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Gabbi C., Cacchioli A., Ragionieri L.
Istituto di Anatomia degli Animali Domestici, Università di Parma
La riuscita clinica di un impianto è subordinata alla stabilità del rapporto osso-protesi. Fra i diversi tipi di fissazione che vengono utilizzati per migliorare l’interfaccia osso-protesi, vi è la fissazione bioattiva in cui il legame che si crea fra osso e impianto non si limita a forze meccaniche, ma consiste nella formazione di veri legami chimici. Tale effetto si ottiene rivestendo la protesi con sostanze bioattive come, ad esempio, il biovetro.
Nella maggior parte dei lavori consultati in letteratura (1, 2, 3), viene solitamente effettuata un’analisi quantitativa della superficie di impianto che viene attaccata dall’osso o del processo di riassorbimento e rimaneggiamento che l’osso neoformato può subire nel tempo. Solo in pochi casi (4) viene anche presa in considerazione la velocità di riassorbimento del materiale in vivo, cosa che invece risulta essere molto importante per un giusto equilibrio nello sviluppo dell’osso a livello dell’interfaccia di contatto protesi-osso. Infatti la degradazione e il riassorbimento della struttura vetrosa devono avere un andamento parallelo e inverso alla rigenerazione ossea adeguandosi e stimolando le attività biologiche del tessuto osseo per garantire la stabilità dell’impianto.
In questo lavoro è stata proposta una metodica per valutare il processo di riassorbimento del materiale bioattivo nel tempo tramite un sistema di analisi di immagine computerizzato.
Lo studio è stato condotto su 12 conigli di razza White New Zealand del peso di 3,5 ±0,2 Kg in cui sono stati impiantati cilindretti di Titanio (TiAl6V4) del diametro di 2,3 mm e lunghezza 12 mm, rivestiti da BV sprayzzato di tipo F (SiO2 5%, CaO 12%, Na2O 22%, K2O 7%, MgO 3%, P2O5 51%) per uno spessore di 60 ± 3 micron preventivamente sabbiati per favorire l’adesione del rivestimento.
La sperimentazione è stata intrapresa per definire una metodica atta alla valutazione della velocità di degradazione del materiale di rivestimento in un modello non corticale e non sottoposto a carico: i provini sono stati posizionati nell’epifisi distale del femore, mediante un foro praticato a livello della gola della troclea, fino a raggiungere il canale midollare. L’operazione è stata effettuata assicurandosi che il provino mantenesse la collocazione di impianto.
Le porzioni ossee contenenti il provino, dopo il prelievo, sono state trattate con le normali tecniche istologiche per l’osservazione dei campioni non decalcificati. Si sono ottenute sezioni trasversali dello spessore di 100 micron attraverso l’uso di un microtomo a lama circolare diamantata Leitz 1600. Le sezioni ottenute sono state osservate al microscopio ottico a luce polarizzata, con e senza l’interposizione della lamina compensatrice (gesso Zeiss) (Foto 1). Per le misure ci si è avvalsi dell’ausilio di un sistema automatico di acquisizione, elaborazione e analisi di immagini (MicroImage, Casti Imaging s.r.l.).
Foto 1. Fotografia a luce polarizzata di una sezione trasversale della zona di impianto. (Ingr. 10X). M = Metallo; R = Rivestimento; O = Osso.
E’ stato misurato lo spessore del rivestimento dei provini dopo 1 mese, 2 mesi, 4 mesi 6 mesi dall’impianto. Le misure ottenute sono state sottoposte ad analisi statistica (analisi della varianza) per evidenziare differenze nello spessore ai vari tempi di sperimentazione, inoltre è stata effettuata una regressione lineare per valutare la velocità di riassorbimento del materiale nel tempo (correlazione tempo-diminuzione dello spessore).
Lo spessore del rivestimento è stato misurato valutando la distanza fra due rette parallele che vengono posizionate manualmente, in modo da essere tangenti l’una alla superficie del provino (costituito da un cilindretto metallico), l’altra alla superficie del materiale di rivestimento.
Per ogni provino sono state esaminate tre sezioni trasversali praticate a livello dell’epifisi distale del femore, dove è presente osso spugnoso. Per ogni sezione si sono effettuate, per quanto possibile, quattro misurazioni in punti disposti "a croce" come mostrato in figura 1.
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I dati relativi alle misure dello spessore del rivestimento di biovetro dopo 1 mese, 2 mesi, 4 mesi e 6 mesi dall’impianto sono stati confrontati tramite l’analisi della varianza ad un criterio di classificazione. Tale test statistico ha rilevato una differenza significativa fra i gruppi, come evidenziabile in figura 2 (F=14,05; p<0,001).
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Il successivo test di Tukey, che permette di valutare l’omogeneità fra i gruppi sperimentali, ha messo in evidenza che il gruppo ad 1 mese differisce significativamente dai gruppi a 4 e 6 mesi e che il gruppo a 2 mesi si scosta significativamente dal gruppo a 4 mesi, come è riscontrabile in tabella 1.
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Per apprezzare come le variazioni, evidenziate dall’analisi della varianza, si sviluppano nel tempo, ci è parso utile sottoporre i dati all’analisi della regressione (spessore del rivestimento in biovetro vs. tempo di recupero del provino). L’analisi, vedi figura 3, ha messo in evidenza la progressiva diminuzione dello spessore del rivestimento nel tempo (r= -0,51; p<0,001).
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Possiamo affermare che la metodologia consente di quantificare la velocità di riassorbimento del rivestimento nel tempo, anche se è opportuno sottolineare vari accorgimenti che devono essere presi in considerazione per tenere alta la qualità dell’analisi statistica, come già sottolineato da altri autori (5). Avendo effettuato un rilevamento manuale per il computo dello spessore del rivestimento, è indispensabile che l’operazione sia eseguita sempre da un solo operatore per eliminare quelle differenze dovute alla variazione interindividuale.
Indispensabile, prima dell’operazione di impianto, è la verifica della qualità e dello spessore del rivestimento, da effettuarsi con gli opportuni strumenti di analisi negli stabilimenti che effettuano il rivestimento. Evitare l’utilizzo di provini provenienti da diversi stabilimenti perchè la differente apparecchiatura introdurrebbe una fonte di variabilità; la stessa cosa accadrebbe utilizzando provini rivestiti con operazioni eseguite in tempi differenti.
Altra fase cruciale è il momento della collocazione del provino nella zona di impianto. L’operazione deve essere svolta con la massima cura per evitare di praticare (vedi il caso della collocazione indicata) un foro troppo ampio e permettere così lo scivolamento del provino lungo il canale midollare. La corretta collocazione del provino consente una facile individuazione di corrispondenti sezioni in diversi campioni, permettendo il confronto fra analoghe zone dell’epifisi distale del femore.
Possiamo quindi sottolineare che la qualità dell’analisi statistica è inversamente proporzionale alla riduzione della variabilità non controllabile; pertanto la sperimentazione deve mirare all’eliminazione o, quantomeno, alla riduzione della variabilità statisticamente non controllabile.
Parole chiave: coniglio, femore; materiali biocompatibili, riassorbimento; microscopia in luce polarizzata, analisi di immagine computerizzata.
Key words: rabbit, femur; biocompatible materials, resorption; polarised light microscopy; image processing, computer assisted.
Riassunto. In questo lavoro viene presentata una metodica per la valutazione del processo di riassorbimento di un materiale bioattivo per il rivestimento di impianti ossei, tramite un sistema di analisi di immagine computerizzato. La velocità di riassorbimento di un materiale bioattivo è un argomento che raramente viene trattato in letteratura, ma che risulta essere di basilare importanza per un giusto equilibrio dello sviluppo dell’osso a livello dell’interfaccia di contatto protesi-osso. Il metodo presentato è in grado di quantificare il processo di riassorbimento nel tempo, per il quale è indispensabile un corretto approccio sperimentale.
Summary. A method, based on a computer-aided image analysis system, for the evaluation of the resorption process of a bioactive material for the coating of bony implants is presented. Only a few authors in the literature deal with the resorbing speed of a bioactive material, but it results to be of fundamental importance for the right balance of the bony growth at the bone-prosthesis interface. The method is able to quantify the resorption process in the time, but it is absolutely necessary a correct experimental approach.
BIBLIOGRAFIA