Изучение состава и свойств костнопластических аллобиоматериалов

Specimens of native (initial) and deproteinized bone tissue were analyzed. All bone tissue specimens had small amount of deformation typical for fragile materials - 1%. Proportionality limit for native bone tissue was 27 MPa, and that for deproteinized tissue — 29 MPa. Strength limit bone tissue had the value of 80-90 MPa. Collagen presence influenced the Young's module which was 110 MPa in deproteinized bone tissue, two-fold decreased from that in initial bone tissue - 230 MPa. Topography of specimens and fracture surfaces were more pronounced after deproteinization.

The study of physical and mechanical properties and composition of compact bone specimens gives an understanding of processing type influence on bone tissue structure and properties.


Цель исследования.

Сравнительное изучение прочностных свойств и состава костно-пластических материалов после различных видов обработки.

Материал и методы.

Исследовали образцы нативной и депротеинизированной костной ткани. Прочностные свойства изучали путем одноосного статического растяжения образцов костной ткани с автоматической записью кривых нагружения. Из кривых растяжения были рассчитаны следующие механические характеристики: предел пропорциональности, предел прочности, относительная деформация до разрушения и модуль Юнга. Изучены изменения морфологии поверхности костных материалов, элементного состава, габаритных размеров, сухого веса образцов в зависимости от вида обработки.

Результаты.

Все образцы костной ткани имели малую величину деформации, не более 1%, что характерно для хрупких материалов. Предел пропорциональности для нативной костной ткани равен - 27 МПа, для депротеинизированной - 29 МПа. Предел прочности костной ткани составляет 80-90 МПа. Наличие коллагена оказывает влияние на модуль Юнга, который для депротеинизированной костной ткани снижается в два раза и равен 110 МПа, а для костной ткани в исходном состоянии - 230 МПа. Вне зависимости от наличия или отсутствия предварительной обработки образцов костной ткани при испытании на прочность происходит хрупкое разрушение материала, о чем свидетельствуют сколы ступеньками. В целом характер изломов подобен, но в то же время наличие на сколах пластинок с острыми краями указывает на более хрупкий характер разрушения депротеинизированной костной «соломки». Рельеф поверхности образцов кости, и поверхности излома более развит после депротеинизации. Проведена оценка соотношения кальция к фосфору (Са/Р) в образцах костной ткани. Оказалось, что оно варьирует от 2,0 для образцов нативной костной ткани до 2,8, для депротеинизированной костной «соломки».

Масса нативной и депротеинизированной костной «соломки» одинаковых размеров статистически достоверно отличается. ДПК соломка в процессе депротеинизации теряет 19,4% своего веса. Депротеинизированная и нативная костная «соломка» одного веса отличаются по длине на 24,12%. Достаточная точность среднего во всех случаях оказалась меньше 5%. Коэффициент вариации во всех случаях меньше 10%, следовательно, вариация мала. При определении альбумина максимальное значение в нативной костной «соломке» составило 24 мкг/мл, а в депротеинизированной 2 мкг/мл, полученные данные свидетельствуют о том, что коагуляция и экстракция органического компонента осуществлена в достаточном объеме.

Обсуждение.

Полученные нами данные по механическим свойствам костной ткани после различных видов обработки: обезжиривание и высушивание для нативной костной «соломки» или обезжиривание, депротеинизация и высушивание для депротеинизированной «соломки», несколько отличаются от приведенных в литературе. Это связано с тем, что различные авторы, во-первых, испытывают разные участки кости, и, во-вторых, механические испытания образцов осуществляют различных условиях. Кроме того, мы испытывали не цельный фрагмент диафиза трубчатой кости, а радиальный распил в виде кортикальной «соломки», что заведомо снижает прочностные свойства костной ткани, и в первую очередь предел упругости. Мы исследовали прочностные свойства фрагментов костной ткани именно в том варианте, в каком костно-пластические материалы используются для органосохраняющих операций на различных сегментах скелета человека.

Заключение.

Изучение свойств и состава образцов компактной кости позволяет получить представление о влиянии процесса обработки на структуру и свойства костной ткани.


¹Шаркеев Ю.П., ²Кирилова И.А., ²Подорожная В.Т., ¹Легостаева Е.В., ¹Уваркин П.В.
¹Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск, ²ФГУ «Новосибирский НИИТО Росмедтехнологий», г. Новосибирск