ИЗУЧЕНИЕ БИОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОСТНОЙ ТКАНИ ДЛЯ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ

Актуальность. В  последние десятилетия объем реконструктивно-восстановительных операций в  травматологии значительно вырос ввиду повышения случаев травматизма, числа пострадавших в  локальных военных конфликтах, ухудшения экологии. Это привело к увеличению потребности в  пластическом материале и необходимости создания современных наукоемких технологий, позволяющих удовлетворить спрос на пластический материал, включая альтернативные источники получения костных имплантатов. Решение этой проблемы предусматривает углубленное изучение биофизических свойств костной ткани с использованием инновационных методов для разработки требований к созданию новых эффективных имплантатов на основе как натуральной кости, так и искусственных и природных аналогов. Указанные аспекты стали целью настоящего исследования, результаты которого представляют интерес для медико-биологических и  клинических приложений. Материалом исследования послужили фрагменты костей различной локализации человека в  возрастном диапазоне от  3 до  89  лет и  животных (бык) в  возрасте от  1,5 до  2  лет. Биофизические особенности исследованного материала изучены на стадиях пробоподготовки с  использованием оригинальных авторских методов физико-механической обработки, при анализе закономерностей изменения структурно-функционального состояния костного вещества в  норме, при изменении его композитности с  учетом возрастного фактора, анизотропии материала и  уровня структурной организации. Изучение закономерностей структуры выполнено с  применением классических (световая, сканирующая электронная микроскопия) и  современных (акустическая микроскопия) методов. Для оценки функциональных изменений в  макро- и  микрообъемах костных образцов использованы методы инженерной биомеханики. К основным результатам исследований следует отнести разработку инновационных методов пробоподготовки и структурно-функционального анализа. В первую очередь – методы механической обработки костных фрагментов, основанные на использовании в условиях ограниченного количества минерализованных биотканей дисковых и  полых цилиндрических фрез, а  также на применении гидродинамической инцизии, обеспечивающей щадящий режим высокоэффективного режущего воздействия на костную ткань. Другой отличительной особенностью исследования является разработанная методология морфо-механического анализа костных образцов на макро- и  микроуровне с  учетом реального физико-химического состояния образцов. С  целью обеспечения стерильности образцов авторами предложены инновационные методы с  использованием озоно-кислородных смесей. В результате исследований получены комплексные количественные характеристики, отражающие возрастные изменения композиционного состава костной ткани человека, анизотропию ее физико-механических характеристик, параметров остеонов, физико-механических показателей костной ткани с учетом композиционного состава. Заключение. Применение предложен- ной методологии позволило получить новые сведения о  биофизических свойствах костной ткани, представляющие интерес для биоим-плантологии, биоматериаловедения и  расширяющие фундаментальные представления о костной ткани как природном биокомпозите. Они служат базой для выработки практических рекомендаций по оптимизации выбора костных фрагментов для изготовления имплантатов с учетом выявленных закономерностей изменения макро- и микроструктуры, физико-механических характеристик и  состава костной ткани в исследованном возрастном диапазоне. 

1. Денисов-Никольский ЮИ, Миронов СП, Омельяненко НП, Матвейчук ИВ. Актуальные проблемы теоретической и клинической остеоартрологии. М.: Типография «Новости»; 2005. 336 с.

2. Розанов ВВ. Высокоэнергетическое гидродинамическое воздействие на биологические ткани – новая перспективная биомедицинская технология. Наукоемкие технологии. 2003;(6):35–43.

3. Розанов ВВ, Денисов-Никольский ЮИ, Матвейчук ИВ, Ложкин ОВ, Эйхенвальд ЭВ, Осипенкова ТК, Омельяненко НП, Северин АЕ. Гидродинамические технологии в биологии и медицине. Технологии живых систем. 2005;2(4–5):28–40.

4. Пантелеев ВИ, Розанов ВВ, Матвейчук ИВ, Лекишвили МВ, Сысоев НН, Шутеев СА, Альков СВ, Андреева ТМ. Медицинские озоновые технологии: новые задачи, возможности, оборудование. Биомедицинская радиоэлектроника. 2013;(2):3–11.

5. Денисова ЛА, Маев РГ, Денисов-Никольский ЮИ, Матвейчук ИВ, Денисов АА. Основы применения акустической микроскопии в медико-биологических исследованиях: учебное пособие. М.: НИЦ БМТ; 2002. 62 с.

6. Матвейчук ИВ. Изготовление образцов для механических испытаний кости с помощью полого сверла. Механика композитных материалов. 1980;(1):155–8.

7. Матвейчук ИВ. Биомеханические подходы к изучению морфофункциональных особенностей кости с целью создания ее синтетического аналога. В: Биомедицинские технологии: сборник научных трудов. Вып. 5. М.: НИЦ БМТ; 1996. с. 15–22.

8. Матвейчук ИВ. Изучение системы внутри- костных пространств с позиций биомате- риаловедения и его прикладное значение. В: Биомедицинские технологии: сборник научных трудов. Вып. 9. М.: НИЦ БМТ ВИЛАР; 1998. с. 54–8.

9. Матвейчук ИВ, Денисов-Никольский ЮИ. Региональные особенности механических характеристик компактного вещества бедренной кости. В: Проблемы инженерной биомедицины. Труды МВТУ № 433. М.; 1985. с. 65–78.

10. Быков ВА, Розанов ВВ, Матвейчук ИВ, Пантелеев ВИ, Шутеев СА, Литвинов ЮЮ, Воротников АИ. Способ изготовления костных имплантатов. Патент РФ № 2526429 от 20 августа 2014 г.

11. Степнов МН. Статистическая обработка результатов механических испытаний. М.: Машиностроение; 1972. 232 с.

12. Матвейчук ИВ, Розанов ВВ, Денисов-Никольский ЮИ. Сравнительная структур- но-функциональная характеристика костных алло- и ксеноимплантатов. Технологии живых систем. 2013;10(8):25–30.

13. Денисов-Никольский ЮИ, Матвейчук ИВ, Розанов ВВ. Инновационные подходы к структурно-функциональному анализу костной ткани для решения фундаментальных и прикладных задач в биоимплантологии и биоматериаловедении. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2012;(1):223–8.

14. Луньков АЕ. Порометрические методики морфометрии костной ткани. Саратов: Изд- во Саратовского медицинского университета; 2015. 120 с.