Доклінічне обґрунтування застосування імплантатів для остеосинтезу із вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу

Abstract

Актуальність. Метали, які використовують для виготовлення різних імплантатів для травматології, мають усі необхідні механічні властивості, але водночас здатні окислюватись. У порівнянні з ними вуглець має відмінну біосумісність. Вуглець-вуглецевий композиційний матеріал (ВВКМ) у 2-4 рази легший за аналогічний імплантат із металу, має жорсткість і модуль пружності близькі до аналогічних показників живої кістки людини, не схильний до ефекту втомних напруг, характеризується хімічною стійкістю в середовищі організму та високим показником біологічної сумісності. Мета дослідження. Оцінити особливості регенерації кісткової тканини за даними патоморфологічного аналізу в експерименті на тваринах. Матеріали і методи. В експерименті використовували ВВКМ для інтрамедулярного остеосинтезу після експериментального перелому у білих безпородних щурів-самців лінії Вістар (n=18). Для контролю використано стрижень із іржостійкої сталі (n=18). Надалі щурів обох груп утримували у стандартних умовах віварію. Результати. У гістологічному дослідженні встановлено, що використання імплантатів із ВВКМ не порушувало в зонах перелому процесів васкуляризації та ангіогенезу. Під час аналізу контакту кісткової тканини та матеріалу імплантату визначено, що на більшій території периметра штифта з ВВКМ новоутворена кістка безпосередньо розташовувалась на його поверхні, заповнюючи її нерівності. У разі використання стрижнів із іржостійкої сталі визначено скупчення значної кількості лімфоцитів навколо новоутворених кровоносних судин у безпосередній близькості від дрібних крововиливів, які завжди спостерігали в місці перелому. Висновки. Регенерація експериментального перелому стегнової кістки щура після остеосинтезу імплантатами із ВВКМ суттєво не відрізнялась від зрощення перелому після остеосинтезу імплантатом із іржостійкої сталі. Background. Metals used for the manufacture of various implants for traumatology have all the necessary mechanical properties, but these materials are able to oxidize. In comparison, carbon has excellent biocompatibility. Carbon-carbon composite material (CCCM) is 2-4 times lighter than a similar metal implant, has a stiffness and modulus of elasticity close to similar indicators of a human bone, not prone to the effect of fatigue stress, and is characterized by chemical resistance in the body and high biocompatibility. Objective. The purpose of this work was to evaluate the features of bone regeneration according to pathomorphological analysis in an experiment on animals. Material and Methods. Carbon-carbon composite material for intromedular osteosynthesis after experimental fracture on white outbred male Wistar rats (n=18) was used in the experiment. A stainless steel rod (n=18) was used for control. Subsequently, rats of both groups were kept in standard vivarium conditions. Results. Histological examination revealed that the use of implants with CCCM did not disrupt vascularization and angiogenesis in the fracture zones. During the analysis of the contact of bone tissue and implant material, it was determined that in the larger area of the perimeter of the pin with CCCM, a newly formed bone was located directly on its surface, filling its irregularities. In the case of the use of stainless steel rods, a significant number of lymphocytes were accumulated around the newly formed blood vessels directly adjacent to small hemorrhages, which were always observed at the fracture site. Conclusions. Regeneration of an experimental rat femur fracture after osteosynthesis with carbon-carbon composite implants did not differ significantly from fracture fusion after osteosynthesis with a stainless steel implant.