Клінічна апробація розроблених способів та пристроїв довела принципову можливість та перспективність використання імплантатів з ВВКМ для заміщення практично будь-яких дефектів довгих кісток кінцівок.
Ключові слова: вуглець-вуглецевий композиційний матеріал, імплантати, внутрішньокістковий стержень, спейсер, остеосинтез.
АНОТАЦИЯ
Комаров М.П. Замещение дефектов длинных костей искусственными имплантатами на основе углерода. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности 14.01.21 – травматология и ортопедия. Государственное учреждение “Институт патологии позвоночника и суставов имени профессора М.И. Ситенка Академии медицинских наук Украины”, Харьков, 2008.
В основе диссертации лежит исследование, направленное на улучшение лечения больных с дефектами костей после удаления опухолей или для лечения патологических переломов путём разработки и экспериментального обоснования методик замещения костных дефектов искусственными имплантатами из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ).
В эксперименте на животных доказано отсутствие вредного влияния углеродного композиционного материала на костную ткань в зоне имплантации и на внутренние органы. Результатами морфологических исследований доказано биологическую инертность УУКМ, отсутствие токсического действия на окружающие и отдаленные ткани. Доказано, что УУКМ не накапливается во внутренних органах и не препятствует течению обычных биологических процессов, не вызывает воспалительных процессов ни в кости, ни в мягких тканях, ни в сосудах, вокруг места имплантации.
Исследования электрохимического взаимодействия углерод-углеродного композиционного материала с металлическими фиксаторами оценивали по эффективности гальванопар, которые возникают при контакте разнородных материалов в жидкой среде. В качестве основного критерия интенсивности создания гальванопар было принято значение контактного тока. Проведенные исследования доказали принципиальную возможность совместного использования углеродных имплантатов с металлическими изделиями для остеосинтеза, в частности с защитным изолирующим покрытием. Доказано, что в паре с титановыми имплантатами, а также имплантатами с защитным покрытием углеродный композиционный материал не создаёт в физиологическом растворе активных гальванопар, способных привести к металлозу, поздним инфекционным и другим осложнениям. Установлено, что наиболее эффективным и стойким выявилось алмазоподобное покрытие толщиной 2-3 мкм, нанесенное вакуумно-плазменным електрозвуковым методом.
Математическое моделирование методом конечных элементов на объёмной модели бедренной кости, построенной в виде трехмерного объекта с максимальным отображением особенностей бедренной кости, показало достаточные механические характеристики предложенной модели по основным показателям напряженно-деформированного состояния. Впервые рассчитаны оптимальные параметры соединения имплантата с костью. Обоснована форма имплантатов и особенности соединений имплантатов с костью. Проведенные исследования показали, что использование имплантатов с разными формами концов внутрикостного стержня (верхним цилиндрическим и нижним коническим концами) уменьшает напряжение в наиболее важных для длительной работы имплантата зонах модели, а именно: в зоне контакта спейсера с кортикальной частью кости и в зоне контакта кортикальной кости с металлическим винтом.
Разработаны новые способы соединения костных фрагментов и замещения послерезекционных дефектов длинной кости, что позволяет обеспечить надёжную первичную стабильность сегмента, сохранить её на максимально длительный период и позволяет нагружать конечность сразу же после операции. Разработана оригинальная конструкция имплантата, которая представляет собой внутрикостный стержень из углеродного материала и спейсер в виде пустотелой трубки, внутренний диаметр которой соответствует диаметру стержня, а также оригинальная модель замещения сегментарных дефектов длинной кости с разными вариантами соединений костных отломков, которые защищены декларационными патентами Украины.
Проведенная клиническая апробация разработанных способов остеосинтеза и замещения костных дефектов доказала принципиальную возможность использования имплантатов с УУКМ для остеосинтеза и замещения больших костных дефектов, возможность ранней функциональной нагрузки и разработки движений в смежных суставах, ранней дозированной осевой нагрузки конечности. Использование предложенных конструкций имплантата и модели замещения сегментарных дефектов позволяют сократить время проведения операции и уменьшить её техническую сложность, быстро восстановить функции конечности, улучшить качество жизни оперированных пациентов и их психологическое состояние, снизить затраты на восстановительное лечение.
Использование углеродных имплантатов дает возможность послеоперационного облучения, таким пациентам возможны проведения дополнительных КТ или МРТ исследований в отдаленные сроки после операции, потому что УУКМ не является источником вторичного облучения.
Полученные данные указывают на перспективность использования углеродных имплантатов для замещения практически любых дефектов длинных костей конечностей. По своим физико-химическим и механическим качествам, биологической инертности, надежности и удобству углеродный композиционный материал является уникальным имплантационным материалом, с которого можно изготавливать приспособления для остеосинтеза и эднопротезы длинных костей любой длины, формы и размеров.
Ключевые слова: углерод-углеродный композиционный материал, имплантаты, внутрикостный стержень, спейсер, остеосинтез.
SUMMURY
Komarov M.P. Substitution defects of long bones on the artificial implants on the carbon base. – Manuscript.
Thesis of the scientific degree of candidate of medical sciences on speciality 14.01.21 – traumatology and orthopedics – State institution “The institute of deflection the backbone and joints pr. M.I.Sytenko the Academy of medical science of Ukraine”, Kharkiv, 2008.
At the base of the dissertation was put the investigation directed at the elaboration and the experimental substation methods of substitution defects of bones on the artificial implants with a carbon-carbonic compositional material (CCCM).
Experimental investigations was proved the biological inertness CCCM the absence of the toxic action on neighboring and remote tissues; principled possibility of the compatible using carbon implants with metallic wares for the bone fixation, specifically with the protective isolation covering; sufficient mechanical characteristics of the offered model for the main indicators strain-variable state.
Was elaborated the original design of implant, witch is an intramedullary rod from the carbon material and a spacer witch looks like an empty tube, witch inside diameter is a diameter of rod and the original model of substitution segmental defects of the long bone with different versions of connection broken out parts of the bone, witch are protected by declaration patents of Ukraine.
Performed clinical approbation of elaborated ways bone fixation and substitution defects of the bones proved principled possibility of using implants with CCCM for bone fixation and substitution big defects of bones, possibility of the early functional loading of the limb.
Received information recognizes promising using carbon implants for substitution practically any defects of long bones of limbs.
Key words: carbon-carbonic compositional material, implants, intramedullary rod, spacer, bone fixation.