Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,039

Введение

Несомненным достижением современной хирургии позвоночника является стремление к одновременному выполнению полноценной декомпрессии содержимого позвоночного канала, восстановление анатомических взаимоотношений в поврежденном отделе позвоночника с надежной фиксацией оперированного отдела [1; 2]. Исправить деформацию позвоночника и выполнить надежную транспедикулярную фиксацию значительно проще, чем декомпрессию и фиксацию из вентральных доступов. Не умаляя всех достоинств вентральных доступов, остановимся на развитии репозиционно-стабилизирующего транспедикулярного остеосинтеза. [3]. С момента появления транспедикулярные конструкции претерпели поистине революционные изменения. Понятие «транспедикулярная фиксация» (основанная на введении винтов через (trans) ножки (pediculus)) прочно закрепилось в мире. Использование слова «остеосинтез» по отношению к слову «фиксация» более правомочно, если под остеосинтезом понимать не просто соединение позвонков, а прежде всего восстановление правильных взаимоотношений между позвонками и их соединение после репозиционных действий [4].

Цель исследования – на основании данных литературы осветить исторические аспекты развития транспедикулярного репозиционно-стабилизирующего остеосинтеза при повреждениях позвоночника, показать современное состояние и перспективные направления развития этой технологии.

Материалы и методы исследования

Систематический отбор произведен в соответствии с принципами подготовки обзоров. Рассматривались научные статьи, опубликованные в открытой печати, в электронных версиях и свободно доступные в открытой печати. Для исследования использовались базы данных с 1949 г.: PubMed, E-Libery, Medline. Проводился патентный поиск в базах патентов СССР и Российской Федерации. Исследование рассматривает в основном исторический аспект развития репозиции позвоночника. Материалы, проанализированные в обзоре, были отобраны по словам в комбинации или одиночно с момента первого упоминания о транспедикулярном доступе: «репозиция позвоночника», «транспедикулярная фиксация», «этапы развития». Всего было проанализировано 674 источника, из которых в работе использовано 62.

Результаты исследования и их обсуждение

В развитии транспедикулярного репозиционно-стабилизирующего остеосинтеза можно выделить несколько этапов: 1) от концепции транспедикулярной фиксации до практического использования педикулярных винтов и пластин; 2) первые наружные и внутренние транспедикулярные системы и их использование для репозиции позвоночника; 3) этап совершенствования репозиционных систем и методик их дифференцированного использования на грудном и поясничном отделах позвоночника.

Концепция транспедикулярной фиксации исходит от исследований A.A. Michele, F.J. Krueger (1949) при описании доступа через корень дуги к телу позвонка [5]. Этот доступ предусматривал вначале проведение биопсии и был особенно ценен для введения лекарств в тело позвонка. Близость ножки дуги к невральным структурам и ее небольшие размеры долгое время сдерживали исследователей [6].

В 1959 г. H. Boucher впервые описал методику применения более длинных винтов, чем D. King. Он изменил траекторию введения винтов так, что они через фасетку заходили в ножку до тела позвонка. Было замечено, что при прохождении винтов через ножку позвонка обеспечивается более прочная фиксация, чем винтами в пределах фасеточных суставов. Так произошел переход от трансартикулярного к транспедикулярному методу фиксации [7].

Основополагающий этап формирования одного из со­временных направлений транспедикулярной фиксации заложил Roj-Camille, который впервые на практике применил винты и пластины. Свою первую операцию с использованием транспедикулярных винтов он выполнил в 1963 г., а опубликовал результаты только в 1970 г. [8].

В 1969 г. P.R. Harrington впервые использовал транспедикулярные винты при лечении спондилолистеза LV позвонка. Винты крепились проволокой к металлическому стержню, заведенному в подвздошные кости, и подтягиванием проволоки достигалась редукция позвонка [9]. Cистема Roj-Camille фиксировала позвонки более жестко, чем системы из проволоки и стержней. Однако пластины с отверстиями в фиксированных местах было трудно устанавливать и адаптировать к различным пациентам, поскольку расстояние между отверстиями редко соответствовало расстоянию между позвонками пациента.

В 1982 г. доктором Steffee в Соединенных Штатах была предложена новая система фиксации сегментарных пластин, получившая распространение как внутренний фиксатор Steffee. В этой системе использовались множественные точки сегментарной фиксации через ножки позвонка: сначала вводились винты, затем накладывалась анатомически изогнутая пластина и притягивалась гайками [10].

Этот усовершенствованный имплант отличался от пластин Рой-Камиля более жестким креплением винтов специальными гайками, а также облегченной установкой благодаря возможности смещения винта по пластине в полуовальных прорезях. Система Steffe послужила прототипом для создания полиаксиальной системы фиксации позвоночника (патент US6355038B1 от 2002 г.).

Дорсальные пластины с транспедикулярными винтами хорошо зарекомендовали себя, поскольку для фиксации использовалась наиболее прочная часть позвонка, но недостатками данной фиксации считались протяженность и все же недостаточная жесткость, а репозиция позвонка происходила за счет положения на операционном столе. Слабость фиксации пластинами заключается в подвижности в месте соединения пластины с винтом. Возникла необходимость найти фиксирующее устройство, которое обеспечивало бы более прочное соединение между винтами и продольными стабилизирующими элементами. Очевидным выбором оказалось внешнее фиксирующее устройство. C 1970 г. F.Magerl разрабатывал биомеханическую концепцию наружной ТПФ на основе винтов Шанца и пластинчатых имплантатов.

Метод чрескожной наружной транспедикулярной фиксации с соответствующими инструментами был впервые представлен компанией Magerl в 1982 г. [11]. Этот инструментарий применялся для лечения переломов грудопоясничного отдела позвоночника и позволял добиться более надежной стабилизации при вовлечении меньшего количества сегментов. Таким образом, при повреждении одного позвонка фиксирующее устройство охватывает только три сегмента вместо обычных пяти-семи. Метод, разработанный F. Magerl, позволил эффективно лечить переломы грудопоясничного отдела позвоночника при иммобилизации только на уровне выше и ниже поврежденного позвонка [12].

Учитывая недостатки имевшихся конструкций внешней фиксации, авторы стали применять собственные модификации аппаратов. Опираясь на первоначальное описание F. Magerl внешней четырехточечной фиксации с помощью винтов Шанца, W. Dick разработал и в конце 1982 г. впервые в клинической практике применил внутреннюю стержневую транспедикулярную систему фиксации, которую он назвал fixatuer interne [13].

Именно этот исторический этап и стал основополагающим в дальнейшей разработке современных внутренних стержневых конструкций. Dick внес изменения в имплантируемую конструкцию и устранил недостатки, препятствующие репозиции и фиксации позвоночника. Принцип репозиции основан на сохранении целостности задней продольной связки. Винты Шанца имеют диаметр уже 6 мм, по сравнению с винтами 5 мм, используемыми для фиксации пластин, и резьбовая часть винтов остается в теле позвонка, что уменьшает риск их переломов. Биомеханические испытания продемонстрировали повышенную жесткость fixatuer interne по сравнению с внешним фиксатором Магерля [14]. Преимуществами системы fixatuer interne являются: отличная репозиция с помощью длинного рычага винтов Шанса, иммобилизация только двух сегментов и, следовательно, хорошая подвижность оставшегося отдела позвоночника, устойчивость к нагрузкам при сгибании лучше, чем при использовании дистракционных стержней Harrington, дополнительная стабильность вращения и фиксация при лордозе или кифозе, а также обеспечивается ранняя мобилизация пациента. Недостатки: слабость системы при боковом смещении, затягивание всех гаек выполняется на ограниченной глубине хирургической раны, при обрезании винта Шанца образуются острые края, травмирующие мышцы. У худых пациентов могут пальпироваться выступающие части винтов [15]. Фирма Mathys (Швейцария) освоила промышленный выпуск данного стержневого фиксатора под названием АО (Synthes). Внутренний фиксатор Дика послужил в дальнейшей разработке внутренних стержневых конструкций. Система Дика эволюционировала в систему USS (Universal Spinal System), выпуск которой наладила фирма DePuy Synthes.

Практический опыт использования внутреннего фиксатора привел к разработке и применению P. Kluger собственных инструментов [16]. Таким образом, учитывая недостатки АО системы, Paul Kluger в 1984 г. создал и запатентовал собственную внутреннюю стержневую транспедикулярную систему.

Система отличалась не только телескопическими штангами, но и значительным количеством дополнительного монтажного инструментария. Репозиция выполняется за счет вставляемых стержней, которые используются в качестве рычага. Положение винтов изменяется с помощью соответствующих встроенных модулей. По сравнению c другими аналогичными системами внутренней фиксации позвоночника, фиксатор Kluger обладает преимуществом, перемещая искусственную точку опоры за пределы места операции, обеспечивая тем самым трехплоскостную репозицию и стабилизацию. Сравнительное исследование эффективности репозиции и фиксации систем АО и Kluger указало на сопоставимость методик [17]. Немецкой фирмой Endotec и французской Tornier налажен промышленный выпуск данного фиксатора.

Особый интерес вызывает методика экстрапедикулярного проведения винтов в грудном отделе, разработанная в 1993 г. M. Drovak. Точка введения определялась как самая латеральная часть поперечного отростка, и винт вводился через реберно-поперечное и реберно-позвоночное сочленение в тело позвонка. Проведенные биомеханические сравнительные испытания транспедикулярного и экстрапедикулярного расположения винтов не имели статистически достоверных различий в отношении прочности фиксации [18; 19]. Технология является альтернативной методикой стабилизации при повреждениях грудного отдела позвоночника. Для улучшения репозиционных возможностей транспедикулярных винтов Эдуард Луке разработал методику проведения их через остистый отросток и ножку дуги в тело позвонка, вовлекая все остеолигаментарные колонны по Denis [20; 21].

Все разработанные внутренние транспедикулярные фиксаторы позволяли проводить полноценную репозицию позвоночника, но прочность фиксации основных узлов оставалась низкой. Система, предложенная французскими ортопедами Y. Cotrel и J. Dubousset (СD), была представлена в Соединенных Штатах в 1986 г. [22]. Новый инструмент для хирургии позвоночника состоял из металлических 7 мм стержней с ромбовидными насечками, на которые можно навинчивать крючки или винты для позвонков в любом положении, на любом уровне и с любой степенью поворота. Она обеспечивала трехплоскостную коррекцию деформации и надежную фиксацию за счет усовершенствованного узла фиксации и соединения двух параллельных стержней вместе.

Однако преимущества системы CD были частично сведены на нет сложностью ее извлечения. Фиксирующий механизм крючков невозможно извлечь без разрушения крючка или перерезания стержня. Дальнейший опыт применения системы CD показал, что деротация сколиотического отдела позвоночника с помощью вращения стержня не всегда полностью исправляет деформацию. Кроме того, позвоночник может стать несбалансированным выше и ниже конструкции. Эти недостатки привели к разработке нового поколения педикулярных винтов и крючков.

Система Texas Scottish Rite Hospital (TSRH) была усовершенствованной конструкцией, которая позволила решить проблему ревизионной хирургии. Она похожа на систему CD в том, что в ней использовалось множество крючков и перекрестных связей. Система использует принципы коррекции, аналогичные принципам USS, и спроектирована таким образом, чтобы при необходимости можно было демонтировать отдельные компоненты системы [23].

Несмотря на то, что особенности системы TSRH упростили ревизионную операцию, система не получила всеобщего одобрения. В следующем десятилетии появилось множество аналогичных систем с двумя стержнями, таких как Moss-Miami и Isola. Основные изменения в системах касались фиксирующих механизмов [24].

В 1994 г. французскими хирургами J. Fournet-Fayard, O. Galland, C. Garin, A. Lucet разработан фиксатор для остеосинтеза позвоночника (патент Соединенных Штатов 005486174). Винты и крючки в фиксаторе, зажимная часть стержня и фиксирующая часть могут поворачиваться относительно друг друга, а фиксирующие штанги проходят через шарнир в головке винта. Это легло в основу системы Tenor, которая с 1995 г. внедрена в практику икнастоящему времени остается одной из популярных и востребованных систем. Комплект инструментов позволяет одновременно производить констрикцию и дистракцию с последующей фиксацией позвоночника в состоянии достигнутой коррекции.

Большинство транспедикулярных спинальных систем, используемых в настоящее время в клинической практике, ограничено в возможностях репозиции и обеспечивает лишь управляемую сегментарную дистракцию или компрессию только по задней остеолигаментарной колонне. Современные системы для коррекции деформации позвоночника фирм Aesculap и Signus обеспечивают многоплоскостное воздействие на имплантируемые винты, но жесткость фиксации с полиаксиальной компоновкой винтов и их диаметром в 6 мм не всегда достаточна для поясничного отдела [25].

В1988 г. в СССР на базе Белорусского НИИТО был разработан и внедрен внутренний транспедикулярный фиксатор позвоночника на резьбовых стержнях [26]. Устройство для фиксации позвоночника (патент СССР 1674826), содержащее штангу с ползунами на концах для установки крепежных винтов и репонирующим узлом в средней части с целью восстановления топографоанатомических соотношений между сегментами позвоночника путем многоплоскостной репозиции.

Репозиция перелома в двух плоскостях осуществляется за счет вращения внутрителовых винтов вокруг штанг на ползунах с коррекцией оси позвоночника и последующего вращения внутрителовых винтов вокруг пальцев ползунов с коррекцией кифотической деформации непосредственно самим устройством. Последующая жесткая фиксация достигается в положении достигнутой коррекции. Возможность перемещения внутрителовых винтов вдоль оси позвоночника позволяет обеспечить разгрузку пораженного сегмента.

Внутренние устройства, как казалось, не всегда дают возможность осуществить компрессию, развить в должной мере необходимые для коррекции деформаций дистракционные усилия. Направление внешней транспедикулярной фиксации позвоночника начало бурно развиваться и в России. В РНЦ «Восстановительная травматология и ортопедия им. Г.А.Илизарова» в 1987 г. создана группа экспериментальной вертебрологии. При разработке внешней фиксации позвоночника опирались на установленное академиком Г.А. Илизаровым «общебиологическое свойство тканей отвечать на дозированное растяжение ростом и регенерацией» [27]. Одним из первых в 1995 г. был разработан компрессионно-дистракционный аппарат для наружной фиксации В.И. Шевцовым с соавт. (патент РФ № 2118133). В дальнейшем конструкции для внешней фиксации совершенствуются, в них принимает участие целый ряд авторов: А.Т. Худяев, Е.К. Валеев, П.И. Коваленко, А.М. Мархашов.

В начале 1990-х гг. метод внешней фиксации позвоночника совместно с РНЦ Г.А. Илизарова получил развитие в Уральском НИИТО. В 1992 г. А.М. Лавруковым с соавт. разрабатывается «Способ фиксации позвонка к внешней опоре» (патент РФ 2058759). Фиксацию осуществляют винтовым стержнем, проведенным в тело позвонка через основание остистого отростка в одну из половин дужки позвонка (по методике Э. Луке). С 1996 г. серийным вариантом фиксации позвоночника стал аппарат внешней фиксации «Краб», предложенный группой авторов (А.М. Лавруков, А.Б. Томилов, Д.И. Глазырин) из Уральского НИИ травматологии и ортопедии [28]. С 2009 г. успешно применяется технология комбинированного транспедикулярного спондилосинтеза с применением стабилизирующих элементов внутренней конструкции «Синтез» и внешнего репозиционного модуля аппарата внешней фиксации «Краб» [29; 30].

Говоря о применении аппаратов внешней фиксации, следует отметить, что одной из важнейших проблем, которая встает при лечении повреждений и заболеваний позвоночника, несомненно, является проблема обеспечения жесткости фиксации его костных образований на протяжении всего периода лечения. При своих преимуществах наружная система не получила широкого распространения из-за потенциального риска осложнений при длительном ношении системы и особенностей ведения пациентов. Серьезные проблемы при наружной фиксации особенно очевидны у пациентов с неврологическими нарушениями, когда затруднены положение в кровати и уход. К недостаткам известных устройств можно отнести и сложные узлы фиксации.

Из первых российских внутренних стержневых транспедикулярных имплантатов следует отметить устройство для педикулокорпорального остеосинтеза позвоночника, разработанное в 1995 г. В.Д. Усиковым. Это устройство для чрескостного остеосинтеза позвоночника (патент РФ 2108763). Наиболее близкой к заявляемому устройству являлась универсальная спинальная система (USS). Недостатки этой конструкции заключаются в том, что репозиция позвонков осуществляется недозированно, с помощью различных ручных устройств. При этом репозиция позвонков может выполняться не во всех плоскостях, а удержание позвонков в репонированном положении до окончательной фиксации возможно только ручным способом. Кроме того, при фиксации штанг в боковых пазах головок винтов требуются в обязательном порядке фиксирующие гайки с выемками для предупреждения выхождения штанг из боковых пазов. Эта цель достигалась в разработанном устройстве за счет конструкции винтов и репонирующей системы, состоящей из продольных и поперечных стержней и соединительных муфт.

Усовершенствование данной репозиционной системы происходит в 1998 г., на что подается заявка на чрескостное репозиционно-фиксирующее устройство для позвоночника и получен патент РФ 2171650. Технический результат заключается в сохранении прочности костной ткани позвонков при введении в них винтов, исключении на этапе репозиции раскручивания сборных винтов-стержней и ослаблении жесткости в системе устройство позвоночник. Чрескостное репозиционно-фиксирующее устройство с 2003 г. идет в серийное производство как спинальная транспедикулярная система «Синтез». Данное устройство, являющееся транспедикулярной спинальной системой, предусматривает возможность его применения в режимах как внутреннего, так и внешнего остеосинтеза. Компоновка системы для внешнего остеосинтеза позволяет производить вмешательства на содержимом позвоночного канала без ее демонтажа, чего другие внешние репозиционные системы себе позволить не могут [31, с. 150–155].

Возможности транспедикулярной системы «Синтез» расширяются, и в 2004 г. получен патент РФ на изобретение 2223705: способ репозиции позвоночника при оскольчатых переломах и переломовывихах.  Для репозиции вводятся винты в сломанный позвонок, которые после перемонтажа системы включаются в общую репозиционную систему. С помощью последней осуществляют одномоментную дистракцию и управляемую коррекцию анатомических взаимоотношений в травмированном отделе позвоночника путем форсированной экстензии и дозированного перемещения сломанного позвонка кпереди. Последней манипуляцией достигается восстановление формы передней стенки позвоночного канала – закрытая передняя декомпрессия.

В 2006 г. с помощью спинальной системы «Синтез» предложен способ реформации позвоночного канала при оскольчатых переломах, на что получен патент РФ 2285488. Существенной новизной предлагаемого способа является то, что интраоперационную продольную дистракцию травмированного отдела позвоночника осуществляют устройством для остеосинтеза при умеренном контролируемом локальном кифозе после предварительного рассечения надостистой и межостистой связок травмированного ПДС или ляминэктомии поврежденного позвонка и артротомии межпозвоночных суставов травмированного сегмента. Для повышения жесткости внутренней фиксации добавляются поперечные штанги (патент РФ 2382616).

В дальнейшем улучшить репозиционные возможности устройства «Синтез» удалось за счет муфт, которые предусматривались при начальном монтаже репозиционной системы (патент РФ 2753133). В устройстве исключался перемонтаж репозиционной системы при уже достигнутой репозиции в поврежденном отделе позвоночника и включения в нее редукционных винтов; повышалась точность установки редукционных винтов в поврежденный позвонок за счет проведения последних через отверстия в муфтах, расположенных на наружных продольных штангах; упрощался остеосинтез позвоночника и уменьшалось время оперативного вмешательства, исключив демонтаж и перемонтаж репозиционной системы с включением в нее редукционных винтов.

В 2013 г. В.В. Зарецков с соавт. предложили способ репозиции и фиксации позвоночника при оскольчатых переломах тел грудных и поясничных позвонков (патент РФ 2478342). Суть способа заключается в следующем: через хирургический доступ вводят транспедикулярные винты через корни дуг смежных позвонков. Затем транспедикулярный винт вводят через точку Рой-Камиля в крупный отломок поврежденного позвонка. Соединяют транспедикулярные винты со стороны крупного отломка штангой, жестко фиксируя в ней транспедикулярные винты, введенные в смежные от поврежденного позвонки. Устраняют диастаз между отломками поврежденного позвонка за счет поворота, введенного в крупный отломок транспедикулярного винта вокруг оси штанги.

В целом транспедикулярная фиксация позвоночника служит двум основным целям: коррекции и стабилизации. Основными факторами, определяющими биомеханическую прочность метода фиксации, являются прочность самого винта, прочность винтовой системы, прочность кости и прочность соединения между винтом и костью. Техника репозиции инструментальными системами близка, но последовательность манипуляций может меняться. В первую очередь должны быть выполнены лордозирующие маневры, а затем кон­тролируемая дистракция [32]. По данным B. Wälchli с соавт. [33], вначале лучше применить дистракцию для восстановления высоты поврежденного позвонка, а затем создавать лордоз. Комбинированная регулировка разгибания и дистракции, по мнению J. Shang с соавт. [34], может быть более подходящей при коррекции деформации. Для восстановления высоты тела позвонка и получения непрямой декомпрессии позвоночного канала путем лигаментотаксиса осевая дистракция составляет приблизительно 3–5 мм [35]. C учетом предстоящей потери коррекции K.C. Kose с соавт. создавали перед фиксацией гиперлордоз [36]. Причем техника открытой или минимально инвазивной коррекции деформации существенно не влияла на восстановление глобальных параметров позвоночника [37].

Для более эффективного восстановления высоты тела позвонка предлагается вводить верхние винты с наклоном к нижней кортикальной пластинке [38]. Некоторые авторы считают, что за счет длинных винтов репозиция более эффективна [39], особенно если винты будут погружены на 90–100 % от размеров тела позвонка. Другие считают, что длинные винты в поврежденном позвонке не влияют на вправление перелома, но лучше могут поддержать восстановленную переднюю высоту и уменьшить потерю кифоза [40]. Установка педикулярного винта в сломанный позвонок во время выполнения лигаментотаксиса приводит к дополнительной декомпрессии содержимого позвоночного канала [41]. При нестабильных переломах типа С пять различных методик редукции позвоночника предлагает группа AOSpine [42]. S. Hadgaonkar с соавт. предложили для редукции использовать четырекороткие штанги, фиксированные вертикально выше и ниже повреждения. Данная компоновка коротких штанг, с одной стороны, облегчает редукцию, а с другой стороны, затрудняет выполнение окончательной фиксации при замене коротких штанг длинными [43].

В настоящее время не акцентируется должного внимания на коррекции посстравматической деформации, а для фиксации в основном используется полиаксиальная компоновка винтов с диаметром в 5–6 мм [44]. Данные конструкции не в силах удержать достигнутую коррекцию деформации, и в большинстве случаев требуются двухэтапные оперативные вмешательства.

Спинальная система «Синтез» в моноаксиальной компоновке винтов диаметром 7 мм превосходит по своим характеристикам другие системы за счет удобства применения и техническим характеристикам, возможности дозированно с вовлечением поврежденного позвонка контролировать этапы репозиции, а также в большинстве случаев выполнить декомпрессию и фиксацию в один этап из заднего доступа. Усовершенствования данной системы и воспроизведение рассчитанных индивидуальных параметров при выполнении репозиции позволили улучшить результаты лечения пострадавших [45].

Заключение

По мнению авторов, на следующем этапе развития транспедикулярного репозиционно-стабилизирующего остеосинтеза будет необходим более дифференцированный подход к лечению с определением оптимальных целевых параметров при выполнении репозиции и индивидуальным подбором жесткости фиксирующих конструкций при помощи компьютерного моделирования и использования робототехники в хирургии позвоночника.