Замещение дефектов костей черепа с использованием материалов с памятью формы

 

ЛАБОРАТОРИЯ МЕДИЦИНСКИХ СПЛАВОВ И ИМПЛАНТАТОВ 
С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ  
Сибирского физико-технического института 
Томского государственного университета 
НИИ МЕДИЦИНСКИХ ПРОБЛЕМ СЕВЕРА ФИЦ КНЦ СО РАН 
 
 

 
 
 
  
 
 

ЗАМЕЩЕНИЕ ДЕФЕКТОВ  

КОСТЕЙ ЧЕРЕПА  

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕРИАЛОВ  

С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ 
 
 
 
Учебно-методическое пособие 

 

 

 

 

 

 
Томск 
Издательство ТГУ 
2020 

УДК 617-089.844 (075.83) 
ББК 34.2:5 
        З26 
Авторы: 
А.А. Радкевич, Е.С. Марченко, Э.В. Каспаров, В.Э. Гюнтер,  
А.С. Пуликов, Р.Х. Мамедов, И.В. Синюк, Ю.Ф. Ясенчук,  
Г.М. Стынкэ, О.В. Кокорев, О.В. Перетятько  
 
Замещение дефектов костей черепа с использованием 
З26 
материалов с памятью формы : учебно-методическое  
 
пособие.  Томск : Издательство ТГУ, 2020. – 42 с. 
 
ISBN 978-5-94621-929-7 
 

В пособии представлена технология устранения дефектов костей свода 

черепа с использованием сверхэластичных сетчатых тонкопрофильных и 
пластинчатых пористых имплантатов на основе никелида титана в комбинации с 
остеогенной тканью или без таковой. Применение новой технологии позволяет 
восстанавливать анатомо-функциональные возможности мозгового черепа, 
успешно проводить реабилитационные мероприятия у больных данной 
категории. 
Описанные 
морфологические 
особенности 
репаративной 

регенерации в дефектах после замещения тонкопрофильными имплантатами, 
имеющими сетчатую структуру, убедительно доказывают формирование в зоне 
бывших изъянов органотипичного регенерата, чему способствуют уникальные 
свойства применяемых материалов. 

Для 
челюстно-лицевых, 
черепно-лицевых 
хирургов, 
нейрохирургов, 

слушателей курсов постдипломного повышения квалификации, студентов 
медицинских вузов. 
 
УДК 617-089.844 (075.83) 
ББК 34.2:5 

 
Рецензент 

Г.Ц. Дамбаев, доктор медицинских наук, профессор,  

член-корреспондент РАН, заслуженный деятель науки РФ, 

заведующий кафедрой госпитальной хирургии СибГМУ 

с курсом сердечно-сосудистой хирургии 
 

ОДОБРЕНО И РЕКОМЕНДОВАНО к печати  научным советом Института 
медицинских проблем Севера ФИЦ КНЦ СО РАН, Лабораторией медицинских 
сплавов и имплантатов с памятью формы Сибирского физико-технического 
института Томского государственного университета 
 
 
© Радкевич А.А., Марченко Е.С., Каспаров Э.В., Гюнтер В.Э., 
Пуликов А.С., Мамедов Р.Х., Синюк И.В., Ясенчук Ю.Ф., 
Стынкэ Г.М., Кокорев О.В., Перетятько О.В., 2020 

ISBN 978-5-94621-929-7     © Томский государственный университет, 2020 

Проблема выбора имплантационного материала 

3 

 

Проблема выбора имплантационного материала  

для замещения дефектов костей черепа 

 

Дефекты костей свода черепа могут возникать в результате 

травматических воздействий, воспалительных явлений, декомпрессивных нейрохирургических операций, оперативных вмешательств 
по поводу опухолевых и опухолеподобных поражений мозговых 
костей или головного мозга, сосудистой патологии полости черепа, 
эпилептических поражений, а также иметь врожденный генез. У 
больных с дефектами костей черепа возникает пролабирование и 
пульсация мозгового вещества в дефект, деформация мозга, нарушается гемодинамика и ликвороциркуляция, расстраивается корковая нейродинамика, что сопровождается атрофией и эпилептическими припадками. В некоторых случаях могут возникать клинические проявления так называемого синдрома «трепанированного черепа», чему способствует оболочечно-мозговой рубец, включающими локальные или диффузные головные боли, различные нервнопсихические расстройства, неврологическую симптоматику в виде 
общемозговых симптомов, пирамидных, экстрапирамидных, чувствительных, двигательных и речевых нарушений. Кроме того, дефекты причиняют косметические неудобства и создают опасность 
повреждения незащищенной части мозга. 

Как показали многочисленные клинические наблюдения и экспе
риментальные исследования, костные дефекты (особенно кортикальных слоев) самостоятельно не восстанавливаются. Образование на их 
месте структуры, гистологически и функционально напоминающей 
костную ткань, возможно лишь после пластического замещения. Основными критериями успешности выполнения костно-пластических 
операций являются не только возобновление утраченной формы пораженных костей, но и восстановление функциональных возможностей органа за счет получения в костной ране органотипичного регенерата. Замещающий материал в этих целях должен создавать 
наибольшие благоприятные условия в зоне бывшего дефекта для развития новой костной ткани после вмешательства.  

Замещение дефектов костей черепа с использованием материалов с памятью формы 

4 

Для восстановления костных структур костей мозгового черепа в настоящее время широкое распространение получили реберные, подвздошные, расщепленные аутотрансплантаты костей свода черепа, титановые, корундовые имплантаты (монолитная 
алюмооксидная керамика), углерод-углеродный композиционный 
материал, полиметилметакрилаты, гидро-ксилапатиты и другие 
материалы, не проявляющие эффекта запаздывания. Как известно, 
данные материалы не являются биосовместимыми и после помещения в тканевые дефекты резорбируются или ведут себя подобно 
инородным телам, что, несомненно, отрицательно сказывается на 
успехе операции. 

Костным аутотрансплантатам для нормальной жизнедеятель
ности, непосредственно после пересадки, нужны кислород, питательные вещества, в отличие от хрящевых, костные клетки не могут 
получить их диффузным путем. Нормальная жизнедеятельность 
аутокостной ткани в костных дефектах возможна лишь после восстановления сосудистой сети между трансплантатом и реципиентной зоной, что требует определенных временных затрат, в течение 
которых происходит гибель клеточных элементов трансплантата. 
Использование для костной пластики фрагментированных расщепленных трансплантатов позволило повысить эффективность данной 
категории операций, что связано с лучшими условиями и большей 
скоростью прорастания сосудов между частицами пересаженного 
материала. Однако, несмотря на это, подобные вмешательства сопровождаются гибелью остеоцитов в трансплантате, что вызывает 
явления остеоцитарного остеолизиса и остеокластической резорбции, ведущие к уменьшению объема пересаженного трансплантата 
и формированию на основе оставшейся части регенерата по типу 
энхондральной оссификации. Последняя характеризуется образованием на месте разрушенных тканевых элементов трансплантата волокнистого или гиалинового хряща с последующей гибелью хондроцитов, обусловленной врастанием сосудов со стороны реципиентной зоны в толщу формирующегося регенерата. Одновременно с 
этим с краев костного дефекта за счет перицитов и остеогенных 

Проблема выбора имплантационного материала 

5 

 

клеток костного ложа происходит образование остеобластической 
ткани, которая, в свою очередь, постепенно замещает деструированную хрящевую ткань новообразованной костной. Эти процессы 
требуют времени и значительных затрат энергетических ресурсов, в 
результате – уменьшение объема регенерата. Данное явление приемлемо к идеальным условиям, в которых протекают регенеративные процессы. Наличие гнойной инфекции, недостаточность кровоснабжения окружающих трансплантат тканей ведут к образованию 
в зоне дефекта тканей, далеких от органотипичных, причем их 
структура напрямую зависит от степени воздействия данных факторов на область оперативного вмешательства. В зонах плохого кровоснабжения, а, следовательно, и низкого парциального давления 
кислорода, преобладает образование соединительной (фиброзной) и 
хрящевой (а не костной) тканей. 

Что касается применения вышеперечисленных имплантацион
ных материалов, то отсутствие их биомеханической и биохимической совместимости с тканями организма ведет к их отторжению, 
либо в лучшем случае образованию грубоволокнистых соединительных тканей в зоне имплантации, по свойствам, далеким от 
свойств компактной и губчатой костной ткани. Данное обстоятельство обусловлено, с одной стороны, отсутствием гистерезисного (вязкоупругого) поведения указанных имплантатов в условиях знакопеременной деформации, т.е. во время нагрузки и разгрузки в результате функционирования организма, а с другой – отсутствием совместимой поверхности, обеспечивающей высокую интеграцию тканевых структур. 

В НИИ медицинских материалов и имплантатов с памятью 

формы (г. Томск) разработаны конструкции и имплантационные 
материалы на основе никелида титана, получившие в настоящее 
время широкое применение во многих отраслях медицины (рис. 1). 
В силу биосовместимости, в частности сверхэластичному гистерезисному поведению в условиях знакопеременной деформации 
(рис. 2), такие имплантаты после помещения в тканевые дефекты не 
отторгаются, гармонично взаимодействуют с реципиентными тка

Замещение дефектов костей черепа с использованием материалов с памятью формы 

6 

нями за счет прорастания сквозь сетчатую и пористую структуры 
биологических тканей образуя единый с имплантационным материалом органотипичный регенерат (рис. 3). 

 

 
 

Рис. 1. Материалы и 
имплантаты на основе 
никелида титана, применяемые в различных 
отраслях медицины 

 

 

 
Рис. 2. Эластичное гистерезисное поведение тканей (1 – волос, 2 – кость, 
3 – коллаген) и сплава на основе никелида титана (4 – сплав никелида  
титана) в условиях изменения функций состояния системы  
(напряжения и деформации) () 

Проблема выбора имплантационного материала 

7 

 

   
    

 

 
 
 

      
      
 
 
Рис. 3. Примеры взаимодействия  
никелида титана: a – пластинчатого пористого с фасциальными тканями; b, c  – 
тонкопрофильного сетчатого с соединительными тканями; d, e – нитевидного 
сверхэластичного с соединительными 
тканями; f – мелкогранулированного пористого с соединительными тканями;  
g – мелкогранулированного пористого  
с костными тканями 

 

g

f
e

d
c

b
a

Замещение дефектов костей черепа с использованием материалов с памятью формы 

8 

Методы морфологических  
и статистических исследований 
 

В целях повышения эффективности костно-реконструк-тивных 

операций на костях мозгового черепа использовали метод замещения дефектов сверхэластичным тонкопрофильным вязаным никелидом титана, имеющим сетчатую структуру, изготовленный из 
нити 40–90 мкм путем одинарного или двойного плетения (рис. 4).  
 

 
 

 
 
 

Рис. 4. Вязаный 40 мкм сетчатый никелид титана: a – общий вид;  

b – структура, изготовленная путем одинарного плетения; c – структура,  

изготовленная путем двойного плетения 

 
Гистогенез репаративных процессов изучали на 69 беспород
ных кроликах обоего пола в возрасте 1–1,5 лет, которым после 
рассечения кожно-подкожно-мышечно-надкостничного слоя в те
a

b
c

Методы морфологических и статистических исследований 

9 

 

менной области вдоль срединно-сагиттальной плоскости и мобилизации указанных тканей в нижнелатеральном направлении образовывали по 2 костных дефекта в правой и левой височнотеменной областях во всю толщу костной ткани размером 
15,0×15,0 мм с сохранением твердой мозговой оболочки. Последние замещали вышеуказанным материалом, изготовленным из нити различной толщины (40, 60 и 90 мкм) путем его помещения без 
натяжения между надкостницей и твердой мозговой оболочкой с 
наружным перекрытием на 3–5 мм в 1, 2, и 4 слоя с фиксацией с 
каждого края изъяна мини-фиксаторами из никелида титана с памятью формы в виде разомкнутого кольца, имеющими размеры в 
разомкнутом состоянии: основная длина – 6,3 мм, ножки – 3,5 мм, 
изготовленными из проволоки диаметром 0,8 мм. Рану ушивали 
наглухо. В каждом варианте выполнено 3 серии опытов (всего 135 
с учетом кратности забора материала для гистологических исследований). Контролем служили 3 аналогично образованных изъяна, 
оставленные без замещения. 

Для изучения морфогенеза вновь образованной ткани забор 

материала проводили на 7, 14, 21, 28 и 35-е сутки после имплантации. С этой целью повторно рассекали ткани в проекции дефекта, 
удаляли имплантационный материал вместе с вновь образованной 
тканью, которые подвергали гистологическим исследованиям. 
Тканевый материал размером 5,0×5,0 мм непосредственно после 
извлечения фиксировали в 10 % забуференном растворе формалина по Лилли. Если при визуальном и инструментальном осмотре 
предполагали костную ткань, то ее декальцинировали в 8 или 15 % 
растворе азотной кислоты (в зависимости от зрелости). Срезы выполняли в верхне-нижнем направлении на всю глубину извлеченного материала из разных уровней (5 и 10 мм от костного края 
изъяна), выделяя, таким образом, 2 зоны – околодефектную и центральную. Материал подвергали стандартной гистологической 
проводке с заливкой в парафин. Для количественно-морфологического исследования использовали обзорные парафиновые срезы толщиной 5–6 мкм, окрашенные гематоксилином и эозином, 

Замещение дефектов костей черепа с использованием материалов с памятью формы 

10 

более детализированную картину гистогенеза получали после селективной окраски препаратов по Маллори, Маллори-Гейденгайну 
и Шморлю. 
Гистологические срезы оценивали с помощью светового микроскопа «OlympusCX 41» (Япония) при основном рабочем увеличении ×400. Морфометрические измерения выполняли с помощью 
окуляра-микрометра, оттестированного по объект-микрометру. 
Методом случайной выборки в каждом препарате проводили измерение всех исследуемых параметров 100 раз. Расчет клеточных 
элементов на единицу площади ткани вычисляли с использованием стереометрической сетки Г.Г. Автандилова путем регистрации 
количества точек, совпавших с конкретными клеточными структурами и оценивали их удельный объем в общей конструкции ткани. 
Статистическая обработка полученных данных проводилась с 
использованием программного продукта «Statisticafor-Windows» 
версия 6.0 (StatSoftInc., США). Результаты количественных показателей были представлены медианой (Ме) и интерквартильным 
размахом (Q1-Q3). Достоверность различий количественных признаков анализировали с использованием критерия Н-критерия 
Крускала-Уоллиса при межгрупповом анализе. Статистически 
значимыми считали отличия при р < 0,05.