Военное образование в России

Костная ткань: гистофизиология и регенерация - Реакция костной ткани на имплантат

Реакция костной ткани на имплантат

Реакцию костной ткани на имплантат можно рассматривать как частный случай репаративной регенерации. Поскольку ортопедические имплантаты имеют различное назначение, а, следовательно, конструкцию и материал, из которого они изготовлены, то и реакция ткани на их присутствие не будет стереотипной.

По современным представлениям любой материал для изготовления имплантатов следует оценивать с учетом основных характеристик. К ним относятся биоактивность, биосовместимость, биорезистентность. Биоактивность – это действие, оказываемое на процессы жизнедеятельности клетки (дыхание, мембранный транспорт, пролиферация, дифференцировка и др.) продуктами разрушения материала, их метаболитами в зоне контакта с тканями организма. Степень выраженности этого действия простирается в диапазоне от биорезистентности до цитотоксичности.  Биосовместимость - способность материала поддерживать гистотипическую дифференцировку клеток, обеспечивающую полноценную репаративную регенерацию костной ткани. Следовательно, современный материал должен минимизировать или исключать развитие вокруг себя соединительнотканной капсулы. Биорезистентность – это способность материала противостоять в расчетном интервале времени комплексу воздействий организма и сохранять при этом заданные физико-химические, конструкционные и др. свойства.

Как правило, любое инородное тело, находящееся в организме заключается в соединительнотканную капсулу. Такой исход для ортопедических имплантатов неприемлем. Исследователи модернизируют свойства внутренних фиксаторов за счет напыления инертных металлов, придания особого рельефа поверхности имплантата. Остеоинтеграция материала, использующегося для изготовления имплантата, может происходить в нескольких вариантах. Как показали исследования, можно выделить ряд типов контактов «костная ткань – имплантат». Так сплавы стали, содержащие кобальт, хром, молибден и др., находясь in vivo, покрываются соединительнотканной капсулой, что ведет за собой снижение жесткости конструкции, надежности её фиксации в организме. Титан, тантал, корундовая керамика непосредственно контактируют с костной тканью и на границе не удается обнаружить ни признаков разрушения кости, ни интеграции с материалом. Биокерамикам на основе гидроксиапатитов, биоситаллам присуща химическая связь с костью. Показано проникновение ионов различных элементов из имплантатов в ткань, что обеспечивает надежную связь с костью с одной стороны и постепенное замещение костной тканью с другой. Титан с текстурированной поверхностью, напыленный минеральными фракциями кости обладает физико-химическим контактом с костью. Проникновение кровеносных сосудов и трабекул вновь образованной костной ткани в структуру имплантата возможно, когда размеры его пор не меньше 120 мкм. Таким образом, использованию каждого имплантата с учетом его биологических свойств, должен предшествовать точный анализ показаний, исходя как из той патологии, которую он призван коррегировать, так и общего статуса конкретного больного.

Металлические имплантаты, используемые для внутреннего остеосинтеза, могут существенно замедлять ход репаративных процессов в костном органе не только благодаря своей химической природе, но и вследствие нарушения кровоснабжения в зоне перелома.  При интрамедуллярном остеосинтезе разрушается не только богато кровоснабжаемый костный мозг, но и камбиальные элементы кости в составе его стромы и эндоста, что существенно тормозит процессы репаративного остеогенеза. Длительное механическое воздействие на кость вызывает в месте контакта явления атрофии, истончения, остеопороза, что может стать причиной повторного перелома. В настоящее время разработчики  фиксирующих систем идут по пути ограничения контакта имплантата с элементами костного органа, несущего камбиальные элементы костной ткани и кровеносные сосуды.

Современные положения материаловедения гласят, что «идеальный» биоматериал для изготовления ортопедических имплантатов характеризуется рядом свойств: остеогенностью – содержит клеточные источники для остеогенеза; остеоиндукцией – инициирует  остеогенез; остеокондукцией – служит матрицей для образования новой кости в ходе репаративного остеогенеза, обладает способностью направлять её рост; остеопротекцией – заменяет кость по механическим свойствам.

Проблема костных имплантатов далека от своего полного разрешения, имеет серьезные биоматериаловедческие аспекты, требует тесного сотрудничества травматологов, химиков-технологов, остеоморфологов, специалистов в области клеточной биологии.