Проблема замещения посттравматических дефектов длинных костей в отечественной травматолого-ортопедической практике (обзор литературы)

В Российской Федерации проблема замещения дефектов костной ткани занимает одну из приоритетных позиций в медицинской, социальной и экономической сферах [1, 2, 3, 4]. Причиной формирования подобного рода патологии являются переломы, кистозные образования, опухоли, ложные суставы, инфекционные поражения и другие состояния, связанные с необходимостью выполнения резекции кости [3].

Но, прежде всего, актуальность проблемы связана с возросшей долей за последние годы высокоэнергетической травмы и появлению большого числа пострадавших с последствиями политравм [5, 6, 7, 8].

В восстановительной хирургии дефектов трубчатых костей в настоящее время можно выделить четыре направления: свободная пересадка костной ткани и костей, замещение дефекта остеозамещающими и остеоиндуцирующими материалами, несвободная пересадка костной ткани по Г.А. Илизарову и комбинированные методы.

Травматологи-ортопеды как наиболее эффективному и альтернативному методу отдают предпочтение несвободной костной пластике по Г.А. Илизарову и реплантации в дефект васкуляризированного или свободного аутотрансплантата [4].

Идея возмещения дефекта кости, предложенная Г.А. Илизаровым, открыла новую страницу в костнопластической хирургии [9, 10, 11]. Способ основан на создании компрессионно-дистракционных усилий в месте контакта костных фрагментов и дозированном перемещении аутотрансплантата в дефект. При этом последний заполнялся несвободным трансплантатом с формированием дистракционного регенерата, претерпевающего со временем полную органотипическую перестройку, и воссозданием анатомии сегмента конечности [12, 13].

Несмотря на очевидные преимущества, многие специалисты неоднозначно относятся к использованию метода Г.А. Илизарова в своей практике. Это обусловлено длительностью и многоэтапностью стационарного лечения, сложностью и трудоемкостью остеосинтеза. Кроме того, необходим постоянный контроль в течение всего периода лечебно-реабилитационных мероприятий, что достаточно сложно при отдаленности проживания больных от специализированных лечебных учреждений.

Также выделяют ряд локальных проблем, возникающих в процессе и после лечения (в определенной сте-

пени снижение качества жизни пациентов в результате необходимости выполнения перевязок, неудобство выполнения гигиенических процедур и т.д.) [14, 15, 16].

Для уменьшения аппаратного периода лечения был предложен и экспериментально апробирован вариант в виде комбинации методик блокируемого интрамедуллярного и внешнего остеосинтеза аппаратом Илизарова. Данная методика хорошо себя зарекомендовала при ее использовании в клинической практике [17].

В ряде работ показано, что индекс чрескостного остеосинтеза при замещении дефекта длинных костей технологией комбинированного остеосинтеза был равен индексу дистракции, составляя 10,2 ± 0,78 дн./см, однако, по данным других авторов, в аналогичной ситуации период аппаратной фиксации соответствовал 160 ± 29,8 дня. Несмотря на то, что ускорения процесса органотипической перестройки дистракционного регенерата достигнуто не было, отмечено уменьшение стационарного пребывания пациентов и улучшение качества их жизни [17, 18].

В свою очередь, использование свободной аутотрансплантации с артериовенозным шунтированием отличается сложностью выполнения, требует высокотехнологичного оборудования. Применение данной методики ограничено объемом донорского материала. Также существует высокий риск развития осложнений: формирование гематом с дальнейшим развитием гнойно-воспалительного процесса, повреждение сосудов и нервов, тромбозы артериовенозного анастомоза, рассасывание трансплантата, опасность перелома в донорской зоне, косметический дефект. Также данный вид пластики сопряжен с высоким риском несращений и возникновением патологических переломов репланта-тов по причине замедленного остео- и ангиогенеза [15].

Достойной альтернативой ауто- и аллотрансплантатов являются искусственные заменители костной ткани. Их небиологическое происхождение заметно снижает риск передачи инфекций, а также возникновения нежелательных иммунных реакций.

В настоящее время специалистами в области травматологии и ортопедии ведется активный поиск в данном направлении. Применяемые на сегодняшний день имплантационные материалы имеют различные свойства.

Одни из них обладают высокой механической прочностью, обеспечивая, тем самым, армирующий эффект на участке имплантат-кость, и, как правило, являются небиодеградируемыми. Другие, напротив, биодеградируемые, достаточно пластичны и предназначены для заполнения костных полостей сложной формы и различного объема [19, 20]. Те и другие должны обладать биосовместимостью с костной и окружающими тканями, остеокондуктивными, остеоиндуктивными свойствами, являться матриксом для прорастания сосудов либо индукторами ангиогенеза. Материалы не должны оказывать токсического действия как на окружающие ткани, так и на организм в целом [21].

В травматологии и ортопедии внедрены импланты с высокими прочностными характеристиками, выдерживающими высокие механические нагрузки. Как правило, это небиодеградируемые материалы: керамика, металлы, углеродсодержащие и композитные либо полимерные материалы [22, 23, 24, 25, 26].

В зависимости от влияния на репаративную способность костной ткани выделяют:

• •    биотолерантные материалы: нержавеющая сталь, хром-кобальтовый сплав. Такие материалы отделяются от окружающих тканей в организме мощной фиброзной капсулой и не оказывают какого-либо влияния на срок консолидации [27];

• •    биоинертные материалы: титан, цирконий, золото, корундовая керамика, стеклоуглерод, никелид титана, тантал, ниобий, оксид алюминия, которые не оказывают влияния на срок замещения дефекта, однако репаративные процессы, связанные с формированием костной ткани, протекают на поверхности имплантируемого материала без формирования фиброзной капсулы [27, 28, 29];

• •    биоактивные материалы: имплантаты, покрытые гидроксиапатитом (ГА), трикальцийфосфатной керамикой и т.п. Стимулирующая субстанция обеспечивает взаимодействие импланта с окружающими тканями и ускоряет процессы костеобразования. Подложка играет роль каркаса и определяет механические свойства трансплантата [26, 27, 29,30].

Самым биоинертным материалом в настоящее время считается титан. Пористый титан, благодаря его высокой твердости, кавитационной, коррозионной и эрозивной стойкости, немагнитности, биохимической и биомеханической совместимости с организмом человека, часто применяют в качестве эндофиксатора и трехмерной матрицы для формирования остеогенной ткани [31, 32, 33]. Вместе с тем, низкая остеоинте-гративная функция требует покрытия поверхности имплантов из такого материала биоактивными веществами. Чаще всего с этой целью применяют гидроксиапатит, который способствует формированию коллагеновых и эластиновых волокон, влияет на дифференцировку клеточных элементов в остеогенном направлении [34, 35, 36].

Применение различных композиционных материалов, содержащих в своем составе гидроксиапатит, показало эффективность при замещении костных дефектов в экспериментальных условиях. Авторами отмечено, что восстановление целостности кости с наличием непрерывной корковой пластинки происходит, в среднем, через 90 суток [37, 38, 39, 40, 41, 42].

Однако другим исследователям при замещении аналогичных дефектов способами без применения дополнительных материалов удалось добиться восстановления кости в аналогичные сроки (92,7 суток, индекс фиксации 22,1 ± 0,8 дн./см) [43, 44].

Сокращению сроков формирования опороспособного участка кости в зоне дефекта может способствовать использование матрикса с нанесенными мульти-потентными мезенхимальными клетками [45], а также трехмерных трансплантатов (остеогенные клетки, гидроксиапатит, протеогликан) [46]. Однако производство таких материалов требует сложного дорогостоящего оборудования.

Резюмируя все вышесказанное, можно сделать заключение о том, что существующие технологии замещения костных дефектов методами несвободной костной трансплантации по Илизарову связаны с длительным (около года) остеосинтезом аппаратами внешней фиксации, сложностью биомеханического процесса и значительным количеством осложнений.

Недостатком при использовании композиционных и клеточных имплантатов является их недостаточная механическая прочность, несмотря на хорошие остео-индуктивные свойства и возможность заполнения дефектов сложной формы.

Применение имплантационных материалов на основе биоинертных металлов и их сплавов, углерода и биокерамики позволяет добиться механической прочности в зоне дефекта. Но их широкое использование затруднено в связи с невозможностью возмещения дефектов сложной конфигурации и отсутствием достаточных индукционных свойств. Последнее решается путем покрытия имплантационных материалов биоактивными веществами.

Появившиеся в последнее время современные технологии, связанные с 3D прототипированием и обе- спечивающие персонифицированный подход (так называемые аддитивные технологии), позволяют создать имплантаты, обладающие всеми необходимыми для замещения дефектов свойствами. Эти возможности в перспективе должны быть направлены на обеспечение быстрого и качественного изготовления биологически активных имплантов под конкретного пациента.

В целом создание имплантатов нового поколения, удовлетворяющих всем необходимым требованиям, возможно только при комплексном междисциплинарном подходе с привлечением специалистов в области тканеинженерных технологий, врачей, биологов, физиков, специалистов в сфере промышленности и при достаточной финансовой поддержке.