Губчатое вещество кости представляет собой трехмерную сеть костных балок различной формы, размера и ориентации. Термин «губчатая структура костной ткани» означает способ организации основных тканеобразующих элементов.
Bсе исследования, проведенные для описания корреляций между механическими параметрами и плотностью костной ткани, показали, что при сходных значениях минеральной плотности анализируемых образцов их механические параметры могут иметь различные значения [1–9]. Следовательно, плотность сама по себе недостаточна для описания расхождений в полученных значениях механических параметров. Эти результаты подтверждают, что механические свойства костной ткани зависят не только от плотности ткани, но и от структурных параметров, которые определяют организацию костной ткани в тестируемом образце. Таким образом, свойства рассматриваемой структуры костной ткани в целом зависят от свойств отдельных трабекул кости, а также от способов и числа их взаимосвязей.
В настоящее время костная ткань, забранная у одного пациента, может использоваться у другого пациента, т.е. осуществляется костная аллопластика. Для исключения аллергических реакций и реакций несовместимости у реципиента костная ткань донора предварительно обрабатывается с использованием комплекса физико-химических методик [3]. Перспективными в качестве способа предварительной химической обработки аллогенной костной ткани оказались деминерализация и депротеинизация, которые позволяют получить деминерализованную костную ткань, лишенную минерального компонента, и депротеинизированную костную ткань, не содержащую органического компонента [2]. В то же время предварительная химическая обработка может привести к изменению структуры и свойств нативной аллогенной костной ткани, а следовательно, и ее биологического поведения после имплантации в живой организм [2, 3].
Важным фактором в исследовании пригодности используемого костно-пластического материала является сохранение необходимого уровня морфологических особенностей нативной кости.
Целью работы является изучение морфологии головки бедренной кости, резецированной при первичном эндопротезировании тазобедренного сустава у пациента с коксартрозом.
Материалы и методы исследования
Материалом исследования служили образцы срединных смежных распилов головки бедренной кости (ГБК), полученной от одного донора (пациента) с коксартрозом при резекции в ходе первичного эндопротезирования тазобедренного сустава. В соответствии с утвержденным алгоритмом у доноров костного материала осуществлялся забор крови для обследования на инфекционные агенты (сифилис, ВИЧ, гепатиты В и С). При отрицательных результатах обследования материал поступал в обработку. Осуществлялся радиальный распил ГБК с шагом 0,4–0,5 см. Весь костный материал доноров подвергался промывке очищенной проточной водой, обезжириванию спирт-эфиром и химическому очищению 6 % раствором Н2О2 в соответствии с утвержденными методиками.
Морфологию костного материала исследовали на металлографическом инвертированном микроскопе «Альтами МЕТ 1МТ» (Россия, Санкт-Петербург) методами светлого и тёмного полей, а также по методу поляризации. Пористость костной ткани оценивалась по макроскопическим изображениям, полученным посредством макрофотосъёмки исследуемых объектов. Общая пористость (П) рассчитывалась как отношение суммарной длины отрезков, попадающих на поры, к общей длине секущих линий и выражается следующей формулой:
где L1 – общая длина секущих в условных единицах измерительного прибора; l – длина отрезков секущих, попадающих на поры.
Результаты исследования и их обсуждение
Для определения архитектоники губчатого вещества головки бедренной кости был проведён анализ смежных распилов материала, полученного от одного донора (рис. 1).
Рис. 1. Макрофотография образцов смежных срединных распилов из головки бедренной кости
Измерение пористой структуры проводили по четырём направлениям: вдоль и поперёк верхней части головки бедра (рис. 2 а, б), вдоль и поперёк нижней части головки бедра (рис. 2 в, г).
Пористость нижней части головки бедра немного выше, чем верхней части. Так, при расчёте по контурам, нанесённым вдоль нижней части, пористость в продольном сечении составила 39 %, а в поперечном – 33 %. А продольная и поперечная пористость для относительно нанесённых контуров верхней части головки бедра составила 34 и 30 % соответственно.
В таблице приведены результаты расчёта размера пор для образцов костного материала, представленных на рис. 2. Поры в верхней части материала имеют более правильную форму, в то время как поры в нижней части больше вытянуты вдоль линии разреза и занимают больший объём, о чём говорят и большие значения пористости нижней части костного материала (39 и 33 %).
Для более наглядного представления о распределении размеров пор при наложении контуров расчёта вдоль и поперёк распилов костного материала построены гистограммы распределения пор по размерам (рис. 3).
а б
в г
Рис. 2. Макрофотографии образцов смежных срединных распилов из головки бедренной кости с нанесёнными контурами расчёта на область верхней части головки бедра (а, б) и нижней части головки бедра (в, г)
Размеры пор и пористость образцов костного материала
|
Сечение |
Средний размер пор, мм |
Минимальный размер пор, мм |
Максимальный размер пор, мм |
Пористость, % |
|
Нижняя часть |
||||
|
Продольное |
0,64 |
0,16 |
2,48 |
39 |
|
Поперечное |
0,40 |
0,10 |
1,36 |
33 |
|
Верхняя часть |
||||
|
Продольное |
0,60 |
0,19 |
2,24 |
34 |
|
Поперечное |
0,44 |
0,09 |
1,55 |
30 |
|
Образец в целом |
||||
|
Продольное |
0,62 |
0,16 |
2,48 |
37 |
|
Поперечное |
0,41 |
0,09 |
1,55 |
32 |
а б
Рис. 3. Гистограммы распределения пор по размерам, полученных по контурам расчёта, расположенным вдоль (а) и поперёк (б) срединных распилов образцов из головки бедренной кости
Как видно из рис. 3, более 50 % пор в направлении, продольном линиям контуров расчёта, имеют средний разброс значений 0,2–0,8 мм. Около 25 % пор имеют размер в диапазоне 0,8–1,8 мм, а 10 % пор – более 1,8 мм. Средний разброс размера пор в поперечном направлении контуров расчёта – 0,1–0,5 мм (более 70 %), 25 % – 0,5–1,2 и менее 5 % 1,2–1,55 мм.
Выводы
При исследовании морфологии образцов, полученных из головок бедренных костей, были получены следующие основные результаты.
1. Анализ распределения пор в срединных распилах головок бедренных костей показал, что поры, расположенные в верхней части, имеют более правильную форму, в то время как в нижней части поры больше вытянуты вдоль линии разреза и занимают больший объём, средний продольный (0,64 и 0,60 мм) и поперечный (0,40 и 0,44 мм) размер пор имеет близкие значения для верхней и нижней части.
2. Нижняя часть головки бедренной кости имеет более высокую пористость (39 и 33 %), чем верхняя часть (34 и 30 %). Общая пористость образца в целом при расчёте по контурам, нанесённым вдоль нижней части продольного сечения, равна 37 и 32 % для поперечного сечения.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ проекта № 15-29-04849