Классификация остеопластических материалов

РЕПАРАТИВНЫЙ ОСТЕОГЕНЕЗ

При изучении местных функционально-биохимических и структурно-морфологических изменений, возникающих при заживлении дефекта костной ткани, многие исследователи смогли уже сравнительно давно сформулировать положение о стабильности репаративного остеогенеза, подчеркивая при этом условность такого разделения, так как регенерация костной ткани представляет собой единый процесс, отдельные фазы которого взаимообусловлены и тесно связаны между собой.

1. Сначала происходит пролиферация соединительнотканных элементов, и на месте дефекта образуется грануляционная ткань. Развивающийся отек ведет к выпадению нитей фибрина. Эти нити образуют пока еще беспорядочный клубок. Место повреждения костной ткани как бы «притягивает» минеральные соли, их приток постепенно увеличивается.

2. Нити выпавшего фибрина приобретают ориентировку по длинной оси костного сегмента и превращаются в коллагеновые волокна или, вернее, в коллагеновые трубочки, содержащие минеральные соли в растворенном состоянии. Формируется коллагеновая основа, белковая матрица костной ткани.

3. Минеральные соли из жидкого состояния начинают переходить в кристаллическое. Образуются костные пластинки («балки»), еще лишенные гаверсовых каналов. Концентрация минеральных солей в эту фазу остается высокой.

4. Формируется зрелая костная ткань, кристаллы ?-трикальцийфосфата замещаются кристаллами гидроксиапатита.

5. Обменные процессы в новой костной ткани нормализуются, то есть интенсивность становится равной скорости обмена в неповрежденных костях скелета.

К настоящему времени достигнуты определенные успехи, которые позволяют исследователям более детально сопоставить морфологические и химические процессы в регенерате, и на этой основе получить более полное представление их стадийности (Зуев В. П., Панкратов А С., Дмитриева Л. А., Филатова Н. А.).

В первые часы после травмы кости развивается генерализованная катаболическая фаза общей защитной реакции организма. Местные процессы в области дефекта, характеризующиеся распадом мукопротеинов, полипептидов и других органических соединений, приводят к уменьшению общего белка крови, изменению соотношения между белковыми фракциями сыворотки крови и усилению окислительно-восстановительных реакций, процессов декарбоксилирования, гидролитического и энзиматического расщепления с участием соответствующих ферментов.

В последующем, по мере заживления дефекта, анаболические процессы начинают преобладать над катоболическими, что проявляется активной защитной реакцией организма, сопровождающейся гипергликемией, усилением способности тканей депонировать аскорбиновую кислоту и таких ферментов, как оксидоредуктазы, гидролазы и синтетазы. Интенсификация биосинтеза специфических белков и ферментов совпадет с периодом наиболее активного формирования коллагеновой матрицы костного регенерата (Расмуссон Л.).

На основе полученных данных о механизме репаративного остеогенеза была разработана и совершенствуется в настоящее время специальная группа препаратов, которая значительно увеличивает скорость процессов регенерации костной ткани. Также была сформирована специальная отрасль науки, занимающаяся изучением и созданием средств, оптимизирующих остеогенез, – биоматериаловедение.

БИОМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Широкие показания к применению в различных областях стоматологии и ЧЛХ средств, направленных на стимулирование местного костеобразования, свидетельствуют об актуальности разработки и внедрения в клиническую стоматологию подобных препаратов. Первое место по использованию средств для оптимизации остеогенеза занимает челюстно-лицевая хирургия. Показаниями к их применению являются возмещение дефектов костной ткани в челюстных костях после удаления доброкачественных опухолей и оперативного лечения апикальных периодонтитов с сохранением зубов, пластическое возмещение травматических дефектов костной ткани, увеличение высоты альвеолярных отростков челюстей с целью улучшения условий последующего зубо-челюстного протезирования, заполнение лунок удаленных зубов для профилактики атрофии костной ткани и выраженной зубо-альвеолярной деформации. Накоплен опыт в использовании подобных препаратов при лечении переломов челюстей и гнойно-воспалительных заболеваний челюстных костей. Хорошие результаты описаны и при применении остеогенных средств для ортопедического лечения с использованием остеоинтегрированных имплантатов. Еще одним направлением применения препаратов для оптимизации остеогенеза является периодонтология. На сегодняшний день теоретически обоснована и клинически доказана возможность полного восстановления анатомо-функциональной целостности периодонта при лечении легких и среднетяжелых форм периодонтитов. Удовлетворительные результаты получены и при лечении тяжелых форм воспаления периодонта с глубокими периодонтальными карманами и вовлечением в патологический процесс кости в области фуркации корней с применением методики направленной регенерации и использованием средств, стимулирующих восстановление костной ткани.

Особенностью оперативных вмешательств на костях лицевого скелета является то, что они во многих случаях осуществляются в области предварительно инфицированного патологического очага, а также нередко хирургическое лечение выполняется в связи с развитием воспалительных осложнений. К примеру, по данным Latrov и соавт. (1988) инфицированность костных полостей при лечении кистозных новообразований челюстей выявлено в 87% случаев. Также существует тенденция увеличения воспалительных осложнений травм лицевого скелета. Регенераторный потенциал костной ткани, непосредственно прилежащей к инфицированному костному дефекту, сопровождающийся тканевой гипоксией, значительно снижен. Следовательно, актуален поиск таких материалов, которые наряду с выраженным остеопластическим действием, одновременно обладали бы устойчивостью и к бактериальному воздействию (Гизатуллин Р. А.).

Большинство использующихся средств для оптимизации остеогенеза, наряду с хорошей эффективностью применения, имеют большое количество недостатков. Поэтому задача разработки новых имплантационных материалов для стоматологии была признана одним из важнейших направлений Государственной научно-технической программы «Стоматология и челюстно-лицевая хирургия».

Еще в 1975 году Frame перечислил качества, которыми должен обладать идеальный рассасывающийся материал, имплантируемый в кость:

· хорошая переносимость тканями и отсутствие нежелательных реакций;

· пористость - обеспечивает прорастание кости;

· биодеградация – во избежание ослабления или инфицирования материала после образования кости;

· возможность стерилизации без изменения качеств;

· доступность и низкая цена.

Если к этому перечню добавить еще остеоиндуктивность – способность возбуждать остеогенез – получится почти исчерпывающий список условий, которыми руководствуется современное медицинское материаловедение в области конструирования ткане-инженерных систем, потенцирующих репаративный остеогенез.

Первым двум условиям наиболее полно соответствуют композиционные материалы, содержащие перечисленные выше соединения, являющиеся естественными составляющими костной ткани. Следующие три - более или менее просто решаются технологическими приемами. Проблема повышения остеорепаративной активности материалов для имплантации достигается путем увеличения их остеоиндуктивных свойств. На основании многочисленных исследований можно предположить, что в этом отношении перспективно включение в композиции остеопластических материалов рострегулирующих факторов (РРФ), депонируемых в минеральной фазе и органическом костном матриксе.

Способность деминерализованного костного матрикса к ускорению регенерации кости (к тому, что в настоящее время называют остеоиндукцией) была обнаружена Senn в 1889 году. Однако потребовалось почти 100 лет, чтобы выделить из костной ткани фактор белковой природы, ответственный за остеогенную активность, названный костным морфогенетическим белком. Как показали последующие работы ряда исследователей в России и за рубежом, скелетная ткань является источником целого ряда полипептидов, модулирующих функциональную активность клеток костной ткани, то есть являющихся РРФ. Они могут выступать как системные агенты и действовать через ауто/паракринные механизмы. Помимо способности регулировать способности остеогенных клеток к пролиферации, дифференцировке и экспрессии тканеспецифических белков, у РРФ были обнаружены и другие свойства, важные при конструировании остепластических материалов: способность прочно связываться с минералом и коллагеном кости и привлекать полипотентные клетки, способные дифференцироваться в остеогенные, в костный дефект, заполненный материалом их содержащим (Сербулов В. В.).

В настоящее время с появлением большого количества разнообразных остеогенных материалов и отсутствием до­статочной независимой информации о них, у врача-стомато­лога возникает проблема выбора правильного материала, не­обходимого для каждого конкретного клинического случая.

Проблема замещения возникшего костного дефекта, при лечении больных, остается актуальной и продолжа­ет служить предметом постоянных дискуссий, особенно в современном развитии стоматологии.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОСТЕОПЛАСТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

В 1988 году была разработана классификация средств для стимуляции остеогенеза, применяемых в стоматологии (Edward S. Cohen). Эта классификация дополнена новыми современными препаратами (Островский Ал.). Согласно этой классификации, составленной на основе выраженности индуктивного потенциала, все материалы для замещения костной ткани разделены на остеоиндуктивные, остеокондуктивные, остеонейтральные и материалы для обеспечения направленной тканевой регенерации (НТР):

Безусловно, одними из наиболее эффективных и широко применяющихся препаратов остеопластического действия являются аутотрансплантаты. Существенным плюсом этих средств является органотопичность, то есть полное анатомо-морфологическое сходство восстанавливаемым тканям челюстно-лицевой области. Однако описан риск резорбции корней зубов при применении в непосредственном с ними контакте аутотрансплантата из гребня подвздошной кости. Другими недостатками использования этих материалов являются ограниченность объема необходимого пластического материала, трудоемкость оперативно-технических действий, необходимость нанесения дополнительной травмы пациенту с целью получения аутотрансплантата.

Аллогенные трансплантаты имеют высокий остеоиндуктивный потенциал сравнимый с таковым у аутотрансплантатов. Однако, во многом он обусловлен особенностями технологического получения и консервирования материала. Наиболее значимым недостатком аллотрансплантатов является биологическая несовместимость тканей донора и реципиента. Другими ограничениями в использовании этих материалов являются длительность сроков заготовки, возможность инфицирования вирусом гепатита, ВИЧ-инфекции, юридическими нюансами. Наиболее известные на рынке аллотрансплантаты – АДЛК, АЛК, АллоГро (компания AlloSource — самый крупный банк тканей США) проходят биологические пробы на остеоиндуктивность, так как доказано, что трансплантаты не от всех доноров обладают ожидаемым действием.

Подобные иммунологические проблемы возникают и при применении ксенотрансплантатов (как правило – коровьих). Поэтому производители остеопластических средств нашли выход в извлечении из ксенотрансплантатов всех белков, на которые, собственно, и развивается иммунологическая реакция реципиента, сопровождающаяся отторжением материала. Полученные таким образом препараты представляют собой ничто иное, как природный гидроксиапатит, сохранивший структуру, свойственную костной ткани. Существуют два способа получения подобных материалов. В первом случае белки из костей крупного рогатого скота удаляют при низких температурах и использованием специальных растворителей (например Bio-Oss). Но наличие резидуальных белков может провоцировать иммунологические реакции и препятствует прикреплению остеогенных клеток к поверхности пористого гидроксиапатита. Во втором случае элиминация белков проводится при высокой температуре и использовании воды (Остеограф/N). Этот способ позволяет получить гидроксиапатит, соответствующий стандартам ASTM F1581-95 «Состав неорганических заменителей кости для использования в хирургии».

Отсутствие белков обуславливает наличие только остеокондуктивного действия этих препаратов. А также эти материалы рассасываются и замещаются новой костной тканью очень медленно, от 20 до 40 месяцев.

Появление синтетических остеопластических материалов обязано биоматериаловедению. Синтетические препараты были представлены как экономичная замена естественному гидроксиапатиту. Изначально синтетический гидроксиапатит представлял собой биоинертную плотноспеченную керамику. Этот материал не обладал выраженным остеостимулирующим действием. Отмечено, что его использование сопровождалось образованием фиброзной замыкательной капсулы. Однако, существующие сейчас инертные нерассасывающиеся материалы (Интерпор, ПермаРидж, Остеограф/D, Дурапатит) нашли свое применение в клинической стоматологии. Их используют, например, для увеличения высоты атрофированного альвеолярного отростка челюсти с целью создания приемлемых условий фиксации зубо-челюстных протезов (материал укладывают на поверхность гребня и гидроксиапатитная керамика, являясь биосовместимым нерезорбирующимся наполнителем, поддерживает плотный соединительнотканный матрикс в течение длительного срока). Их применяют при ортопедическом лечении с использованием имплантатов для быстрой и успешной интеграции имплантата в костную ткань. А также для профилактики воспалительных осложнений и уменьшения атрофии костной ткани остеопластическими материалами заполняют лунки удаленных зубов. Биоинертная керамика используется в виде блоков, гранул (Безруков В. М., Григорьянц Л. А., Зуев В П., Панкратов А. С.).

По сравнению с биоинертными, нерассасывающимися материалами, непористые (Остеграф/D, ПермаРидж, Интерпор) и пористые (Остеграф/LD, Алгипор) рассасывающиеся препараты гидроксиапатита стимулируют восстановление костной ткани. Не индуцируя образования костной ткани, они служат каркасом для образующейся кости. Постепенно рассасываясь, гидроксиапатит замещается вновь образованной костью.

В последнее время в стоматологии используется композитный материал, состоящий из гидроксиапатита и коллагена (например, «Колапан», «Колапол»). В отличие от одной керамики, такая композиция обладает пластичностью, удобством применения, оказывает гемостатическое и ранозаживляющее действие. Считается, что коллаген обладает способностью привлекать остеогенные клетки и способствует их прикреплению к поверхности гидроксиапатита (Гизатуллин Р. А.).

Еще одним, несомненно, перспективным направлением разработок синтетического гидроксиапатита, является синтез биологически активных форм препарата. Являясь поверхностно-активным веществом, гидроксиапатит способен взаимодействовать с тканевым коллагеном и, следовательно, с остеогенными клетками, влиять на биологическую регуляцию восстановления костной ткани.

Таким образом, возможности оптимизации репаративного остеогенеза и ускорение восстановления кости имеет широкие возможности и богатый выбор способов его достижения. Широкое внедрение накопленного опыта в клинической практике позволит избежать осложнений и будет способствовать скорейшей реабилитации пациентов.