Кассис Мунир - Московский государственный медико
реклама
2 На правах рукописи УДК: 616. 716. 4-74-77 Кассис Мунир Применение эндопротеза мыщелкового отростка нижней челюсти на основании полимерных композитов, гидроксиапатита и сверхмолекулярного полиэтилена. (Экспериментальное исследование) 14.01.14 – «Стоматология» (медицинские науки) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Москва - 2011 3 Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный медико- стоматологический университет» Минздравсоцразвития России. Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор Топольницкий Орест Зиновьевич Научный консультант: доктор химических наук, профессор Краснов Александр Петрович Официальный оппонент: Доктор медицинских наук, профессор Панин Андрей Михайлович Доктор медицинских наук, профессор Мамедов Адиль Аскерович Ведущая организация: Федеральное Государственное исследовательский институт Учреждение стоматологии и «Центральный научно- челюстно-лицевой хирургии» Минздравсоцразвития России. Защита состоится 2011года в часов на заседании диссертационного совета Д208.041.07 при ГОУ ВПО «Московский государственный медикостоматологический университет» Минздравсоцразвития России. России по адресу: 127473 г. Москва, ул. Делегатская, д.20/1. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «Московского государственного медико-стоматологического университета» Минздравсоцразвития России по адресу: 127206, Москва, ул. Вучетича, д. 10а. Автореферат разослан ____ ____________ 2011года. Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат медицинских наук, доцент О.П. Дашкова 4 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Анкилоз наиболее ВНЧС (височно-нижнечелюстной сустав) является часто встречающихся первично - костных одной из патологий височно- нижнечелюстных суставов у детей. Такие поражения суставов в 73% случаев проявляются у детей на первом году жизни (Н.Н. Каспарова, 1979г.). Причиной возникновения анкилоза часто являются : родовая травма сустава, гематогенный остеомиелит суставного отростка, гнойные воспалительные заболевания среднего уха. Существуют различные хирургические методики для лечения таких пациентов. К ним относятся: а) остеотомия ветви нижней челюсти с удалением анкилотических разрастаний и деформированной суставной головки с последующим скелетным вытяжением; б) остеотомия с введением между остеотомированными фрагментами интерпозиционной прокладки; в) остеотомия ветви с последующим устранением дефекта различными видами пластического материала (ауто-, аллотрансплантат, эндопротез), которым придается форма недостающей части челюсти. В настоящее время большинство исследователей склоняются в сторону одномоментного устранения возникшего дефекта с целью снижения выраженности вторичных деформаций костей лицевого скелета. В качестве пластического материала, замещающего костный дефект после остеотомии и создающего дистальную опору, применяются различные костные ауто- и аллотрансплантаты, керамические, композитные и металлические эндопротезы (Тарасов Ю.С., 1989; Кемсадзе О.А., 1991г.; Макаренко М.Ф., 1992г.; Григорян А.С., Гвилава Л.Б., 1994г.; Gross N., 1998г., Schitman P., 1993г., Семкин В.В., Безруков В.М., Рабухина Н.А., Сукачев В.Ф., 1996г., Набиев Ф.Х., 1997г., Махбуб, Ульянов С.А., Топольницкий О.З., 2002г.) . Однако все материалы, используемые для создания дистальной опоры нижней челюсти, имеют ряд отрицательных свойств и недостатков. Аллогенные трансплантаты очень быстро подвергаются резорбции, аутопластика в младшем 5 детском возрасте не показана из-за дефицита пластического материала. Синтетические материалы, обладающие остеоинтегративностью, а также биоинертностью, совместимостью, физико-механическими свойствами, соответствующими костной ткани, являются наиболее приемлемыми материалами для эндопротезирования мыщелкового отростка, особенно у детей младшего возраста. В настоящее время для эндопротезирования мыщелкового отростка нижней челюсти у детей применяют: эндопротезы из материала «Карбопол» - акриловой композиции в сочетании с гидроксиапатитом, армированным углеводородными нитями (Топольницкий О.З., Воложин А.И., Краснов А.П.2005г., Н.С.2006г.), эндопротезы из углеродосодержащих Арапов материалов (Набиев Ф.Х. 1997г., Хоссаин Махбуб 2004г.). Большинство исследований и работ при использовании полиакриловой композиции было посвящено проблемам биосовместимости и ударопрочности, что не улучшало характер трения головки нижней челюсти. Введение ГАП (гидроксиапатит) в полиакриловую композицию ухудшает трение головки эндопротеза, что нередко приводит к рецидивам заболевания. В то же время, широко известно использование сверхвысокомолекулярного полиэтилена с целью создания искусственного вкладыша тазобедренного сустава. Однако в детской челюстно-лицевой хирургии эндопротезы с полиэтиленом не применяются. Для решения проблемы улучшения антифрикционных свойств искусственной головки СВМПЭ сустава нижней челюсти предлагается использовать смесь ПММА и (сополимера метилметакрилата и сверхвысокомолекулярного полиэтилена), полимеров, обычно считающихся несовместимыми. В специальной литературе по исследованию смесей несовместимых полимеров нет упоминаний о подобных композициях этих двух несовместимых полимеров, поскольку введение СВМПЭ в 2-5 раз ухудшает физико-механические показатели ПММА из-за резко выраженной несовместимости. 6 Такой путь создания головки эндопротеза мыщелкового отростка нижней челюсти путем введения СВМПЭ косвенно способствует и понижению содержания в полимерной матрице остаточных следов примесей: мономера – метилметакрилата, пластификатора и др. Особенностью СВМПЭ, как антифрикционного полимера, является его относительно невысокая чувствительность к материалам контртела, что обеспечивает более низкое трение в паре с полимерами, а также при смазке водой, либо жидкими средами организма. В связи с этим основной научной проблемой, которая должна быть решена, является создание антифрикционного биостабильного материала для головки эндопротеза нижней челюсти с биостабильных полимеров: использованием ПММА и СВМПЭ, двух биосовместимых, обладающего высокими антифрикционными свойствами, что послужило основанием для формирования цели и задач исследования. Цель исследования. Совершенствование хирургического лечения детей с нижнечелюстного обоснования сустава путем применения разработки эндопротеза и анкилозом височно- научного доклинического мыщелкового отростка из антифрикционного композиционного материала на основе смеси метилметакрилата и сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Задачи исследования. 1. Разработать лабораторную технологию получения биостабильного, антифрикционного материала на основе смеси двух несовместимых между собой полимеров: сополимера ПММА и СВМПЭ. 2. Определить физико-механические и трибологические свойства разработанного материала с целью установления возможности изготовления из него эндопротеза головки нижней челюсти. 3. Разработать способы конструктивные изготовления и технологические эндопротеза мыщелкового лабораторные отростка из разработанного биостабильного, антифрикционного материала. 7 4. В лабораторных условиях изучить токсичность данного материала, согласно ГОСТ РИСО 10993: исследование общетоксического действия, раздражающего и сенсибилизирующего действия. 5. Дать научно обоснованные рекомендации по клиническому применению биостабилного эндопротеза с головкой из разработонного антифрикционного материала для хирургического лечения детей с анкилозом ВНЧС. Научная новизна исследования. 1. Проведено исследование методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии, доказывающее, что терморасширенный СВМПЭ содержит в нанопорах диоксид углерода. 2. Впервые проведено исследование трибологических свойств модифицированного полимера, где показана роль нанокапсулированного диоксида углерода как своеобразной «трибохимической смазки». 3. Впервые создана и апробирована методика проведения экспериментов по биомедицинской трибологии «in vitro», при трении полимерных материалов по «артрозной» кости и хрящу. 4. Впервые были проведены обширные эксперименты по исследованию трения биологических и полимерных образцов в парах «хрящ-хрящ, металл-хрящ, полимерные смеси (ПММА-СВМПЭ) по хрящу и кости». Показано, что лучшие из разработанных материалов имеют коэффициент трения при работе по хрящу на уровне коэффициента трения пары «хрящ-хрящ» и значительно более низкий, чем у пары «металл-хрящ». 5. позволяет Впервые показано, что использование терморасширенного СВМПЭ значительно улучшить трибологические свойства разработанных материалов при сохранении хороших физико – механических показателей, что служит основой создания биостабильных, антифрикционных материалов. Практическая значимость Данный вид эндопротеза мыщелкового отростка позволит улучшить трибологические свойства и снизить число осложнений после эндопротезирования 8 ВНЧС, что значительно повысит экономический эффект при лечении детей с анкилозирующими заболеваниями височно – нижнечелюстного сустава. Основные положения, выносимые на защиту 1. Метод рентгеноэлектроскопии подтвердил, что терморасширенный СВМПЭ, обработанный в сверхкритической среде СО2, в нанопорах содержит диоксидуглерода, который в инкапсулированных условиях выполняет роль "биологической смазки". 2. Эндопротез мыщелкого отростка, состоящий из головки, в составе которого находится трибологическими СВМПЭ свойствами обладает и значительно хорошими улучшенными биомеханическими характеристиками. 3. Свойства полимерных материалов при трении по костным структурам: акриловая модифицированная нанокомпозиция -хрящ, близка к коэффеценту трения природного сустава, т.е. хрящ-хрящ. Личный вклад автора. Автор лично участвовал в разроботке и изучении трибологических свойств эндопротеза, и в хирургических операциях при лечении детей с вторичным диформирующим остеоартрозом и анкилозом височно – нижнечелюстного сустава. Внедрение результатов исследования. Полученный в результате исследования эндопротеза, внедрён в практическую деятельность кафедры детской хирургической стоматологии и челюстно –лицевой хирургии и кафедры госпитальной хирургической стоматологии и челюстно – лицевой хирургии МГМСУ и отделение челюстно –лицевой хирургии ГКБ №2 г. Москвы для лечения пациентов с анкилозом ВНЧС. Материалы диссертационного исследования используются при проведении занятий со студентами, интернами, врачами ФПДО, слушателями ФПК преподавателей МГМСУ. Апробация работы Основные положения диссертации доложены и обсуждены на : 9 ХХ Симпозиуме «Современная химическая физика» (г.Туапсе, 15- 1) 22 сентября 2008г.); Научно – практическая конференция с участием иностранных 2) специалистов « Трибология – Машиностроению», посвещенная 70 – летию Института Машиноведения» (г.Москва,октябрь 2008г.) Публикации Материалы диссертации отражены в 6 публикациях, в том числе 2 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ. Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена 135 страницах машинописного текста, иллюстрирована 18 таблицами, 35 рисунками. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 186 источников (из них 87 отечественных и 99 зарубежных) и 1 приложение. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В качестве базового материала для исследований был выбран СВМПЭ марки GUR 1050. СВМПЭ данной марки применяется для изготовления эндопротезов суставов человека и животных. В ходе работы по исследованию свойств сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и смесей с ним, были проведены опыты с образцами трех типов: синтетические (СВМПЭ и его модификации), биологические (хрящ, субхондральная кость) и сплавы (металлический шарик). Некоторые из синтетических образцов были подвергнуты обработке сверхкритическим СО2 (далее скСО2). В данную работу вошли образцы, которые представляли собой особый интерес и в ходе исследования которых были получены результаты по которым возможно дать оценку характеристикам образца и следовательно сделать выводы о влиянии обработки скСО2. Синтетические образцы .Синтетические образцы были двух видов – в виде шайбы (диаметр 24мм, высота 7,8мм) и цилиндра, один конец которого представляет собой полусферу (диаметр 10мм, высота 10мм и радиус закругления 5мм, чистота 10 обработки – Rа 0,5мкм), (рис.1.). Образцы получают прессованием или вытачиванием на токарном станке. Рис. 1. Синтетические образцы Биологические образцы. Биологические образцы получали путем забора тканей из дистального мыщелка коленного сустава кадавера (труп), при помощи специальных трепанов . Рис. 2. Внешний вид образцов хряща. Металлические образцы. Металлический шарик, используемый в качестве подвижного элемента на вибротрибометре "Optimol SRV", для испытания на 11 определение коэффициента трения, изготовлен из стали 100 CR6 (Германия),чистота обработки – Rа 0,2 – 0,3 мкм, твердость 58 – 62 HRC или 600 – 620 HB. Контртело, на машине трения торцевого типа И – 47К54, втулка диаметром D20, d7 из сплава титана + 6% Al. Эксперементально-морфологическое исследование биосовместимости композиционных материалов на основе акрилового полимера. Объекты исследования: Три типа потенциально биосовместимых полимера, базирующихся на одном связующем - полиакриловом полимере, представляющем собой сополимер метилметакрилата с этилметакрилатом и метилакрилатом. Тип 1 - акриловый сополимер, отвержденный, исходный. Тип 2 - полимер-полимерная композиция: полиакриловый сополимер с добавлением 10% сверхвысокомолекулярного полиэтилена, обработанного в среде сверхкритического диоксида углерода. Тип 3 - полимер-полимерная композиция: полиакриловый сополимер с добавлением 10% сверхвысокомолекулярного полиэтилена в смеси с гидроксиапатитом (25 масс.%), обработанного в среде сверхкритического диоксида углерода. При получении отвержденных образцов из исходных компонентов была использована стандартная технология, образцы получали примерно одинакового объема. Методика исследования. Экспериментально-морфологическое исследование проведено на 42 белых беспородных крысах-самцах. Под внутримышечным калипсоловым наркозом животные фиксировались к предметному столику. После выщипывания шерсти и обработки операционного поля антисептиками, в области бедра производился разрез кожи длиной 2 см. Мышцы бедра тупо расслаивались с последующей имплантацией кусочков (размеры 0,5 х 0,5 см) исследуемых материалов. Затем операционная рана ушивалась наглухо. Животные активизировались через 2-3 часа после операции. Животные разделены на 3 группы (в каждой группе по 14 животных). В первой 12 группе имплантировались кусочки акрилового полимера, во второй группе -кусочки акрилового полимера, содержащего сверхвысокий молекулярный полиэтилен (10%), в третьей группе - кусочки акрилового полимера, содержащего сверхвысокий молекулярный полиэтилен (10%) и синтетический гидроксиапатит (20%). Животных выводили из эксперимента на 30 и 60 сутки после операции. Имплантированный материал с прилежащими мягкими тканями фиксировался в формалине. После выделения имплантата мягкие ткани обезвоживали в восходящих концентрациях спирта и заливали в парафин. Депарафинированные гистологические срезы окрашивали гематоксилином и эозином, пикрофуксином по Ван Гизону, толуидиновым синим, производили реакцию Браше. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ В данной работе был предложен новый путь модификации полимерных систем. Основываясь на ранее полученных результатах, было предложено проводить обработку СВМПЭ (основного полимера биомедицинской трибологии) сверхкритическим диоксидом углерода не в готовом изделии, где не были достигнуты сколько-нибудь существенные положительные результаты, а в исходном порошке. Это предложение основывалось на том, что порошки СВМПЭ представляют из себя чрезвычайно пористые гранулы с тонкими стенками, которые легко поддаются диффузии скСО2 (сверхкритический диоксид углерода) (рис.3). а) б) Рис. 3. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен: а) до обработки скСО2, б) после обработки скСО2. На этом направлении, начатом в ИНЭОС РАН (Институт элементоорганических соединений им. Несмеянова Российской академии наук), были получены следующие результаты. Оказалось, что после обработки порошка 13 скСО2, изделия спрессованные из этого порошка, обладают лучшими смазывающими (антифрикционными) свойствами по сравнению с изделиями не прошедшими модификацию в скСО2, при практически не изменившихся физикомеханических свойствах. Как видно из рисунка 4., изделия из модифицированного полимера имеют более низкую температуру в зоне фрикционного контакта, что обеспечивает стабильную работу при повышенной скорости. 130 СВМПЭ GUR 4120 исходный СВМПЭ GUR 4120 скСО2 (однократно) СВМПЭ GUR 4120 скСО2 (4-кратно) Температура контакта, оС 110 90 70 50 30 10 0 1 2 3 4 5 6 Продолжительность, час Рис. 4.. Изменение температуры фрикционного контакта во времени при повышении скорости для исходного СВМПЭ и обработанного ск СО2. В связи с этим предстояло провести тщательные исследования причин снижения коэффициента трения, путем анализа атомного состава поверхностного нанослоя блочного СВМПЭ GUR 4120 после обработки его порошка в скСО2 и последующего компрессионного прессования при 190 °С. Для этого был использован метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Данный метод является уникальным для изучения поверхностных нанослоев (20 – 40 Å) материалов, поскольку позволяет получать информацию, как о химическом состоянии элементов, так и об их концентрации. Таким образом, в отличие от ранее показанных гравиметрическим методом сроков выделения СО2 после обработки сверхкритической средой в процессе этой работы было показано, что микроколичества СО2 сохраняются в теле СВМПЭ 14 неопределенно долго и могут играть функциональную роль своеобразной трибохимической смазки. Результаты испытаний образцов из ПММА+5% СВМПЭ. Были получены образцы по полимер – мономерной технологии (стоматологический метод изготовления протезов) из четырех композиций. 1. ПММА-исходный 2. ПММА+5% СВМПЭ(GUR 4120) 3. ПММА+5% СВМПЭ облученный, окисленная поверхность 4. ПММА+5% СВМПЭ (GUR 4120) после ск СО2 (65; 500 атм.; медленный спуск). Физико – механические свойства. Таблица 1. Физико-механические показатели исходных образцов № Наименование Ударная п/п материала вязкость. А, кг·см/см 2 1 2 Предел прочности Угол при при изгибе,изг., кг/см2 изгибе, 9,1 850 5,0 1160 (7,05) (1005) ПММА+5% 5,1 765 СВМПЭ 5,1 879 25 (GUR 4120) (5,1) (822) 26 СВМПЭ 6,5 795 облученный, 6,1 831 окисленная (6,3) (792) ПММА-исходный 29 31 ПММА+5% 3 поверхность 25 25 15 ПММА+5% СВМПЭ (GUR 4120) после ск 4 СО2 (65; 500 атм.; медленный 5,8 949 5,2 870 (5,6) (889) 28 28 спуск). В скобках указан средний результат. Создание имплантатов с высокими механическими свойствами является основной задачей при разработке биостабильных материалов. Она осложняется тем, что исходный ПММА имеет относительно невысокую удельную вязкость, как правило при наполнении дисперсными наполнителями, каким можно считать СВМПЭ, свойства резко ухудшаются. Особенно значительное ухудшение наблюдается в случае введения неполярных наполнителей, что приводит к низкой адгезионной способности и снижению прочностной связи полимер – наполнитель, именно таким наполнителем для сополимера ПММА является порошкообразный СВМПЭ. Наиболее критичным показателем, среди физико – механических свойств, является ударная вязкость, показание которой резко снижаются даже при небольшом наполнении. Результаты исследований физико – механических свойств приведены в таблице 1. Как видно из таблицы, введение СВМПЭ приводит к снижению ударной вязкости на 30%. Для проверки влияния полярных наполнителей, на формирование физико – механических показателей, был получен порошок СВМПЭ с окисленной поверхностью, что было достигнуто его облучением кобольтовым источником (обработка Со 60 на установке РХМ гама-20, мощность дозы 0,2 Мрад/час. Общая доза 10 Мрад). Можно видеть, что это способствует заметному повышению ударной вязкости (20%). Поскольку введение радиационно облученного наполнителя в медицинский эндопротез нецелесообразно, из-за повышенных требований к 16 радикалообразующим компонентам, данный опыт не смогли использовать для создания требуемого материала. Для этой же цели провели исследование возможности применения СВМПЭ модифицированного скСО2. Видно, что введение модифицированного СВМПЭ приводит к повышению ударной вязкости (с 5,1 до 5,6) и заметному повышению показателя предела прочности при изгибе (12%). Обращает на себя внимание то, что угол изгиба меняется, что является показателем повышенной пластичности. Причина этого связана с показанными ранее структурными изменениями. Повышение нанопористости и увеличение насыпного объема в 2 раза, свидетельствует о повышении дисперсности и пористости получаемого продукта. Вероятно формирование структуры получаемого продукта происходит не только на поверхности, но и в порах СВМПЭ, что способствует получению более гомогенной структуры наполненного полимера и улучшенных механических свойств. Таким образом, эта модификация СВМПЭ сверхкритическим СО2 приводит к улучшению наиболее критичного показателя – ударной вязкости и прочности на изгиб, что дало основание перейти к исследованию их фрикционных свойств композиций с использованием модифицированного СВМПЭ . Фрикционные характеристики. Условия испытаний: Р=1 кг/см2; V=100 – 120 об/мин; образцы диаметром 16 мм. Испытания проводились на машине трения торцевого типа И – 47К54, коэф. взаимного перекрытия=1 Таблица 2. Износ № Наименов. полимерного п/п образца образца I10 г/час -4 Износ контр- Контак. тела темпер., I10-4 С г/час Коэффициент трения Примечание 17 1 +1 +1 23 ПММА- 3 1 24 исходный 1 0 24 1 0 25 0,2-1,0;0,250,85 0,8-1,0 0,8-1,0 0,8-1,0 Трение тяжелое со скрипом, на образце черный налет Трение ПММА+5% 2 СВМПЭ (GUR 4120) 2 0 25 1 0 25 0 0 25 0 0 25 0,2-0,6;0,1 до более тихое, 1,0 есть 0,3-0,5 небольшой 0,3-0,5 скрип, на 0,3-0,5 обр. черный налет Трение ПММА+5% СВМПЭ 3 облученный, окисленная поверхность 3 0 24 0,15-0,6;0,1-0,8 0 0 24,5 0,3-0,5 0 0 26 0,3-0,5 0 0 25 0,3-0,5 более тихое, есть небольшой скрип, но обр. черный налет ПММА+5% СВМПЭ 4 Трение (GUR 4120) 2 1 22 0,3-0,4 стабильное, после ск СО2 0 0 21 0,3-0,4 скрипа нет, (65; 500 0 0 21 0,3-0,4 черного атм.; 0 +1 22 0,3-0,4 налета на медленный спуск). образце нет 18 Наиболее показательным параметром является температура на поверхности трения, также важным показателем является характеристика изменения поверхности. Особенностью трения ПММА, не антифрикционного полимера, в этих условиях является резкое повышение температуры при нагрузочно – скоростном воздействии. Мы стремились провести исследование трения в таких условиях, чтобы температура вблизи зоны трения не превышала 30ºС. В этих условиях все образцы, за исключением исходных, практически не имели износа, либо имело не большой износ. Коэффициент трения исходного полимера ПММА чрезвычайно высокий, при этом происходит характерный звуковой эффект (скрип), также характерно образование на образце черного налета, что связано с протеканием окислительного процесса. Наблюдается резкое возрастание коэффициента трения (до 0,8 ед.) – «заедание». Введение 5% СВМПЭ во всех трех остальных опытах, приводит к значительному улучшению антифрикционных показателей, снижению коэффициента трения и изменению характерного процесса образования «черного» налета на поверхности. Введение СВМПЭ исходного, не смотря на снижение коэффициента трения, не изменяет механизма формирования поверхности трения («третьего тела»). В обоих случаях резко снижается звук, но сохраняется небольшой скрип и на полимерном образце формируется пленка черного цвета. Обработка в сверхкритической среде и получение терморасширенного СВМПЭ резко изменяет характер трения и механизм трибохимических процессов на поверхности. Происходит стабилизация поверхности трения, звуковыделение отсутствует, не происходит формирование черного налета. Снижается и температура трения, она становится приближенной к температуре окружающей среды (≈ 21ºС). Вероятно все это связано с введением или с тем, что введение терморасширенного СВМПЭ, оно подобно другим терморасширенным соединением (графит) занимает гораздо больший объем и в значительно большей степени присутствует на поверхности трущего образца, это приводит к усилению его 19 влияния, как прекрасного антифрикционного полимера, к снижению температуры трения и происходит наволакивание СВМПЭ на поверхность. Таким образом введение нанопористого СВМПЭ обработанного в ск СО2 в качестве наполнителя в композиционный сополимер ПММА, способствует сохранению высоких физико – механических свойств связующего сополимера ПММА – ударной вязкости и прочность на изгиб. В то же время введеие этого наполнителя резко улучшает смазывающие свойства, изменяет характер механизма трения и приводит к понижению температуры На следующем этапе работы проведены опыты и сравнение трения образцов трех типов 1. полимерные – синтетические (СВМПЭ и его модификации) 2. биологические (хрящ, субхондральная кость) 3. сплавы (металлический шарик) Для изучения свойств смазочных веществ и определения коэффициентов трения разнообразных сочетаний трущихся материалов использован Вибротрибометр. Синтетические образцы были двух видов – в виде шайбы и цилиндра. Образцы получают прессованием или вытачиванием на токарном станке. Биологические образцы представляли собой хрящ и субхондральную кость, полученные из дистального мыщелка коленного сустава кадавера . Впервые проведенные испытания трения по биоматериалам – по хрящевой и костной ткани (нагрузка 50Н, частота 10Гц, амплитуда 1,65мм) Получен уникальный результат: трение нанокомпозита по хрящу близко к коэффициенту трения природного сустава (хрящ по хрящу). 20 Пара трения 1 – металл (Ti) – хрящ; 2-композит (АП + СВМПЭ) –хрящ; 3 – композит (АП + нано-СВМПЭ) – хрящ; 4 – хрящ по хрящу. На следующем этапе исследования представило интерес исследовать возможность использования полимерных нанокомпозиций в паре не с хрящом, а непосредственно с «артрозной» костью, поверхность которой представляет собой пористую, крупноячеистую структуру. Коэффициент трения 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 0 2 4 6 8 Продолж ительность, мин 1. Акриловый полимер (АП) 2. АП + 10%СВМПЭ 10 21 3. АП + 5%СВМПЭ в полученной паре коэффициент трения остается стабильно низким. При увеличении количества СВМПЭ (10%) – коэффициент трения возрастает. Вывод: самым оптимальным для этих условий является введение наполнителя СВМПЭ после обработки скСО2 – 5%. На следующем этапе проведено сравнительное эксперементально-морфологическое исследование биосовместимости композиционных материалов на основе акрилового полимера. Объектами исследования стали три типа потенциально биосовместимых полимеров, базирующихся на одном связующем - полиакриловом полимере, представляющем собой сополимер метилметакрилата с этилметакрилатом и метил акрилатом. Тип 1 - акриловый сополимер, отвержденный, исходный. Тип 2 - полимер-полимерная композиция: полиакриловый сополимер с добавлением 10% сверхвысокомолекулярного полиэтилена, обработанного в среде сверхкритического диоксида углерода. Тип 3 - полимер-полимерная композиция: полиакриловый сополимер с добавлением 10% сверхвысокомолекулярного полиэтилена в смеси с гидроксиапатитом (25 масс.%), обработанного в среде сверхкритического диоксида углерода. На основании данных проведенного сравнительного экспериментально- морфологического исследования показано, что все 3 имплантированных в мягкие ткани материала являются биосовместимыми. Проведенные механические и токсикологические испытания эндопротезов позволили перейти к следующему этапу- клинической апробации. Данный вид эндопротезов был использован у 5 пациентов в возрасте от одностороннем анкилозе ВНЧС. 5 до 18 лет при 22 а б в г д. Пациентка М. 6 лет. Обратилась в клинику 1,5 года назад с жалобами на асимметрию лица и ограничение открывания рта до 5 мм. Выставлен диагноз 23 «Анкилоз левого ВНЧС». Проведена операция остеотомия левой ветви нижней челюсти с удалением анкилотических разрастаний и одноментной костной пластикой дефекта эндопротезом. Через 2 года после операции: Внешний вид а), функция б), окклюзия в), компьютерная томограмма г), д). ВЫВОДЫ: 1. После обработки гранул СВМПЭ в сверхкритической среде СО2 формируется нанопористая структура, которая длительное время сохраняет СО2, выполняющий роль своеобразной трибологической смазки. Найденный эффект имеет важное значение, поскольку микроколичества СО2 в зоне фрикционного контакта могут предохранять сопрягаемые тела, особенно полимерные, от активного трибохимического окисления и тем самым улучать их смазывающие свойства. 2. Разработанная технология получения антифрикционного материала, состоящего из композиционного сополимера ПММА в сочетании с нанопористым СВМПЭ, обработанного в сверхкритической среде СО2, обладает высокими физико-механическими свойствами (ударная вязкость, и прочность на изгиб), и способствует снижению коэффициента трения. 3. Предложенные конструктивные и технологические способы изготовления эндопротеза, состоящего из головки, включающую смесь двух сополимеров метилметакрилата в сочетании с 5% (по массе) СВМПЭ, обработанного в сверхкритической среде СО2, и тела эндопротеза, состоящего из сополимера ПММА с гидроксиаппатитом 30% от массы, армированный углеводородными нитями, является эндопротезом, обладающим всеми необходимыми биомеханическими, биостабильными и антифрикционными свойствами. 4. В эксперименте на животных при морфологическом и токсикологическом исследовании, «исследование которые проводилось, общетоксического сенсибилизирующего действия». а- чистого акрилового сополимера. согласно действия, ГОСТ РИСО 10993: раздражающего и 24 b-полиакрилового сополимера, в сочетании с 10% сверхвысокомолекулярного полиэтилена, обработанного в среде сверхкритическим СО2. с-полиакриловый сополимер, в сочетании с 10% сверхвысокомолекулярным полиэтиленом в смеси с гидроксиаппатитом (25% масс), обработанного в среде сверхкритическим СО2. Не вызывали воспалительной реакции вокруг имплантатов и наблюдалось образование тонкой соединительнотканной капсулы. Практические рекомендации 1. Эндопротез для замещения дефекта ветви нижней челюсти головкой из разработанного антифрикционного с суставной материала должен использоваться для хирургического лечения детей с ВДОА и анкилозом ВНЧС. Стерилизация и хранение соответственно прилагаемой инструкции. 2. Эндопротез готовится фирмой производителем по выбранному типоразмеру, соответственно технологии производства. (Гост) 3. Окончательная коррекция эндопротеза может осуществляться в условиях операционной, без механической коррекции поверхности головки суставного отростка. 4. Фиксацию эндопротеза осуществлять при помощи титановых винтов диаметром не менее 2 мл, винт должень пройти через всю толщину воспринимающего ложе сквозь внутреннюю картикальную пластинку. Для фиксации эндопротеза необходимо использовать не менее трех винтов, не находящихся на одной линии. Список публикации по теме диссертации. 1) А.П. Краснов, Э.Е. Саид-Галиев, О.В. Афоничева, А.И. Стаханов, В.А. Мить, А.Ю. Николаев, А.В. Атаманов, Л.Ф. Клабукова, В.А. Калиниченко, О.З. Топольницкий, М. Кассис, несовместимых полимеров А.Р. Хохлов. // Поведение при трении смесей сверхвысокомолекулярного полиэтилена и полиметилметакрилата, полученных в среде сверхкритического диоксида углерода. «Трение и износ», М.,2007,т.28, №3 стр.288-295. 25 2) А.П.Краснов, В.А. Мить, Э.Е. Саид-Галиев, А.Ю. Николаев, А.В. Наумкин, И.Ю. Волков, М. Кассис. // Получение и свойства нанопористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена. ХХ Симпозиум «Современная химическая физика», 15-22 сентября 2008, г.Туапсе, с.68. 3)М. Кассис, А.П. Краснов, О.В. Афоничева, О.З. Топольницкий, Н.С. Гаврюшенко, В.Г. Булгаков. // Влияние нанопористости сверхвысокомолекулярного полиэтилена на трибологические свойства биостабильных композиционных материалов. ХХ Симпозиум «Современная химическая физика», 15-22 сентября 2008, г. Туапсе, с.62. 4) Краснов А.П., Афоничева О.В., Саид-Галиев Э.Е., Николаев А.Ю., Кассис М., Мить В.А., Наумкин А.В., Волков И.О., Гаврюшенко Н.С., Булгаков В.Г. // Наномодифицированный сверхвысокомолекулярный полиэтилен – возможности улучшения трибологических свойств композиционных материалов на его основе. Научно – практическая конференция с участием иностранных специалистов «ТРИБОЛОГИЯ – МАШИНОСТРОЕНИЮ», посвященная 70 – летию ИНСТИТУТА МАШИНОВЕДЕНИЯ, М., октябрь 2008, ИМАШ РАН. с.64 5) Краснов А..П., Хохлов А.Р., Топольницкий О.З., Афоничева О.В., Мить В.А., Соловьёва В.А., Бузин М.И., Саид-Галиев Э.Е., Николаев А.Ю., Кассис Мунир, Шорстов Я,В., Воложин А.И., Гаврюшенко Н.С. «Полимерная антифрикционная композиция биомедицинского назначения».// Патент на изобретение № 2347793. от 27.02.2009 – (Бюл.№6) 6) Шорстов Я.В., Топольницкий О.З., , Краснов А.П., Ульянов С.А, Кассис Мунир,.//Анализ результатов эндопротезирования детей младшего возраста при анкилозе ВНЧС и использование новых технологий для улучшения результатов лечения. «Российский стоматологический журнал», М., 2011, №3 стр.33-36.
