Лазерное изготовление аутоимплантатов заданной формы из реберного хряща успешно апробировано в клинике в операциях по лечению стеноза гортани, но для широкого применения метода необходимо изучение влияния часто встречающихся структурных особенностей реберного хряща пациентов, таких как кальцинация и возрастные изменения, на процесс изменения формы. Понимание взаимосвязи строения и состава ткани с ее способностью сохранять новую форму позволит лучше прогнозировать стабильность лечебного лазерного эффекта.
В совместной работе лаборатории биофотники ИФТ и лаборатории рефлектометрии и малоуглового рассеяния ИК были изучены реберные хрящи человека от доноров со средним возрастом 65±7 лет. Образцы тканей, взятые у доноров, сравнивались со здоровой тканью животных и человека. Было показано, что возрастные реберные хрящи характеризуются большой степенью гетерогенности структуры (рис.1). Наблюдаемые в донорском хряще плотные включения представляют собой аморфный материал с максимумом коэффициента затухания рентгеновского излучения с энергией 17,5 кэВ, составляющим около 0,95 мм-1, что превышает аналогичное значения для костной ткани на 0,2 мм-1. В то же время матрикс донорских хрящей, не содержащий плотных включений, не отличается по данному параметру от здорового хряща, коэффициент затухания для которого составляет 0,11 мм-1.
Рис. 1. Рентгеновская микротомография здоровой хрящевой ткани (слева), костной ткани ребра животного (в центре) и реберного хряща человека с признаками возрастных изменений и окостенения (справа).
Сравнительный анализ состава методом рентгеновской флуоресценции показал, что в тканях с признаками возрастных изменений наблюдается аномально низкое содержание серы, что указывает на деструкцию протеогликанов хрящевого матрикса – структурных элементов, отвечающих за поддержание достаточной упругости ткани и ионного баланса (рис.2). Данный тип деградации характерен для различных типов хрящевых тканей и приводит, в частности, к таким патологиям, как остеоартрит сустава. Деградация реберного хряща снижает качество донорского материала, делая его в ряде случаев непригодным для имплантации.
Рис. 2. Анализ состава здорового хряща животного, костной ткани ребра животного и донорского хряща человека с признаками возрастных изменений.
С помощью методов анализа оптического пропускания, ИК радиометрии и спекл-интерферометрии было показано, что реберные хрящи с признаками возрастных изменений как минимум в 2 раза более прозрачны для излучения ИК диапазона и медленнее нагреваются при действии ИК лазера с длиной волны 1,56 мкм. Данный результат указывает на необходимость корректировки разработанных ранее режимов лазерного изменения формы реберных хрящей применительно к тканям с возрастными изменениями.
Продемонстрирована принципиальная возможность менять форму имплантатов из реберного хряща, содержащего признаки возрастных изменений и пониженный процент протеогликанов, при повышении мощности ИК лазерного воздействия. При этом должна быть возможность предварительно отделить хрящевую ткань от плотных кальцинированных включений. Сформулированы рекомендации по лазерному изменению формы аутоимплантатов для пациентов с возрастной патологией реберного хряща.
Публикация:
Y.M. Alexandrovskaya, O.I. Baum, A.V. Yuzhakov, V.M. Svistushkin, A.V. Buzmakov, Y.S. Krivonosov, B.S. Roshchin, D.A. Zolotov. Infrared Laser Effect on Healthy and Ossified Costal Cartilage: The Development of Stable Load-Bearing Autoimplants. // Lasers in Surgery and Medicine, 2021, V. 53, Issue 2, P. 275-283. DOI: 10.1002/lsm.23266.