RU2523553C2 - Method for stable osteosynthesis accompanying bone tissue injuries - Google Patents
Method for stable osteosynthesis accompanying bone tissue injuries Download PDFInfo
- Publication number
- RU2523553C2 RU2523553C2 RU2012115863/15A RU2012115863A RU2523553C2 RU 2523553 C2 RU2523553 C2 RU 2523553C2 RU 2012115863/15 A RU2012115863/15 A RU 2012115863/15A RU 2012115863 A RU2012115863 A RU 2012115863A RU 2523553 C2 RU2523553 C2 RU 2523553C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- implant
- bone tissue
- titanium
- bone
- bimetallic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Prostheses (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для проведения стабильного остеосинтеза при повреждениях костной ткани, включающего применение биметаллического имплантата с разными электрохимическими потенциалами, введенного в костную ткань для индукции регенерации костной ткани.The invention relates to medicine, namely to traumatology and orthopedics, and can be used for stable osteosynthesis in case of damage to bone tissue, including the use of a bimetallic implant with different electrochemical potentials, introduced into bone tissue to induce bone tissue regeneration.
Применение современных металлоконструкций для остеосинтеза и эндопротезирования в современной травматологии и ортопедии стало основой для изучения процессов взаимодействия между костной тканью и имплантатом [1]. Однако отсутствует возможность контролировать данные процессы, приводящие к неоднородности органотипичной ткани, а иногда и резорбции костной ткани, что может нести риск нестабильности имплантата [1]. Таким образом, технологии, позволяющие обеспечить наилучшие условия для биоинтеграции и надежного закрепления имплантатов, сокращая длительность протекания естественных иммунных процессов в биотканях на ранних стадиях приживления, минимизировав возникновение аллергических и воспалительных реакций организма в отдаленный период имплантации, являются актуальными. Это происходит за счет благоприятного воздействия имплантационного материала с указанными свойствами на биоэлектрохимические процессы, протекающие в околоимплантатной зоне, а также стимуляцию активной биологической деятельности различных органических структур [2].The use of modern metal structures for osteosynthesis and endoprosthetics in modern traumatology and orthopedics has become the basis for studying the processes of interaction between bone tissue and an implant [1]. However, it is not possible to control these processes, leading to heterogeneity of organotypic tissue, and sometimes bone resorption, which may carry the risk of implant instability [1]. Thus, technologies that provide the best conditions for bio-integration and reliable fixation of implants, reducing the duration of natural immune processes in biological tissues at the early stages of engraftment, minimizing the occurrence of allergic and inflammatory reactions of the body in the long term implantation, are relevant. This occurs due to the favorable effect of the implantation material with the indicated properties on the bioelectrochemical processes occurring in the near-implant zone, as well as the stimulation of the active biological activity of various organic structures [2].
Известен способ электростимуляции остеорепарации, при котором хирургическим способом в костную ткань имплантируют от 1 до 5 электродов с изолирующим покрытием в непосредственной близости к месту повреждения кости. Электроды выводят чрескожно вне операционной раны с учетом анатомических образований данного уровня и соединяют с внешним источником (электростимулятором). Затем в соответствии с выбранным режимом производят электростимуляцию остеорепарации до появления признаков консолидации. После этого стимулятор отключают, электроды извлекают. Токовую поляризацию через имплантированные и накожные электроды проводят при силе тока 5-25 мкА. Токовую поляризацию используют для оптимизации и активации остеорепарации [3]. Данный способ позволяет оптимизировать процессы остеорепарации, провести стабильный остеосинтез, сократить сроки консолидации переломов, а также может использоваться в условиях скомпрометированного остеогенеза (переломы с замедленной консолидацией, ложные суставы, хронический остеомиелит).A known method of electrical stimulation of osteoreparation, in which 1 to 5 electrodes with an insulating coating are implanted in bone tissue in a surgical manner in close proximity to the site of bone damage. The electrodes are removed percutaneously outside the surgical wound, taking into account the anatomical formations of this level and connected to an external source (electrical stimulator). Then, in accordance with the selected mode, osteoreparative electrical stimulation is performed until signs of consolidation appear. After that, the stimulator is turned off, the electrodes are removed. Current polarization through implanted and cutaneous electrodes is carried out at a current strength of 5-25 μA. Current polarization is used to optimize and activate osteoreparation [3]. This method allows you to optimize the processes of osteoreparation, conduct stable osteosynthesis, reduce the time of consolidation of fractures, and can also be used in conditions of compromised osteogenesis (fractures with delayed consolidation, pseudoarthrosis, chronic osteomyelitis).
Однако данный способ обладает рядом недостатков в виде возможного раздражения кожных покровов вокруг электродов, возможной миграции и обрыва электродов, что требует их реимплантации, а также увеличения частоты гнойных осложнений.However, this method has several disadvantages in the form of possible irritation of the skin around the electrodes, the possible migration and breakage of the electrodes, which requires reimplantation, as well as an increase in the frequency of purulent complications.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является технология электростимуляции поврежденных костных тканей с использованием биметаллического имплантата, содержащего стержень с головкой и электроды, выполненные из металлов с разными электрохимическими потенциалами, одним из которых является медь, разделенные слоем диэлектрика [4]. При этом стержень с головкой образуют крепежный элемент для остеорепарации. В качестве другого металла выбрана нержавеющая сталь, электроды выполнены в виде размещенных на стержне слоев. Стержень и головка выполнены из полимерного материала, слои размещены на стержне в виде покрытия металлов с разными электрохимическими потенциалами в чередующемся порядке. Введение биметаллического имплантата в костную ткань приводит к появлению в поврежденной части кости постоянного тока величиной до 100 mV со скоростью распространения потенциала действия порядка до 5 м/с. Гальванический ток воздействует на мембранный потенциал мышечного волокна, вызывает адекватное раздражение на поверхности мышечного волокна, его мембрана в течение 1 м/с претерпевает отрицательный сдвиг потенциала в направлении раздражения деполяризации мышечного волокна, перемещается и вызывает деполяризацию соседних участков мышечного волокна костных тканей. Ток, образованный покрытием на основании, воздействует на поврежденную костную ткань, при этом каждая клетка сохраняет собственное электрическое поле, увеличивается постепенно амплитуда электрической реакции поврежденной костной ткани, усиливается раздражение, улучшается обмен между поврежденной и основной частями костной ткани. После восстановления поврежденной костной ткани устройство удаляют известным путем.The closest to the proposed technical essence and the achieved result is the technology of electrical stimulation of damaged bone tissue using a bimetallic implant containing a rod with a head and electrodes made of metals with different electrochemical potentials, one of which is copper, separated by a dielectric layer [4]. In this case, the rod with the head form a fastener for osteoreparation. Stainless steel was chosen as another metal, the electrodes are made in the form of layers placed on the rod. The rod and the head are made of polymer material, the layers are placed on the rod in the form of a coating of metals with different electrochemical potentials in alternating order. The introduction of a bimetallic implant into the bone tissue leads to the appearance of a direct current of up to 100 mV in the damaged part of the bone with a speed of propagation of the action potential of the order of up to 5 m / s. Galvanic current acts on the membrane potential of muscle fiber, causes adequate irritation on the surface of muscle fiber, its membrane undergoes a negative shift of potential in the direction of irritation of the depolarization of muscle fiber for 1 m / s, moves and causes depolarization of neighboring sections of muscle fiber of bone tissue. The current generated by the coating on the base acts on the damaged bone tissue, while each cell maintains its own electric field, the amplitude of the electrical reaction of the damaged bone tissue gradually increases, irritation increases, and the exchange between the damaged and the main parts of the bone tissue improves. After the restoration of damaged bone tissue, the device is removed in a known manner.
Однако известная наиболее близкая технология проведения стабильного остеосинтеза и стимуляции остеорепарации в области поврежденной костной ткани обладает существенными недостатками:However, the known closest technology for stable osteosynthesis and stimulation of osteoreparation in the area of damaged bone tissue has significant disadvantages:
- медь является токсическим элементом для процессов остеорепарации, угнетая остеогенез, что неприемлемо для обеспечения стабильного остеосинтеза [5];- copper is a toxic element for osteoreparative processes, inhibiting osteogenesis, which is unacceptable to ensure stable osteosynthesis [5];
- сталь, входящая в состав металлоконструкции, обладает низкой биосовместимостью, имеет большой удельный вес, высокую электропроводность, что может стать причиной для возникновения металлозов, аллергических и воспалительных реакций вокруг стального имплантата и может стать причиной дестабилизации имплантированной металлоконструкции [5];- steel, which is part of the metal structure, has low biocompatibility, has a large specific gravity, high electrical conductivity, which can cause metalloses, allergic and inflammatory reactions around the steel implant and can cause destabilization of the implanted metal structure [5];
- использование полимера в составе конструкции усложняет технологию производства и себестоимость изготовления имплантата.- the use of polymer in the structure of the design complicates the production technology and the cost of manufacturing the implant.
Исходя из анализа известных источников информации, представляющих особенности проведения стабильного остеосинтеза при лечении повреждений костной ткани, данных медицинского материаловедения, а также устранения недостатков известных способов лечения, была поставлена задача: повысить эффективность проведения стабильного остеосинтеза, обеспечить достаточную жесткость фиксации биметаллического имплантата на весь период лечения повреждений костной ткани за счет создания оптимальных биоэлектрохимических процессов, протекающих в околоимплантатной зоне.Based on the analysis of known sources of information representing the features of conducting stable osteosynthesis in the treatment of bone tissue damage, medical materials science data, as well as eliminating the disadvantages of known methods of treatment, the task was set to increase the effectiveness of stable osteosynthesis, to ensure sufficient fixation rigidity of the bimetallic implant for the entire treatment damage to bone tissue by creating optimal bioelectrochemical processes in the eye loimplant zone.
Поставленная задача решена следующим образом.The problem is solved as follows.
Проведение стабильного остеосинтеза при повреждениях костной ткани включает применение биметаллического имплантата с разными электрохимическими потенциалами, который вводят в костную ткань для индукции регенерации костной ткани.Stable osteosynthesis for bone damage involves the use of a bimetallic implant with different electrochemical potentials, which is introduced into the bone tissue to induce bone tissue regeneration.
Новым в решении поставленной задачи является то, что используют биметаллический имплантат, изготовленный из титана и платины с суммарной разницей электродных потенциалов 600 мВ. При этом на поврежденную костную ткань воздействует анодно поляризованный титановый компонент имплантата до восстановления целостности костной ткани.New in solving this problem is that they use a bimetallic implant made of titanium and platinum with a total electrode potential difference of 600 mV. At the same time, anodized polarized titanium component of the implant acts on the damaged bone tissue until bone integrity is restored.
Поясняем существенные отличительные признаки предлагаемого «Способа проведения стабильного остеосинтеза при повреждениях костной ткани».We explain the essential distinguishing features of the proposed "Method for the implementation of stable osteosynthesis in case of bone damage."
Использование биметаллического имплантата, изготовленного из титана и платины, соответствует общеизвестным данным по материаловедению, рекомендующим этот состав для применения в качестве хирургических имплантатов в травматологии и ортопедии. Титан имеет высокую биосовместимость и коррозионную стойкость, биоинертность, низкую теплопроводность, относительно меньший удельный вес (в сравнении со сталью), а также отсутствует токсичность при его использовании.The use of a bimetallic implant made of titanium and platinum corresponds to well-known data on materials science, recommending this composition for use as surgical implants in traumatology and orthopedics. Titanium has high biocompatibility and corrosion resistance, bioinertness, low thermal conductivity, relatively lower specific gravity (in comparison with steel), and there is no toxicity when using it.
В современной травматологии использование новых сплавов и металлоконструкций, которые являются в своей основе гальваническими парами, не может остаться без детальных исследований электрофизических процессов, протекающих в костной ткани. Известно, что в ряде случаев это является причиной неудач при различных оперативных вмешательствах [6]. При изучении биосовместимых свойств поверхности титана установлено, что величина суммарного заряда, равная изоэлектрической точке, говорит о том, какие биоактивные молекулы и клетки будут взаимодействовать с биоматериалом. Иными словами, суммарная величина катионов и анионов определяет, несет ли поверхность имплантата положительный заряд или отрицательный. Однако неконтролируемость данных процессов, приводящих к неоднородности органотипичной ткани, а иногда и резорбции костной ткани, может нести риск нестабильности имплантата.In modern traumatology, the use of new alloys and metal structures, which are basically galvanic couples, cannot remain without detailed studies of the electrophysical processes occurring in bone tissue. It is known that in some cases this is the cause of failures in various surgical interventions [6]. When studying the biocompatible properties of the titanium surface, it was found that the value of the total charge equal to the isoelectric point indicates which bioactive molecules and cells will interact with the biomaterial. In other words, the total value of cations and anions determines whether the surface of the implant carries a positive charge or a negative one. However, the uncontrollability of these processes, leading to heterogeneity of organotypic tissue, and sometimes bone resorption, may carry the risk of implant instability.
Поддержание режима электрохимического воздействия до восстановления целостности костной ткани обеспечивает постоянную поляризацию компонентов биметаллического имплантата, а именно анодную поляризацию поверхности титана как металла, непосредственно контактирующего с внутренней средой кости, что приводит к формированию полноценной костной ткани, обеспечивающей стабильный остеосинтез в зоне поврежденной костной ткани.Maintaining the electrochemical exposure regime until the integrity of the bone tissue is restored ensures a constant polarization of the components of the bimetallic implant, namely the anodic polarization of the titanium surface as a metal that is in direct contact with the internal environment of the bone, which leads to the formation of complete bone tissue, which ensures stable osteosynthesis in the area of damaged bone tissue.
Платина имеет высокую биосовместимость, коррозионную стойкость, биоинертность, низкую теплопроводность и нетоксична.Platinum has high biocompatibility, corrosion resistance, bioinertness, low thermal conductivity and non-toxic.
Изготовление биметаллического имплантата из титана и платины с суммарной разницей электродных потенциалов 600 мВ обеспечивает поляризацию компонентов имплантата, необходимую для остеорепарации. При контакте платины и титана образуется гальваническая пара, а при контакте этих металлов во внутренней среде организма (электролит) создаются условия для разряда этого гальванического элемента, сопровождающегося протеканием собственного коррозионного тока и сохраняющегося на протяжении всего периода наблюдения. Автономность биметаллического имплантата, изготовленного из титана и платины, не требует внешнего воздействия (например, в виде электродов), а следовательно, удобство применения, более удобные условия для больного.The manufacture of a bimetallic implant from titanium and platinum with a total electrode potential difference of 600 mV provides the polarization of the implant components necessary for osteoreparation. When platinum and titanium come into contact, a galvanic pair is formed, and when these metals come into contact in the body's internal environment (electrolyte), conditions are created for the discharge of this galvanic cell, which is accompanied by the flow of its own corrosive current and remains throughout the observation period. The autonomy of a bimetallic implant made of titanium and platinum does not require external influence (for example, in the form of electrodes), and therefore, ease of use, more convenient conditions for the patient.
Проведенные патентные исследования по подклассам А61В 17/56, А61В 18/00, 18/02, A61N 1/36 и анализ научно-медицинской информации, отражающей существующий уровень проведения стабильного остеосинтеза при лечении повреждения костей с использованием биметаллических имплантатов, не выявили способов, идентичных предложенному. Таким образом, предлагаемый способ проведения стабильного остеосинтеза при повреждениях костной ткани является новым.Patent studies on subclasses А61В 17/56, А61В 18/00, 18/02,
Взаимосвязь и взаимодействие существенных приемов предлагаемого способа лечения повреждений костной ткани с использованием биметаллического имплантата из титана и платины обеспечивает создание оптимального электрохимического воздействия в зоне повреждения и проведение стабильного остеосинтеза. Таким образом, предлагаемый способ имеет изобретательский уровень.The relationship and interaction of the essential techniques of the proposed method for the treatment of bone damage using a bimetallic implant made of titanium and platinum ensures the creation of optimal electrochemical effects in the damage zone and the implementation of stable osteosynthesis. Thus, the proposed method has an inventive step.
Предлагаемый способ проведения стабильного остеосинтеза в зоне поврежденной кости может широко применяться в медицине для оптимизации остеорепарации в условиях скомпрометированного остеогенеза (эндопротезирование, переломы с замедленной консолидацией, ложные суставы, хронический остеомиелит). Возможно его неоднократное воспроизведение.The proposed method for the implementation of stable osteosynthesis in the area of damaged bone can be widely used in medicine to optimize osteoreparation in conditions of compromised osteogenesis (endoprosthetics, fractures with delayed consolidation, false joints, chronic osteomyelitis). Perhaps its repeated reproduction.
Предлагаемый «Способ проведения стабильного остеосинтеза повреждений костной ткани» поясняется следующими иллюстрациями:The proposed "Method for conducting stable osteosynthesis of bone damage" is illustrated by the following illustrations:
Фиг.1а - морфологический препарат среза бедренной кости крысы, в котором виден канал после удаления титанового имплантата, располагавшегося интрамедуллярно, видна тонкая фиброзная капсула, окружающая имплантат, срок опыта 30 дней;Figa - morphological preparation of a slice of the femur of the rat, in which the canal is visible after removal of the titanium implant, located intramedullary, visible thin fibrous capsule surrounding the implant, the duration of the experiment is 30 days;
Фиг.1б - морфологический препарат среза бедренной кости крысы, в котором виден канал после удаления титанового имплантата, располагавшегося интрамедуллярно (конечная его часть), видна тонкая фиброзная капсула, окружающая имплантат, срок опыта 30 дней;Figb - morphological preparation of a slice of the femur of a rat, in which the canal is visible after removal of the titanium implant located intramedullary (its final part), a thin fibrous capsule surrounding the implant is visible, the test period is 30 days;
Фиг.2а - морфологический препарат среза бедренной кости крысы, в котором виден канал после удаления биметаллического имплантата из титана и платины, располагавшегося интрамедуллярно, а также новообразованная костная капсула, окружающая имплантат, срок опыта 30 дней;Figa - morphological preparation of a slice of the femur of a rat, in which the canal is visible after removal of the bimetallic implant from titanium and platinum, located intramedullary, as well as a newly formed bone capsule surrounding the implant, the duration of the experiment is 30 days;
Фиг.2б - морфологический препарат среза бедренной кости крысы, в котором виден канал после удаления биметаллического имплантата из титана и платины, располагавшегося интрамедуллярно (конечная его часть), а также новообразованная костная капсула, окружающая имплантат, срок опыта 30 дней.Fig.2b - morphological preparation of a slice of the femur of the rat, in which the canal is visible after removal of the bimetallic implant from titanium and platinum, located intramedullary (its final part), as well as a newly formed bone capsule surrounding the implant, the duration of the experiment is 30 days.
Сущность предлагаемого способа проведения стабильного остеосинтеза при повреждениях костной ткани заключается в следующем.The essence of the proposed method for the implementation of stable osteosynthesis with damage to bone tissue is as follows.
Для исследования условий проведения стабильного остеогенеза поврежденной костной ткани использованы экспериментальные животные - крысы линии Вистар, вес 250-300 г, возраст 3 месяца.To study the conditions for stable osteogenesis of damaged bone tissue, experimental animals were used - Wistar rats, weight 250-300 g,
Изготавливают биметаллический имплантат: в полую титановую трубку со сквозным каналом методом запрессовки помещают стержень, изготовленный из платины (см. фиг.3). Для изготовления имплантата используют титан марки ВТ 1.0, платину марки - ГОСТ 10821-2007. Электрохимические характеристики титана и платины оценены посредством измерения потенциалов этих электродов, измеренных относительно хлорсеребряного электрода сравнения в растворе известного состава. Для титана этот показатель в крови равен - «-» 400 мВ, а для платины - «+» 200 мВ. Разность потенциалов между этими металлами в используемом биметаллическом имплантате равна 600 мВ.A bimetallic implant is made: a rod made of platinum is placed into a hollow titanium tube with a through channel by pressing-in (see figure 3). For the manufacture of the implant, titanium of the grade VT 1.0 is used, platinum of the brand is GOST 10821-2007. The electrochemical characteristics of titanium and platinum are evaluated by measuring the potentials of these electrodes, measured relative to a silver chloride reference electrode in a solution of known composition. For titanium, this indicator in the blood is “-” 400 mV, and for platinum - “+” 200 mV. The potential difference between these metals in the used bimetallic implant is 600 mV.
На поврежденную костную ткань воздействует анодно поляризованный титановый компонент имплантата на протяжении всего периода наблюдения. Коррозионный ток между титаном и платиной равен 10 мкА и уменьшается со временем до 1 мкА и остается таковым на протяжении всего периода наблюдения, например 30 суток (см. фиг.6).Damaged bone tissue is affected by an anodically polarized titanium component of the implant throughout the observation period. The corrosion current between titanium and platinum is 10 μA and decreases with time to 1 μA and remains so throughout the observation period, for example 30 days (see Fig.6).
Перед введением биметаллического имплантата, например, интрамедуллярно в костномозговой канал проводят предстерилизационную очистку и стерилизацию биметаллического имплантата.Before the introduction of the bimetallic implant, for example, premedialized cleaning and sterilization of the bimetallic implant is carried out intramedullary into the medullary canal.
Проводят общую анестезию экспериментальному животному - крысе линии Вистар путем внутримышечного введения 10 мг раствора кетамина, 100 мкг атропина, 250 мкг дроперидола. Затем подопытное животное закрепляют на препарационном планшете. В асептических условиях после обработки операционного поля в проекции тазобедренного сустава производят разрез длинной 1,5-2 см, послойно рассекают кожу, апоневроз, поверхностные мышцы, выводят в рану большой вертел. Мышцы разволокняют тупым способом и разводят зажимом. Выделяют площадку, расположенную между большим вертелом и головкой бедренной кости над костномозговым каналом бедренной кости крысы. В проекции костномозгового канала производят пункцию канала бедренной кости с помощью инъекционной иглы диаметром 0,6 мм на глубину 2 см. Затем по этой игле (без шприцевой втулки), как по проводнику, вводят иглу диаметром 1,2 мм, что соответствует диаметру подготовленного биметаллического имплантата. Иглы удаляют и помещают биметаллический имплантат, например, интрамедуллярно в костномозговой канал бедренной кости экспериментального животного (крысы) с полным его погружением в бедренную кость. После установки имплантата в костномозговом канале проводят контрольную пальпацию бедренной кости, для подтверждения расположения имплантата в костномозговом канале, а также целостности бедренной кости крысы. Затем производят гемостаз раны и послойное ее ушивание.General anesthesia is performed on an experimental animal, a Wistar rat, by intramuscular injection of 10 mg of a ketamine solution, 100 μg of atropine, 250 μg of droperidol. Then the experimental animal is fixed on the preparation tablet. Under aseptic conditions, after processing the surgical field, a 1.5-2 cm long incision is made in the projection of the hip joint, the skin, aponeurosis, superficial muscles are dissected in layers, and a large trochanter is brought into the wound. The muscles are pulled in a blunt manner and bred with a clamp. Allocate a platform located between the greater trochanter and the femoral head above the bone marrow canal of the rat femur. In the projection of the medullary canal, the femoral canal is punctured using an injection needle with a diameter of 0.6 mm to a depth of 2 cm. Then, using this needle (without a syringe sleeve), a needle with a diameter of 1.2 mm is inserted through the conductor, which corresponds to the diameter of the prepared bimetallic implant. The needles are removed and a bimetallic implant is inserted, for example, intramedullary into the medullary canal of the femur of an experimental animal (rat) with its complete immersion in the femur. After installing the implant in the medullary canal, a control palpation of the femur is performed to confirm the location of the implant in the medullary canal, as well as the integrity of the rat femur. Then hemostasis of the wound and its layer-by-layer suturing are performed.
Экспериментальное исследование выполнено в научном отделе экспериментальной хирургии с виварием ФГБУ «НЦРВХ» СО РАМН, при свободном доступе к пище и воде на рационе питания, соответствующем нормативам ГОСТа. При выполнении исследования выполнялись все биоэтические нормы работы с экспериментальными животными согласно приказу Министерства здравоохранения СССР от 12.08.1977 г. N755.The experimental study was carried out in the scientific department of experimental surgery with vivarium FSBI "NTSRVH" SB RAMS, with free access to food and water on a diet that complies with GOST standards. When carrying out the study, all bioethical norms of working with experimental animals were carried out in accordance with the order of the Ministry of Health of the USSR dated 08/12/1977 N755.
После 30 суток эксперимента животное выводят из опыта путем эвтаназии парами эфира. Вычленяют тазовый пояс и производят анатомическую препаровку с выделением из мягких тканей костей таза и бедра. Ввиду невозможности выполнения морфологических исследований исследуемого бедра вместе с биметаллическим имплантатом, изготовленным из титана и платины, последний щадяще извлекают стандартным путем. Имплантат из титана и платины был извлечен с приложением дополнительных усилий. После удаления имплантата, выполненного из титана и платины, и предварительной подготовки исследуемой бедренной кости производят срезы на уровне ее верхней трети. На морфологических срезах виден канал после удаления имплантата, выполненного из титана и платины, вокруг которого видна вновь образованная зрелая костная ткань, заполняющая просвет костномозгового канала бедренной кости (см. фиг.2 а, б).After 30 days of the experiment, the animal is withdrawn from the experiment by euthanasia with ether vapors. The pelvic girdle is separated and anatomical preparation is performed with the release of the pelvic and hip bones from the soft tissues. Due to the impossibility of carrying out morphological studies of the hip under study together with a bimetallic implant made of titanium and platinum, the latter is sparingly removed in a standard way. The titanium and platinum implant was removed with extra effort. After removal of the implant made of titanium and platinum, and preliminary preparation of the investigated femur, sections are made at the level of its upper third. On the morphological sections, a canal is visible after removal of the implant made of titanium and platinum, around which a newly formed mature bone tissue is visible, filling the lumen of the medullary canal of the femur (see Fig. 2 a, b).
Сущность предлагаемого способа проведения стабильного остеосинтеза поясняется примерами.The essence of the proposed method for conducting stable osteosynthesis is illustrated by examples.
Пример №1Example No. 1
Исследование выполнено с использованием крысы линии Вистар, вес 265 г, возраст 3 месяца. Проведена общая анестезия путем внутримышечного введения 10 мг раствора кетамина, 100 мкг атропина, 250 мкг дроперидола, 0.25 мл раствора кетамина. Затем подопытное животное закреплено на препарационном планшете. В асептических условиях, после обработки операционного поля в проекции тазобедренного сустава произведен разрез длиной 1,5-2 см, послойно рассечена кожа, апоневроз, поверхностные мышцы, с выведением в рану большого вертела. Мышцы разволокнены тупым способом и разведены зажимом. Выделена площадка, расположенная между большим вертелом и головкой бедренной кости над костномозговым каналом бедренной кости крысы. В проекции костномозгового канала произведена пункция канала бедренной кости с помощью инъекционной иглы диаметром 0,6 мм на глубину 2 см. Затем по этой игле (без шприцевой втулки), как по проводнику, введена игла диаметром 1,2 мм, что соответствует диаметру титанового имплантата, имеющего электрохимический потенциал покоя - 300 мВ. Иглы удаляли и вводили титановый имплантат с полным его погружением в бедренную кость. После установки имплантата в костномозговом канале проведена контрольная пальпация бедренной кости, для подтверждения расположения титанового штифта в костномозговом канале, а также целостность бедренной кости крысы. Затем произведены гемостаз раны и послойное ее ушивание.The study was performed using a Wistar rat, weight 265 g,
Подопытное животное (крыса) содержалось в условиях стандартного вивария на свободном доступе к пище и воде. После 30 суток эксперимента животному проведена эвтаназия парами эфира, после чего выполнено вычленение тазового пояса и анатомическая препаровка с выделением из мягких тканей костей таза и бедра. Ввиду невозможности выполнения морфологических исследований исследуемого бедра вместе с титановым имплантатом последний щадяще извлекали стандартным путем. Титановый имплантат свободно извлечен из канала бедренной кости экспериментального животного. После удаления титанового имплантата и предварительной подготовки исследуемой бедренной кости произведены срезы на уровне ее верхней трети. На морфологических срезах видны канал после удаления титанового имплантата и тонкая фиброзная капсула, представленная зрелой соединительной тканью, окружающей титановый имплантат (см. фиг.1 а, б).The experimental animal (rat) was kept under standard vivarium conditions with free access to food and water. After 30 days of the experiment, the animal was euthanized with ether vapor, after which the pelvic girdle was dissected and the anatomical preparation was performed with the release of the pelvic and hip bones from the soft tissues. Due to the impossibility of carrying out morphological studies of the hip under study, together with the titanium implant, the latter was sparingly removed in a standard way. The titanium implant is freely removed from the femoral canal of the experimental animal. After removal of the titanium implant and preliminary preparation of the investigated femur, sections were made at the level of its upper third. On the morphological sections, a canal is visible after removal of the titanium implant and a thin fibrous capsule represented by mature connective tissue surrounding the titanium implant (see Fig. 1 a, b).
Пример №2Example No. 2
Подготовленный биметаллический имплантат вводили интрамедуллярно в костномозговой канал бедренной кости экспериментального животного (крысы), вес которой 270 г, возраст 3 месяца. Технология проведения эксперимента аналогична примеру №1. Изготавливают биметаллический имплантат: в полую титановую трубку со сквозным каналом длиной 10 мм, внешний диаметр - 1,2 мм, внутренний диаметр сквозного отверстия - 0,8 мм методом запрессовки помещают стержень, изготовленный из платины (см. фиг.3). Для изготовления имплантата используют титан марки ВТ 1.0 платину марки - ГОСТ 10821-2007. Электрохимические характеристики титана и платины оценены путем измерения потенциалов электродов, измеренных относительно хлорсеребряного электрода сравнения в растворе известного состава. Для титана этот показатель в крови равен - «-»400 мВ, а для платины - «+» 200 мВ. Разность потенциалов между этими металлами в используемом биметаллическом имплантате равна 600 мВ (см. фиг.4 и 5). При этом, учитывая конструктивные особенности биметаллического имплантата, а именно полное погружение платинового стержня в канал титановой трубки, на поврежденную костную ткань воздействует анодно поляризованный титановый компонент имплантата на протяжении всего периода наблюдения. С протеканием коррозионного тока между титаном и платиной с силой тока, равной 10 мкА и уменьшающейся со временем до 1 мкА, и остающейся таковой на протяжении всего периода наблюдения, например 30 суток (см. рис.4 приложения к ответу на Запрос экспертизы по заявке на изобретение).The prepared bimetallic implant was injected intramedullary into the medullary canal of the femur of the experimental animal (rat), whose weight is 270 g,
После удаления иглы в подготовленный костномозговой канал бедренной кости крысы введен подготовленный биметаллический имплантат, изготовленный из титана и платины диаметром 1,2 мм, на глубину 2 см с полным его погружением в бедренную кость. После установки биметаллического имплантата в костномозговом канале проведена контрольная пальпация бедренной кости, для подтверждения расположения имплантата в костномозговом канале, а также целостности бедренной кости. Затем производили гемостаз раны и послойное ее ушивание. Режим электрохимического воздействия до 1 мкА оставался таковым на протяжении 30 суток.After removing the needle, a prepared bimetallic implant made of titanium and platinum 1.2 mm in diameter to a depth of 2 cm with its complete immersion in the femur was introduced into the prepared bone marrow canal of the rat femur. After installing a bimetallic implant in the medullary canal, a control palpation of the femur was performed to confirm the location of the implant in the medullary canal, as well as the integrity of the femur. Then hemostasis of the wound and its layer-by-layer suturing were performed. The regime of electrochemical exposure up to 1 μA remained so for 30 days.
Животное содержали в условиях стандартного вивария на свободном доступе к пище и воде. После 30 суток эксперимента экспериментальному животному (крысе) проводили эвтаназию парами эфира, после чего выполняли вычленение тазового пояса и анатомическую препаровку с выделением из мягких тканей костей таза и бедра. Ввиду невозможности выполнения морфологических исследований исследуемого бедра вместе с имплантатом, выполненным из титана и платины, последний щадяще извлекали стандартным путем. Имплантат из титана и платины был извлечен с приложением дополнительных усилий. После удаления имплантата, выполненного из титана и платины, и предварительной подготовки исследуемой бедренной кости производили срезы на уровне ее верхней трети. На морфологических срезах виден канал после удаления имплантата, выполненного из титана и платины, вокруг которого видна вновь образованная зрелая костная ткань, выполняющая просвет костномозгового канала бедренной кости (см. приложение к описанию заявки на изобретение, Фиг.2 а, б).The animal was kept in a standard vivarium for free access to food and water. After 30 days of the experiment, the experimental animal (rat) was euthanized with ether vapor, after which the pelvic girdle was dissected and the anatomical preparation was performed with the pelvic and hip bones extracted from the soft tissues. Due to the impossibility of performing morphological studies of the hip under study together with an implant made of titanium and platinum, the latter was sparingly removed in a standard way. The titanium and platinum implant was removed with extra effort. After removal of the implant made of titanium and platinum, and preliminary preparation of the investigated femur, sections were made at the level of its upper third. On the morphological sections, the canal is visible after removal of the implant made of titanium and platinum, around which the newly formed mature bone tissue is visible, which performs the lumen of the bone marrow canal of the femur (see Appendix to the description of the application for the invention, Fig. 2 a, b).
Для подтверждения достигнутого результата проведены дополнительные исследования групп экспериментальных животных. Объект исследования: крысы линии Вистар, вес 250-300 г, возраст 3 месяца. Срок эксперимента - 30 суток.To confirm the achieved result, additional studies of groups of experimental animals were carried out. Object of study: Wistar rats, weight 250-300 g,
1. Группа крыс - контрольная. Использован титановый имплантат, имеющий электрохимический потенциал покоя - 300 мВ, который вводили в костномозговой канал бедренной кости крысы (n=10).1. Group of rats - control. A titanium implant with an electrochemical resting potential of 300 mV was used, which was introduced into the bone marrow canal of the rat femur (n = 10).
В соответствии с рекомендациями оргкомитетов V и VI всемирных конгрессов по биоматериалам (Гаваи, 2000), титан относится к группе биоинертных материалов. При имплантации данной группы материалов в костную ткань одной из наиболее общих реакций окружающих тканей на имплантат является формирование вокруг него «неприлипающей» фиброзной капсулы [7-8].In accordance with the recommendations of the organizing committees of the V and VI world congresses on biomaterials (Hawaii, 2000), titanium belongs to the group of bioinert materials. When this group of materials is implanted into the bone tissue, one of the most common reactions of the surrounding tissues to the implant is the formation of a “non-sticking” fibrous capsule around it [7-8].
2. Группа крыс - опытная. Использован биметаллический имплантат, изготовленный из титана и платины, который вводили в костномозговой канал бедренной кости крысы (n=10). Разность потенциалов между титаном и платиной равна 600 мВ.2. A group of rats - experimental. A bimetallic implant made of titanium and platinum was used, which was introduced into the bone marrow canal of the rat femur (n = 10). The potential difference between titanium and platinum is 600 mV.
В результате проведенного эксперимента было установлено по результатам морфологических исследований следующее:As a result of the experiment, the following were established according to the results of morphological studies:
- в группе №1 выявлено образование тонкой соединительнотканной фиброзной капсулы, окружающей имплантат, который свободно извлекали из костномозгового канала после завершения эксперимента. То есть отсутствовала стабильная фиксация имплантата в костной ткани;- in group No. 1, the formation of a thin connective tissue fibrous capsule surrounding the implant was revealed, which was freely removed from the bone marrow canal after the completion of the experiment. That is, there was no stable fixation of the implant in the bone tissue;
- в группе №2 на морфологических препаратах отмечали образование костной ткани, заполняющей костномозговой канал бедренной кости, при извлечении имплантата было необходимо приложение дополнительных усилий. Имплантат жестко фиксирован в поврежденной костной ткани.- in group No. 2, on the morphological preparations, the formation of bone tissue filling the bone marrow canal of the femur was noted; additional efforts were necessary when removing the implant. The implant is rigidly fixed in the damaged bone tissue.
Для проверки электрохимической характеристики биметаллического имплантата, изготовленного из титана и платины была проведена вольтамперометрия в растворе электролита. При погружении платины и титана в электролит образуется гальваническая пара, а при контакте этих металлов в растворе создаются условия для разряда этого гальванического элемента, сопровождающегося протеканием собственного коррозионного тока. В первом приближении оценить величину этого тока можно замыкая указанный элемент через низкоомный амперметр. Демонстрирует результаты этого эксперимента график, отражающий зависимость коррозионного тока между составными частями биметаллического имплантата от времени (см. приложение к описанию заявки фиг.3), где видно, что сила тока в самом начале равна 10 мкА и уменьшается со временем (к концу 2-х часов) до 1 мкА.To check the electrochemical characteristics of the bimetallic implant made of titanium and platinum, voltammetry in an electrolyte solution was performed. When platinum and titanium are immersed in an electrolyte, a galvanic pair is formed, and when these metals come into contact in a solution, conditions are created for the discharge of this galvanic cell, accompanied by the flow of its own corrosive current. In a first approximation, the magnitude of this current can be estimated by closing the indicated element through a low-resistance ammeter. This graph shows the results of this experiment, which reflects the dependence of the corrosion current between the components of the bimetallic implant on time (see the appendix to the description of the application of FIG. 3), where it can be seen that the current strength at the very beginning is 10 μA and decreases with time (towards the end of x hours) up to 1 μA.
Таким образом, предлагаемый «Способ проведения стабильного остеосинтеза при повреждениях костной ткани» по сравнению с известными технологиями позволяет соединить в себе все положительные моменты использования металлоконструкций, отвечающих современному уровню остеосинтеза переломов костей, а также поляризацию компонентов биметаллического имплантата, а именно анодную поляризацию поверхности титана как металла, непосредственно контактирующего с внутренней средой кости, позволяющего оптимизировать процесс остеорепарации на границе «имплантат-кость» путем качественного изменения регенерата, позволяющего повысить стабильность фиксации металлоконструкции.Thus, the proposed "Method for the implementation of stable osteosynthesis in case of bone damage" compared with known technologies allows you to combine all the positive aspects of using metal structures that meet the current level of osteosynthesis of bone fractures, as well as the polarization of the components of the bimetallic implant, namely the anodic polarization of the titanium surface as metal in direct contact with the internal environment of the bone, allowing to optimize the process of osteoreparation on the gran “implant-bone” egg by means of a qualitative change in the regenerate, which allows to increase the stability of fixation of the metal structure.
Источники информацииInformation sources
1. Тихилов P.M. с соавт. Деформирующий артроз тазобедренного сустава (клиника, диагностика и хирургическое лечение), СПб. - 1999. - 112 с.1. Tikhilov P.M. et al. Deforming arthrosis of the hip joint (clinic, diagnosis and surgical treatment), St. Petersburg. - 1999. - 112 p.
2. Родионов И.В., с соавт. / Оксидные биопокрытия с антисептическими и антитромбогенными свойствами на чрескостных фиксаторах в аппаратах остеосинтеза // Биомедицинская радиоэлектроника. №8-9,2008. С.98-101.2. Rodionov IV, et al. / Oxide biocoatings with antiseptic and antithrombogenic properties on transosseous fixators in osteosynthesis apparatus // Biomedical Radioelectronics. No. 8-9,2008. S.98-101.
3. Электростимуляция остеорепарации/С.С.Ткаченко, В.В.Руцкий; Медицина. - Ленинград, 1989, 208 с.3. Electrical stimulation of osteoreparation / S.S. Tkachenko, V.V. Rutsky; The medicine. - Leningrad, 1989, 208 p.
4. Патент №2068275, Российская федерация, МПК A61N1/20. Устройство для электростимуляции поврежденных костных тканей / Лищищин Е.И. - 5046307/14; заявл. 09.06.1992; опубл. 27.10.1996.4. Patent No. 2068275, Russian Federation, IPC A61N1 / 20. Device for electrical stimulation of damaged bone tissue / Lishchishchin E.I. - 5046307/14; declared 06/09/1992; publ. 10/27/1996.
5. Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики/ А.В.Карлов, В.П.Шахов; изд STT. - Томск, 2001, 480 с.5. External fixation systems and regulatory mechanisms of optimal biomechanics / A.V. Karlov, V.P. Shakhov; ed STT. - Tomsk, 2001, 480 p.
6. Руцкий А.В. Электродный потенциал эндопротеза тазобедренного сустава в модельной биологической жидкости/ А.В.Руцкий, А.И.Кулак, А.П.Маслов // Медицинские новости. - 2006. - №1. - С.116-120.6. Rutsky A.V. The electrode potential of the hip joint prosthesis in a model biological fluid / A.V. Rutsky, A.I. Kulak, A.P. Maslov // Medical News. - 2006. - No. 1. - S.116-120.
7. Bruijn J.D et al. The ultrastructure of the bone hydroxyapatite interface in vitro // 6th World biomaterials congress. - Hawaii, USA, 2000. - P. 454.7. Bruijn J. D et al. The ultrastructure of the bone hydroxyapatite interface in vitro // 6th World biomaterials congress. - Hawaii, USA, 2000 .-- P. 454.
8. Mu et al. Metal ion realize from titanium with active oxide species generated by rat macrophages in vitro/6th World biomaterials congress. - Hawaii, USA, 2000. - P. 630.8. Mu et al. Metal ion realize from titanium with active oxide species generated by rat macrophages in vitro / 6th World biomaterials congress. - Hawaii, USA, 2000 .-- P. 630.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012115863/15A RU2523553C2 (en) | 2012-04-19 | 2012-04-19 | Method for stable osteosynthesis accompanying bone tissue injuries |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012115863/15A RU2523553C2 (en) | 2012-04-19 | 2012-04-19 | Method for stable osteosynthesis accompanying bone tissue injuries |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012115863A RU2012115863A (en) | 2013-10-27 |
| RU2523553C2 true RU2523553C2 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=49446295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012115863/15A RU2523553C2 (en) | 2012-04-19 | 2012-04-19 | Method for stable osteosynthesis accompanying bone tissue injuries |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2523553C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2675174C1 (en) * | 2017-12-28 | 2018-12-17 | Александра Игоревна Булава | Electrode platform for electroalgesic stimulation of animals |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2068275C1 (en) * | 1992-06-09 | 1996-10-27 | Емельян Иванович Лищишин | Device for electric stimulating of damaged osseous tissues |
| RU2110611C1 (en) * | 1997-02-28 | 1998-05-10 | Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева | Method of coating titanium and its alloys |
| RU2324754C1 (en) * | 2006-07-31 | 2008-05-20 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Alloy on the basis of platinum |
-
2012
- 2012-04-19 RU RU2012115863/15A patent/RU2523553C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2068275C1 (en) * | 1992-06-09 | 1996-10-27 | Емельян Иванович Лищишин | Device for electric stimulating of damaged osseous tissues |
| RU2110611C1 (en) * | 1997-02-28 | 1998-05-10 | Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева | Method of coating titanium and its alloys |
| RU2324754C1 (en) * | 2006-07-31 | 2008-05-20 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Alloy on the basis of platinum |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2675174C1 (en) * | 2017-12-28 | 2018-12-17 | Александра Игоревна Булава | Electrode platform for electroalgesic stimulation of animals |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012115863A (en) | 2013-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tao et al. | A comparative study of zinc, magnesium, strontium-incorporated hydroxyapatite-coated titanium implants for osseointegration of osteopenic rats | |
| Brighton et al. | A multicenter study of the treatment of non-union with constant direct current. | |
| Brighton | The treatment of non-unions with electricity. | |
| KR20170003916A (en) | Methods for preparation of a terminally sterilized hydrogel derived from extracellular matrix | |
| Lemons et al. | Biocompatibility studies on surgical‐grade titanium‐, cobalt‐, and iron‐base alloys | |
| JP6899455B2 (en) | How to manufacture and use collagen for cartilage tissue repair | |
| Nakajima et al. | Effect of electroacupuncture on the healing process of tibia fracture in a rat model: a randomised controlled trial | |
| Stevenson et al. | Functional, mechanical, and biochemical assessment of ultrasound therapy on tendon healing in the chicken toe | |
| Marino | Direct current and bone growth | |
| Barker et al. | The effects of pulsed magnetic fields of the type used in the stimulation of bone fracture healing | |
| Kohata et al. | Enhancement of fracture healing by electrical stimulation in the comminuted intraarticular fracture of distal radius | |
| RU2523553C2 (en) | Method for stable osteosynthesis accompanying bone tissue injuries | |
| RU2345423C1 (en) | Simulation method for femoral bone defect | |
| Dingle et al. | Experimental basis for creating an osseointegrated neural interface for prosthetic control: a pilot study in rabbits | |
| Moran et al. | Intramembranous bone regeneration and implant placement using mechanical femoral marrow ablation: rodent models | |
| Segundo et al. | Platelet‐rich plasma, hydroxyapatite, and chitosan in the bone and cartilaginous regeneration of femoral trochlea in rabbits: Clinical, radiographic, and Histomorphometric evaluations | |
| CN108354698A (en) | A kind of magnesium alloy biliary tract rack and preparation method thereof | |
| Figueiredo et al. | Gathering Evidence to Leverage Musculoskeletal Magnetic Stimulation Towards Clinical Applicability | |
| RU2421823C1 (en) | Method of simulating tubercular osteitis of various severities | |
| CN116271516B (en) | Spinal cord epidural implantation multi-mode patch electrode | |
| US20200330748A1 (en) | Electrochemical reduction of unwanted deposits | |
| RU2370227C1 (en) | Method of treating multi-splintered and multiple fractures of long tubular bones | |
| Singh et al. | Scientific basis of electro-stimulation | |
| RU2433794C2 (en) | Method of modelling stimulation of reparative osteogenesis with extract of fetal bone tissue cells | |
| CN110721337B (en) | Application of zinc-based alloy material, joint prosthesis and preparation method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170420 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |