Факторы риска нестабильности имплантатов после спондилэктомии у пациентов с опухолями позвоночника

В соответствии с онкологическими представлениями спондилэктомия при опухолях позвоночника обеспечивает наилучший локальный контроль заболевания [1–4]. Однако с биомеханической точки зрения эта операция вызывает значительное нарушение стабильности позвоночника, что требует тщательного планирования реконструктивного этапа вмешательства [5–7].

Современные принципы реконструкции после тотальной спондилэктомии основаны на концепции круговой стабилизации позвоночника [8]. Протез тела позвонка играет ключевую роль в восстановлении передней опорной колонны, обеспечивая адекватную анатомическую высоту межтелового промежутка и распределение осевой нагрузки [9]. Задняя инструментальная фиксация, в свою очередь, создает жесткую систему, препятствующую избыточной подвижности в оперированном сегменте [10]. Несмотря на постоянное совершенствование хирургической техники и имплантатов, частота механических осложнений после подобных вмешательств остается значительной [11]. К наиболее серьезным осложнениям относятся нестабильность металлоконструкции, миграция протеза тела позвонка и формирование псевдоартроза [12, 13]. Эти осложнения могут приводить к необходимости повторных операций, ухудшению качества жизни пациентов и снижению эффективности онкологического лечения [14, 15].

Понимание факторов, которые влияют на развитие нестабильности имплантов, имеет решающее значение для оптимизации хирургической тактики и улучшения отдаленных результатов лечения.

Цель работы — определить факторы риска нестабильности имплантатов после спондилэктомии у пациентов с опухолевым поражением позвоночника.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Ретроспективное когортное исследование включает пациентов с опухолями позвоночника, которым была выполнена резекция новообразования в период с 2007 по 2023 гг. Исследование одобрено локальным этическим комитетом.

Критерии включения : (1) выполненная спондилэктомия, (2) установка протеза тела позвонка сетчатого типа (mesh cage), (3) локализация в грудном или поясничном отделах; (4) полная информация о состоянии металлоконструкции; (5) период наблюдения ≥ 12 мес.

Критерии исключения : (1) пациенты с более чем 20 % пропущенных значений в наборе данных; (2) неагрессивные доброкачественные опухоли; (3) патологические переломы позвоночника, не связанными с опухолями.

В исследование включены 87 пациентов, оперированных в период с 2007 по 2023 гг. Неполные данные (не более 20 % пропущенных значений) имели 8 (9,2 %) пациентов без случаев нестабильности, что скорректировано методом множественной импутации. В исследуемой группе преобладали пациенты мужского пола (60 %). Медиана возраста составила 56 (48,5; 62) лет. Большинство пациентов (63 %) до операции передвигались самостоятельно, 17 % использовали дополнительные средства опоры, 20 % не могли ходить. По шкале ECOG преобладали пациенты с оценкой 1–2 балла (67 %). Медиана времени от диагностики патологии до операции составила 4 (2; 6) мес. (табл. 1).

Таблица 1

Общая характеристика пациентов

Характеристика		Показатели
		медиана	абс.	%
Количество пациентов			87	100
Женщины			35	40,2
Мужчины			52	59,8
Возраст, лет		56 (48,5; 62,0)
Индекс массы тела		23,9 (21,9; 26,5)
Индекс коморбидности, баллы		7 (2,0; 8,5)
Ходьба до операции	не ходит		17	19,5
	ходит с дополнительной опорой		15	17,2
	ходит самостоятельно		55	63,3
Статус по ECOG	0		3	3,4
	1		27	31,0
	2		31	35,6
	3		16	18,4
	4		10	11,6
Индекс сакропении		0,7 (0,7; 0,8)
Время до операции, мес.		4 (2; 6)

Резекцию опухоли выполняли в объеме спондилэктомии единым блоком (en bloc). Широкую en bloc резекцию проводили в случаях, когда это было технически возможно без компромисса значимых структур. При эпидуральном распространении опухоли или вовлечении магистральных сосудов проводили менингиолиз, выделение сосудов, выполняли запланированную краевую или внутриочаговую en bloc спондилэктомию с максимально возможным удалением опухолевой ткани (намеренная трансгрессия). После спондилэктомии проводили замещение пострезекционного дефекта сетчатым протезом тела позвонка и инструментальную реконструкцию позвоночника транспедикулярной системой фиксации. Заполняли протез костным цементом или аллогенным костным трансплантатом. На грудном отделе оперативное вмешательство стандартно выполняли из заднего доступа, в отдельных случаях использовали комбинированный доступ для мобилизации массивных опухолей. На поясничном отделе позвоночника операцию проводили в два этапа, — из заднего и переднего доступов. После операции пациентов направляли к онкологу для решения вопроса об адъювантной терапии.

Данные содержали как количественные, так и качественные переменные, включая возраст, пол, уровень поражения позвоночника, характеристики опухоли, данные о предоперационной неврологической функции, хирургические параметры, объем кровопотери, осложнения во время и после операции, а также исходы, такие как амбулаторный статус и наличие механической нестабильности конструкции. В общей сложности проанализированы 42 переменные.

Индекс сакропении оценивали как отношение поперечной площади пояснично-подвздошной мышцы к площади тела L4 позвонка [16], степень инвазии опухолевого процесса — по Tomita [17], плотность кости — в единицах Хаунсфилда (HU) на уровне L1 [18], инвазивность операции — по критериям N. Kumar et al. [19], рентгенологические параметры — по КТ в средне-сагиттальной проекции в прооперированном сегменте (пораженный уровень и смежные позвонки). Локальный угол рассматривали как угол Кобба между верхней замыкательной пластинкой краниального смежного с протезом позвонка и нижней замыкательной пластинкой каудального смежного с протезом позвонка [20]. Высоту сегмента (среднюю высоту сегмента с протезом) рассчитывали как среднее арифметическое двух значений. Переднюю дистанцию определяли как расстояние от верхнего переднего края смежного краниального позвонка до нижнего края каудального позвонка, заднюю дистанцию — от верхнего заднего края смежного краниального позвонка до нижнего края каудального позвонка (рис. 1). Проседание протеза рассматривали как уменьшение высоты сегмента по сравнению с послеоперационными показателями, несоответствие контактных поверхностей — как угол более 10° между контактной поверхностью протеза и замыкательной пластинкой (рис. 2) [21]. Осложнения оценивали по системе SAVES 2 [22]. Общую выживаемость определяли от момента оперативного вмешательства на позвоночнике до летального исхода или последнего контрольного наблюдения, выживаемость без локального рецидива — как время от операции до диагностики рецидива на основании инструментальных методов исследования. Также отслеживали наличие отдаленных послеоперационных осложнений и функциональный результат способности больного к самостоятельному передвижению (степень восстановления неврологического статуса).

Рис. 1. КТ грудного отдела позвоночника, срединно-сагиттальный срез: состояние после резекции хондросаркомы Th7 позвонка: А — передняя дистанция сегмента, B — задняя дистанция

Рис. 2. Боковая рентгенограмма поясничного отдела позвоночника: состояние после резекции гемангиоэндотелиомы L3 позвонка; угол 22° несоответствия контактных поверхностей протеза и замыкательной пластинки L3 позвонка

сегмента с протезом тела позвонка

Для анализа данных использовали язык R версии 4.3.3, среда разработки R. Studio [23]. Пропущенные значения в данных обработаны методом множественной импутации с использованием алгоритма PMM ( англ .: Predictive Mean Matching) из пакета mice для R. Для каждой пропущенной переменной выполнено пять импутаций, что позволило учесть неопределенность, связанную с пропусками данных [24]. Средние значения представлены в виде медианы, интервальная оценка — интерквартильный размах (25 %; 75 %).

Для уменьшения размерности данных и отбора значимых предикторов использовали регуляризованную логистическую регрессию методом LASSO ( англ .: Least Absolute Shrinkage and Selection Operator). Данный метод позволяет сократить количество переменных и устранить проблемы мультиколлинеарности [25]. LASSO-регрессия выполнена с помощью функции cv.glmnet из пакета glmnet в среде R. Оптимальное значение регуляризационного параметра λ выбрано на основе кросс-валидации. Переменные с ненулевыми коэффициентами, отобранные с помощью LASSO, использованы для построения финальной модели.

Дополнительно для валидации результатов LASSO и выявления потенциальных нелинейных взаимодействий между переменными применен метод Random Forest с использованием пакета ranger . Данный метод позволяет оценить важность переменных с учетом их взаимного влияния и нелинейных связей [26]. Результаты Random Forest использованы для подтверждения выбора предикторов, полученных методом LASSO.

Для моделирования факторов риска нестабильности металлоконструкции использована Firth логистическая регрессия, которая устраняет проблему смещения оценок в малых выборках и при редких исходах [27]. Регрессия проведена с использованием пакета logistf в R. Количественная оценка факторов риска представлена в виде отношения шансов.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Большинство пациентов (67 %) имели солитарное метастатическое поражение позвоночника. Преимущественно поражался грудной отдел позвоночника (68 %), реже — поясничный отдел (28 %). По классификации SINS локализация распределена относительно равномерно между переходным (39 %), полуригидным (37 %) и мобильным (24 %) отделами. У большинства пациентов (86,2 %) зарегистрировано поражение одного сегмента. Механическая боль присутствовала у 83 % пациентов. Преобладал литический тип костного поражения (61 %). У 67 % пациентов сохранялась нормальная ось позвоночника. По классификации Tomita преобладало поражение 4 типа (56 %) — эпидуральная компрессия (табл. 2).

Таблица 2

Характеристики опухолевого поражения

Характеристика		Показатели ( n = 87)
		медиана	абс.	%
Тип опухоли по ВОЗ	метастатическая		58	66,7
	первично-злокачественная		22	25,3
	первичная доброкачественная (агрессивная)		7	8,0
Отдел позвоночника	грудной (Th3–10)		59	67,8
	грудо-поясничный (Th11–L1)		4	4,6
	поясничный (L2–L5)		24	27,6
Локализация по SINS	переходный		34	39,1
	мобильный		21	24,1
	полуригидный		32	36,8
Количество сегментов	более 1 сегмента		12	13,8
	1 сегмент		75	86,2
Механическая боль	безболезненное течение		12	13,8
	да		72	82,8
	нет		3	3,4
Тип костного поражения	литическое		53	60,9
	смешанное		34	39,1
Наличие деформации	De novo кифоз или сколиоз		19	21,8
	нормальная ось		58	66,7
	подвывих или трансляция		10	11,4
Степень поражения сегмента по Tomita	3		7	8,1
	4		49	56,3
	5		12	13,8
	6		19	21,8
Единицы HU в L1		103 (83,5; 122,5)
Лучевая терапия до операции			7	8,1

В большинстве случаев (66 %) использовали комбинированный хирургический доступ. Медиана времени операции составила 270 (227,5–360,0) мин., медиана кровопотери — 1700 (1000–2500) мл. В большинстве случаев (55 %) выполняли фиксацию позвоночника 2 уровня выше, 2 уровня ниже пораженного сегмента. Преимущественно (82 %) использовали титановые стержни диаметром 5,5 мм. В одном случае потребовалась позвоночно-тазовая фиксация. В качестве материала заполнения протеза в зоне контакта с костью чаще применяли костный трансплантат (62 %), реже костный цемент (38 %). Медиана высоты протеза составила 40 (29–54) мм, медиана площади опорной поверхности — 420 (280–450) мм². Несоответствие более 10° между контактной поверхностью протеза и смежной замыкательной пластинкой наблюдали в 46 % случаев. После операции отмечено изменение локального угла (медиана 3 (0–6,5)°) и высоты оперированного сегмента (медиана 0,0 (–1,0–1,5) мм) (табл. 3).

Таблица 3

Хирургическое лечение и параметры имплантатов

Характеристика		Показатели ( n = 87)
		медиана	абс.	%
Хирургический доступ	задний		30	34,5
	комбинированный		57	65,5
Кровопотеря, мл		1700 (1000; 2500)
Время операции, мин		270 (227,5; 360,0)
Индекс инвазивности опе	рации	17 (16; 20)
Протяженность фиксации, сегменты	3		8	9,2
	4		2	2,3
	5		48	55,3
	6		9	10,3
	7		15	17,2
	8		3	3,4
	9		2	2,3
Тип стержней	5,5 мм		71	81,6
	6 мм		13	14,9
	дополнительные стержни		3	3,4
Материал заполнения протеза	цемент		33	37,9
	костный трансплантат		54	62,1
Высота протеза, мм		40 (29; 54)
Несоответствие контактных поверхностей > 10°			40	46,0
Изменение локального угла, °		3 (0; 6,5)
Изменение высоты сегмента, мм		0,0 (–1,0; 1,5)

При анализе результатов лечения медиана проседания протеза через 3 мес. составила около 1 (0; 2) мм, при последнем наблюдении — около 2 (1; 3) мм. По шкале хирургических осложнений SAVES v.2 у большинства пациентов (76 %) осложнений не наблюдали. В послеоперационном периоде 20 % пациентов получали терапию бисфосфонатами, 14 % — лучевую терапию. Через 3 мес. после операции отмечено улучшение двигательной функции, 77 % пациентов передвигались самостоятельно. Локальный рецидив опухоли развился у 23 (26 %) пациентов. Медиана общей выживаемости составила 28 (16; 55.5) мес.

Таблица 4

Результаты лечения и показатели выживаемости

Характеристика		Показатели ( n = 87)
		медиана	абс.	%
Проседание протеза через 3 мес.	> 2 мм		29	33,3
	≤ 2 мм		58	66,7
	проседание протеза при последнем наблюдении, мм	2 (1; 3)
Тяжесть осложнений SAVES v.2, степень	1 (нет осложнений)		66	75,9
	2		6	6,9
	3		10	11,5
	4		1	1,1
	5		4	4,6
Бисфосфонаты после операции			17	19,5
Лучевая терапия после операции			12	13,8
Ходьба через 3 мес.	не ходит		7	8,0
	ходит с дополнительной опорой		13	14,9
	ходит самостоятельно		67	77,1
Локальный рецидив			23	26,4
Общая выживаемость, мес.		28 (16,0; 55,5)

Нестабильность имплантатов, потребовавшая ревизионного хирургического вмешательства, развилась у 16 пациентов (18,4 %). Среди случаев нестабильности: перелом стержней ( n = 6; 36,5 %), расшатывание винтов с развитием переходного кифоза ( n = 8; 50 %), миграция протеза тела позвонка ( n = 2; 12,5 %). При этом отмечено, что во всех случаях перелом стержней и расшатывание винтов сопровождались проседанием протеза более 4 мм в тела смежных позвонков. Псевдоартроз отмечен в 75 % случаев у пациентов с нестабильностью имплантов.

По результатам LASSO-регрессии ( λ = 0,036) из 42 исходных предикторов наиболее значимые ассоциации с риском нестабильности имплантатов показали следующие факторы:

• —    материал заполнения протеза ( β = –0,984);

• —    несоответствие контактных поверхностей более 10° ( β = 0,448);

• —    проседание протеза более 2 мм через 3 мес. ( β = 0,188);

• —    длина фиксации ( β = –0,114);

• —    количество оперированных сегментов ( β = –0,104);

• —    разница высоты сегмента до и после операции ( β = 0,116);

• —    функциональный статус через 3 мес. ( β = 0,113);

• —    проседание протеза при последнем наблюдении ( β = 0,081);

• —    возраст ( β = 0,010);

• —    общая выживаемость ( β = 0,006);

• —    время до операции ( β = –0,004);

• —    длительность операции ( β = –0,004).

Для подтверждения выбора предикторов дополнительно проведен анализ с использованием метода Random Forest, который позволяет оценить важность переменных с учетом их нелинейных взаимодействий.

Среди 42 исследованных характеристик наибольшую важность продемонстрировали:

• —    проседание протеза при последнем наблюдении (importance score = 0,031);

• —    материал заполнения протеза (0,008);

• —    разница высоты сегмента до и после операции (0,007);

• —    общая выживаемость (0,007).

Проседание протеза более 2 мм через 3 мес. (0,007) и несоответствие контактных поверхностей (0,005) также вошли в число наиболее значимых факторов, что частично согласуется с результатами LASSO-регрессии.

Для последующего мультивариантного анализа с использованием Firth регрессии отобраны три предиктора с наибольшими коэффициентами LASSO-регрессии. Ограничение количества предикторов до трех позволило избежать переобучения модели, учитывая размер исследуемой выборки [28]. Все отобранные факторы имеют важное клиническое значение, так как характеризуют основные биомеханические параметры использованной конструкции.

При мультивариантном анализе с использованием Firth регрессии выявлены следующие независимые факторы риска нестабильности имплантатов (рис. 3):

• —    использование костного трансплантата вместо цемента снижало вероятность нестабильности в 8 раз (OR = 0,125, 95 % CI: 0,026–0,475, p = 0,014);

• —    отсутствие несоответствия контактных поверхностей ассоциировалось с меньшим риском (вероятность ниже в 4,7 раз) нестабильности (OR = 0,214, 95 % CI: 0,047–0,815, p = 0,026);

• —    проседание протеза более 2 мм через 3 мес. увеличивало вероятность нестабильности в 4,5 раза (OR = 4,497, 95 % CI: 1.224–18,41, p = 0,023).

0.1                         1.0                        10.0

Модель продемонстрировала статистически значимую прогностическую ценность (LR χ ² = 24,74, df = 3, p < 0,001).

Проседание > 2 мм

Несоответствие контактных поверхностей < 10 гр

Материал заполнения протеза

Отношение шансов

Рис. 3. Результаты Firth регрессии

ОБСУЖДЕНИЕ

В данном исследовании проведен анализ факторов риска нестабильности имплантатов после спондилэктомии у пациентов с опухолевым поражением позвоночника. Частота нестабильности составила 18,4 %, что согласуется с данными литературы. Так, T. Shimizu et al. сообщают о 32,4 % случаев несостоятельности после тотальной en bloc спондилэктомии [29], а K. Yoshioka et al. отмечают значительные различия в частоте нестабильности в зависимости от уровня вмешательства: от 5,9 % при операциях на грудном отделе до 42,9 % при вмешательствах на поясничном уровне [30]. Выявленные варианты несостоятельности конструкции включали перелом стержней (36,5 %), расшатывание винтов с развитием переходного кифоза (50 %) и миграцию протеза тела позвонка (12,5 %). Эти данные согласуются с систематическим обзором Z. Li et al., где несостоятельность конструкции (12,1 %) была одним из наиболее частых осложнений [31].

Многофакторный анализ выявил три независимых предиктора нестабильности имплантатов. Наиболее значимым фактором оказался выбор материала для заполнения протеза, — использование костного трансплантата снижало риск нестабильности в восемь раз по сравнению с цементом. Это соответствует концепции, предложенной T. Akamaru et al., о лучшей костной интеграции при использовании костного трансплантата, особенно в случаях доброкачественных или первичных злокачественных опухолей [32]. Ранее, как отмечали R.P. Melcher и J. Harms, использование костного цемента считалось допустимой опцией для передней реконструкции, особенно в случаях метастатического поражения или при выраженном остеопорозе [33]. Такая тактика оправдана при относительно небольшой ожидаемой продолжительности жизни пациентов. Однако современные достижения в лечении онкологических больных привели к значительному увеличению выживаемости, в том числе у пациентов с метастатическими поражениями позвоночника [34]. В нашем исследовании медиана общей выживаемости составила 28 мес., что создает предпосылки для развития поздних осложнений. При использовании цемента пациенты чаще доживают до развития псевдоартроза и несостоятельности конструкции, что подтверждается высокой частотой псевдоартроза (75 %) в группе пациентов с нестабильностью имплантатов.

Несоответствие контактных поверхностей протеза и смежных замыкательных пластинок более 10° повышало риск нестабильности в 4,7 раза. M.H. Mohammad-Shahi et al. подтверждают критическую важность этого фактора, демонстрируя риск несостоятельности металлоконструкции даже при углах несоответствия от 0° до 10° [35]. Данный фактор особенно важен при многоуровневых резекциях [36], при которых, по данным K. Yoshioka et al., риск нестабильности значительно возрастает с увеличением протяженности реконструкции [30]. Это может объясняться тем, что увеличение количества точек контакта при многоуровневой реконструкции создает более сложную биомеханическую систему, в которой даже небольшие отклонения в позиционировании протеза на каждом уровне могут суммироваться и приводить к значительному перераспределению нагрузок на всю конструкцию. При этом неравномерное распределение сил на контактных поверхностях может создавать зоны локального перенапряжения, что ускоряет износ стержней.

Проседание протеза более 2 мм через 3 мес. после операции увеличивало вероятность нестабильности в 4,5 раза. T. Shimizu et al. также идентифицировали раннее проседание (≥2 мм через 1 мес.) как независимый фактор риска несостоятельности инструментария [29]. Согласно A.R. Vaccaro et al., на развитие раннего проседания влияют несколько ключевых факторов: качество костной ткани, площадь контакта имплантата с телом позвонка, степень интраоперационной дистракции, техника подготовки замыкательных пластинок и соответствие механических свойств имплантата и кости (модуль упругости) [37]. Интересно отметить, что все эти факторы взаимосвязаны и могут усиливать влияние друг друга. Например, при сниженной минеральной плотности кости особое значение приобретает уве- личение площади контакта имплантата с телом позвонка для лучшего распределения нагрузки [38]. В свою очередь, чрезмерная интраоперационная дистракция может привести к повреждению замыкательных пластинок, что в сочетании с несоответствием модуля упругости имплантата и кости создает предпосылки для раннего проседания даже при изначально корректном позиционировании протеза.

Полученные результаты и анализ литературы позволяют сформулировать практические рекомендации для снижения риска нестабильности имплантатов:

• —    рассматривать использование костного трансплантата как метод выбора при отсутствии противопоказаний, учитывая его способность к биологической интеграции и ремоделированию;

• —    при подготовке к операции тщательно планировать точки фиксации, зоны контакта протеза, использовать современные методы визуализации для оценки качества костной ткани и проводить предоперационное моделирование установки имплантатов;

• —    во время операции обеспечивать максимально точное соответствие контактных поверхностей, избегать чрезмерной дистракции и минимизировать повреждение замыкательных пластинок при подготовке ложа для протеза;

• —    в послеоперационном периоде проводить тщательный рентгенологический мониторинг, контролировать процесс остеоинтеграции;

• —    при наличии факторов риска (остеопороз, многоуровневое поражение, локализация в переходных отделах) использовать стержни увеличенного диаметра, удлинять зону фиксации и применять дополнительные стержни;

• —    с целью профилактики нестабильности использовать индивидуальные протезы тел позвонков, изготовленные методом 3D-печати, которые позволяют оптимизировать распределение нагрузки за счет точного соответствия анатомии пациента, создавать дополнительные точки фиксации в конструкции имплантата, а также применять материалы с модулем упругости, близким к костной ткани (PEEK-композиты).

Индивидуализация хирургического лечения с учетом этих рекомендаций может способствовать снижению частоты нестабильности имплантатов и улучшению отдаленных результатов лечения пациентов с опухолевым поражением позвоночника.

Исследование имеет ряд ограничений. Ретроспективный характер исследования ограничивает возможность контроля качества собираемых данных и увеличивает риск систематических ошибок. Одноцентровой формат может снижать внешнюю валидность результатов. Относительно небольшой размер выборки (87 пациентов) ограничивает статистическую мощность исследования, особенно учитывая гетерогенность популяции по типам опухолей (метастатические, первично-злокачественные и агрессивные доброкачественные опухоли). Длительный период набора материала (2007–2023 гг.) мог сопровождаться изменениями в хирургической технике и периоперационном ведении пациентов. Наличие пропущенных данных (9,2 % случаев), несмотря на использование современных методов статистической обработки, могло повлиять на результаты анализа. Ограничение количества предикторов в финальной модели до трех переменных, хотя и обоснованное размером выборки, могло привести к потере потенциально значимых факторов риска. Кроме того, потенциальное влияние конкурирующих рисков (например, летальный исход) ограничивает оценку частоты нестабильности в отдаленном периоде.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам исследования выявлены три независимых фактора риска нестабильности имплантатов после спондилэктомии у пациентов с опухолевым поражением позвоночника: использование костного цемента вместо аллотрансплантата для заполнения протеза тела позвонка, несоответствие контактных поверхностей протеза со смежными замыкательными пластинками более 10° и проседание протеза более 2 мм через 3 мес. после операции. Выявленные факторы риска следует учитывать при планировании хирургического вмешательства и в послеоперационном мониторинге пациентов для профилактики нестабильности металлоконструкции.