Костнопластические остеоиндуктивные материалыв травматологии и ортопедии

Значительное количество последствий травм, заболеваний и несчастных случаев, приводящих к повреждению костной ткани, требует обязательного восстановления ее целостности. Как правило, необходимость проведения восстановительных костнопластических операций продиктована наличием сопутствующих грубых функциональных нарушений суставных органов. Для восполнения подобных дефектов, наряду с металлоконструкциями, наиболее оптимальными костноза-мещающими субстанциями являются различные пластические материалы, обладающие необходимым для

себя набором свойств (безопасность, остеоиндуктивность, остеокондуктивность, отсутствие токсичности и аллергенности и т.д.). Вместе с тем, известно, что для конкретных клинических ситуаций нужны те или иные имплантаты, обладающие разными механическими и пластическими характеристиками. Разработка, пред-клинические, экспериментальные исследования новых пластических материалов с целью их дальнейшего внедрения в клиническую практику разных направлений восстановительной хирургии представляют собой актуальную задачу современной биоимплантологии [1].

Ш Лекишвили М.В., Склянчук Е.Д., Акатов В.С., Очкуренко А.А., Гурьев В.В., Рагинов И.С., Бугров С.Н., Рябов А.Ю., Фадеева И.С., Юрасова Ю.Б., Чеканов А.С. Костнопластические остеоиндуктивные материалы в травматологии и ортопедии // Гений ортопедии. 2015. № 4. С. 61-67.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

К настоящему времени удачными и наиболее эффективными костнопластическими материалами зарекомендовали себя деминерализованные костные аллоимплан-таты (ДКИ), разработанные в ЦИТО им. Н.Н. Приорова. В лаборатории «тканевой банк ЦИТО» в течение более 17 лет изготавливают ДКИ с различными степенями деминерализации, свойств, геометрии и т.д. Более 10 лет выпускаются ДКИ на основе донорских тканей – костей свода черепа. Что касается имплантатов из кортикального слоя длинных костей, то подобные ДКИ выпускаются в виде пластин, стружки, чипсов и т.д. (рис. 1). В процессе изготовления деминерализованных костных

аллоимплантатов используются процессы деминерализации костных заготовок слабыми растворами соляной кислоты, лиофилизации заготовок из замороженного состояния и стерилизации радиационным способом потоком быстрых электронов дозой поглощения 20-25 кГр [2]. Получили признание у хирургов аллоимплантаты в виде блоков из спонгиозной и кортико-спонгиозной костной ткани. Основными методами исследования за перестройкой материалов и формированием органотипического регенерата являются лучевые методы: рентгенографические и компьютерные исследования в динамике в послеоперационных периодах.

Рис. 1. Варианты аллогенных костнопластических материалов

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Деминерализованные кортикальные костные имплантаты применяются при заполнении дефектов, вызванных костными опухолями, опухолеподобными заболеваниями, остеомиелитами, а также при наличии ложных суставов различного генеза, для ускорения процессов регенерации костной ткани (рис. 2). ДКИ с высокой степенью деминерализации стали использовать при проведении удлинения длинных костей на фоне замедленного формирования дистракционного регенерата (рис. 3). В этих случаях имплантаты выполняют роль остеоиндукторов, одновременно являясь источником «строительного материала». Срок органотипической перестройки аллоимплантатов

колеблется от 1,5 до 5 лет в зависимости от объема дефекта, этиологии и локализации костной патологии и т.д. (рис. 5).

В ортопедии имплантаты на основе костей свода черепа нашли свое применение в случаях проведения ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава (рис. 6) [4]. Показаниями для использования этих имплантатов также являются разрушенные тела позвонков, дефекты костей лицевого черепа. Они являются материалом выбора для проведения краниопластики различных размеров и локализации, а также при проведении предварительного этапа дентальной имплантации (рис. 7, 8).

Рис. 2. Больная Р., 12 лет. Солитарная киста верхней трети левой плечевой кости: рентгенограммы до операции и на этапах лечения

Рис. 3. Рентгенограммы большеберцовой кости больной Л., 12 лет. Пластика ДКИ по регенерату: а – до операции; б – через 2 мес. после остеотомии и костной пластики. Дистракция 55 мм; в – через 3 мес. после остеотомии и костной пластики. Дистракция 65 мм; г – через 6 месяцев после завершения дистракции

Рис. 4. Компьютерная томография (топограмма, аксиальные срезы) плечевой кости больной Ж., 9 лет. через 1,5 года после проведения аллопластики ДКИ по поводу удаления остеохондромы

Рис. 5. Больной Ч., 15 лет. По-лиоссальная форма фиброзной дисплазии: а – правая бедренная кость. Состояние до операции; б – корригирующая остеотомия и аллопластика ДКИ в сочетании с металлоо-стеосинтезом Г-образной пластиной; в – состояние через 3 года после операции; г – состояние через 5 лет после операции и удаления металлоконструкций. Рентгенограммы в прямой проекции

Рис. 6. Больная, 46 лет. Реэндопротезирование и костная пластика тазобедренного сустава: а – состояние до операции; б – после выполнения хирургической коррекции; в – через 2 года после реэндопротезирования. Рентгенограммы в прямой проекции

Рис. 7. Больной М., 12 лет. Компьютерная томограмма оскольчатого перелома верхней стенки орбиты справа: а – состояние до операции; б – состояние через 12 месяцев после операции

Рис. 8. Больной М., 33 года. Дегенеративные изменения костей верхней челюсти слева: а – состояние до трансплантации ДКИ; б – через 2 месяца; в – через 6 месяцев после пластики аллоимплантатами

ДКИ

Не менее перспективными и эффективными материалами оказались лиофилизированные губчатые аллоимплантаты, которые могут быть деминерализованными или не деминерализованными в виде блоков разного размера с сохранной архитектоникой костной ткани. Материал тщательно очищен от миелоидного компонента и способен играть роль не только кондуктора, но и служить носителем биологически активных субстанций, к которым относятся факторы роста, морфогенетические белки и другие компоненты костного матрикса. На стадии трансплантации они могут использоваться как депо, в состав которых материалов могут быть включены обогащенная тромбоцитами плазма, трансплантируемые различные клетки-предшественники и т.д. Кроме блоков в качестве носителя могут применяться костные чипсы, где еще одним из компонентов являются фармакологические препараты, влияющие на скорость регенерации и процессы моделирования костных тканей. Аллоимплантаты из губчатой кости широко используются в травматологии и ортопедии в случаях, когда требуется восстановление значительных костных дефектов, в частности, при опухолевых и опухолеподобных заболеваниях у детей и взрослых. К этой же группе относятся костнопластические материалы на основе головок бедренных костей, удаленных в ходе операции эндопротезирования тазобедренного сустава по поводу остеоартроза.

Рост числа больных с патологией тазобедренного сустава является общемировой тенденцией, обусловленной старением популяции и гиподинамией. В связи с чем, с одной стороны, увеличивается число больных с дегенеративно-дистрофическими заболеваниями суставов, а с другой – неуклонно возрастает количество переломов шейки бедра на фоне остеопороза, который встречается у 47 % пациентов с деформирующим артрозом тазобедренных суставов. Одним из распространенных способов лечения данной патологии является тотальное эндопротезирование. В настоящее время количество первичных тотальных эндопротезирований в мире возрастает с каждым годом, в том числе у лиц молодого возраста, уровень активности которых до- статочно высок, что ведет к росту числа ревизионных эндопротезирований. Уже сегодня каждый пятый поставленный эндопротез в РФ – ревизионный. В России количество выполняемых операций существенно меньше, но можно с уверенностью говорить, что число больных, нуждающихся в ревизионном эндопротезировании, будет постоянно расти. Первое место среди причин нестабильности эндопротеза занимает асептическое расшатывание компонентов эндопротеза, основной причиной которого является динамическое взаимодействие на границе «кость-имплантат» при бесцементной фиксации и «кость-цемент-имплантат» при цементной фиксации эндопротеза. Потеря костной массы вокруг ножки эндопротеза не только зависит от вида протеза, но и от активности пациента, демографических особенностей, исходной минеральной плотности ткани. Известно, что адаптивная перестройка при эндопротезировании тазобедренного сустава является примером общей атрофии, наблюдаемой после внедрения любой металлоконструкции в кость, поэтому проблема качества костной ткани, прилежащей к эндопротезу, в риске развития асептической нестабильности весьма значительна. Все это обусловливает необходимость поиска новых средств и методов, которые позволили бы улучшить течение адаптивной перестройки, качество и количество костной ткани, прилежащей к эндопротезу, особенно в случаях ревизионного эндопротезирования. Поэтому, кроме усовершенствования конструкций эндопротезов, разработки более инертных материалов, модернизации покрытия эндопротезов в последнее время все большее значение имеет использование регуляторов ремоделирования костной ткани.

В настоящее время данная проблема решается по двум направлениям. Во-первых, имеющиеся сведения о механизмах потери костной ткани дают основание считать, что с помощью фармацевтических препаратов возможна коррекция нарушенных механизмов ремоделирования и снижение интенсивности остеолиза, влекущего за собой развитие асептической нестабильности. В клинической практике используется ряд препаратов, системно влияющих на метаболизм костной ткани. В настоящее время наибольшее распространение получили бисфосфонаты. Они подавляют костную резорбцию, приводя к увеличению костной массы. По данным различных авторов, отмечается положительный результат системного применения бисфосфонатов в дополнение к стабильной первичной фиксации эндопротеза. В последнее время обсуждается возможность местного применения бисфосфонатов как изолированно, так и в комбинации с другими компонентами [5].

Метод локального применения бисфосфонатов был предложен B. Peter c соавторами (2005), которые имплантировали золедронат на гидроксиапатитную поверхность титанового имплантата, вживлённого в костную ткань крысы. Появились работы о локальном применении бисфосфонатов при цементном эндопротезировании, в которых они были смешаны с костным цементом. Однако при этом было отмечено изменение характеристик самого цемента, что снижало его усталостную прочность, в связи с чем от этой идеи пришлось отказаться. Преимущественное использование бесцементных конструкций, невозможность применения бисфосфонатов в соединении с костным цементом, а также недостаточная эффективность соединения бисфосфонатов с гидроксиапатитным покрытием подтолкнули ученых к разработке растворов бисфосфонатов для локального применения. В экспериментах на животных было показано увеличение остеогенеза вокруг имплантатов при локальном использовании раствора бисфосфоната, и это представляло большой интерес, т.к. выявленное увеличение остеоинтеграции на границе «имплантат-кость» превосходило подобное явление при системном применении бисфосфонатов. Подобный эффект был достигнут и в других исследованиях, где после местного применения алендроната отмечалось увеличение объема костной ткани вокруг имплантата и усиление его биомеханической фиксации. При внедрении результатов лабораторных экспериментов в клинику было отмечено, что местное применение бисфосфонатов улучшает фиксацию эндопротеза. В то же время выявлено, что бисфосфонаты в качестве раствора не способны долгое время удерживаться локально в зоне операции, в связи с чем вопрос его удержания остается открытым [7, 8].

Во-вторых, при развившейся нестабильности эндопротеза тазобедренного сустава, осложненной разрушением вертлужной впадины и костей таза, в практической травматологии и ортопедии используются аллотрансплантаты костей свода черепа, которые способствуют не только полному замещению костных дефектов и надежной фиксации металлоконструкций, но и восстановлению целостности костной основы вертлужной впадины за счет быстрого формирования вновь образованной костной ткани.

Значительное количество послеоперационных осложнений в виде остеомиелита и других гнойных осложнений заставляет искать пути лечения этой сложной патологии костной системы. С учетом дефицита современных и эффективных биокомпозиционных материалов в РФ задача создания доступных отечественных материалов, способных нивелировать данные патологии, является актуальным исследованием [9].

Возможно, решением части проблем в этой области является локальное использование имплантатов, им-прегнированных антибиотиками, с применением технологии сверхкритического СО2 [10-12]. Опыт Winkler H. с соавторами вселяет надежду на получение биологических имплантатов с ванкомицином, эффективных при лечении остеомиелита различной локализации. Подобных работ в России крайне мало, их проведение давно назрело.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Исходя из вышесказанного, можно заключить, что возможности биоимплантологии в травматологии и ортопедии далеко не исчерпаны. Необходимо сохранить существующие эффективные формы биологических материалов, в ряде случаев внести различные усовершенствования, направленные на улучшение их пластических свойств. Остающиеся серьезные проблемы, а также появляющиеся новые, в частности, на фоне лавинообразного увеличения операций ревизионного эндопротезирования, заставляют нас искать новые формы пластического материала, его модификации, источники донорских тканей, методы консервации и стерилизации.

Без сомнения можно констатировать, что перспективные направления, связанные с разработкой и дальнейшим внедрением в клиническую практику новых костнопластических материалов, потребуют значительных финансовых затрат, тщательного экспериментального исследования, анализа, комплекса различных экспертиз, государственной регистрации и т.д. Вместе с тем, мы надеемся на научную кооперацию с другими государственными тканевыми банками, клиническими подразделениями ЦИТО и сторонними лечебными учреждениями различного профиля, где возможны внедрения разрабатываемых материалов, и, в первую очередь, с лечебными учреждениями травматолого-ортопедического профиля.