Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Попов В.П. 1, 2 Акбашева О.Е. 2 Халбаев Б.В. 2 Дружинина Т.А. 3

---

1 Северская клиническая больница СибФНКЦ ФМБА России

2 Сибирский государственный медицинский университет

3 ФГУП «Экспериментально-производственные мастерские»

Цель. Изучить влияние костных имплантатов, покрытых оксидом титана и с кальций-фосфорным напылением, на содержание ТБК-активных продуктов и активность каталазы плазмы крови в условиях in vitro. Материалы и методы исследования. С металлических пластин-имплантатов, покрытых оксидом титана и с кальций-фосфатным напылением, счищали покрытие (в навесках 2 и 20 мг) и смешивали с 1 мл плазмы (практически здоровых лиц, травматологических больных с умеренной, выраженной и чрезмерной активаций перекисного окисления липидов). Инкубировали 15 мин при 37 °С, центрифугировали и в надосадочной жидкости определяли содержание ТБК-активных продуктов и активность каталазы. Результаты исследования. При умеренной и выраженной активации ПОЛ под влиянием покрытия из оксида титана наблюдается дополнительное увеличение содержания ТБК-активных продуктов на фоне дефицита каталазы, в то время как КФ-покрытие снижает уровень ТБК-активных и повышает активность каталазы в условиях in vitro. При чрезмерной активации ПОЛ биоинертные и биоактивные покрытия обладают одинаковым эффектом: уменьшают содержание ТБК-активных продуктов и повышают активность каталазы. В зависимости от концентрации порошка нанопокрытий (2 и 20 мг) не выявлено существенных отличий.

Статья в формате PDF

291 KB

пол

переломы

остеосинтез

пластина

биоинертные и биоактивные покрытия

1. Биоматериалы и имплантаты для травматологии и ортопедии / Т.С. Петровская, В.П. Шахов, В.И. Верещагин, В.П. Игнатов. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 307 с.

2. Динамика показателей перекисного окисления липидов при экспериментальной травме опорно-двигательного аппарата / К.М. Кураян, Д.П. Березовский, Т.Г. Фалеева, И.В. Корниенко // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 11 (часть 4). – С. 842–845.

3. Камышников В.С. Клинико-биохимическая лабораторная диагностика: справочник: в 2 т. Т. 1 / В.С. Камышников. – 2-е изд. – Минск: Интерпрес сервис, 2003. – 495 с.

4. Кининовая система и ее участие в патогенезе некоторых хирургических заболеваний / М.И. Кузин, В.В. Мельников, В.С. Дубник, Н.В. Беляков // Хирургия. – 1974. – № 2. – С. 116.

5. Королюк М.А. Метод определения каталазы / М.А. Королюк, Л.И. Иванова, И.Г. Майорова // Лабораторное дело. – 1988. – № 1. – С. 16–19.

6. Ксейко Д.А. Процессы перекисного окисления липидов и защитная роль антиоксидантной системы в печени и эритроцитах в условиях кровопотери / Д.А. Ксейко, Т.П. Генинг // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 9. – C. 304–307.

7. Легостаева Е.В. Закономерности формирования структуры и свойств кальций-фосфатных покрытий на поверхности биоинертных сплавов титана и цирконий: автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Томск, 2014. – 34 с.

8. Особенности обмена костной ткани при хронической интоксикации элементами, содержащимися в медно-цинковых колчеданных рудах / Ф.Х. Камилов, Е.Р. Фаршатова, Н.В. Нургалеев и др. // Медицинская наука и образование Урала. – 2013. – № 1. – С. 76–79.

9. Engineering biocompatible implant surfaces Part I: Materials and surfaces / S. Bauer, P. Schmuki, K. Mark, J. Park // Progress in Materials Science. – 2013. – Vol. 58. – P. 261–326.

10. Tong G.On. Minimally invasive plate osteosynthesis (MIPO): Concepts and cases presented by the AO East Asia. AО Manual of Fracture Management / G.On. Tong, S. Bavonratanavech. – AO Foundation, Switzerland, 2006. – 370 p.

При лечении переломов накостный остеосинтез имеет неоспоримые преимущества перед другими методами, основанные на точной репозиции отломков, что особенно важно при оскольчатых и внутрисуставных переломах, и жесткости фиксации, при которой отпадает необходимость внешней иммобилизации. Однако количество осложнений и неудовлетворительных результатов остается высоким и достигает 37 % [10].

Многочисленные исследования и клинические данные показали, что основной причиной осложнений являются негативные реакции, происходящие на границе «имплантат ‒ кость». При остеосинтезе интерфазный слой определяет оптимальную биомеханику и оказывает влияние на процессы регенерации костной ткани [1]. На сегодняшний день у специалистов нет сомнения в том, что степень фиксации костных отломков напрямую связана с возможностью интеграции поверхности имплантируемой конструкции с костной тканью. Известно, что лучшую фиксацию обеспечивают пористые поверхности, содержащие в своем составе кальций-фосфатные (КФ) соединения [7, 9]. Однако работ, раскрывающих патогенетические механизмы взаимодействия биоактивных имплантатов с костью при проведении остеосинтеза в различных режимах, недостаточно для полного представления о локальных и системных изменениях в организме человека.

Одним из возможных факторов, неблагоприятно влияющих на результаты остеосинтеза и способствующих замедленной консолидации переломов, рассматривают активацию свободно-радикального окисления и ингибирование антиоксидантной защиты, при которых усиливаются катаболические процессы в костной ткани со снижением её прочности [8]. Выяснение роли окислительных процессов в реализации клинических эффектов биоактивных пластин может иметь не только теоретическое, но и практическое значение.

Цель исследования заключалась в изучении влияния костных имплантатов, покрытых оксидом титана и с кальций-фосфатным напылением, на содержание ТБК-активных продуктов и активность каталазы плазмы крови в условиях in vitro.

Материалы и методы исследования

Было обследовано 30 человек с травмами опорно-двигательного аппарата (9 человек с переломом лодыжки, 7 – плеча, 11 – голени, 3 – с переломами ребер). В плазме крови определяли содержание ТБК-активных продуктов и активность каталазы стандартными унифицированными методами [3, 5]. По результатам были сформированы три пула плазмы: с умеренной, выраженной и чрезмерной активацией ПОЛ.

По 1 мл плазмы смешивали с металлической стружкой (2 и 20 мг), которую счищали скальпелем с пластин-имплантатов двух видов: покрытых оксидом титана и КФ. Инкубировали 15 мин при 37 °С, центрифугировали и в надосадочной жидкости определяли показатели ПОЛ. В качестве холостой пробы использовали 1 мл 0,9 % раствора NaCL, обработанный металлической стружкой. Контрольная группа включала 10 практически здоровых людей обоего пола в возрасте от 20 до 45 лет. Критерием отбора служило отсутствие травматических повреждений, хронических и онкологических заболеваний.

Результаты исследования и их обсуждение

При определении содержания ТБК-активных продуктов и активности каталазы плазмы крови пациентов с травматической болезнью были выявлены лица с умеренной, выраженной и чрезмерной активацией ПОЛ (табл. 1). При умеренной активации ПОЛ в плазме крови возрастало содержание ТБК-активных продуктов в 2,2 раза, при выраженной – в 3,6 раза, а при очень выраженной – в 6 раз, по сравнению с практически здоровыми лицами.

Активность каталазы, напротив, снижалась при умеренной активации ПОЛ на 55 %, при выраженной – на 18 %, а при очень выраженной – на 76 % по сравнению с контролем. Активация ПОЛ при травме связана с нарушением биохимических процессов при механической травме (мобилизация и нарушение утилизации свободных жирных кислот, накопление НАДФН2, АДФ и т.д.), которое создает предпосылки для инициации липидной пероксидации. Накопление конечных продуктов ПОЛ – окисленных жирных кислот, кетонов, альдегидов, особенно малонового диальдегида, − приводит к структурной перестройке клеточных мембран, изменению их проницаемости и в конечном итоге – гибели клеток. Предотвращают ПОЛ антиоксиданты, которые прерывают цепную реакцию образования активных форм кислорода. Как правило, повышение продуктов ПОЛ должно сопровождаться возрастанием активности ключевых ферментов антиоксидантной защиты (каталазы и СОД) [2, 4, 6]. При дефиците антиоксидантов процесс активации ПОЛ приобретает неконтролируемый характер, повреждая органы и ткани.

В условиях in vitro исследовали влияние нанопокрытий (2 мг на 1 мл плазмы) в зависимости от разного исходного уровня состояния системы «оксиданты ‒ антиоксиданты». При умеренной активации ПОЛ эффект нанопокрытий различался (табл. 2). Так под влиянием КФ-покрытия содержание ТБК-активных продуктов снижалось на 22 %, активность каталазы увеличивалась в 1,35 раз по сравнению с интактной плазмой. И, напротив, под влиянием оксида титана содержание ТБК-активных продуктов возрастало в 1,6 раз, а активность каталазы, уменьшалась и составила всего 2,9 % от интактной плазмы. Таким образом, при умеренной активации окислительных процессов покрытие с оксидом титана активирует, а КФ-покрытие – снижает ПОЛ в условиях in vitro.

Таблица 1

Содержание ТБК-активных продуктов (ТАП, мкмоль/л) и активность каталазы (мккат/л) плазмы крови при травматической болезни (X ± m)

Примечание. * – статистическая значимость отличий по сравнению с контролем, р < 0,05.

Таблица 2

Содержание ТБК-активных продуктов (мкмоль/л) и активность каталазы (мккат/л) под влиянием нанопокрытий при умеренной активации ПОЛ (X ± m)

Примечания:

* – статистическая значимость отличий по сравнению с контролем, р < 0,05;

** – статистическая значимость отличий между покрытиями, р < 0,05.

Таблица 3

Содержание ТБК-активных продуктов (мкмоль/л) и активность каталазы (мккат/л) под влиянием пластин при выраженной активации ПОЛ (X ± m)

Примечание. * – статистическая значимость отличий по сравнению с контролем, р < 0,05.

При выраженной активации ПОЛ (табл. 3) внесение порошка КФ-покрытия в среду инкубации плазмы также приводило к снижению содержания ТБК-активных продуктов на 66 %, в то время как под влиянием оксида титана наблюдалось увеличение содержания ТБК-активных продуктов в 1,96 раз по сравнению с интактной плазмой. Активность каталазы снижалась под влиянием пластин двух видов: под влиянием КФ-покрытия на 32 %, а под влиянием оксида титана – на 80 % относительно интактной плазмы.

Таким образом, в условиях выраженной активации ПОЛ проявляется неблагоприятное влияние покрытия из оксида титана на окислительные процессы: наблюдается существенное увеличение ТБК-активных продуктов на фоне выраженного дефицита активности каталазы.

При чрезмерной активации ПОЛ (табл. 4) эффект покрытий оказался одинаковым. Добавление порошка, счищенного с КФ-покрытия или пластины оксида титана, приводило к снижению содержания ТБК-активных продуктов в среднем в 2,5–3 раза по сравнению с интактной плазмой. Активность каталазы под влиянием металлических частиц возрастала: при внесении КФ-покрытия в 1,7 раза, а при внесении оксида титана в 1,3 раза. При этом статистически значимых отличий между пластинами не выявлено (р > 0,05).

Таким образом, в условиях чрезмерной активации ПОЛ имплантаты снижают содержание ТБК-активных продуктов и повышают активность каталазы в среде инкубации с плазмой. Обнаружено, что содержание ТБК-активных продуктов существенно не зависит от концентрации порошка (табл. 5). При внесении КФ-покрытия данный показатель был ниже по сравнению с биоинертной пластиной из оксида титана. При определении активности каталазы в зависимости от дозы внесенного порошка также не выявлено статистически значимых отличий (табл. 5).

Таблица 4

Содержание ТБК-активных продуктов (мкмоль/л) и активность каталазы (мккат/л) под влиянием пластин при очень выраженной активации ПОЛ (X ± m)

Примечание. * – статистическая значимость отличий по сравнению с контролем, р < 0,05.

Таблица 5

Содержание ТБК-активных продуктов (мкмоль/л) in vitro под влиянием пластин с различным покрытием в зависимости от дозы (X ± m)

Примечания:

* – статистическая значимость отличий между дозами, р < 0,05;

** – статистическая значимость отличий между пластинами, р < 0,05.

Таким образом, в зависимости от концентрации порошка в 2 или 20 мг/мл не выявлено существенных отличий в содержании ТБК-активных продуктов и активности каталазы.

Заключение

При умеренной и выраженной активации ПОЛ под влиянием покрытия из оксида титана наблюдается дополнительное увеличение содержания ТБК-активных продуктов на фоне дефицита каталазы, в то время как КФ-покрытие снижает уровень ТБК-активных и повышает активность каталазы в условиях in vitro. При чрезмерной активации ПОЛ биоинертные и биоактивные покрытия обладают одинаковым эффектом: уменьшают содержание ТБК-активных продуктов и повышают активность каталазы.

Результаты исследований свидетельствуют о положительном воздействии КФ-покрытия на процессы ПОЛ. Вероятно, это связано с особенностями строения наноразмерных биоактивных пластин по сравнению с биоинертными титановыми пластинами. Благодаря своей микроархитектонике КФ-покрытия проявляют биомедицинские свойства, в том числе, и способность влиять на процессы костеобразования. Благоприятное влияние КФ-пластин может быть связано в том числе и с восстановлением баланса системы «оксиданты ‒ антиоксиданты».

Кочетков Ю.С., д.м.н., профессор кафедры травматологии, ортопедии и ВПХ, Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск;

Первеев В.И., д.м.н., зав. кафедрой травматологии, ортопедии и ВПХ, Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск;

Работа поступила в редакцию 18.03.2015.

Библиографическая ссылка