Скрябин владимир Леонидович новые углеродные материалы в реконструктивной хирургии костей и суставов

Вид материала

Автореферат

Содержание Научный консультант Аранович Анна Майоровна Ведущая организация Актуальность темы Цель исследования. Задачи исследования. Научная новизна. Практическая значимость работы. Положения, выносимые на защиту. Внедрение в практику. Апробация работы. Структура и объём диссертации. Содержание работы Экспериментальные исследования. Клинические исследования Высокопористый ячеистый углерод при замещении дефектов губчатой кости. Тип перелома В2 (костная пластика) Пластика дефектов пяточной кости ВПЯУ. Пластика дефектов губчатой кости после удаления доброкачественных опухолей. ... Полное содержание

Подобный материал:

• А. В. Каплан повреждения костей и суставов, 4718.34kb.
• Стандарт медицинской помощи больным злокачественным новообразованием костей, суставов, 784.39kb.
• Методика исследования костной системы и суставов, 263.18kb.
• Программа по пластической и реконструктивной хирургии предназначена для цикла тематического, 218.61kb.
• Программа по пластической и реконструктивной хирургии предназначена для цикла тематического, 287.62kb.
• Основные направления программы Организация оказания хирургической помощи раненым, 54.84kb.
• Углеродные наноматериалы (Фуллерены, нанотрубки и материалы на их основе) симпозиум, 518.27kb.
• Опыт использования отечественных титановых имплантатов в реконструктивной хирургии, 69.42kb.
• 6-ая Международная конференция, 95.18kb.
• А. В. Гераськин 20 г. Расписание, 48.55kb.

На правах рукописи


СКРЯБИН

Владимир Леонидович


НОВЫЕ УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В РЕКОНСТРУКТИВНОЙ ХИРУРГИИ КОСТЕЙ И СУСТАВОВ


14.01.15 – травматология и ортопедия


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

доктора медицинских наук


Пермь 2010


Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пермская государственная медицинская академия имени академика Е.А. Вагнера Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».


Научный консультант: доктор медицинских наук, профессор

Ладейщиков Вячеслав Михайлович


Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Аранович Анна Майоровна

доктор медицинских наук, профессор Кутепов Сергей Михайлович

доктор медицинских наук, профессор Шарпарь Владимир Дмитриевич


Ведущая организация: НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского Департамента здравоохранения г. Москвы


Защита состоится «____» ___________ 2010 года в «_____» часов на заседании диссертационного совета Д 208.067.03 при ГОУ ВПО «Пермская государственная медицинская академия им. ак. Е.А. Вагнера Росздрава» по адресу: 614990 г. Пермь, ул. Петропавловская, д. 26.


С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Пермская государственная медицинская академия им. ак. Е.А. Вагнера Росздрава» (614990, Пермь, ул. Петропавловская, д. 26)


Автореферат разослан «____» __________________ 2010 года


Учёный секретарь диссертационного совета

доктор медицинских наук, профессор Малютина Н.Н.


Актуальность темы

Современная реконструктивная хирургия опорно-двигательной системы не мыслится без широкого использования пластического замещения дефек­тов костей и суставов. Простота имплантации искусственных материалов, уменьшение травматичности и длительности вмешательства создали опре­делённую альтернативу костно-пластическим операциям [Жадёнов И.И. и соавт., 2006; Жердев К.В., 2007; Schroder J., 2001; Werber K.D., 2000].

К современным материалам, используемым для замещения костной ткани, предъявляют большие требования. Они должны быть инертны по отношению к живым тканям, не канцерогенны, иметь достаточный запас механической прочности, быть стойкими к воздействию внутренней среды организма. Немаловажное значение имеет простота стерилизации и отсутствие значительных затрат при их производстве [Вильямс Р., 1978; Костиков В.И., 2003; Григорьян А.С., 2003; Schroder J., 2001; Stefan Rammelt, 2004].

Современные материалы, применяемые для замещения дефектов костей и суставов, достаточно хорошо себя зарекомендовали. Вместе с тем, один из основных моментов, возможность получения единой биомеханической системы кость-имплантат, остаётся до конца не решённым [Григорьян А.С., 2003; Костиков В.И., 2003; Baker D., 2004; Briem D., 2002; Pflugmacher R., 2004; Es-Souni M., 2002; Reclaru L., 2002; Briem D., 2002].

В 60-е годы в качестве искусственного материала специалисты начали применять углерод. Главное его достоинство - инертность по отношению к живым тканям [Штраубе Г.И. 2001; Якименко Д.В. 2000; Baker D., 2004]. Однако, механические свойства обычного углеродного материала не позволили применять его в условиях значительных и даже умеренных механических нагрузок.

Возвращение интереса к углероду обусловлено созданием нового поколения углеродных материалов, механические свойства которых могут быть заданными и регулироваться в значительных пределах. Возможность моделирования свойств углеродных материалов соответственно параметрам нативной костной ткани позволяет рассматривать биомеханическую систему кость-имплантат как единое целое [Вильямс Р., 1978; Штраубе Г.И., 2001; Хоссаин М., 2002.].

Несмотря на большое количество работ до настоящего времени не создана биомеханическая модель взаимодействия углеродных материалов и кости. Не уточнены сроки формирования костно-углеродного блока при замещении костных дефектов, не определены варианты применения углеродных материалов в клинике.


Цель исследования. Изучить возможности, особенности и перспективность применения углеродных материалов нового поколения при замещении дефектов костей и суставов в эксперименте и клинической практике.

Задачи исследования.

1. Изучить взаимодействие костной ткани с углерод - углеродным композиционным материалом и высокопористым ячеистым углеродом в эксперименте.
   
2. Исследовать возможности математического моделирования взаимодействия углеродного материала нового поколения и костной ткани в диагностике критических напряжений на месте их контакта.
   
3. Определить надежность и сроки формирования костно-углеродного блока, особенности и варианты применения углеродных материалов нового поколения в клинической практике.
   
4. Обосновать показания и перспективность замещения дефектов губчатой костной ткани высокопористым ячеистым углеродом при импрессионных переломах.
   
5. Дать принципиальную оценку возможности замещения дефектов губчатой кости высокопористым ячеистым углеродом после удаления опухолей и опухолеподобных образований.
   
6. Исследовать возможности применения углерод - углеродного композиционного материала для создания несущей конструкции эндопротезов и имплантатов, не испытывающих значительной механической нагрузки.
   
7. Провести анализ трудностей, ошибок и осложнений применения углеродных материалов в клинической практике.
   

Научная новизна. Изучены и применены два варианта углеродных материалов нового поколения: углерод - углеродный композиционный материал и высокопористый ячеистый углерод.

Разработана математическая модель нагруженности проксимального отдела бедра в обычном анатомическом режиме и при эндопротезировании тазобедренного сустава. Установлены основные закономерности взаимодействия нативной кости и имплантата.

Впервые реализована идея протезирования проксимального отдела бедра углерод-углеродным композиционным материалом со структурой и модулем упругости, близкими к нативной кости (патент № 2063729 на изобретение «Эндопротез бедренной кости» 20 июля 1996 г.). В 1997 году это изобретение было отмечено золотой медалью и дипломом на Международной выставке в Брюсселе (Eureca* 97).

Впервые предложен эндопротез проксимального отдела бедра из углерод-углеродного композиционного материала (патент № 2116058 на изобретение «Эндопротез бедренной кости» 27 июля 1998 г.). На Международной выставке в Женеве изделие удостоено диплома и серебряной медали.

Другое изделие – межфаланговый сустав также был разработан и внедрён впервые (патент № 2076668 на изобретение «Эндопротез межфалангового сустава» 10 апреля 1997 года). Имплантат в 1998 году отмечен дипломом и серебряной медалью Международной выставки в Брюсселе.

Всесторонние исследования углеродных материалов в эксперименте (биохимическое, токсикологическое и т.д.) позволили применить их в клинических условиях.

Впервые доказано, что высокопористый ячеистый углерод прорастает костной тканью, образуя прямое прочное соединение без соединительнотканной прослойки. Данное положение подтверждено микроскопическими исследованиями костно – углеродных шлифов в отражённом свете светового и электронного микроскопа.

Установлено, что при высокой воздушности костные балки, прорастающие имплантат, повторяют или воспроизводят структуру губчатой кости, и дифференцировать имплантат и нативную кость в отдалённом периоде не представляется возможным

Доказано, что после удаления костных опухолей не возникает опасности гиперплазиогенного эффекта вследствие абсолютной инертности углеродных материалов.

Показано, что углеродные материалы не препятствуют пространственному расположению фиксаторов вплоть до возможности проведения их через имплантат.

Доказано, что имплантаты из углерод - углеродного композиционного материала не уступают по своим механическим и биологическим характеристикам другим искусственным материалам, но значительно ниже по себестоимости.

Практическая значимость работы.

Высокопористый ячеистый углерод может быть рекомендован как материал выбора при пластике дефектов губчатой кости по его биологическим и биомеханическим характеристикам.

Углерод - углеродный композиционный материал положительно зарекомендовал себя при пластике дефектов плоских костей. Через 3 месяца после имплантации наступает биологическая фиксация за счёт врастания костной ткани в поры материала, обеспечиваю имплантату длительное функционирование. Использование в реконструктивной хирургии углеродных материалов не требует повторных операций для их удаления.

Образование зон критического напряжения, ведущее к нестабильности системы кость – имплантат, определяется не только величиной модуля упругости, но и его изменением на протяжении имплантируемой конструкции. Это заставляет пристальнее обратить внимание на композиционные материалы.


Положения, выносимые на защиту.

1. Углерод - углеродный композиционный материал и высокопористый ячеистый углерод, представляя собой на 99,9% чистый углерод, имеют большое сродство к живым тканям.
   
2. Математическое моделирование взаимодействия костных структур с искусственными материалами показало, что для равномерного распределения нагрузок вокруг имплантата последний должен иметь переменный модуль упругости.
   
3. Высокопористый ячеистый углерод зарекомендовал себя как весьма удачный пластический материал при заполнении дефектов губчатых костей. Имплантат легко обрабатывается интраоперационно, прорастает костью на всю глубину, обеспечивая надёжную стабильность, восстанавливая архитектуру эпиметафизарной зоны.
   
4. Замещение дефектов плоских костей углерод – углеродным композиционным материалом как метод выбора не уступает другим имплантатам по простоте и надёжности вмешательства, имеет сравнительно низкую себестоимость, не препятствует росту кости.
   

Внедрение в практику. Основные положения научного исследования внедрены в работу травматологического и ортопедического отделений МУЗ «МСЧ № 9» г. Перми травматологического отделения Пермской краевой клинической больницы, нейротравматологического отделения МУЗ «МСЧ № 2» г. Перми, травматологического отделения МУЗ «МСЧ № 11» г. Перми, травматологического отделения МУЗ «ГКБ № 4» г. Перми, травматологическом отделении Городской больницы имени Е.А. Вагнера г. Березники Пермского края, травматологическом отделении МУЗ «Городская больница» г. Кунгур Пермского края, травматологическом отделении МУЗ «Городская больница» г. Соликамск Пермского края, травматологическом отделении МУЗ «Городская больница» г. Чусовой Пермского края, травматологическом отделениях «Городской больницы № 23» г. Екатеринбурга.

Результаты исследования используются в учебном процессе на кафед­рах травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии, госпитальной хи­рургии, хирургии повышения квалификации и профессиональной переподго­товки специалистов ГОУ ВПО «Пермская государственная медицинская ака­демия им. ак. Е.А. Вагнера Росздрава», на кафедре травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии ГОУ ВПО «Ижевская государственная медицин­ская академия Росздрава».


Апробация работы.

Материалы диссертации доложены и обсуждены на Всероссийских, республиканских и межрегиональных конференциях: Всероссийской конференции «Актуальные вопросы травматологии ортопедии» (Москва, 1995), третьей Всероссийской конференции по биомеханике (Нижний Новгород, 1996), IV съезде травматологов ортопедов России (Нижний Новгород, 1997), юбилейной научной конференции, посвящённой 50-летию онкологической службы Пермской области (Пермь, 1997), научной конференции «Современные технологии в травматологии и ортопедии» (Москва, 1999), научно-практической конференции «Искусственные материалы и новые технологии в клинической медицине» (Пермь, 2000), первом съезде травматологов-ортопедов Уральского ФО (Екатеринбург, 2005), 7-ом съезде травматологов ортопедов России (Самара, 2006), втором съезде травматологов-ортопедов Уральского ФО (Курган, 2008).

По теме диссертации опубликовано 36 печатных работ, из них 8- в журналах, рекомендованных ВАК, 1 монография, в которых отражены основные результаты исследования (диссертации).


Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 236 страницах и состоит из введения, обзора литературы, 4-х глав результатов собственных исследований, обсуждения, выводов, практических рекомендаций и библиографического указателя, включающего 325 источников, из них 186 отечественных и 139 зарубежных. Работа иллюстрирована 90 рисунками и 20 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования. Изучены два вида углеродных материалов: высокопористый ячеистый углерод (ВПЯУ) и углерод - углеродный композиционный материал (УУКМ). По химическому составу оба материала представляют собой чистый углерод. В основе производства ВПЯУ лежит дублирование высокопористой структуры сетчато-ячеистого полимера. Карбонизация последнего (нагревание при температуре до 1100^о по Цельсию без доступа кислорода) приводит к образованию материала, перемычки которого, составляющие основу ячеистой структуры, представляют собой композиции разных углеродных материалов, связанных между собой пиролитическим углеродом. Объём вещества в высокопористом ячеистом углероде составляет от 2 до 12%.

В основе производственного процесса УУКМ лежат технологии создания армирующих каркасов и насыщения их матричным материалом. УУКМ нового поколения представляет собой композиционный монолитный материал, поверхность которого образована множеством пор и неровностей. Способы плетения углеродным волокном многонаправленных объёмных структур позволили управлять свойствами композита в разных направлениях, согласовывая их с расчётными значениями.