Костная пластика - история и современность

Трансплантация костной ткани и замещение дефектов костей, ускорение и качественное улучшение процессов репарации остеогенеза представляют одну из наиболее актуальных проблем травматологии и ортопедии. Вследствие частоты, недостаточной способности к спонтанной регенерации и длительности периода восстановления подобные дефекты представляют собой существенную медицинскую, социальную и немалую экономическую проблему [11].

С конца ХIX столетия предпринимались единичные попытки использовать для пластических целей кость ампутируемых конечностей. Впервые Macewen W. в 1670 году использовал аллогенный имплантат для замещения диафиза плечевой кости у трехлетнего мальчика, страдавшего остеомиелитом [14]. Частые осложнения и отсутствие надежных способов консервации костной ткани привели тогда к отказу от метода.

Morestin в 1915 г. сообщил о пересадке хряща, взятого у умерших людей [8]. Метод был с энтузиазмом воспринят клиницистами, т.к. можно было забирать пластический материал в любом количестве, обрабатывать по форме дефекта с высокой приживляемостью. Имплантаты из аллогенного хряща долгое время были основным материалом, используемым в целях контурной пластики для восстановления формы носа, скуловых областей и др.

Пересадка человеку костной ткани животных (ксеноплас-тика) имеет более древнюю историю. Еще в 1668 году Van Meekeren J. J. описал случай замещения дефекта черепа костной тканью умерщвленной собаки. Через некоторое время имплантат пришлось удалить по морально-этическим соображениям. На повторной операции обнаружилось, что пересаженный фрагмент прижился, что позволило хирургу оценить свой метод как удачный [11]. В последующем подобные попытки воспроизводились с переменным успехом. В качестве пластического материала использовались кости собак, обезьян, гусей, кроликов, телят, орлов [2, 8, 10].

С конца 30-х гг. ХХ века для пластического замещения дефектов костей была предложена так называемая os purum, представляющая собой аллогенные имплантаты, в которых после воздействия органических растворителей сохранялся только минеральный компонент. Такой биологический материал мог храниться на протяжении длительного времени, и выполнял функцию остеокондуктора. Для регенерата, прорастающего в os purum был предложен термин os novum. Однако широкое применение аллопластики началось только с 60–70-х годов ХХ столетия после появления современных методов консервации. Для их стандартизации и обеспечения технологического контроля были созданы ассоциации «тканевых банков».

Для понимания процессов включения трансплантата был предложен термин «впаяния», – как совокупность следующих взаимозависимых процессов:

• 1.    пролиферации костных клеток-предшественников

• 2.    дифференциации остеобластов

• 3.    остеоиндукции

• 4.    остеокондукции

• 5.    биомеханических свойств трансплантатов [2].

Процесс образующейся новой ткани получил название «ползучее замещение» [9]. Включение определяется как процесс обволакивания комплекса некротической кости жизнеспособной костью и врастания новой кости. Этот процесс является проявлением физиологического ремоделирования скелетного участка в области трансплантации и зависит от типа материала [1, 2].

Процесс врастания капилляров и костных клеток-предшественников из реципиентного ложа внутрь трансплантата получил распространенное название – остеокон-дукция [6].

Костная индукция – это тот механизм, посредством которого на ткани оказывается влияние для формирования остеогенных элементов. Индукция требует стимула, например, кусочка кости или остеогенной клетки и окружающей среды, благоприятной для остеогенеза. Некоторые исследователи указывали на необходимость жизнеспособных клеток, в то время, как другие указали на то, что морфоге- нетический белок в костном матриксе способствует дифференциации клеток [2, 6], однако как срабатывает этот механизм остается неизвестным.

На основании многочисленных экспериментальных и клинических исследований установлено, что прочность костных трансплантатов изменяется в процессе перестройки. Так, губчатые трансплантаты перестраиваются за счет процесса, который вначале формирует костную ткань на некротических костных поверхностях, а когда происходит лизис некротической костной ткани, механическая прочность трансплантационной зоны проявляет тенденцию к нормализации [1, 4, 7].

Наоборот, кортикальные трансплантаты перестраиваются вначале за счет увеличенной остеокластической активности и уменьшения остеобластической активности. Конечный результат - это ослабление трансплантата механически.

Хотя аутотрансплантат и является лучшим пластическим материалом, его взятие сопровождается дополнительной операционной травмой, увеличением продолжительности операции [2, 3, 15].

На данный момент времени существуют несколько видов аутопластического замещения дефектов костей:

• 1)    свободная неваскуляризованная аутопластика

• 2)    несвободная васкуляризованная аутопластика

• 3)    свободная васкуляризованная аутопластика

• 4)    монобилокальный остеосинтез.

Идея несвободной васкуляризованной костной аутопластики принадлежит великому русскому хирургу Н.И. Пирогову, который в 1854 году описал способ костнопластического удлинения голени при ампутации стопы [6].

Новым этапом в реконструктивной хирургии можно смело назвать свободную трансплантацию аутокости на сосудистой ножке. Впервые в клинической практике ее осуществили Taylor J.I. с соавторами в 1975 году [16]. Авторы пересадили свободный аутотрансплантат малоберцовой кости в посттравматический дефект другой голени, а кровоснабжение восстановили за счет создания анастомоза между малоберцовыми сосудами с задним большеберцовым сосудистым пучком реципиента. Проведенная, через 6 недель, ангиография показала проходимость сосудистого анастомоза и сращение в области стыка.

Большой вклад в изучение проблемы замещения дефектов длинных костей внес Илизаров Г.А. [5]. Данный метод, являющийся одним из вариантов аутопластики, позволил замещать обширные дефекты костей, и нашел свое широкое применение в лечении травм и посттравматических деформаций [6].

Сущность аллопластики состоит в замещении образовавшегося дефекта донорскими трупными тканями. Им-

плантат, получаемый после соответствующей обработки, отличается полным отсутствием клеток, благодаря чему его иммуногенность сравнительно не высока. Основными достоинствами являются отсутствие дополнительной травмы, сокращение времени выполнения операции, снижена опасность повреждения жизненно важных органов, необходимость проведения дополнительных разрезов. Создается возможность адекватного замещения сложных по конфигурации дефектов. Такие имплантаты носят название ортотопических. Основными недостатками аллопластики является необходимость в специализированной лаборатории по заготовке и консервации костной ткани с соответствующим штатом специалистов. Необходимо наличие дорогостоящего комплекса тестирования донорской кости, проведение точного комплекса технологических этапов заготовки, консервации и стерилизации. Остеопластический потенциал кости сохраняется в течение очень краткого периода с момента смерти донора. Серьезной проблемой являются этические и правовые вопросы. В странах, где принята, так называемая презумпция несогласия, материал может быть взят только после получения письменного согласия ближайших родственников умершего, что затруднительно собрать за краткий срок, в течение которого сохраняется ценность и остеогенный потенциал [16 – 19].

Основными видами консервации костной ткани являются:

Неорганическая кость

Сущность метода состоит в делипидизации и депротеинизации аллогенного имплантата путем чередующихся промываний в растворах органических растворителей. Основное преимущество неорганической кости состоит в том, что в ходе обработки практически полностью исключается антигенная активность биологического материала и уничтожаются возможные переносчики инфекционных заболеваний.

Замороженная кость

Консервация костной ткани осуществляется за счет воздействия низких температур. При сохранении аллогенных имплантатов в режиме –25 ... 30 °С, срок их годности ограничен 6-12 месяцами, в связи с происходящими в них процессами аутолиза. Замораживание аллокости до –196 0С позволяет сохранять ее неограниченно долго. По мнению Salai М. et al [14] биомеханические свойства замороженных имплантатов практически не отличаются от нативной кости и могут сохраняться, как минимум 5 лет при –80 °С. В клинических условиях частота переломов криоконсерви-рованной кости составляет 16–50%. Это объясняется тем, что жизнеспособность аллоимплантата при таком способе консервации угнетается в значительной степени и в области дефекта он часто рассасывается без замещения новообразованной тканью.

Формалинизированная кость

Консервация осуществляется за счет выдерживания в слабых растворах или парах формалина. Обработанный таким образом аллогенный материал обладает бактериостатическим действием за счет отщепления молекул формальдегида. Наблюдения показали, что остеопластический потенциал данной кости довольно низкий.

Лиофилизированная кость

Консервация осуществляется за счет лиофильной сушки предварительно замороженной кости в условиях вакуумирования. В англоязычной литературе для обозначения этого способа консервации применяется термин freeze-dried bone allograft – FDBA

Остеообразовательный потенциал аллогеного имплантата, при данном способе консервации, сохраняется в большей степени, процессы его перестройки идут быстрее, нежели при использовании метода замораживания [13].

В течение нескольких десятилетий считалось, что ал-лоимплантаты способны выполнять только роль остеокондуктора. Эта позиция коренным образом изменилась в результате открытия Urist M.R. [18], который случайно обнаружил, что после обработки фрагментов компактной кости 0,6% раствором соляной кислоты и имплантации их в мышечные карманы экспериментальным животным (кроликам и крысам), происходит образование новой костной ткани. Его работы привели к созданию поверхностно- деминерализованного имплантата.

Данный вид консервации костной ткани связан с обработкой биоматериала в слабых растворах кислот. Имплантаты этого типа обладают выраженными остеоиндуктив-ными свойствами за счет сохранившихся в нем костных морфогенетических протеинов (bone morphogenetic proteins – BMPs), которые играют роль фактора микроокружения, необходимого для пролиферации мультипотент-ных клеток - предшественников скелетогенной ткани. В результате деминерализации открываются детерминанты белка, которые после пересадки вызывают эффект остеоиндукции. Открытие ознаменовало новую эпоху в развитии аллоостеоплатики, а данный тип обработки костной ткани является сейчас наиболее распространенным в мировой клинической практике [7].

Для последующей консервации деминерализованной аллокости обычно используется лиофилизация (в англоязычной литературе обычно применяется термин DFDBA -demineralized freeze-dried bone allograft, в отличие от FDBA, которым обозначаются лиофилизированные, но не деминерализованные имплантаты).

Проблема стерилизации деминерализованных аллогенных имплантатов окончательно не разрешена до настоя-

щего времени. Так, по данным Лекишвили М.В. [7], при их облучении в дозе, превышающей 25 кГр, происходит инактивация костных морфогенетических протеинов.

Для практического использования аллогенные имплантаты выпускаются в виде блоков различных размеров и конфигурации, пластин, гранул, порошка (костной муки), стружки, щебенки, коллагеновой губки, в которую иногда добавляют антибактериальные препараты и пунктат костного мозга [12, 13, 15]. Отмечено, что деминерализованные костные трансплантаты, особенно с перфорациями, явно превосходят недеминерализованные» [4].

По данным различных авторов частота осложнений при аллопластике, колеблется от 1% до 50 % [3,6,17]. Наиболее грозным осложнением, по мнению большинства авторов, является нагноение в области трансплантации [13]. Большинство авторов, склоняются к мнению, что частота осложнений прямо пропорциональна объему костнопластического оперативного вмешательства.

Дифференциация между отторжением и нагноением аллотрансплантата имеет жизненно важное значение. В первом случае необходимо подавление иммунной системы, в другом случае требует санации и антибиотикотерапии.

Многообразие травм и посттравматических состояний требуют диференцированного подхода к лечению пациентов. Вместе с тем, в литературе нет четких сведений об оптимальных методах костной пластики при различных травмах и посттравматических дефектах, ложных суставах, в условиях того или иного патологического процесса, его локализации, также в зависимости от объема резекции кости. Недостаточно изучены комбинации аллопластики в сочетании с погружным и внеочаговым металлоостеосин-тезом, синтетическими композитными материалами.

Проведенный анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что сведения, накопленные по костной пластике далеко не исчерпывают проблемы в целом. Зачастую они преследуют разные задачи, не лишены субъективных оценок и содержат противоречивые положения. Учитывая все многообразие подходов к лечению дефектов костей по данным мировой литературы и отсутствие исследований, включающих все направления костной пластики представляется необходимым дальнейшее изучение данной проблемы.