ИСКУССТВЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В
ТРАВМАТОЛОГИИ И ОРТОПЕДИИ
Сборник работ
V научно-практического семинара
под редакцией профессора Очкуренко А.А.
Москва, 13 февраля 2009 года
Москва
2009
Искусственные материалы в травматологии и ортопедии // Сборник работ V научно-практического семинара под редакцией профессора Очкуренко А.А., Москва, 13 февраля 2009 года. – М., 2009., 111 с.
Книга является сборником работ по применению различного пластического материала естественного и искусственного происхождения в травматологии и ортопедии.
Есть сообщения посвященные использованию аутокости, аллотрансплантатов, высокопористого ячеистого углерода, но большинство работ касаются практических вопросов применения искусственного биоматериала на основе гидроксиапатита – коллапана. В них всесторонне охвачены как научные, так и практические стороны применения коллапана при различных повреждениях и заболеваниях костей. В этих работах подробно описаны разнообразные методы хирургического использования различных форм препарата коллапан, результаты лечения, встречающиеся ошибки и осложнения.
Сборник работ рассчитан на травматологов-ортопедов, хирургов и онкологов.
ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕПАРАТА КОЛЛАПАН ПРИ ГНОЙНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ КИСТИ
Алексеев М.С., Гармаев А.Ш., Гаджикеримов Т.А.
ГОУ ВПО РГМУ Росздрава, ГКБ №4
г. Москва, Россия
Гнойная хирургическая инфекция в значительной мере ограничивает возможности применения биоактивных материалов. Несмотря на это, в ряде случаев подострого и хронического воспаления введение их в зону выполненной радикальной секвестрэктомии можно считать методом выбора. Выраженные свойства активизации репаративного остеогенеза в сочетании с антибактериальным действием включенного в состав препарата антибиотика определяют его эффективность при гнойной патологии.
Для лечения гнойной костной патологии с 2005 г. на кафедре общей хирургии педиатрического факультета РГМУ на базе специализированного отделения гнойных заболеваний кисти ГКБ № 4 г. Москвы у 44 пациентов была выполнена имплантация остеозамещающего препарата Коллапан. По поводу костного панариция и посттравматического остеомиелита фаланг пальцев оперированы 24 пациента, пандактилита – 9, посттравматического остеомиелита пястной кости – 6, остеогенной кисты, осложненной нагноением – 3 больных, остеомиелита кистевого сустава – 2 больных. Кроме того, в 2 случаях мы применили Коллапан для заполнения костных дефектов на большеберцовой кости, которые оставались после забора костных аутотрансплантатов для костной пластики. Мужчин было 29(65,9%), женщин 15 (34,1%). Возраст больных колебался от 19 до 72 лет.
Все операции выполняли под местной анестезией после предварительной подготовки, на фоне купированных острых воспалительных явлений. Подготовка к имплантации биокомпозиционного материала включала в себя антибактериальную и противовоспалительную терапию, некрсеквестрэктомию, санацию и дренирование гнойного очага. Металлические фиксаторы, расположенные непосредственно в гнойном очаге, удалялись. Образовавшиеся костные дефекты и диастазы у 36 пациентов, а у 8 больных - бескостные фаланги сразу же были выполнены гранулами Коллапана, содержащими один из антибактериальных препаратов (гентамицин, линкомицин или диоксидин). Все операции были завершены наложением первичных швов.
Кроме того, у 2 больных, которым был выполнен забор костных трансплантатов из кортикального слоя большеберцовых костей для костной пластики, образовавшиеся дефекты были заполнены пластинами «КоллапАна», после чего были наглухо ушиты надкостница и кожа голени.
Несмотря на воспалительный генез патологии, послеоперационный период протекал без осложнений. Больные получали антибактериальную и противовоспалительную терапию, физиолечение и обезболивание. Раны во всех случаях зажили первичным натяжением. На момент выписки у всех пациентов был констатирован хороший функциональный и эстетический результат. На контрольных рентгенограммах, выполненных при выписке больных, отмечалось отсутствие прогрессирования костной деструкции, тень имплантированного «КоллапАна» равномерно заполняла костный дефект. Сроки лечения составили в среднем 13,0 ± 3,2 суток.
Осмотр больных в сроки от 2 мес. до 1 года после оперативных вмешательств позволил констатировать формирование эластичных подвижных тонких рубцов. В ряде наблюдений было выявлено снижение функциональных показателей, однако это было обусловлено тяжестью перенесенного гнойного процесса, а не последствиями применения препарата Коллапан. На контрольных рентгенограммах дефекты, заполненные Коллапаном, практически не отличались от окружающей костной ткани.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что заполнение костных дефектов и диастазов после некрсеквеквестрэктомии при гнойных заболеваниях пальцев и кисти препаратом Коллапан является перспективным направлением и в определенных ситуациях может служить методом выбора. Это относится преимущественно к клиническим случаям с дистальной локализацией костно-суставных процессов и остеомиелиту фаланг и пястных костей без вовлечения суставных поверхностей. Остеоиндуктивные и остеокондуктивные свойства гидроксиапатитсодержащего имплантата обеспечивают репаративные процессы в костной ткани, что с позиций доказательной медицины доказано клинически и рентгенологически. Наконец, применение остеозамещающей технологии на основе гранул «КоллапАна» является значительно менее травматичным вмешательством, чем костная пластика, и в ряде случаев позволяет получить хорошие функциональные и эстетические результаты лечения.
ЗАМЕЩЕНИЕ ПОСТРЕЗЕКЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ КОСТЕЙ ПРИ ОПУХОЛЯХ И ОПУХОЛЕПОДОБНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРЕПАРАТА «КОЛЛАПАН»
Балберкин А.В., Колондаев А.Ф., Шавырин Д.А., Снетков Д.А.
ФГУ ЦИТО им. Н.Н.Приорова.
г. Москва, Россия
Актуальность. Замещение пострезекционных дефектов костей остается на сегодня в значительной мере нерешенной проблемой. Повсеместному применению костной аутопластики препятствуют нанесение дополнительной хирургической травмы, возможные осложнения в ходе забора аутотрансплантата. Риск переноса инфекций, довольно высокая частота ранних и поздних нагноений либо отторжения, технологические трудности в процессе заготовки и обработки ограничивают широкое использование аллогенных трансплантатов. В связи с этим весьма перспективной является разработка биологически активных материалов, лишенных указанных недостатков. Одним из наиболее широко применяемых с этой целью является отечественный препарат «Коллапан» - биокомпозиционный материал, обладающий комплексным (остеокондуктивным, остеоиндуктивным, антибактериальным) механизмом действия.
Цель исследования. Оценить результаты использования коллапана для замещения небольших и средних по величие пострезекционных дефектов костей у больных с доброкачественными опухолями и опухолеподобными заболеваниями.
Материалы и методы. Коллапан применен для замещения пострезекционных дефектов у 105 больных в возрасте от 15 до 78 лет (мужчин 49, женщин 56). Пациентам выполнялись оперативные вмешательства по поводу доброкачественных опухолей костей (у 39), солитарных и аневризмальных кист (38), болезни Олье (12), фиброзной дисплазии (13), дегенеративных кист (3) различных локализаций. Коллапан для замещения пострезекционных дефектов использовался в виде гранул (в 64 случаях), пластин (29), геля (12). Показанием к изолированному использованию коллапана в виде гранул или пластин (у 69 больных) служили пострезекционные дефекты сравнительно небольших размеров, не создающие высокого риска патологического перелома. В случае наличия солитарных (в стадии репарации) или дегенеративных кист препарат вводился в очаг пункционно в виде геля. Дефекты средних размеров замещались (у 20 больных) комбинацией коллапана и аллогенных трансплантатов (кортикальные или перфоост), при угрозе перелома сочетаясь с погружным металлоостеосинтезом. В 4 случаях коллапан использован для замещения пострезекционных дефектов при неудаче ранее выполненной костной аллопластики (нагноение в 3-х и наличие остаточных полостей – в одном). Сроки наблюдения составили от 3 месяцев до 4 лет.
Результаты. Во всех случаях через 2-4 месяца после операции на контрольных рентгенограммах в зоне введенного коллапана обнаруживались признаки начинающегося замещения пострезекционного дефекта губчатой костью. При последующем наблюдении в сроки до 4 лет отмечалось частичное или полное замещение дефекта в участках введенного коллапана. Признаки перестройки и частичного замещения собственной костью использованных одновременно с коллапаном аллогенных трансплантатов возникали не ранее, чем через год после операции, и были выражены в слабой степени.
Во всех случаях при изолированном применении коллапана послеоперационные раны заживали первичным натяжением, поздних нагноений также не было. В одном случае на фоне противотуберкулезной терапии, начатой через 2 месяца после выписки больной, рентгенологических признаков заполнения пострезекционного дефекта пястной кости костной тканью в сроки до 1,5 лет после операции не было отмечено.
Аллергических реакций или индивидуальной непереносимости коллапана не было зафиксировано.
Заключение. Препарат «Коллапан» показал высокую эффективность при замещении пострезекционных дефектов костей небольших и средних размеров у больных с доброкачественными опухолями и опухолеподобными заболеваниями. В сочетании с другими видами костной пластики и остеосинтезом он может применяться также для замещения значительных по объему пострезекционных дефектов. Сочетание остеокондуктивных и остеоиндуктивных свойств способствует замещению пострезекционных дефектов, а наличие в составе препарата антибиотиков позволяет снизить риск нагноений в ранние сроки после операции.
БИОКОМПОЗИЦИОННЫЙ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЙ ПРЕПАРАТ КОЛЛАПАН В ИНЖИНИРИНГЕ КОСТНОЙ ТКАНИ
Берченко Г.Н.
ФГУ ЦИТО им. Н.Н. Приорова
г. Москва, Россия
Несмотря на значительные успехи в хирургической технике, лечение переломов кости может сопровождаться развитием осложнений. Замедленное или полное несращение переломов кости развивается в 5% случаев всех переломов и до 20% случаев высокоэнергитичных переломов (Dickson, 2007). Гипертрофические или атрофические несрастающиеся переломы отличаются нарушением межклеточного и клеточно-матриксного взаимодействия, недостаточной клеточной активностью или её полным отсутствием. Предотвращение развития подобных ситуаций, а также лечение больших костных дефектов, формирующихся после тяжелых травм или различных заболеваний, требуют новых подходов с использованием биологически активных материалов и тканевого инжиниринга. Данная проблема имеет важное социальное и экономическое значение, о чем свидетельствует ежегодное проведение во всём мире около 4 миллионов процедур с использованием костных имплантатов и их заменителей, а также разработка широкого спектра биоматериалов для клинического использования.
Аутогенная губчатая кость является золотым стандартом для репаративной регенерации повреждённой кости, так как обладает остеокондуктивными, остеоиндуктивными и остеогенными свойствами. Однако процедура забора аутокости увеличивает время оперативного вмешательства, потерю крови, время госпитализации. Наиболее частыми осложнениями (до 20% случаев), связанными с забором донорского материала, являются: повреждения сосудов и нервов, формирование гематомы, развитие хронических невропатических болей, инфекционного процесса. Объем забираемого аутотрансплантата ограничен и составляет около 20 см3. Дальнейшее увеличение объема забираемого донорского материала увеличивает риск развития осложнений. Кроме того, большинство остеогенных клеток погибает в ближайшее время после имплантации, аутогенная кость быстро резорбируется и как правило часто деградирует ещё до полного заживления костного дефекта.
Костные аллоимплантаты также имеют свои ограничения – медленная остеоинтеграция имплантата, возможность передачи от донора к реципиенту различных заболеваний и развития иммуногенных реакций.
Одним из перспективных направлений замещения костных дефектов является использование биоактивных материалов на основе фосфатов кальция (гидроксиапатит, трикальцийфосфат, ситаллы, биоактивные стёкла), близких по своему составу костной ткани человека. Продолжается активная разработка биоактивных материалов на основе синтетического гидроксиапатита, который по фазовому составу идентичен основной минеральной составляющей кости – биологическому гидроксиапатиту. Материалы на основе гидроксиапатита обладают способностью к химическому и биологическому связыванию с костью.
На моделях различных животных показано, что некоторые кальцийфосфатные материалы, такие как гидроксиапатит, бетатрикальций фосфат, бифазная трикальцийфосфатная керамика индуцируют эктопический (внекостный) остеогенез, то есть обладают остеоиндуктивными свойствами. Эти свойства кальцийфосфатных материалов обладают межвидовыми различиями. Эктопический остеогенез, при имплантации кальцийфосфатных материалов, почти никогда не определяется у крыс и мышей, редко у кроликов, но обнаруживается очень часто у более крупных млекопитающих – коз, овец, собак, а также у приматов, таких как бабуины.
Остеоиндуктивные свойства определяются многочисленными факторами, такими как размер, форма, порозность, химический состав, поверхностная микроструктура биоматериала и др..В культуре клеток определённые кальцийфосфатные материалы способствуют дифференцировке стволовых мезенхимальных клеток костного мозга человека в остеобласты в условиях отсутствия в культуральной среде остеогенных стимулирующих факторов, что свидетельствует о важнейшей роли клеточно-матриксного взаимодействия в направлении дифференцировки плюрипотентных малодифференцированных клеток.
Отечественными производителями (фирма Интермедапатит) разработан биологически активный препарат Коллапан, содержащий наноструктурированный синтетический гидроксиапатит (размер частиц гидроксиапатита 20 нанометров), коллаген, антибиотики. Наноструктурированными или нанофазными являются материалы, структурная единица которых определяется величиной от 1 до 100 нанометров. В многочисленных экспериментально-морфологических и клинических исследованиях нами обнаружено, что препарат Коллапан, обладая антимикробными, остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами, является постепенно резорбируемой матрицей, на поверхности которой в условиях условно асептических и инфицированных костных дефектов формируется новообразованная кость. При этом вокруг частиц Коллапана при различных сроках исследования признаков воспалительной реакции не выявляется, между имплантируемым материалом и новообразованной костью прослоек фиброзной ткани не формируется. Коллапан является препаратом, используемым для направленной тканевой регенерации, так как он предотвращает врастание в область костного дефекта рыхлой соединительной ткани и формирование замыкательной костной пластинки в трубчатых костях. Микробиологические исследования показали высокую антимикробную активность Коллапана в течение 16-20 суток, во время которых происходит равномерное выделение антибиотика в окружающие ткани области имплантации.
Остеоиндуктивные свойства биокомпозиционного наноструктурированного препарата Коллапан ещё недостаточно изучены, однако некоторые из них, по-видимому, можно объяснить следующим образом:
1) поверхностная структура имплантированного Коллапана определяет селективную абсорбцию на его поверхности неколлагеновых белков внеклеточного матрикса – фибронектина, витронектина, остеокальцина, костных сиалопротеинов и др., которые способствуют через клеточно-субстратные адгезивные рецепторы (интегрины) последующей адгезии клеток-предщественников остеобластов, их пролиферации, дифференцировке и синтетической активности остеобластов при одновременном торможении адгезии и роста клеток фибробластической линии;
2) наноструктурированный гидроксиапатит Коллапана, обладая площадью поверхности в десятки и сотни раз превышающую таковую обычных биоимплантатов, абсорбирует многочисленные эндогенные костные морфогенетические и остеогенные белки, являющиеся остеоиндуктивными растворимыми факторами, опосредующими хемотаксис, прикрепление к имплантату и дифференцировку малодифференцированных клеток ложа реципиента в остеобласты;
3) растворение синтетического наноструктурированного гидроксиапатита Коллапана сопровождается высвобождением ионов Са2+ и РО3-4, их обменом с ионами тканевой жидкости с последующей репреципитацией и формированием слоя биологического гидроксиапатита на поверхности имплантата, то есть постепенно растворяющийся имплантат замещается новообразованной костью (ползущий остеогенез);
Тканевой инжиниринг является альтернативой для использования аутотрансплантатов и костных аллоимплантатов. Инжиниринг тканей – это создание в лабораторных условиях живых функциональных компонентов, которые могут быть использованы для регенерации неправильно функционирующих тканей (Hench, 2005). В инжиниринге кости используется три компонента: 1) живые клетки (обычно мезенхимальные стволовые клетки, полученные из костного мозга и способные дифференцироваться в остеобласты или хондробласты); 2) матрица, обладающая остеокондуктивными свойствами, к которой могут прикрепляться предщественники остеобластов с последующим ростом и формированием кости; 3) факторы роста, стимулирующие клеточную активность и дифференцировку с развитием остео- или хондрогенеза.
В настоящее время в клинической практике с целью активизации остеогенеза находит метод использования обогащенной тромбоцитами (безъядерными клетками) аутоплазмы (Platelet-Rich Plasma – PRP). Аутологичная PRP представляет собой концентрированную суспензию тромбоцитов в ограниченном объеме плазмы. Активатором обогащенной тромбоцитами плазмы является смесь тромбина и хлористого кальция, которая способствует образованию обогащенного тромбоцитами геля (PRP-гель). Метод основан на применении аутологичных тромбоцитов, в которых содержатся многочисленные факторы роста и цитокины, способствующие свёртыванию крови, регенерации ткани и процессам минерализации кости. Данный метод с успехом применяется в челюстно-лицевой, сердечно-сосудистой, пластической и косметической хирургии, при лечении тромбоцитопении, дентальной и костной имплантации, спондилодезе, метаболических заболеваний костно-суставной системы.
В ά гранулах тромбоцитов выявлено свыше 30 ростовых факторов, при этом наиболее изучены следующие факторы роста, способствующие регенерации тканей: 1) тромбоцитопроизводный фактор роста (PDG F); 2) фактор роста эндотелия сосудов (VEG F); 3) трансформирующий фактор роста (TGF-β); 4) кислый и основной факторы роста фибробластов (aFGF и bFGF); 5) инсулиноподобный фактор роста типа I и II (IG F); 6) эпидермальный фактор роста (EG F). Особенно большое значение для регенерации костной ткани имеют TGF-β, представляющие собой большую группу белков, среди которых TGF-β1 и морфогенетические белки кости (BMPs) модулируют клеточную пролиферацию, дифференцировку малодифференцированных клеток в остеобласты, увеличивают синтез внеклеточного матрикса кости и ингибируют его деградацию, продуцируют иммуносупрессорный эффект.
Кроме того, появились единичные работы, свидетельствующие об антимикробных свойствах PRP-геля. В исследованиях in vitro выявлено, что PRP-гель ингибирует рост Staphylococcus aureus и Escherichia coli, являющихся широко распространенной причиной госпитальной инфекции, причем ингибирующее действие на Staphylococcus aureus почти сопоставимо с эффектом гентамицина или оксацилина.
Исходя из основных принципов тканевого инжиниринга, с целью активизации регенерации костной ткани, сотрудниками ЦИТО разработан метод сочетанного применения Коллапана и обогащённой тромбоцитами аутоплазмы в травматолого-ортопедической практике. В данном случае в качестве живых клеток используется концентрат собственных тромбоцитов, которые разрушаясь в костном дефекте выделяют многочисленные факторы роста, запускающие и активирующие процессы остеогенеза, тогда как Коллапан выполняет роль постепенно лизирующейся матрицы, обладающей не только остеокондуктивными, антибактериальными, но и остеоиндуктивными свойствами.
Сочетанное применение Коллапана с аутологичной PRP (в костный дефект вводится смесь гранул или геля Коллапана с аутологичной PRP) вызывает значительную активизацию репаративной регенерации кости, выраженную в большей степени, чем при использовании Коллапана или, особенно, аутологичной PRP, в отдельности. В данном случае Коллапан, кроме всего прочего, служит средством локальной доставки выделяющихся из тромбоцитов аутологичных факторов роста. Не исключено, что факторы роста могут связываться физическими или ковалентными связями с элементами Коллапана (синтетическим наноструктурированным гидроксиапатитом и коллагеном) с последующим пролонгированным выделением в костном дефекте. Локально выделяющиеся аутологичные факторы роста, стимулируя адгезию, пролиферацию, дифференцировку клеток-предшественников остеобластов, функциональную активность остеобластов и синтез этими клетками внеклеточного матрикса кости, значительно усиливают остеоиндуктивные свойства биокомпозиционного препарата Коллапан, ускоряют этапы репаративной регенерации кости.
Таким образом, использование в инжиниринге костной ткани биокомпозиционного наноструктурированного препарата Коллапан в сочетании с факторами роста обогащённой тромбоцитами аутоплазмы, является безопасным и эффективным методом активизации репаративной регенерации кости. |
