Сверхэластичные материалы с памятью формы в медицине

Основным достоинством никелидтитановых имплантатов является пластичность и способность восстановления первоначальной формы при смене температурного режима [5]. Однако любой металл - инородный материал для организма, в связи с чем, имплантат будет вызывать реакцию его тканей. Степень выраженности этой реакции является одной из основных характеристик любого имплантируемого материала. Сплав никеля и титана имеет преимущества, так как на его поверхности образуется защитная оксидная пленка, значительно повышающая степень его биологической инертности [5, 18] и коррозионной стойкости. Оксидная пленка (диоксид титана) самопроизвольно формируется в кислородосодержащей атмосфере за несколько минут, достигая толщины от 10 до 100 нм, представляет собой стойкое керамическое соединение, на котором могут отлагаться плазменные белки, органический и минерализованный матрикс кости [23]. Приживаемость никелид-титановых конструкций связана с взаимодействием их с тканями. В опытах на животных показано, что между контактирующей тканью и никелид-титановым имплантатом имеется связь: соединительная ткань прорастает в поры металлоконструкции, постепенно заполняя их и повторяя рельеф, обеспечивая механическую фиксацию на межфазной границе. При увеличении времени пребывания никелида титана в организме наблюдается уплотнение тканевых структур в порах и вокруг имплантата [17, 5].

Для изучения тканевой совместимости с материалом сплава проводились экспериментальные исследования на лабораторных животных (крысы) после имплантации пористого никелида титана под кожу. Обследование животных велось по следующим показателям: определение в периферической крови количества лейкоцитов, эритроцитов, содержания гемоглобина, белковых фракций сыворотки крови, а также активность АЛТ и АСТ. При этом не выявлено существенного отличия перечисленных показателей, функционального состояния систем и органов опытных и контрольных животных. Не имели достоверных отличий и весовые коэффициенты внутренних органов (печени, сердца, селезенки, почек и надпочечников) животных.

Изучение реакции биологических тканей на имплантацию штифтов из сплава на основе никеля и титана с помощью гистологического метода показало: в сроки 2-5 сут. вокруг штифтов - асептическая воспалительная реакция с выраженной пролиферацией фибробластических элементов на фоне серозной экссудации и лейкогистиоцитарной инфильтрации тканевых элементов. К 10-м сут вокруг штифтов определялись широкая зона клеточкой пролиферации с преобладанием фибробластических элементов и активный ангиоматоз. Уже в эти сроки наблюдения отмечался интенсивный фибриллогенез. В непосредственной близости к чужеродному телу выявлялись беспорядочно ориентированные проколлагеновые и тонкие коллагеновые волокна. К 15-м сут. процессы фибриллогенеза выдвигались на передний план, вокруг имплантатов определялась широкая зона циркулярно-ориентированных коллагеновых волокон. Наряду с этим по-прежнему сохранялись участки равномерно выраженного ангиоматоза, а местами - различной плотности круглоклеточные инфильтраты. Отмечались проявления отека, гиперемии, в ряде случаев - лейкогистиоцитарная инфильтрация.

На 20-30-е сут капсула вокруг имплантата представлена широкой зоной коллагена. Сосудистая система редуцирована и представлена отдельными мелкими кровеносными сосудами. На 30-е сутки определяется пучковость коллагеновых фибрилл. Дальнейшая эволюция капсулы идет по пути утончения. Через 36 мес капсула представлена мощными пучками коллагеновых волокон, но толщина ее заметно уменьшена. Круглоклеточные пролифераты отсутствовали, окружающие ткани полностью восстанавливали строение. Через 9-12 мес. процесс редукции в капсуле завершился. Резко сокращалось количество клеточных элементов. Капсула определялась в виде тонкой полоски, уплотненного оксифильного вещества, в котором наблюдались скудные количества фиброцитов и тонкие атрофичные пучки коллагеновых волокон. В эксперименте не выявлено выраженного местного и общетоксического действия материала сплава, функциональное и структурное состояние жизненно важных органов опытных животных не имели существенной разницы в сравнении с контролем.

Биосовместимость пористых материалов на основе никелида титана позволяет им длительно функционировать в организме не отторгаясь, при этом обеспечивать стабильную регенерацию клеток и создавать надежную фиксацию с тканями организма. Никелид титановый сплав имплантировали в разные ткани организма экспериментальным животным - в бедро и челюсти в виде штифтов и дисков, пористые пластины - для выполнения пластики миокарда, специальные конструкции для замещения костной ткани сломанных тел позвонков, для костной пластики средней и верхней зон лица, замещения дефектов длинных трубчатых костей, при реконструктивных операциях на ухе, для формирования культи глазного яблока и лечения глауком и др. В результате различных по показаниям операций никелид титановые имплантаты прилегали к кости, надкостнице, мышцам, сухожилиям, сосудам, нервным стволам, подкожной клетчатке и др. На определенные сроки образцы извлекали из организма и проводили детальные рентгенологические, морфологические, микроструктурные и рентгеноспектральные исследования [5]. Реакция тканей, выявленная при микроскопическом исследовании, сводилась к образованию тонкой капсулы вокруг имплантата, причем на шовный материал (шелк) она была более выраженной. Результаты данного и других исследований свидетельствуют о высокой степени биологической инертности сплава никеля и титана [18, 21]. Далее более подробно показан процесс остеоинтеграции. Остеоинтеграция - это прямая, структурная и функциональная связь между живой тканью кости и поверхностью имплантата. При сформированности этой связи на рентгеновском снимке видна безраздельная связь кости и имплантата без промежуточного соединительного слоя [9, 23]. От костной ткани, окружающей снаружи имплантат, отрываются остеобласты и с помощью тканевой жидкости (капиллярный эффект) проникают в его пористую структуру. Внутри пор остеообразующие клетки останавливаются в углублениях, прилипают к поверхности сплава и дают начало образованию кости. Эта новообразованная кость заполняет поры и, выходя из них, соединяется друг с другом, идет на встречу к костной ткани, окружающей имплантат. В то же время, с наружной поверхности имплантата костная ткань прорастает в пористую структуру. Эти два костных потока идут навстречу друг другу и соединяются. Строение тканей в порах и вокруг имплантата становится полностью идентичным. Реакция костной ткани на внедрение пористого никелида титана ически трансабдоминально. Результаты хирургического лечения изучены в сроки от 3 до 24 месяцев. Оценивали динамику болевого синдрома по визуально-аналоговой шкале, индекс Освестри. О формировании межтелового блока после выполнения спондилодеза судили по рентгенологическим, МРТ- и КТ-данным. Рентгенологические исследования включали измерение высоты межтелового промежутка и флексионно-экстензионной разницы сегментарного угла. Результаты. Функциональные результаты лечения через 18-20 мес. после операции оценены как хорошие и удовлетворительные в 94,1 % случаев. Рентгенологические исследования не выявили ни одного случая разрушения межтеловых имплантатов и миграции их в тела позвонков. Миграция имплантатов по межтеловому промежутку произошла в четырех наблюдениях (0,9 %). Рентгенографически и КТ-графически подтверждены остеоинтегративные свойства никелида титана: отмечено обрастание имплантатов костной тканью споследующим формированием межтелового костно-металлического блока. В 94,8 % случаев оперированные позвоночные сегменты были стабильны, что соответствует литературным данным об эффективности применения других видов межтеловых имплантатов. Заключение. Имплантаты из пористого никелида титана могут быть успешно использованы для различных видов межтелового спондилодеза. Никелид титана обеспечивает формирование межтелового костно-металлического блока без использования аутокости, что упрощает операцию и уменьшает ее травматичность.