Еще в 50-х годах в Японии было экспериментально доказано наличие пьезоэлектричества в кости. При деформации кости на ее сжатой поверхности образуются отрицательные электрические заряды, а на противоположной, растягиваемой – положительные. Это дало основание рассматривать костную ткань как механоэлектрический преобразователь с максимальной передаточной функцией при частоте около 1 Гц, близкой к циклическим механическим нагрузкам на конечности при ходьбе. В дальнейшем было установлено, что в области отрицательных электрических зарядов активно формируются костные структуры, а в области положительных электрических зарядов наблюдается их рассасывание. Экспериментально была также подтверждена способность электрических потенциалов активизировать костные клетки, т.е. созданы предпосылки для стимуляции регенерации костной ткани электромагнитным полем. В 70-х годах ХХ в. электростимуляцию остеорепарации начали использовать в клинической практике. В 80-х годах в ВМА под руководством проф. Руцкого В.В. проводились исследования влияния электрических и магнитных полей на процесс регенерации костных тканей. Руцким были проанализированы результаты лечения c использованием электростимуляции остеорепарации более 1200 больных.

Активные электрические свойства костной ткани (электрогенез) характеризуются ее способностью регенерировать электрические потенциалы. Выделяют два вида электрогенеза – статический и динамический. Электрические свойства кости существенно изменяются при повреждениях. При повреждениях костей стереометрия потенциалов нарушается, а в процессе репарации - восстанавливается. Внедрение электростимуляции остеорепарации в клиническую практику при лечении повреждений и заболеваний опорно-двигательного аппарата осуществлялось путем имплантации электродов в костную ткань как можно ближе к линии перелома или ложного сустава. При этом контакт электрода с металлическими фиксаторами отломков костей недопустим из-за возможной электрохимической коррозии и снижения плотности электрического тока. Питание электродов осуществляется от внешнего источника. При лечении переломов костей импульсы должны иметь отрицательную полярность. Использование электростимуляции остеорепарации с помощью имплантируемых электродов и внешних электростимуляторов довольно сложно и требует постоянного медицинского наблюдения. Поэтому была поставлена задача усовершенствовать остеосинтез таким образом, чтобы сами средства фиксации допускали сочетание основных принципов биомеханики и репаративного электрогенеза.

Наиболее перспективными для коррекции нарушений статического электрогенеза являются электреты – диэлектрики, обладающие фиксированными постоянными электрическими зарядами и создающие электрическое поле (не электрические токи) в окружающем их пространстве. Электретный эффект обнаружен в большинстве важнейших биополимеров – белках, полисахаридах и полинуклеотидах. Макромолекулы коллагена, гемоглобина и ДНК, обладая электретными свойствами, имеют центры, «запоминающие» поляризацию и заряд.

Оригинальным решением указанной выше задачи для накостного остеосинтеза длинных трубчатых костей является пластина ТРХ с нанесенным на ее поверхность электретретным покрытием, имеющим статический электрический заряд. При этом плотность заряда, разность электрических потенциалов и их полярность на электретном покрытии распределены в соответствии с особенностями патологического процесса. Обычно при переломах длинных костей форма распределения электрических потенциалов приближенно соответствует кривой нормального распределения с пиком в той зоне пластины, которая после операции будет находиться в месте перелома. Исследования показали, что величина статического электрического заряда на электретном покрытии постепенно снижается, но это снижение весьма незначительное. Даже через 6 месяцев при удалении пластины с электретным покрытием после полного выздоровления, можно было обнаружить некоторую величину остаточного электрического заряда на электретном покрытии фиксатора. Таким образом, имеет место следующая картина. 
В первый период после операции, когда естественный потенциал сломанной кости нарушен, за счет фиксатора, имеющего соответствующий статический заряд, восстанавливается естественная стереометрия биоэлектрического потенциала здоровой кости. По мере лечения естественная стереометрия биопотенциала поврежденной кости восстанавливается, а влияние статического заряда фиксатора уменьшается, вследствие снижения его величины. Благодаря этому, в течение всего периода лечения поврежденная кость находится в наиболее благоприятном для лечения биоэлектрическом состоянии. Первые операции с применением этих пластин также были осуществлены в ВМА в 1983 году. Анализ применения пластин с электретным покрытием при лечении более 200 пациентов в период с1983 по 1988 г. позволил сделать следующие выводы:

1) Использование пластин с электретным покрытием при накостном остеосинтезе предупреждает развитие атрофии отломков костей под фиксатором, активизирует остеорепарацию, сокращая средние сроки консолидации и перестройки костной мозоли, раньше восстанавливается механическая прочность регенерата и кости.
2) Применение пластин с электретным покрытием при накостном остеосинтезе значительно улучшает результаты лечения за счет сокращения средних сроков анатомического и функционального восстановления.

Средние сроки сращения переломов и восстановленья больного дополнительно сокращаются в 1,2-1,4 раза. Какие-либо побочные эффекты воздействия электретных покрытий не были выявлены. Хорошие результаты были получены при лечении огнестрельных переломов.

При создании этих фиксаторов возник также ряд чисто технических трудностей. Одной из них явился подбор материала для электретного покрытия. Этот материал должен был быть биологически инертен, обладать хорошими электретными свойствами и обеспечивать высокую степень адгезии между материалом пластины и электретным покрытием. Первоначально основным электретным покрытием пластин являлась тонкая фторопластовая пленка. Эта пленка обладает высокими электретными свойствами, и после зарядки длительное время сохраняет полученный электрический потенциал. Она также обеспечивает хорошую однородность и сплошность покрытия. Недостатком фторопластового покрытия является недостаточно высокий уровень адгезии с основным материалом пластины. Недостаточная адгезия в некоторых случаях может привести к отслоению электретного покрытия, особенно при использовании Г-образных и углообразных пластин. Поэтому были проведены исследования с целью поиска электретного покрытия пластин из титановых сплавов, не уступающих фторопластовым покрытиям по своим биологическим и электретным свойствам, и одновременно имеющих хорошую адгезию с титановыми сплавами. В результате длительного исследования такое покрытие было найдено. Это – тонкая пленка оксида тантала.

Техника нанесения этого электретного покрытия достаточно сложная. Готовую титановую пластину помещают в вакуумную камеру, в которой установлена танталовая «мишень». Специальным устройством («атомной пушкой») бомбардируют танталовую мишень, в результате чего распыляются атомы тантала и покрывают поверхность пластины. Подавая на пластину кислород, превращают пленку тантала, покрывающую пластину в оксид тантала. Необходимая толщина пленки из оксида тантала составляет 5-7 микрон. Очень важно, чтобы электретное покрытие было равномерным по всей поверхности пластины. Пластины ТРХ с нанесенным электретным покрытием показаны на Рис 1.

В последние годы работы по совершенствованию метода внутреннего остеосинтеза в ВМА были приостановлены. В настоящее время эти работы сосредоточены в Центре Стабильно-функционального остеосинтеза Елизаветинской больницы г. Санкт-Петербург. Руководителем Центра является доктор Хомутов В.П., который в течение четырех лет был главным хирургом 41 армии в Афганистане. В 1997 г. Центр посетила большая делегация западных хирургов, которые очень высоко оценили работу Центра. Была намечена программа совместной работы с некоторыми западными медицинскими центрами, которая в дальнейшем, к сожалению, не была реализована.

Все работы по созданию новых конструкций имплантатов для внутреннего остеосинтеза Центр Стабильно-функционального остеосинтеза проводит совместно с НПО "Вымпел - БТФ"

Приведенные в статье материалы опубликованы автором в «Сборнике научных трудов «Эволюция Остеосинтеза» Санкт-Петербург, 2005г.

Рис.1

Статья поступила в редакцию 
23 апреля 2007 года