mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-MAE-2738mimmun-2738Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSМикроскопический и элементный анализ костной ткани челюсти при травмеMicroscopic and elemental analysis of jaw bone tissue in injuryhttps://orcid.org/0000-0002-2847-8810КатаеваН. Н.KataevaN. N.

Катаева Наталья Николаевна  – кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры общей химии

620026, г. Екатеринбург, ул. Декабристов, 32

Natalia N. Kataeva, PhD (Сhemistry), Associate Professor, Department of General Chemistry

32 Dekabristov St Yekaterinburg 620026

kataeva.nn@mail.ruСаркисянН. Г.SarkisyanN. G.

Саркисян Нарине Гришаевна – доктор медицинских наук, доцент кафедры терапевтической стоматологии и пропедевтики стоматологических заболеваний

Екатеринбург

Narine G. Sarkisyan, PhD, MD (Medicine), Associate Professor, Department of Therapeutic Dentistry and Propedeutics of Dental Diseases

Yekaterinburg

narine_25@mail.ruЧумаковН. С.ChumakovN. S.

Чумаков Никита Сергеевич – аспирант

Екатеринбург

Nikita S. Chumakov, Postgraduate Student, Institute of Immunology and Physiology

Yekaterinburg

 

chumakov-nikita@mail.ruХлыстоваК. А.KhlystovaK. A.

Хлыстова Карина Алексеевна – аспирант

Екатеринбург

Karina A. Khlystova, Postgraduate Student, Institute of Immunology and Physiology

Yekaterinburg

 

krn2003@bk.ruМедведеваО. М.MedvedevaO. M.

Медведева Ольга Михайловна – кандидат химических наук, доцент кафедры общей химии

Екатеринбург 

Olga M. Medvedeva, PhD (Сhemistry), Associate Professor, Department of General Chemistry

Yekaterinburg

olgapeter48@gmail.comШмыгалевА. С.ShmygalevA. S.

Шмыгалев Александр Сергеевич – кандидат технических наук, руководитель Центра коллективного пользования «Состав вещества»

Екатеринбург

Alexander S. Shmygalev, PhD (Technology), Head, Shared Access Center “Composition of Compounds”, Institute of High Temperature Electrochemistry

Yekaterinburg

a.s.shmygalev@urfu.ruФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФРоссияUral State Medical UniversityRussian FederationФГБУН «Институт иммунологии и физиологии» Уральского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of SciencesRussian FederationФГБУН «Институт высокотемпературной электрохимии» Уральского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of High Temperature Electrochemistry, Ural Branch, Russian Academy of SciencesRussian Federation202301062023253649654Copyright © Катаева Н.Н., Саркисян Н.Г., Чумаков Н.С., Хлыстова К.А., Медведева О.М., Шмыгалев А.С., 20232023Катаева Н.Н., Саркисян Н.Г., Чумаков Н.С., Хлыстова К.А., Медведева О.М., Шмыгалев А.С.Kataeva N.N., Sarkisyan N.G., Chumakov N.S., Khlystova K.A., Medvedeva O.M., Shmygalev A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/2738

Поскольку костная ткань челюсти подвергается травматическому воздействию на этапе внедрения металлического дентального имплантата, актуальной остается проблема развития воспалительных осложнений, приводящих к срыву остеоинтеграции. Представляют интерес иммунологические механизмы развития воспалительного процесса при эмиссии наноразмерных металлосодержащих частиц, а также механизмы его стихания после удаления металлического объекта из костной ткани. В работе проведен микроскопический и элементный анализ сегмента костной ткани нижней челюсти крысы линии Wistar после искусственной травматизации. В ходе эксперимента моделировали процесс нахождения металлического инородного тела в костном ложе. Для этого в соединительнотканное соединение нижней челюсти крысы вводили инсулиновую иглу, с последующим ее извлечением через семь дней. Микроскопический анализ костной ткани проводили методом растровой электронной микроскопии с помощью прибора Tesscan Vega 4 c системой EDX Oxford Xplore 30. По данным электронной микроскопии шлифа челюсти крысы в области лунок нижних резцов при малом увеличении в прямой проекции определяются: поверхность кортикального слоя альвеол зубов, хрящевое и соединительнотканное соединение челюстей с разрывом, расслоение хрящевого слоя. В области хрящевого и соединительнотканного соединения альвеолярных отростков челюстей при большем увеличении в прямой проекции находятся плотноструктурные кристаллические включения, очаги некротизации. Элементный состав костной ткани был получен методом атомноэмиссионной спектроскопии (прибор – эмиссионный спектрометр iCAP 6300 Duo). В исследуемом образце количественное соотношение кальция и фосфора составило 1,68, что незначительно превышает оптимальное, равное 1,67. Изменение данного соотношения в сторону увеличения говорит о снижения  уровня фосфора в костной ткани, что можно интерпретировать как локальный остеопороз. Кроме того, обнаружены элементы: Bi, Ga, Pb, Ti, Zn в количестве 0,03-0,06 массовых процентов. Перечень этих элементов соответствует химическому составу инсулиновой иглы, что свидетельствует о проникновении металлических частиц в ткани костного ложа. Эмиссия наноразмерных частиц и их последующее объединение до микро- и субмикронных размеров, их персистенция, а также биокоррозия в зонах активного костеобразования могут являться пусковым механизмом для развития асептического воспалительного процесса. Этот эффект обусловлен как прямым повреждающим фактором, так и опосредованным воздействием, через специфичные сигнальные молекулы, вырабатываемые в ответ на повреждение тканей.

Since the jawbone tissue is injured at the stage of metal dental implant introduction, the problem of inflammatory complication development leading to a breakdown in osseointegration remains relevant. Of interest are the immunological mechanisms of inflammatory process development during the emission of metal nanoparticles, as well as the mechanisms of its subsidence after the removal of a metal object. Microscopic and elemental analysis of the bone tissue of the Wistar rat lower jaw after artificial traumatization was carried out. During the experiment, the situation of presence of a metal foreign body in the bone bed was simulated. An insulin needle was injected into the connective tissue of the lower jaw, followed by its removal after seven days. Microscopic analysis of bone tissue was performed using a Tesscan Vega 4 scanning electron microscope. The teeth alveoli cortical layer surface, connection of the jaws with a gap, stratification of the cartilaginous layer were determined at low magnification in direct projection. Using higher magnification in the direct projection there are visible dense-structural crystalline inclusions, foci of necrosis in the area of junctions of the jaws alveolar processes. The elemental composition of bone tissue was obtained by atomic emission spectroscopy by iCAP 6300 Duo. In the test sample, the quantitative ratio of calcium and phosphorus was 1.68, which slightly exceeds the optimal value of 1.67. An upward change in this ratio indicates a decrease in phosphorus level, which can be interpreted as local osteoporosis. In addition, the following elements were found: Bi, Ga, Pb, Ti, Zn in the amount of 0.03-0.06 mass percent. The list of these elements corresponds to the chemical composition of an insulin needle, indicating the penetration of metal particles into bone bed tissues. The emission of nanoparticles and their subsequent association to micro- and submicron sizes, their persistence, as well as biocorrosion in areas of active bone formation can be a trigger for the development of an aseptic inflammatory process. This effect is due to both a direct damaging factor and an indirect effect through specific signal molecules produced in response to tissue damage.

периимплантитимплантациянаноразмерные частицывоспалениеРЭМ-микроскопияремоделирование костиperiimplantitisdental implantationnanoparticlesinflammationscanning electron microscopebone remodellingReferencesBorisyuk S.V., Notova S.V., Kvan O.V. Influence of different levels of consumption of dietary fiber in the diet on the elemental composition of the bone tissue of pregnant female rats. Bulletin of the Orenburg State University, 2016, no. 5 (193), pp. 41-45. (In Russ.)Borisyuk S.V., Notova S.V., Kvan O.V. Influence of different levels of consumption of dietary fiber in the diet on the elemental composition of the bone tissue of pregnant female rats. Bulletin of the Orenburg State University, 2016, no. 5 (193), pp. 41-45. (In Russ.)Labis V., Bazikyan E., Demin D., Dyachkova I., Zolotov D., Volkov A., Asadchikov V., Zhigalina O., Khmelenin D., Kuptsova D., Petrichuk S., Semikina E., Sizova S., Oleinikov V., Khaidukov S., Kozlov I. Cellmolecular interactions of nano- and microparticles in dental implantology. Int. J. Mol. Sci., 2023, Vol. 24, no. 3, 2267. doi: 10.3390/ijms24032267.Labis V., Bazikyan E., Demin D., Dyachkova I., Zolotov D., Volkov A., Asadchikov V., Zhigalina O., Khmelenin D., Kuptsova D., Petrichuk S., Semikina E., Sizova S., Oleinikov V., Khaidukov S., Kozlov I. Cellmolecular interactions of nano-and microparticles in dental implantology. Int. J. Mol. Sci., 2023, Vol. 24, no. 3, 2267. doi: 10.3390/ijms24032267.Labis V., Bazikyan E., Sizova S., Oleinikov V., Trulioff A., Serebriakova M., Kudryavtsev I., Zhigalina O., Khmelenin D., Dyachkova I., Zolotov D., Asadchikov V., Volkov A., Khaidukov S., Kozlov I. Immunopathological Inflammation in the Evolution of Mucositis and Peri-Implantitis. Int. J. Mol. Sci., 2022, Vol. 23, no. 24, 15797. doi: 10.3390/ijms232415797.Labis V., Bazikyan E., Sizova S., Oleinikov V., Trulioff A., Serebriakova M., Kudryavtsev I., Zhigalina O., Khmelenin D., Dyachkova I., Zolotov D., Asadchikov V., Volkov A., Khaidukov S., Kozlov I. Immunopathological Inflammation in the Evolution of Mucositis and Peri-Implantitis. Int. J. Mol. Sci., 2022, Vol. 23, no. 24, 15797. doi: 10.3390/ijms232415797.Labis V., Bazikyan E., Zhigalina O., Sizova S., Oleinikov V., Khmelenin D., Dyachkova I., Zolotov D., Buzmakov A., Asadchikov V., Khaidukov S., Kozlov I. Assessment of dental implant surface stability at the nanoscale level. Dent. Mater., 2022, Vol. 38. no. 6, pp. 924-934.Labis V., Bazikyan E., Zhigalina O., Sizova S., Oleinikov V., Khmelenin D., Dyachkova I., Zolotov D., Buzmakov A., Asadchikov V., Khaidukov S., Kozlov I. Assessment of dental implant surface stability at the nanoscale level. Dent. Mater., 2022, Vol. 38. no. 6, pp. 924-934.Lukanina S.N., Sakharov A.V., Prosenko A.E., Efremov A.V., Romanova K.A. Influence of oxidative stress on the histoarchitectonics and elemental composition of the bone tissue of the rat vertebral body. Bulletin of Siberian Medicine, 2015, Vol. 14, no. 4, pp. 33-40. (In Russ.)Lukanina S.N., Sakharov A.V., Prosenko A.E., Efremov A.V., Romanova K.A. Influence of oxidative stress on the histoarchitectonics and elemental composition of the bone tissue of the rat vertebral body. Bulletin of Siberian Medicine, 2015, Vol. 14, no. 4, pp. 33-40. (In Russ.)Tsitsiashvili A.M., Panin A.M., Zayratyants O.V., Panin M.G., Pustovgar A.P., Kapyrin P.D. Evaluation of the elemental composition of the bone tissue of the lower jaw on sectional material by scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectral analysis. Bulletin of Moscow State Construction University, 2011, no. 2-2, pp. 447-456. (In Russ.)Tsitsiashvili A.M., Panin A.M., Zayratyants O.V., Panin M.G., Pustovgar A.P., Kapyrin P.D. Evaluation of the elemental composition of the bone tissue of the lower jaw on sectional material by scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectral analysis. Bulletin of Moscow State Construction University, 2011, no. 2-2, pp. 447-456. (In Russ.)Zhigalina O.M., Khmelenin D.N., Labis V.V., Bazikyan E.A., Sizova S.V., Khaidukov S.V., Asadchikov V.E., Buzmakov A.V., Krivonosov Yu.S., Zolotov D.A., Kozlov I.G. Electron microscopy of dental implants and nanosized particles containing metals that are part of supernatants. Crystallography, 2019, Vol. 64, no. 5, pp. 781-789. (In Russ.)Zhigalina O.M., Khmelenin D.N., Labis V.V., Bazikyan E.A., Sizova S.V., Khaidukov S.V., Asadchikov V.E., Buzmakov A.V., Krivonosov Yu.S., Zolotov D.A., Kozlov I.G. Electron microscopy of dental implants and nanosized particles containing metals that are part of supernatants. Crystallography, 2019, Vol. 64, no. 5, pp. 781-789. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.