Известно, что операции погружного остеосинтеза могут иметь целый ряд непредвиденных, но по-своему закономерных осложнений [10-12]. Часть из них может быть спрогнозирована [13-21] применением современного иммунологического мониторинга, однако имеются и такие, возникновение которых напрямую зависит от длительного контакта кость-металл.

Все приведенные нами металлоконструкции [1-9] относятся к медицине, а именно – к погружным фиксирующим устройствам, и могут быть использованы в травматологии и ортопедии при оперативном лечении переломов длинных и плоских костей.

Исходя из опыта применения указанных устройств, одной из проблем погружного остеосинтеза является развитие резорбции костной ткани в ответ на компоненты металлов, входящих в состав фиксатора. Известно, что при коррозии металлофиксаторов, содержащих железо, идет накопление ионов железа в лимфоидных органах (Гюнтер В.Э. //Росс. вестн. дентал. имплантол. 2003. № 2). Кроме этого, учитывая усилия, направленные на затягивания гаек на винтах при фиксации в них соединительных стержней-штанг при транспедикулярной фиксации, притягивание винтов к пластине. Вколачивания интрамедуллярного стержня, необходимо обеспечить уменьшение коэффициента трения и упрочение поверхности материала металлофиксатора, и, следовательно, уменьшить вероятность попадания в живую ткань металлических частей износа. Кроме того, возможно развитие резорбции костной ткани и асептического воспаления в мышечной ткани вследствие постоянного пребывания фиксаторов в организме пациента.

Результат и обсуждение

Влияние пленок состава «углерод» и «углерод-азот» на остеогенез in vivo впервые изучено в Уральском институте травматологии и ортопедии имени В.Д. Чаклина д. м. н. Макаровой Э.Б.

В результате экспериментальных исследований в течение 10 лет было доказано, что «алмазоподобная нерезорбируемая углеродная пленка» является остеоиндуктивным материалом, стимулирующим репаративный остеогенез in vivo.

Рис. 1. Кролик. Имплантат – ПTi40ГА-МК. Титановая матрица вытравлена. СЭМ – микрофото.16-ть недель после операции. а – блок «материнское ложе – имплантат с образованной в порах костной тканью»; б, в, г – участки этого же блока

Ее применение увеличивает количество остеогенных клеток в костной ткани, прилежащей к сформированному дефекту, заполненному пористыми титановыми имплантатами с алмазоподобными пленками, количество клеток, экспрессирующих щелочную фосфатазу. В результате на ранних этапах регенерации образуется более прочная «на разрыв» кость в интерфейсе «костное ложе – имплантат», уменьшается объем незрелой костной ткани в центральных областях внедрения имплантата, дистрофические и склеротические изменения в костном ложе и новообразованной костной ткани.

Известны различные фиксаторы, выполненные из сплава на основе титана и обладающие стойкостью к усталостным переломам. Однако их покрытие имеет недостаточно высокую твердость и невысокую адгезию к поверхности основного материала.

Нами преследовался следующий технический результат – создание усовершенствованного фиксатора с покрытием, повышающим его прочностные свойства и позволяющим устранить возможную коррозию металла и резорбцию костной ткани.

Для решения поставленной задачи вышеуказанные фиксаторы выполнены с покрытием из твердого аморфного алмазоподобного углерода толщиной 0,5–1,5 мкм, под которым расположен промежуточный адгезионный слой, выполненный из титана (рис. 2) или его соединений с углеродом толщиной 0,05–0,15 мкм для усиления сцепления покрытия с основным материалом винта.

аб

в  г

Рис. 2. Исходные гранулы (а), пористый титан (б), установка для получения компакта (в), пористые титановые имплантаты с алмазоподобными пленками для замещения дефектов костной ткани (г)

В качестве типичного примера авторских разработок приведем один из фиксаторов. Стержень-штанга (рис. 3) представляет собой стержень стандартной конструкции, изготовленный из сплава титана марки ВТ 14 или из сплава на основе железа 12Х18Н9Т. Стержень-штанга имеет покрытие из двух слоев: промежуточный адгезионный слой толщиной 0,05–0,15 мкм, выполненный из титана или его соединений с углеродом и слой из твердого аморфного алмазоподобного углерода толщиной 0,5–1,5 мкм.

Оперативное вмешательство выполняют в положении на животе. Разрез кожи производят по средней линии над остистыми отростками на 1–2 позвонка выше и ниже поврежденного. Скелетируют остистые отростки и дужки до основания поперечных отростков и определяют стандартные точки введения винтов, также имеющих покрытие из твердого аморфного алмазоподобного углерода [1] (рис. 4).

Рис. 3. Штанга для транспедикулярной фиксации 

Рис. 4. Транспедикулярные винты

Например, в грудном отделе точки введения находятся на пересечении вертикальной линии, проходящей через середину выпуклой части суставного отростка и горизонтальной линии, проведенной через середину верхней трети основания поперечного отростка. Перед установкой винтов необходимо подготовить зону их введения – для этого кусачками удаляют кортикальный слой дуги до губчатой кости над местом введения винта и намечают входную точку для его введения. Транспедикулярный винт с помощью отвертки внедряют вращательными движениями до упора его головки в надкостницу позвонка.

После проведения устранения смещений позвонка транспедикулярные винты соединяют стержнем-штангой [5] в положении максимальной адаптации к форме позвоночника (рис. 5). Активный дренаж, послойные швы на рану.

Рис. 5. Произведена транспедикулярная фиксация позвоночника

Использование фиксаторов, имеющих покрытие из твердого аморфного алмазоподобного углерода, позволит избежать развития асептического некроза и резорбции костной ткани позвонка, повышаются прочностные и трибологические свойства поверхности стержня-штанги. При этом не усложняется операционный прием и не увеличивается травматичность операции.

Данный проект должен быть взаимосвязан с другими приоритетными проектами в сфере травматологии, 3D-моделирования в медицине, развития клеточных технологий и создания искусственных органов человека из стволовых клеток (рис. 6).

Рис. 6. Установки для проведения напыления алмазоподобных покрытий и проведения 3-D моделирования

Выводы

Использование фиксаторов, имеющих покрытие из твердого аморфного алмазоподобного углерода, позволит избежать развития асептического некроза и резорбции костной ткани, повышаются прочностные и трибологические свойства поверхности конструкции. При этом не усложняется операционный прием и не увеличивается его травматичность.