Актуальность. Частота встречаемости иммобилизационного остеопороза (ИОП), сопутствующего несращениям и ложным суставам (ЛС), развивающегося вследствие дефицита весовой и динамической нагрузок травмированной конечности, по данным литературных источников, достигает 74% случаев [1]. В лечении данной категории пациентов часто применяется метод чрескостного остеосинтеза (ЧО) [2; 3], который благодаря малой инвазивности позволяет достичь благоприятных исходов в большинстве случаев, независимо от тяжести сопутствующего остеопороза [1; 2].
Наиболее частым осложнением ЧО является воспаление мягких тканей вокруг перкутанных элементов аппарата [4; 5], развивающихся из-за их микроподвижности под влиянием механических нагрузок и провоцирующих прогрессирование резорбтивных процессов в зоне контакта «кость-имплантат» [6]. Это осложнение - одна из основных причин нарушения стабильности фиксации отломков [7], что ухудшает условия репаративного остеогенеза [8] и увеличивает сроки консолидации [9].
Для профилактики развития осложнений в интерфейсе «кость-имплантат» при ЧО предлагались различные варианты покрытий спиц с использованием: ионов серебра [5], платины [10], нитрита титана [11], кальций-фосфатных соединений [12], гидроксиапатита [4] и др. Однако эти покрытия не получили широкого внедрения в лечебную практику.
Цель исследования – разработка способа профилактики расшатывания имплантатов при остеосинтезе в условиях иммобилизационного остеопороза.
Материалы и методы. Первым этапом было проведено экспериментальное исследование для изучения влияния наноструктурированного покрытия твердым аморфным углеродом (а-С) спиц на морфологические процессы в остеопоротически измененной костной ткани. Объектами исследования были крысы линии Вистар в возрасте 3-4 месяцев, массой 100-140 г с предварительно моделированным ИОП путем ампутации в/3 голени одной из задних конечностей. 40 крысам с ИОП в неопорную конечность имплантировали спицы d = 0,8 мм из стали 12Х18Н9Т с а-С покрытием, еще 40 крыс с ИОП составили группу сравнения, в которой использовали стандартные спицы. Исследования проводились согласно «Правилам проведения работы с использованием экспериментальных животных» (по Приказу МЗ СССР № 755) и Европейской Конвенции защиты животных, принятой в 1986 году в Страсбурге. Сроки наблюдения в группах составили: 7, 14, 30, 90, 120 дней.
Клиническая апробация включала исследование двух групп пациентов с псевдоартрозами костей голени, осложненными снижением минеральной плотности костной ткани (остеопороз, остеопения). Из них 12 пациентам проводили лечение методом ЧО с использованием стандартных спиц d = 1,8 мм из стали 12Х18Н9Т, 10 пациентам второй группы в лечении таким же методом применялись спицы из аналогичной стали с а-С покрытием. Между группами не были выявлены достоверные отличия по давности травмы, возрасту, полу и выраженности снижения минеральной плотности кости. Все включенные в исследование пациенты дали письменное информированное согласие на участие в клинической апробации. Никто из них не принимал ранее медикаментозного лечения, влияющего на минеральную плотность костной ткани, не было выявлено соматической патологии, ведущей к развитию вторичного остеопороза. Состояние минеральной плотности костной ткани (МПК) больных оценивали методом двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии в области проксимальных отделов бедер и поясничном отделе позвоночника. Выраженность костной резорбции на границе «кость-спица» у пациентов оценивали с использованием рентгеновской морфометрии на диагностическом комплексе PHILIPS COMPACT DIAGNOST и мультиспиральной компьютерной томографии на диагностическом комплексе TOSHIBA AQUILION MULTI 32. Среднее значение диаметра спицевого канала рассчитывали, исходя из данных, на 4 уровнях большеберцовой кости (проксимальный, дистальный метафизы и 2 уровня диафиза, отступая на 3-4 см от ложного сустава). Диаметр спицевого канала соотносили с диаметром использованной спицы. В исследовании проанализированы 924 рентгенограммы, 11088 сканов спицевых каналов. Для обработки данных использовали программу BIOSTAT (v. 4.03). Для сравнения групп применяли критерий Манна-Уитни, различия считались достоверными при p≤0,05.
Результаты исследования и обсуждение. Использование спиц с наноструктурированным а-С покрытием в эксперименте не сопровождалось активизацией ИОП, в отличие от группы сравнения, у которых отмечали достоверное прогрессирующее увеличение диаметра спицевых каналов. Известно, что при остеосинтезе в условиях ИОП активация костной резорбции является типичной реакцией костной ткани на металлофиксаторы, в том числе на малоинвазивные [1; 2]. В проведенном эксперименте у крыс, которым были имплантированы спицы с наноструктурированным а-С покрытием, была отмечена реакция костной ткани, противоположная группе сравнения. В этой группе с а-С покрытием какие-либо морфологические признаки активации ИОП не были выявлены, напротив, отмечено достоверное прогрессирующее увеличение средней объемной доли новообразованной костной ткани в спицевом канале, а также сохранение неизменным его диаметра и отсутствие фиброзной капсулы в его просвете. Морфологические данные убедительно свидетельствовали об активации репаративного остеогенеза на границе раздела «кость-имплантат» на фоне отсутствия в этой зоне процессов фиброгенеза. Это свидетельствовало о выраженном остеоиндуктивном эффекте а-С покрытия даже в условиях ИОП и благоприятном влиянии а-С покрытия на остеопоротически измененную костную ткань. Результаты эксперимента позволили провести открытое контролируемое клиническое исследование применения этого покрытия спиц при лечении пациентов с ложными суставами костей голени на фоне дефицита минеральной плотности кости.
В клиническую апробацию были включены 15 мужчин, 7 женщин с псевдоартрозами костей голени в возрасте от 19 до 76 лет, средний возраст составил 43,9 ± 14,4 года. Срок от момента получения травмы до госпитализации в клинику колебался от 5 месяцев до 8 лет. У всех пациентов было диагностировано снижение МПК в пораженной конечности разной степени выраженности: у 9 (40,9%) пациентов был выявлен остеопороз, у 13 - остеопения (59,1%).
Всех пациентов лечили методом закрытого дистракционного остеосинтеза по Илизарову. После проведенного лечения псевдоартрозы большеберцовой кости, укорочение и деформации голени были ликвидированы у всех больных. Пациенты трудоспособного возраста вернулись к труду, включая профессиональную деятельность. Средний срок фиксации костей голени аппаратом практически не отличался в группах, составил в группе сравнения – 8,6 ± 1,5, в основной группе – 9 ± 1.
Клинические примеры. Пример № 1 (а-С покрытие спиц). Пациент И., 36 лет, поступил спустя 5 месяцев после травмы. Диагноз: псевдоартроз средней трети правой большеберцовой кости, неправильно сросшийся двойной перелом средней трети малоберцовой кости. Вальгусно-рекурвационная деформация правой голени (рис. 1А). Сгибательно-разгибательная контрактура правого коленного сустава. Эквинусная деформация правой стопы. Регионарный остеопороз правой нижней конечности: Z - критерий в проксимальном отделе бедра пораженной конечности в зоне total hip составил -2,6 SD. Ранее по поводу открытого перелома костей голени пациенту в неотложном порядке было выполнено ПХО раны и остеосинтез аппаратом внешней фиксации. Аппарат был демонтирован через 6 недель по поводу нарастающего отека голени с последующей фиксацией костей голени и стопы гипсовой повязкой в течение 5 месяцев.
Операция: остеотомия на уровне сращения дистального и промежуточного отломков правой малоберцовой кости, закрытый дистракционный остеосинтез костей правой голени аппаратом Илизарова с использованием спиц d = 1,8 мм и 2 стержней d = 6 мм с наноструктурированным а-С покрытием. С целью коррекции укорочения, устранения деформации и ликвидации ложного сустава проводилась дробная дистракция темпом 1 мм в сутки ежедневно в течение 8 недель. Ось голени была восстановлена (рис. 1Б). Нагрузка на конечность с 2 костылями была разрешена после ликвидации отека на 14-е сутки после операции, с одним костылем - через 3 месяца, а полная - через 6 месяцев. Аппарат демонтирован после констатации сращения отломков большеберцовой кости (рис. 1В). Общий срок лечения составил 11 месяцев.
Рентгеноморфометрический количественный анализ диаметра спицевых каналов данного пациента показал, что к концу лечения среднее значение диаметра спицевого канала на 4 уровнях большеберцовой кости составило 2,04 ± 0,12, что превышало диаметр использовавшейся спицы (1,8 мм) на 13,33%.
А Б В
Рис. 1. Пациент И., 36 лет. А - рентгенограмма костей голени: псевдоартроз диафиза большеберцовой кости, неправильно сросшийся перелом малоберцовой кости.
Б – рентгенограмма костей голени через 2 месяца после операции, ось голени восстановлена.
В - рентгенограмма через 11 месяцев после операции, достигнуто сращение
Пример № 2 (стандартные спицы). Пациентка О., 48 лет, поступила спустя 2 года 1 месяц после травмы. Диагноз: псевдоартроз средней трети правой большеберцовой кости. Неправильно сросшийся перелом дистального метафиза правой малоберцовой кости. Ротационная деформация правой голени. Разгибательная контрактура правого коленного сустава, сгибательно-разгибательная контрактура правого голеностопного сустава (рис. 2А). Регионарная остеопения правой нижней конечности: Z - критерий в проксимальном отделе бедра пораженной конечности в зоне total hip составил -1,9 SD. Лечение по поводу открытого перелома костей голени проведено методом скелетного вытяжения с последующим остеосинтезом большеберцовой кости пластиной. Через 9 месяцев после операции пластина была удалена по поводу выраженного отека. В послеоперационном периоде пациентка отметила резкие боли в зоне перелома при ходьбе и нарастающую деформацию голени. По этому поводу была выполнена гипсовая иммобилизация голени и стопы на срок 4 месяца. Пациентка ходила с помощью 2 костылей.
Операция: остеотомия правой малоберцовой кости, закрытый дистракционный остеосинтез костей правой голени аппаратом Илизарова с использованием 2 стержней d = 6 мм и стандартных спиц d=1,8 мм из нержавеющей стали 12Х18Н9Т. С целью коррекции деформации голени и ликвидации ложного сустава проводили дистракцию темпом 1 мм в сутки дробно в течение 1 месяца. Ось голени была восстановлена (рис. 2Б). Нагрузка на конечность была разрешена с 2 костылями после ликвидации отека на 7-е сутки после операции, с одним костылем - через 3 месяца, а полная нагрузка - через 6 месяцев. Аппарат демонтирован после констатации сращения отломков большеберцовой кости (рис. 2В). Общий срок лечения составил 9 месяцев.
Рентгеноморфометрический количественный анализ диаметра спицевых каналов показал, что к концу лечения среднее значение диаметра спицевого канала на 4 уровнях большеберцовой кости составило 2,73 ± 0,66, что превышало диаметр использовавшейся спицы (1,8 мм) на 51,67%.
А Б В
Рис. 2. Пациентка О., 48 лет. А – рентгенограмма псевдоартроза диафиза большеберцовой кости, неправильно сросшегося перелома малоберцовой кости.
Б – рентгенограмма костей голени через 1 месяц после операции, ось голени восстановлена.
В - рентгенограмма через 9 месяцев после операции, достигнуто сращение
Сопоставительные данные компьютерной томографии и рентгеновской морфометрии по группам (рис. 3) показали, что в группе сравнения у пациентов средний показатель диаметра спицевого канала составил 2,55 ± 0,52 мм, что превысило диаметр применяемой спицы (d=1,8) на 41.67%. В основной группе пациентов (а-С покрытие) средний показатель диаметра спицевого канала был достоверно меньше и составил 2,03 ± 0,16 мм, что превысило диаметр спицы на 12,78%. Среднее значение диаметра спицевого канала на уровне метафиза в группе сравнения превышало показатель на диафизарном уровне. В основной группе (а-С) разница показателей диаметра спицевого канала в метафизарной и диафизарной зонах была минимальной. Результаты проведенных измерений диаметра спицевых каналов в группе а-С покрытия были достоверно ниже аналогичных показателей пациентов с применением стандартных спиц в 3,25 раза (69,3%).
Рис. 3. Диаметр спицевых каналов в большеберцовой кости пациентов с ложными суставами костей голени. * p≤0,05 относительно группы сравнения
В основной группе пациентов не было отмечено случаев воспаления мягких тканей около спиц в процессе лечения, в группе сравнения воспалительные явления вокруг фиксаторов были у 7 человек, при этом у 3 потребовалась их замена.
Выводы
1. Покрытие спиц твердым аморфным алмазоподобным углеродом оптимизирует лечение методом ЧО пациентов с несращениями костей на фоне ИОП, обеспечивая сохранение стабильности фиксации отломков на протяжении всего периода лечения за счет значимого снижения выраженности костной резорбции вокруг фиксаторов (на 69,3%) относительно резорбции, вызываемой стандартными спицами.
2. С целью профилактики расшатывания имплантатов при остеосинтезе в условиях ИОП целесообразно применять наноструктурированное покрытие металлофиксаторов твердым аморфным алмазоподобным углеродом независимо от локализации повреждения, возраста пациента и давности повреждения.