплантатів з ВВКМ для остеосинтезу та заміщення великих кістковіх дефектів;

- очевидну предпочтение імплантатів з ВВКМ перед металевий при вираженій остеопорозі, яка наблюдается у більш надійній, трівалій фіксації кістковіх фрагментів, якість якої НЕ погіршується з часом;

- більш скроню клінічну ефективність запропонованіх способів остеосинтезу та заміщення кістковіх дефектів у порівнянні з відомімі за рахунок возможности дозованого НАВАНТАЖЕННЯ кінцівкі відразу ж после операции, что покращує якість життя оперованої людини;

- наявність Великої перспективи Подальшого использование імплантатів з ВВКМ у травматології та ортопедії.

9. Вуглецевій композіційній материал є перспективним сировина для виготовлення імплантатів для заміщення практично будь-якіх дефектів Довгих кісток кінцівок. За своими фізико-хімічними та механічнімі якости, біологічною інертністю, надійністю та зручністю ВІН є унікальнім імплантаційнім матеріалом, з которого можливо виготовлення прістроїв для остеосинтезу та ендопротезів Довгих кісток будь-якої довжина, форми та Розмірів.


Список робіт, опублікованіх за темою дисертації

1. Тяжелов О.А. Оцінка біосумісності Вуглець-вуглецевого композіційного матеріалу в експеріменті / Тяжелов О.А., Ашукіна Н.О., Іванов Г.В., Комаров М.П. // Ортопедія, травматологія і протезування. - 2006. - № 4. - С. 47- 50.

Особистий внесок здобувача Полягає у постановці мети та аналізі отриманий результатів

2. Гребенюк Ю.А. Комбіновані способи пластики пострезекційних дефектів плечової кістки / Гребенюк Ю.А., Тяжелов А.А., Комаров М.П. // Травма 2006 - Том 7, №5. - С. 538-541.

Особистий внесок здобувача Полягає у розробці методик заміщення кістковіх дефектів.

3. Тяжелов О.А. Напружено-деформованій стан моделі стегнової кісткі при заміщенні сегментарного діафізарного дефекту вуглецевімі імплантатамі різної форми / Тяжелов О.А., Суббота І.А., Полєтаєва Н.Ю., Комаров М.П. // Здобуткі КЛІНІЧНОЇ и експериментальної медицини. - 2006. - №2. - С. 99-103.

Особистий внесок здобувача Полягає у постановці завдання та мети дослідження, участия у побудові моделі, аналізі отриманий результатів.

4. Пат. 16399 UA А61B17 / 56 / u способ заміщення сегментарного дефекту довгої кісткі / Бабоша В.О., Гребенюк Ю.О., Гончарова Л.Д., Ілларіонов В.В., Ткаченко С.О., Сірота Є.Г., Тяжелов О.А., Комаров М.П., ​​Тарасенко В.І., Гурін І.В. - № 200600067; Заявл. 03.01.2006; Опубл. 15.08.2006. Бюл. №8.

Особистий внесок здобувача Полягає в розробці конструкції ендопротезів кісткі.

5. Пат. 16400 UA А61B17 / 56, А61B17 / 68 / u. Способ заміщення суглобово кінця довгої кісткі / Бабоша В.О., Гребенюк Ю.О., Гончарова Л.Д., Ілларіонов В.В., Ткаченко С.О., Сірота Є.Г., Тяжелов О.А., Комаров М.П., ​​Тарасенко В.І., Гурін І.В. № 200600068; Заявл. 03.01.2006; Опубл. 15.08.2006. Бюл. №8. Особистий внесок здобувача Полягає в Пропозиції автора Ідеї та дизайну конструкції ендопротезів суглобово кінця довгої кісткі.

6. Комаров М.П. Можливості використання вуглецевого композитного матеріалу для заміщення діафізарних післярезекційних кісткових дефектів / Комаров М.П., ​​Тяжелов А.А. // XIV з'їзд ортопедів-травматологів України: Тези доповідей, 21-23 вересня 2006 р., Одеса. - Одеса, 2006. - С. 268-270. Особистий внесок здобувача Полягає в аналізі перспектив использование вуглецевого композіційного матеріалу у якості замінніка кісткі.

7. Тяжелов О.А. Покращання електрохімічної сумісності біоінженерніх матеріалів с помощью покриттів / Тяжелов О.А., Севідова О.К., Тимченко І.Б., Голухова А.Г., Комаров М.П. // Технологія і застосування вогнетривів і технічної кераміки в промисловості: Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції, 26-27 квітня 2006 р Харків. - Харків, 2006. - С.31-32. Особистий внесок здобувача Полягає у постановці завдання та мети дослідження, аналізі отриманий результатів.


Анотація

Комаров М.П. Заміщення дефектів Довгих кісток штучними імплантатамі на основе вуглецю. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступенів кандидата медичний наук за спеціальністю 14.01.21 - Травматологія та ортопедія. Державна установа "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Сітенка Академії медичних наук України", Харків, 2008.

В основу дисертації покладаючи дослідження, спрямовані на розробка та експериментальне обґрунтування методик заміщення кістковіх дефектів штучними імплантатамі з Вуглець-вуглецевого композіційного матеріалу (ВВКМ).

Експериментальна дослідженнямі доведено: біологічну інертність ВВКМ, Відсутність токсічної Дії на навколішні та віддалені тканини; принципова можлівість сумісного использование вуглецевіх імплантатів з металевих виробами для остеосинтезу, зокрема Із захисних ізолювальнім покриття; достатні механічні характеристики запропонованої моделі заміщення кісткового дефекту за основними Показники напружено-деформованого стану.

Розроблено орігінальну конструкцію імплантату, что представляет собою внутрішньокістковій стрижень з вуглецевого матеріалу та спейсер у виде порожністої трубки, Внутрішній діаметр якої відповідає діаметру стрижня, та орігінальну модель заміщення сегментарних дефектів довгої кісткі з різнімі варіантамі з'єднання кістковіх відламків, Які захищено деклараційнімі патентами України.

Клінічна апробація розроблення способів та прістроїв довела принципова можлівість та перспектівність использование імплантатів з ВВКМ для заміщення практично будь-якіх дефектів Довгих кісток кінцівок.

Ключові слова: Вуглець-вуглецевій композіційній материал, імплантаті, внутрішньокістковій стрижень, спейсер, остеосинтез.


АНОТАЦІЯ

Комаров М.П. Заміщення дефектів довгих кісток штучними імплантатами на основі вуглецю. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.01.21 - травматологія та ортопедія. Державна установа "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України ", Харків, 2008.

В основі дисертації лежить дослідження, спрямоване на поліпшення лікування хворих з дефектами кісток після видалення пухлин або для лікування патологічних переломів шляхом розробки і експериментального обґрунтування методик заміщення кісткових дефектів штучними імплантатами з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу (ВВКМ).

В експерименті на тваринах доведено відсутність шкідливого впливу вуглецевого композиційного матеріалу на кісткову тканину в зоні імплантації і на внутрішні органи. Результатами морфологічних досліджень доведено біологічну інертність ВВКМ, відсутність токсичної дії на навколишні та віддалені тканини. Доведено, що ВВКМ не накопичується у внутрішніх органах і не перешкоджає течією звичайних біологічних процесів, не викликає запальних процесів ні в кістки, ні в м'яких тканинах, ні в судинах, навколо місця імплантації.

Дослідження електрохімічного взаємодії вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу з металевими фіксаторами оцінювали за ефективністю гальванопар, які виникають при контакті різнорідних матеріалів в рідкому середовищі. В якості основного критерію інтенсивності створення гальванопар було прийнято значення контактного струму. Проведені дослідження довели принципову можливість спільного використання вуглецевих імплантатів з металевими виробами для остеосинтезу, зокрема із захисним ізолюючим покриттям. Доведено, що в парі з титановими імплантатами, а також імплантатами із захисним покриттям вуглецевий композиційний матеріал не створює в фізіологічному розчині активних гальванопар, здатних привести до металлозу, пізнім інфекційних та інших ускладнень. Встановлено, що найбільш ефективним і стійким виявилося алмазоподібні покриття товщиною 2-3 мкм, нанесене вакуумно-плазмовим електрозвуковим методом.

Математичне моделювання методом кінцевих елементів на об'ємної моделі стегнової кістки, побудованої у вигляді тривимірного об'єкту з максимальним відображенням особливостей стегнової кістки, показало достатні механічні характеристики запропонованої моделі за основними показниками напружено-деформованого стану. Вперше розраховані оптимальні параметри з'єднання імплантату з кісткою. Обґрунтовано форма імплантатів і особливості з'єднань імплантатів з кісткою. Проведені дослідження показали, що використання імплантатів з різними формами кінців внутрішньокісткового стрижня (верхнім циліндричним і нижнім конічним кінцями) зменшує напругу в найбільш важливих для тривалої роботи імплантату зонах моделі, а саме: в зоні контакту спейсера з кортикальної частиною кістки і в зоні контакту кортикальної кістки з металевим гвинтом.

Розроблено нові способи з'єднання кісткових фрагментів і заміщення післярезекційних дефектів довгої кістки, що дозволяє забезпечити надійну первинну стабільність сегмента, зберегти її на максимально тривалий період і дозволяє навантажувати кінцівку відразу ж після операції. Розроблено оригінальну конструкцію імплантату, яка представляє собою внутрішньокістковий стержень з вуглецевого матеріалу і спейсер у вигляді порожнистої трубки, внутрішній діаметр якої відповідає діаметру стрижня, а також оригінальна модель заміщення сегментарних дефектів довгої кістки з різними варіантами з'єднань кісткових уламків, які захищені деклараційними патентами України.

Проведена клінічна апробація розроблених способів остеосинтезу та заміщення кісткових дефектів довела принципову можливість використання імплантатів з ВВКМ для остеосинтезу та заміщення великих кісткових дефектів, можливість раннього функціонального навантаження і розробки рухів в суміжних суглобах, ранньої дозованої осьового навантаження кінцівки. Використання запропонованих конструкцій імплантату і моделі заміщення сегментарних дефектів дозволяють скоротити час проведення операції і зменшити її технічну складність, швидко відновити функції кінцівки, поліпшити якість життя прооперованих пацієнтів і їх психологічний стан, знизити витрати на відновлювальне лікування.

Використання вуглецевих імплантатів дає можливість післяопераційного опромінення, таким пацієнтам можливі проведення додаткових КТ або МРТ досліджень у віддалений термін після операції, тому що ВВКМ не є джерелом вторинного опромінення.

Отримані дані вказують на перспективність використання вуглецевих імплантатів для заміщення практично будь-яких дефектів довгих кісток кінцівок. За своїми фізико-хімічних і механічних якостей, біологічної інертності, надійності та зручності вуглецевий композиційний матеріал є унікальним імплантаційним матеріалом, з якого можна виготовляти пристосування для остеосинтезу і еднопротези довгих кісток будь-якої довжини, форми і розмірів.

Ключові слова: вуглець-вуглецевий композиційний матеріал, імплантати, внутрішньокістковий стержень, спейсер, остеосинтез.


SUMMURY

Komarov MP Substitution defects of long bones on the artificial implants on the carbon base. - Manuscript.

Thesis of the scientific degree of candidate of medical sciences on speciality 14.01.21 - traumatology and orthopedics - State institution "The institute of deflection the backbone and joints pr. MISytenko the Academy of medical science of Ukraine ", Kharkiv, 2008.

At the base of the dissertation was put the investigation directed at the elaboration and the experimental substation methods of substitution defects of bones on the artificial implants with a carbon-carbonic compositional material (CCCM).

Experimental investigations was proved the biological inertness CCCM the absence of the toxic action on neighboring and remote tissues; principled possibility of the compatible using carbon implants with metallic wares for the bone fixation, specifically with the protective isolation covering; sufficient mechanical characteristics of the offered model for the main indicators strain-variable state.

Was elaborated the original design of implant, witch is an intramedullary rod from the carbon material and a spacer witch looks like an empty tube, witch inside diameter is a diameter of rod and the original model of substitution segmental defects of the long bone with different versions of connection broken out parts of the bone, witch are protected by declaration patents of Ukraine.

Performed clinical approbation of elaborated ways bone fixation and substitution defects of the bones proved principled possibility of using implants with CCCM for bone fixation and substitution big defects of bones, possibility of the early functional loading of the limb.

Received information recognizes promising using carbon implants for substitution practically any defects of long bones of limbs.

Key words: carbon-carbonic compositional material, implants, intramedullary rod, spacer, bone fixation.

:)

  • Заміщення ДЕФЕКТІВ Довгий КІСТОК штучних ІМПЛАНТАТАМІ на Основі вуглецю
  • 14.01.21 - Травматологія та ортопедія

  • Скачати 47.37 Kb.