Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ИЗУЧЕНИЕ МОРФОЛОГИИ СРЕДИННЫХ РАСПИЛОВ ГОЛОВКИ БЕДРЕННОЙ КОСТИ

Кирилова И.А. 1 Шаркеев Ю.П. 2, 3 Подорожная В.Т. 1 Попова К.С. 2 Уваркин П.В. 2 Фомичев Н.Г. 1
1 ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
2 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
3 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
Для определения архитектоники губчатого вещества головки бедренной кости был проведён анализ смежных распилов материала, полученного от одного пациента с коксартрозом при первичном эндопротезировании тазобедренного сустава. Пористость костной ткани оценивалась по макроскопическим изображениям, полученным посредством макрофотосъёмки. Общая пористость рассчитывалась как отношение суммарной длины отрезков, попадающих на поры, к общей длине секущих линий. Результат: Поры, расположенные в верхней части головки бедренной кости, имеют более правильную форму, а в нижней части больше вытянуты вдоль линии распила 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 частей. Нижняя часть головки бедренной кости имеет более высокую пористость (38,77 и 33,29 %), чем верхняя часть (33,83 и 29,64 %). Общая пористость всего образца при расчёте по контурам, нанесённым вдоль нижней части, продольная – 36,86 %, поперечная – 32,12 %.
морфология
головка бедренной кости
срединный смежный распил
общая пористость
архитектоника
1. Дианов С.В. Тарасов А.Н. Аллопластика вертлужной впадины при первичном и ревизионном эндопротезировании тазобедренного сустава // Травматология и ортопедия России. – 2009. – № 3. – С. 130–132.
2. Мурылев В.Ю., Петров Н.В., Силин Л.Л., Рукин Я.А., Елизаров П.М., Калашник А.Д. Ревизионное эндопротезирование вертлужного компонента эндопротеза тазобедренного сустава // Кафедра травматологии и ортопедии. – 2012. – № 1. – С. 20–25.
3. Подорожная В.Т., Кирилова И.А., Шаркеев Ю.П., Легостаева Е.В. Аллогенные костные материалы: структура, свойства, применение // Известия Вузов. Физика. – 2013. – № 12/3. – С. 14–21.
4. Прохоренко В.М. Первичное и ревизионное эндопротезирование тазобедренного сустава. – Новосибирск: АНО «Клиника НИИТО», 2007. – 348 с.: ил.
5. Рукин Я.А. Ревизионное эндопротезирование вертлужного компонента тотального эндопротеза тазобедренного сустава при его асептической нестабильности: автореф. дис. … канд. мед. наук. – М., 2008.
6. Cichanski A., Nowicki K., Mazurkiewicz A., Topolinski T. Investigation of statistical relationships between quantities describing bone architecture, its fractal dimensions and mechanical properties // Acta of Bioengineering and Biomechanics. – 2010. – № 12 (4). – Р. 66–77.
7. Cornu O., Manil O., Godts B., et al. Neck fracture femoral heads for impaction bone grafting // Acta Orthop Scand. – 2004. – № 75(3). – Р. 303–308.
8. Nikodem А. Correlations between structural and mechanical properties of human trabecular femur bone // Acta of Bioengineering and Biomechanics. – 2012. – Vol. 14, № 2. – Р. 37–46.
9. Tanaka T., Sacurai T., Kashima I. Structuring of parameters for assessing vertebral bone strength by star volume analysis using a morphological filter // Journal of Bone and Mineral Metabolism. – 2001. – № 19. – Р. 150–158.

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:

kirillova01.wmf

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).

pic_39.tif

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).

pic_40.tif pic_41.tif

а б

pic_42.tif pic_43.tif

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

pic_44.wmf pic_45.wmf

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


Библиографическая ссылка

Кирилова И.А., Шаркеев Ю.П., Шаркеев Ю.П., Подорожная В.Т., Попова К.С., Уваркин П.В., Фомичев Н.Г. ИЗУЧЕНИЕ МОРФОЛОГИИ СРЕДИННЫХ РАСПИЛОВ ГОЛОВКИ БЕДРЕННОЙ КОСТИ // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 8. – С. 58-61;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35509 (дата обращения: 25.05.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074