Morphofunctional remodeling of maxillary sinus tissues during subantral augmentation with bone graft materials (part 1)

Full Text

Введение

Субантральная аугментация (внутренний синус-лифтинг) является одним из ключевых методов для восстановления костного объема в области верхней челюсти, особенно при атрофии альвеолярного гребня, обусловленной потерей зубов или возрастными изменениями [1; 2]. Этот метод, впервые описанный Tatum в 1976 г. и модифицированный Caldwell-Luc, позволяет реализовать установку дентальных имплантатов даже в условиях дефицита костной ткани, значительно улучшая функционал и эстетику зубных протезов [3; 4]. Однако процедура не лишена рисков: введение костнопластических материалов может провоцировать разнообразные тканевые реакции, включая острое и хроническое воспаление, фиброз, некроз и проблемы с ремоделированием кости, что приводит к таким осложнениям, как перфорация Шнейдеровой мембраны или синусит [5; 6]. Шнейдерова мембрана (Schneiderian membrane) – тонкая слизистая оболочка верхнечелюстного синуса – играет центральную роль в этих процессах, представляя собой эпителий и собственную пластинку с богатой васкуляризацией и железистыми структурами, она регулирует секрецию, иммунный ответ и барьерную функцию, предотвращая инфекционные осложнения [7]. Исследования показывают, что при аугментации мембрана подвергается механическому стрессу и воспалительной реактивности, что может вызвать метаплазию эпителия или склероз в ответ на чужеродные материалы [8; 9]. Костнопластические материалы, в свою очередь, должны обладать остеоиндуктивными и биорезорбируемыми свойствами, чтобы минимизировать риск отторжения и способствовать интеграции [10; 11]. Несмотря на широкое применение и множество исследований, механизмы взаимодействия костнопластических материалов с тканями верхнечелюстного синуса остаются недостаточно изученными. Имеются положительные результаты исследований эффективности пористого титана в качестве костнозамещающего средства для субантральной аугментации [12–14], но дальнейшего широкого клинического использования данная методика не получила [15; 16]. Материалы на основе гидроксиапатита или трикальцийфосфата часто демонстрируют благоприятные результаты, но их влияние на слизистую и кость может варьироваться в зависимости от состава и сроков наблюдения [17; 18]. Отсутствие достоверных данных по биомеханическим аспектам и долгосрочным эффектам осложняет выбор оптимальных протоколов материала на основе b-трикальцийфосфата, что позволит углубить понимание механизмов заживления, биорезорбции и остеоинтеграции, а также оптимизировать клинические протоколы для снижения осложнений и улучшения исходов имплантологии.

Цель исследования – анализ морфологических и функциональных трансформаций слизистой оболочки и костных структур верхнечелюстного синуса в процессе субантральной аугментации с применением b-трикальцийфосфата.

Материалы и методы исследования

Эксперимент выполнен на 14 взрослых овцах Северо-Кавказской горной породы, распределенных на опытную и контрольную группы (по семь особей в каждой), у всех животных, содержащихся в стандартных условиях с привычным питанием, выполнялась субантральная аугментация открытым способом по авторской методике (патент RU 2729651).

Суть метода: после общей анестезии путем внутримышечного введения 2%-ного раствора ксилазина гидрохлорида и 2%-ного раствора кетамина гидрохлорида (в дозе 0,15 мл на кг массы тела) осуществлялась инфильтрационная анестезия в области вмешательства с использованием 2%-ного раствора лидокаина с адреналином в соотношении 1:100 000. Доступ к месту операции обеспечивал послойный разрез кожи и фасции щёчной мускулатуры для достижения передней поверхности верхнечелюстного синуса, после чего извлекался фрагмент кортикального костного слоя размерами 2–3 см (рис. 1, а, б).

 

Рис. 1. Создание доступа к месту операции: а – разрез кожного покрова и мышечной фасции; б – экстракция участка кортикальной кости на передней стенке верхнечелюстного синуса

 

Извлеченный аутотрансплантат отделялся от слизистой оболочки синуса (рис. 2, а, б). В опытной группе на слизистую накладывались гранулы b-трикальцийфосфата (рис. 2, в), а в контрольной группе дефект формировался под кровяным сгустком. Аутотрансплантат помещался назад, сверху фиксировалась нерассасываемая мембрана «Экофлон» (производитель Magna, США) (рис. 2, г). Рана закрывалась поэтапно и дезинфицировалась антисептиками, после чего проводилось рентгенологическое обследование (рис. 2, д, е).

 

Рис. 2. Этапы хирургического вмешательства: а – подготовленный аутотрансплантат; б – отделение аутотрансплантата от слизистой, в – размещение гранул материала для костной пластики на слизистой, г – фиксация аутотрансплантата нерассасываемой мембраной, д – ушивание разреза, е – рентгеновский снимок после операции

 

Спустя 1, 2 и 3 месяца после операции проводились повторные биопсии под общей анестезией. В зоне вмешательства извлекались костные участки совместно со слизистой верхнечелюстного синуса для дальнейшего морфологического изучения. Из полученных биоптатов слизистой и костной ткани готовили гистологические препараты путем фиксации в 10%-ном нейтральном формалине, декальцинации (для костных образцов), парафиновой заливки и окраски гематоксилином и эозином и по Маллори. Микроскопия проводилась на цифровом микроскопе со встроенным фотоаппаратом Olympus BX45 при окулярах 4–40 с увеличением 100–400 раз. Оценка включала качественный анализ изменений эпителия, собственной пластинки Шнейдеровой мембраны, костной пластинки и периоста. Все морфофункциональные исследования выполнены в научно-диагностическом ветеринарном центре при Ставропольском государственном аграрном университете (заведующий – профессор О.В. Дилекова).

Статистическая обработка данных не проводилась в связи с описательным характером исследования.

Результаты и их обсуждение

Через месяц после проведенного оперативного вмешательства в верхнечелюстной пазухе контрольной группы визуализируется Шнейдерова мембрана в форме эпителиальной выстилки из однослойного многорядного эпителия, где хорошо просматриваются реснитчатые эпителиоциты, между которыми локализованы бокаловидные клетки (вытянутой и/или округлой формы), содержащие базофильный секрет, имеющий разную степень окраски, что, по-видимому, отражает различную степень секреторного цикла в клетке. В базальной мембране просматривается активное прорастание грубых неструктурированных пучков коллагеновых волокон из основной пластинки в противоположную от эпителия сторону (рис. 3, а). Соотношение реснитчатых и бокаловидных клеток эпителия в контрольной и опытной группах составляет 1:2 и 1:3 соответственно. В опытной группе бокаловидные клетки имеют вытянутую форму (рис. 3, б), коллагеновые волокна собственной пластинки упорядочены и расположены вдоль эпителиального слоя.

 

Рис. 3. Микропрепараты контрольной и опытной группы через месяц после операции: а – контрольная группа (1 – эпителий, 2 – прорастание грубых неструктурированных пучков коллагеновых волокон из основной пластинки в противоположную сторону от эпителия); б – опытная группа (1 – бокаловидные клетки вытянутой формы, 2 – коллагеновые волокна собственной пластинки). Окраска по Маллори. Ок. 10. Об. 40

 

Через 2 месяца после оперативного вмешательства в контрольной и основной группах соотношение реснитчатых и бокаловидных клеток в эпителии составляет 1:1 и 1:2 соответственно. Основная пластинка в контрольной группе имеет тонкую структуру и представлена сетью извитых коллагеновых волокон, переходящих в плотные пучки. Она включает группы белковых секреторных концов альвеолярных желез и множество кровеносных микрососудов между скоплениями коллагеновых волокон, частично организованных в неоформленный или плетеный типы (рис. 4, а).

 

Рис. 4. Микропрепараты контрольной и опытной группы через два месяца после операции: а – контрольная группа (1 – эпителий, 2 – собственная пластинка мембраны Шнейдера); б – опытная группа (1 – метаплазия эпителия в многослойный, 2 – фиброз коллагеновых волокон собственной пластинки). Окраска по Маллори. Ок. 10. Об. 40

 

В опытной группе к данному сроку наблюдения на участке повреждения слизистый эпителий представляет собой однородную некротическую субстанцию, по краям дефекта эпителий претерпевает трансформацию в многослойный тип. Бокаловидные клетки становятся округлыми, отсоединяются от базальной мембраны и перемещаются в поверхностные слои эпителия. Базальная мембрана под эпителием отсутствует. Наблюдается прорастание грубых неструктурированных пучков коллагеновых волокон из основной пластинки в сторону эпителия (рис. 4, б). В основной пластинке коллагеновые волокна с проявлениями фиброзных изменений формируют массивные соединительнотканные образования, ориентированные в различных направлениях. Волокна активно разрастаются вокруг кровеносных сосудов и даже в некоторых случаях врастают в их стенку, что является достоверным признаком начинающегося процесса склероза мембраны верхнечелюстной пазухи.

Через 2 месяца после операции в контрольной группе костная пластинка верхнечелюстной пазухи частично по периферии области раневого дефекта представлена отторгнутыми от костного вещества конгломератами из некротизированных трабекул, вокруг которых наблюдаются многочисленные картины кровоизлияний. Гемопоэтическая рыхлая волокнистая соединительная ткань в зоне дефекта также в состоянии тотального лизиса (рис. 5, а).

 

Рис. 5. Микропрепараты контрольной и опытной групп через два месяца после операции: а – контрольная группа (1 – тотальный некроз кортикальной пластинки верхнечелюстной кости); б – опытная группа (1 – мощная эрозивная лакуна с многочисленными узурами). Окраска гематоксилином и эозином. Ок. 10. Об. 10

 

В опытной группе компактное костное вещество представлено коротким, широкими неровными трабекулами. Остеоны крупные, имеют косое направление. Многочисленные остеоны разрушены и сливаются между собой, образуя широкие бассейны эрозивных лакун. Края лакун неровные с невыраженными узурами. Внутри эрозивных лакун красный костный мозг в состоянии дезорганизации и серозного отека. Сосуды микроциркуляторного русла костного мозга в состоянии стаза с признаками обтурационных тромбов вплоть до тотального некроза с образованием клеточно-тканевого детрита из красного костного мозга (рис. 5, б).

Матрикс трабекул имеет неравномерное окрашивание от оксифильного (оранжевого) в большинстве полей зрения до базофильного (голубого в единичных полях зрения, что является признаком выщелачивания кальция из трабекул и проявлением волокнистого состава кости из коллагена I типа. Костные лакуны матрикса кости широкие овальные, в некоторых визуализируются остеоциты. Цементирующие линии отсутствуют. Имеются единичные места в кости, где наблюдаются процессы откалывания костного вещества и клеточного детрита (рис. 6, а).

 

Рис. 6. Микропрепараты опытной группы через два месяца после операции: а – костная трабекула в микропрепарате опытной группы с фрагментами отторжения костного материала (1). Окраска по Маллори. Ок. 10. Об. 20; б – рамолиционные кисты (1) в микропрепарате опытной группы через 2 месяца, заполненные частичками b-трикальцийфосфата (2). Окраска гематоксилином и эозином. Ок. 10. Об. 4

 

В периосте отмечаются две зоны повреждения – первая это непосредственно зона раневого дефекта, вторая – зона инокуляции исследуемого костнопластического материала. В зоне раневого дефекта периост значительно утолщен, находится в состоянии активного пролиферативного воспаления, что характеризуется мощным разрастанием соединительной ткани в виде завихрений и узлов из пучков коллагеновых волокон вокруг некротизированных тканей, что образует структуру толстостенной капсулы и, по-нашему мнению, является проявлением инкапсуляции и организации очага альтерации. При этом коллагеновые волокна имеют параллельную организацию в одном направлении с фиброзом волокон. В некоторых соединительнотканных коллагеновых узлах отмечается активная васкуляризация за счет сосудов микроциркуляторного русла в состоянии гиперемии, стаза и небольших кровоизлияний.

В области введения костнопластического материала периост и часть костной пластинки состоят из волокнистой ткани на основе коллагеновых волокон, расположенных в разных направлениях. Среди волокон выявляются преимущественно крупные полостные структуры или образования неправильной формы с небольшими включениями пористой губчатой текстуры. Эти образования, на наш взгляд, представляют собой рамолиционные кисты, оболочка которых сформирована коллагеновыми волокнами и фиброцитами периоста и фиброцитов, то есть из тканей периоста. Небольшие пористо-пенистые структуры – это костнопластический материал (рис. 6, б).

Через 3 месяца после оперативного вмешательства вышеописанные кисты в контрольной группе имеют разные размеры и разную толщину стенки, некоторые сливаются между собой. В некоторых отмечается сильное утолщение стенки за счет пролиферации зрелой соединительной ткани, вплоть до состояния щелевидного просвета или полной обтурации. В таких организованных структурах, в их сердцевине регистрируется наличие новообразованных фрагментов ретикулофиброзной костной ткани и образование из волокон соединительной ткани и мезенхимных клеток скелетогенных островков (рис. 7, а).

 

Риc. 7. Микропрепараты контрольной и опытной групп через три месяца после операции: а – контрольная группа (1 – сформированный скелетогенный островок, I стадия прямого остеогенеза, 2 – ретикулофиброзная костная ткань, IV стадия прямого остеогенеза); б – опытная группа (1 – очаг кровоизлияния, 2 – ремолиционные кисты, 3 – фрагмент регенерата ретикулофиброзной костной ткани). Окраска гематоксилином и эозином. Ок. 10. Об. 40

 

Между кистами в организованных структурах с ретикулофиброзной костной тканью визуализируется сеть из новообразованных сосудов микроциркуляторного русла, образованных почкованием ангиобластов.

К данному сроку наблюдения в опытной группе, помимо упомянутых изменений, возле кист с видимым введенным костнопластическим материалом, между коллагеновыми волокнами фиксируются множественные округлые полости различных размеров. Между «пустотами» расположена развитая сеть капилляров. По-нашему мнению, это является свидетельством биорезорбции гранул b-трикальцийфосфата, которые в дальнейшем приводят к слиянию кист и «заселению» их соединительной тканью. Повсеместно, кроме процессов гистогенеза ретикулофиброзной костной ткани, регистрируются процессы нарушения реологических свойств крови. Визуализируются многочисленные диапедезные и обширные кровоизлияния, стазы, гиперемии и тромбозы кровеносных сосудов. Единичными элементами в зонах расположения сети кровеносных сосудов и фрагментов ретикулофиброзной костной ткани визуализируется наличие сформированных или формирующихся остеокластов (рис. 7, б).

Таким образом, на верхней челюсти при проведении субантральной аугментации с использованием костнопластических материалов, наряду с процессами альтерации и выраженной сосудистой реакции, наблюдаются биорезорбция и остеоинтеграция, имеющие более выраженный характер, чем в контрольной группе, где заживление дефекта происходило под кровяным сгустком.

Полученные результаты демонстрируют ранее уже обнаруженную [19] двухфазную реакцию тканей верхнечелюстного синуса на субантральную аугментацию с использованием биорезорбируемого композитного материала на основе b-трикальцийфосфата: первоначальный острый некроз и воспаление (до 7 дней), сменяющиеся репаративными процессами (от 30 дней и позднее). Установленные в ходе эксперимента закономерности согласуются с общепринятыми концепциями острой фазы (воспаление и деструкция) и хронической фазы (ремоделирование и интеграция) в костной регенерации [20]. Такое умозаключение подтверждается тем, что введение костнопластического материала сначала вызывает асептическое воспаление, обусловленное механическим стрессом и биохимическими факторами, включая высвобождение цитокинов (IL-1b, TNF-α), что ускоряет очистку зоны оперативного вмешательства и привлекает остеобласты [21].

Метаплазия эпителия Шнейдеровой мембраны в многослойный плоский тип, сопровождающаяся фиброзом собственной пластинки и склерозом сосудов, указывает на адаптивные изменения, аналогичные тем, что наблюдаются при хроническом синусите [22]. Эти изменения, вероятно, служат защитным механизмом против повторяющихся раздражителей, таких как частицы костнопластического материала или микрокровоизлияния, и могут способствовать гиперплазии эпителия, снижая риск перфораций [23]. Однако в наших наблюдениях метаплазия оказалась умеренной и не приводила к тяжелым осложнениям, что отличается от случаев с небиорезорбируемыми материалами, где фиброз может стать непреодолимым барьером для остеогенеза [24].

Некроз костных структур и образование эрозивных лакун отражают остеорезорбцию, типичную для начальных стадий ремоделирования кости [25]. Этот процесс, опосредованный остеокластами, необходим для создания пространства для новой костной ткани, но в контексте синус-лифтинга он может быть более выраженным [26; 27]. Напротив, наблюдаемая биорезорбция b-трикальцийфосфата и формирование ретикулофиброзной костной ткани свидетельствуют о его остеоиндуктивных свойствах [28; 29]. Композит на основе b-трикальцийфосфата, благодаря пористой структуре и высвобождению ионов кальция/фосфора, стимулирует миграцию мезенхимальных стволовых клеток и ангиогенез, что способствует остеоинтеграции имплантатов [30; 31]. Это делает его предпочтительным по сравнению с гидроксиапатитом кальция, где резорбция происходит медленнее, увеличивая риск хронического воспаления [32; 33]. Результаты исследования подчеркивают, что биорезорбируемый b-трикальцийфосфат снижает риск долгосрочных осложнений, таких как антральный гранулематоз или потеря имплантатов, и может быть рекомендован для субантральной аугментации у пациентов с атрофией альвеолярного гребня.

Выводы

Проведенное исследование демонстрирует, что субантральная аугментация с использованием биорезорбируемого композитного материала на основе b-трикальцийфосфата вызывает комплексную тканевую реакцию, включающую первоначальный некроз и воспаление слизистой оболочки и костной ткани, с последующей биорезорбцией и остеоинтеграцией. Метаплазия эпителия Шнейдеровой мембраны и фиброз собственной пластинки отражают адаптивные механизмы защиты, не приводящие к тяжелым осложнениям. Формирование ретикулофиброзной костной ткани и ангиогенез подтверждают остеоиндуктивные свойства материала, способствуя ремоделированию и интеграции имплантатов. Эти результаты согласуются с концепциями острой и хронической фаз костной регенерации и подчеркивают преимущество b-трикальцийфосфата над менее резорбируемыми аналогами (например, гидроксиапатитом) в снижении риска хронического воспаления и перфораций. Рекомендуется индивидуальный выбор костнопластических материалов с обязательным гистологическим мониторингом постоперационных изменений для оптимизации исходов субантральной аугментации в имплантологии, особенно у пациентов с атрофией альвеолярного гребня.

About the authors

Sergey V. Sirak

Stavropol State Medical University

Email: sergejsirak@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4924-5792
SPIN-code: 7498-5189

DSc in Medicine, Professor, Head of Department

Russian Federation, Stavropol

Irina A. Gatilo

Stavropol State Medical University

Email: chijgay@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0139-5094
SPIN-code: 2512-7267

PhD in Medicine, Associate Professor, Head, Georgy Aleksandrovich Gudzovsky Department of Hygiene

Russian Federation, Stavropol

Maria G. Perikova

Stavropol State Medical University

Author for correspondence.
Email: masha-perikova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7004-3581
SPIN-code: 7627-2730

PhD in Medicine, Associate Professor, Department of Dentistry

Russian Federation, Stavropol

Tatyana L. Kobylkina

Stavropol State Medical University

Email: tatiana.kob1405@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1189-0136
SPIN-code: 1093-5853

DSc in Medicine, Associate Professor, Department of Dentistry

Russian Federation, Stavropol

Sergey V. Averyanov

Bashkir State Medical University

Email: sergei_aver@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7450-3757
SPIN-code: 8876-2827

DSc in Medicine, Professor, Head, Department of Prosthetic Dentistry

Russian Federation, Ufa

Andrey Y. Iurasov

Bashkir State Medical University

Email: andreyyr@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-1663-3377
SPIN-code: 6001-6960

Assistant, Department of Prosthetic Dentistry

Russian Federation, Ufa

Dmitry N. Dedikov

AVERS Scientific and Practical Center for Maxillofacial Surgery and Dentistry

Email: avers_23@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1152-6804
SPIN-code: 3438-6108

PhD in Medicine, Oral and Maxillofacial Surgeon

Russian Federation, Krasnodar

References

Supplementary files