диссертации / 33

сосудах костной ткани регулировать давление крови. Это действие настолько специфично, что дефицит магния в костях оценивается как риск артериальной гипертензии (Темирбеков А.Н., 2002). Также А.И. Музафаров, (2002) не исключает, что магний способен стимулировать сократительную активность клеток гладких мышц сосудистой стенки в костях. Содержание магния в костной ткани формируется действием комплекса других микроэлементов (Reutei H., 2002). При увеличении его уровня в костной ткани нормализируется содержание витаминов - С, и - В, (Верткий А.Л. и

соавт, 1997). Магний также в костях регулирует активность фосфатазы,

фосфогидролазы, Mg+2-АТФ-азы (Вахабова У.К. и соавт., 1999). Уровень

Mg+2 в костях уменьшается при повышенной функции паращитовидной железы (Вовша Р. И., 2002). Изучены взаимосвязи между содержанием Mg+2

и состоянием нервной системы опорно-двигательного аппарата: повышенная утомляемость мышц, повышение возбудимости рецепторов (телец Паччини)

в костях (Галеева М.Г., 2001) и развитие деполяризации центральных окончаний афферентных волокон (Рахимова М.Т. и соавт., 1999), что в конечном итоге формирует пресинаптическое торможение в костной ткани. В

связи с тем, что после перелома трубчатых костей регистрируются выраженные изменения в свертывании крови, небезынтересны данные о том,

что избыток магния способен формировать тромбогеморрагическнй синдром.

Нами показано, что в группе с прооперированными животными без биокомпозитов и имплантатов и с биокомпозитами в матриксовой кости содержание его достоверно не отличалось, тогда как при применении наноструктурированных имплантатов из титана Grey с МДО и ПСО обработкой без покрытия, а также с двумя слоями покрытия в группах без морфогенетических белков и с ВМР -2 факторами практически во всех временных интервалах был выявлен его достоверный рост до двух раз, по сравнению с результатами при недельной экспозиции.

Особое внимание нами было уделено изучению состава биологически

активных элементов на участке «матриксовая кость - имплантат», где, как

291

уже было показано морфологически, регенерация происходила в первую очередь, и над имплантатом, особенно в участках на сколе во вновь образованной мезенхимальной ткани. Так, нами было показано, что в первом участке у животных без внедрения имплантатов и с их наличием содержание его внутри участка трефанации уже через неделю после операции было достоверно выше (14,93±2,94), чем в матриксовой кости (6,58±1,34) и затем незначительно снижалось к двенадцатой - четырнадцатой (11,01±3.29)

неделям. Аналогичную тенденцию мы выявляли при применении биокомпозитов, что составляло, например, для желатина, гидроксиаппатита,

декстрана: одна неделя - 5,58±0,34%, четыре - 14,93±0,94%, восемь - 10,04±74%. В группах с наноструктурированными имплантатами значительный скачек содержания кальция происходил на более поздних временных промежутках и составлял, например, 17,15±1,34% к шестнадцати неделям в группе с использованием имплантатов из титана Grey с МДО обработкой и двумя слоями покрытия и в группах с ВМ Р -2 факторами, что можно объяснить прогрессивным ростом кости над имплантатом в другие временные промежутки, а также равномерным распределением кальция во вновь образованных слоях, что видно и с помощью окраски родамином.

При изучении фосфора в данной зоне нами было показано, что содержание его в группе без имплантатов достоверно превышало уже в первой недели (3,77±0, 01) количество в матриксовой кости (2,38±0,04) и

возрастало до 5,71±0,30% к восьмой недели, и 5,20±1,12% в шестнадцать недель. Аналогичная тенденция, прослеживалась для биокомпозитов. Так,

при применении для желатина, гидроксиаппатита, декстрана содержания фосфора к первой неделе составляло 3,77±0, 01%, а к восьмой - уже

5,71±0,29%. При применении имплантатов из титана Grey в первую неделю его колтчество было достоверно меньше, чем в предыдущих группах

(0,60±0,02), однако в дальнейшем цифры были сопоставимы и достигали к шеснадцати неделям 5,97±0,58%. При использованием имплантатов из титана

Grey с двумя слоями покрытия было показано, что содержание фосфора

292

составлявшее в первую неделю 0,63,±0,01%, возрастало к восьмой (

0,79±0,03) и, особенно, шестнадцатой (3,05±0,04). В группах с ВМР -2

факторами эти цифры были достоверно выше. Так, при применении наноструктурированного титана с МДО обработкой, двумя слоями покрытия и с внедренными ВМР -2 факторами содержание его составляло к первой неделе 0,64±0,03% (3,59±0,04 в матриксовой кости), восьмой - 1,28±0,04%,

шестнадцатой - 6,97±0,04%, что показывает позитивную роль в регенерации морфогенетических белков.

При изучении магния, было видно содержание его в матриксовой кости и в зоне «макриксовая кость - имплантат» достоверно не отличалась во всех группах. В дальнейшем этот рост достоверно наблюдался во всех группах, за исключением биокомпозитов.

И, наконец, крайне важным является изучение микроэлементов во вновь образованной ткани над имплантатом. При использовании наноструктурированных имплантатов из титана Grey, подвергнутого МДО и ПСО обработке без покрытия слоями композита была показана достоверная тенденция к его росту. Так, например, при МДО обработке она составила к восьмой неделе 12,81±1,06% (6,52±44 в матриксовой кости) и 13,36±1,53 к

шестнадцатой неделе экспозиции. Рост содержания кальция был отмечен также при применении наноструктурированного титана с двумя слоями покрытия и составил при МДО обработке к шестнадцати неделям

11,36±1,07%. Но особенно достоверно он показал себя при применении морфогенетических белков. Так, в группе с МДО обработкой, двумя слоями покрытия и с ВМР -2 факторами к шестнадцати неделям он доходил до

21,36±1,31 %.

При изучении фосфора при использовании наноструктурированных имплантатов из титана Grey, подвергнутых МДО и ПСО обработке без покрытия слоями композита было показано, что содержание его к шестнадцати неделям в два раза превышало количество его в матриксовой

кости (3,59±0,04% при применении имплантатов с ВМР -2 факторами через

293

неделю после эксперимента, но особенно высоко было при изучении групп животных, в которых применялось внесение костных морфогенетических белков (8,05±0,48 при применении имплантатов с ВМР -2 факторами).

При исследовании уровня магния видно его достоверная тенденция к росту во всех группах с наноструктурированными имплантатами из титана,

но наибольших величин, превышающие исходные в два раза, можно наблюдать при применении титана Grey, обработанных МДО, ПСО покрытые двумя слоями композита, и с внесением ВМР -2 факторов. Так, например к шестнадцатой неделе при изучении групп, где использовались образцы,

подвергнутые МДО обработке содержание его в группе, где имплантированы образцы титана, покрытые биокомпозитами, составило 0,27±0.03 % (0,29±0,04 в матриксовой кости к этому сроку, 0,26±0.04 на участке «кость -

имплантат), а с добавлением ВМР -2 факторов -0,27±0,03, 0,29±0,02, 0,26±0,02%).

Эти данные, как и указанные выше, свидетельствуют о том, что при длительной экспозиции после операции происходит достоверное выравнивание количества макроэлементов во всех вновь образованных структурах, что особенно хорошо видно в группах применения наноструктурированных имплантатов, сочлененных с биокомпозитами и внедренными в них морфогенетическими белками.

Повсеместное клиническое использование наноструктурированных материалов требует основательного изучения побочных эффектов и возможных рисков (Дудакова Ю.С, 2009, 2010, 2011). Кроме того, возможно накопление отходов, оказывающих токсическое, канцерогенное и мутагенное действие на организм человека в результате производственные циклы в создание новых наноматериалов. И большое внимание в литературе уделялось рассмотрению безопасности наноматериалов и нанотехнологии.

Возникла новая сфера изучения безопасности наноматериалов, названная нанотоксикологией (Donaldson et al., 2006). Активное внедрение

294

наноматериалов в клиническую медицину требует глубокого знания потенциальных рисков и побочных эффектов, сопряженных с использованием этих материалов. Производственные циклы, направленные на создание новых наноматериалов, также могут сопровождаться накоплением отходов, оказывающих токсическое, канцерогенное и мутагенное действие на организм человека. В связи с этим, в специальной литературе последних лет большое внимание уделяется рассмотрению вопросов безопасности наноматериалов и нанотехнологии в медицине и биологии.

Полученные нами экспериментальные данные у крыс при орошении суспензиями, содержащими наночастицы железа с прямым орошением на голове однократно и в течение месяца. Помимо этого, мы наблюдали контрольную группу животных, которая располагалась в двух метрах от основных групп. При этом целью нашего исследования является определение последствий действия наночастиц железа на поверхностные ткани (кожа и волосы). Все животные опытной и контрольной групп сохранили жизнеспособность до конца исследования. За время проведения эксперимента животные не болели, двигательная активность была повышена.

В первой группе мы наблюдали картину множественных скоплений наночастиц железа на поверхности волос после однократного орошения суспензией, содержащей наночастицы железа. Структура волоса не изменена,

наблюдается обычный рисунок распределения формы и количества волосяных чешуек. Морфологически отмечалось значительное (до 80 %

образцов) однородное распределение частиц на поверхности волос. Наиболее интересные данные при этом получены при изучении методом атомно-

силовой микроскопии. При исследованиях зондовой электронная микроскопия для нанобиокомпозитов наблюдается четко характерная форма и размеры скоплений. Распределение частиц в размерах казалось очень узким: для частиц с размерами в интервале 6-20 миллимикронов. Подобная

295

ситуация отслежена в 80 % случаев. При исследовании образцов опытных групп выявлено накопление наночастиц железа во всех образцах, в том числе и тех, которые находились на расстоянии два метра от экспериментальных животных. Достоверных различий в экспериментальных группах не выявлено. Нормальная структура волос не изменена. Таким образом, в

опытных группах при накоплении наночастиц железа отмечено отсутствие изменения нормальной структуры волос. При этом совершенно очевидным является накопление исследуемой субстанции на поверхности волос всех групп испытуемых животных, в том, числе и расположенных на удаленном расстоянии от наночастиц.

Вторым этапом эксперимента явилось введение наночастиц железа растворенных в дистиллированной воде в носовую полость лабораторных животных однократно. Картина уже была совершенно другая 85% животных умерли в течение семи -десяти дней. При вскрытии нами было выявлено скопление наночастиц со слизью в трахее, бронхиолах, альвеолах, что и послужило причиной смерти в результате удушья. Подобные скопления были выявлены нами также в сосудах почек, печени и селезенки, но в меньшем количестве.

В связи с имеющими сведениями, полученными как нами, так и другими авторами, следует отметить, что информация о потенциально опасных эффектах наночастиц на организм человека плохо систематизирована, а имеющиеся данные требуют подтверждения на различных моделях. Поэтому, в данном исследовании мы поставили своей целью изучение целостной системы «макро организм - матриксная кость -

имплантат». Нами были изучены органы-мишени отвечающие за возможное накопление различных элементов и их выведения (почки, печень, легкие), а

также предполагаемые потенциальные мишени при различных повреждающих факторах разнообразной природы, такие как сердце и головной мозг. Исследование последнего особенно важно еще и в связи с

296

тем, что именно в непосредственной близости с ним и располагались биокомпозиты и наноструктурированные имплантаты.

Повсеместное клиническое использование наноструктурированных материалов требует основательного изучения побочных эффектов и возможных рисков. Кроме того, возможно накопление отходов,

оказывающих токсическое, канцерогенное и мутагенное действие на организм человека в результате производственные циклы в создание новых наноматериалов. И большое внимание в литературе уделяется рассмотрению безопасности наноматериалов и нанотехнологии. Возникла новая сфера изучения безопасности наноматериалов, названная нанотоксикологией

(Donaldson et al., 2004). Активное внедрение наноматериалов в клиническую медицину требует глубокого знания потенциальных рисков и побочных эффектов, сопряженных с использованием этих материалов.

Производственные циклы, направленные на создание новых наноматериалов,

также могут сопровождаться накоплением отходов, оказывающих токсическое, канцерогенное и мутагенное действие на организм человека. В

связи с этим, в специальной литературе последних лет большое внимание уделяется рассмотрению вопросов безопасности наноматериалов и нанотехнологии в медицине и биологии. Поступление наночастиц в организм человека возможно ингаляционным, пероральным, перкутанным и парентеральным (в случае введения лекарственных и диагностических агентов, конъюгированных с наночастицами) путями. Контакт человека с наноматериалами может происходить на этапе разработки, производства,

использования и переработки.

Результаты исследований, посвященных вопросу о транслокации вдыхаемых наночастиц из легких в другие органы, носят противоречивый характер. Так, у крыс транслокации из легких в печень, селезенку, сердце и мозг подвергается не более 1% иридиевых наночастиц, имевших диаметр 80

и 15 нм. С другой стороны, у людей не наблюдалось поступления

297

углеродных наночастиц, меченых технецием-99, из легких в другие органы.

Вцелом, имеющиеся на сегодняшний день данные позволяют считать, что легкие представляют собой труднопреодолимый барьер для проникновения наночастиц в организм.

Ранее нами были получены экспериментальным данные у крыс при орошении суспензиями, содержащими наночастицы железа с прямым орошением на голове однократно и в течении месяца. Помимо этого, мы наблюдали контрольную группу животных, которая располагалась в двух метрах от основных групп. При этом целью нашего исследования является определение последствий действия наночастиц железа на поверхностные ткани (кожа и волосы). Все животные опытной и контрольной групп сохранили жизнеспособность до конца исследования. За время проведения эксперимента животные не болели, двигательная активность была повышена.

Впервой группе мы наблюдали картину множественных скоплений наночастиц железа на поверхности волос после однократного орошения суспензией, содержащей наночастицы железа. Структура волоса не изменена,

наблюдается обычный рисунок распределения формы и количества волосяных чешуек. Морфологически отмечалось значительное (до 80 %

образцов) однородное распределение частиц на поверхности волос. Наиболее интересные данные при этом получены при изучении методом атомно-

силовой микроскопии. При исследованиях зондовой электронная микроскопия для нанобиокомпозитов наблюдается четко характерная форма

иразмеры скоплений. Распределение частиц в размерах казалось очень узким: для частиц с размерами в интервале 6-20 миллимикронов. Подобная ситуация отслежена в 80 % случаев. При исследовании образцов опытных групп выявлено накопление наночастиц железа во всех образцах, в том числе

итех, которые находились на расстоянии два метра от экспериментальных.

Достоверных различий в группах не выявлено. Нормальная структура волос не изменена. Таким образом, в опытных группах при накоплении наночастиц

железа отмечено отсутствие изменения нормальной структуры волос. При

298

этом совершенно очевидным является накопление исследуемой субстанции на поверхности волос всех групп испытуемых животных, в том, числе и расположенных на удаленном расстоянии от наночастиц).

В связи с имеющими сведениями, полученными как нами, так и

другими авторами, следует отметить, что информация о потенциально

опасных эффектах наночастиц на организм человека плохо систематизирована, а имеющиеся данные требуют подтверждения на различных моделях. Поэтому, в данном исследовании мы поставили своей целью изучение целостной системы «макро организм - матриксная кость -

имплантат». Исходя из вышесказанного, нами были изучены органы-

мишени отвечающие за функцию возможного накопления различных элементов и их выведения (почки, печень, легкие), а также возможные

потенциальные мишени при всевозможных повреждающих факторов различной природы, такие как сердце и головной мозг. Изучение последнего особенно важно еще и с тем, что именно в непосредственной близости с ним и располагались биокомпозиты и наноструктурированные имплантаты.

При изучении почечной ткани у животных как прооперированных

без имплантатов и биокомпозитов, так с применением имплантатов из наноструктурированного титана Grey с МДО и ПСО обработкой без покрытия, с двумя слоями покрытия и с ВМ Р -2 факторами нами в почках была выявлена однотипная картина. Так, через неделю после операции на макроскопическом уровне изменений выявлено не было. Микроскопически обращал на себя внимание факт умеренно выраженного полнокровия капилляров коркового и мозгового слоев. Помимо этого, в некоторых клетках проксимальных и дистальных канальцев выявлено фрагментарное нарушение строения плазмолеммы. Как в дистальных канальцах, так и в собирательных трубках наблюдались клетки с участками с деструкцией клеток. Эндотелиальные клетки капилляров клубочков уплощены, а число

цитоплазматических ямок, располагавшихся ближе к просветной поверхности плазмолеммы, здесь же возрастало число цитоплазматических отростков и инвагинаций плазмолеммы. Базальные мембраны тонкие, с

просветлениями в отдельных участках.

Через две недели видно полнокровие коркового слоя. Наблюдалось увеличение содержания органелл во всех структурных элементах почки.

Практически исчезали митохондрии с вакуолями. Через четыре недели периода реституции строение почек приближалась нормальной картине.

Однако при сроках экспозиции двенадцать недель и неизмененной макроскопической картине, на электронно-микроскопическом уровне мы выявляли остаточные изменения, развившиеся после операционной гипоксии и заключавшиеся в виде очаговых, незначительные склеротические изменения. Помимо этого, выявлено начало атрофии незначительного числа клубочком, что также может быть последствием ишемии ткани во время операционного периода. Фрагментов биоимплантов в тканях обнаружено не было. В тканях всех групп животных было обнаружено увеличение содержания кислорода, имеющих одинаковую тенденцию. Так, например,

при применении имплантата с биокомпозом из наноструктурированного титана Grey с пескоструйной обработкой с двумя слоями покрытия через неделю после операции его содержание составляло 18,77±0,61%, тогда как через шестнадцать недель достоверно повышалось до 27,30±0,67%.

Происходило также увеличение содержания магния и фосфора, что свидетельствовало в пользу послеоперационного восстановления органов.

Накопления калия, что могло быть косвенным признаком накопления гидроксиаппатита не обнаружено.

При анализе морфологического состояния печени нами выявлено, что через неделю микроскопически были выявлены циркуляторные изменения в виде полнокровия сосудов микроциркуляторного русла, которые к двум неделям сменялись ишемией. Часть эритроцитов с признаками гемолиза. В

периваскулярном пространстве наблюдался отек. Здесь же выявлены

300