Застосування імплантатів з покриттям матеріалом на основі біоактивного скла у пацієнтів після видалення пухлин кісток

Бур'янов О.А.¹, Проценко В.В.², Абудейх Удай¹, Салманова К.М.² - 1 - Національний медичний університет ім. О.О. Богомольця МОЗ України, 2 - ДУ " Інститут травматології та ортопедії НАМН України"

Електронна версія
Журналу "Проблеми травматології та остеосинтезу"
Номер № 3-4 (13-14) 2018

З люб'язної згоди президента ВГО "Українська асоціація травматології та остеосинтезу" і головного редактора щоквартального науково-практичного журналу "Проблеми травматології та остеосинтезу" проф. Калашнікова Андрія Валерійовича.

УДК 616.71-006:616-089.873.4+616.71-089.843/844::616.71-77:[615.464/465+667.637.4:620.193.8::621.315.612.6]

ЗАСТОСУВАННЯ ІМПЛАНТАТІВ З ПОКРИТТЯМ МАТЕРІАЛОМ НА ОСНОВІ БІОАКТИВНОГО СКЛА У ПАЦІЄНТІВ ПІСЛЯ ВИДАЛЕННЯ ПУХЛИН КІСТОК

Бур'янов О.А.¹, Проценко В.В.², Абудейх Удай¹, Салманова К.М.²
1 - Національний медичний університет ім. О.О. Богомольця МОЗ України,
2 ДУ " Інститут травматології та ортопедії НАМН України"

Вступ. Важливою проблемою сучасної онкоортопедії є створення імплантатів, та їх надійна фіксація в кістковій тканині. Особливе значення це має після видалення сегментів кісток з пухлиною та установки імплантатів або ендопротезування суглобів. Вирішення цієї проблеми здійснюють шляхом поліпшення інтеграційних властивостей імплантату з кісткою за рахунок модифікації поверхні імплантатів різними фізичними та хімічними методами [7]. Використання імплантатів з спеціальними покриттями сприяє захисту від металозу та одночасно сприяє інтеграції з кісткою і оточуючими м'якими тканинами [8]. При використанні онкологічних ендопротезів, як правило застосовують цементну фіксацію, але в деяких випадках при невеликих резекціях сегментів кістки і у молодих пацієнтів можна застосувати безцементне ендопротезування [12]. Основним механізмом, що забезпечує довгострокову стабільність імплантату, є біологічна інтеграція, яка передбачає виникнення анатомічного і функціонального взаємозв'язку між зміненою кісткою і поверхнею імплантату під впливом фізіологічних навантажень.

Поліпшення фіксації безцементних ендопротезів в кістковій тканині досягається при використанні різноманітних текстурованих (пористі, кулькоподібні, коралоподібні), а також біокерамічних покриттів їх поверхонь [2,9]. Серед біокерамічних покриттів імплантатів широке поширення отримав матеріал на основі гідроксиапатиту і трікальцийфосфата [5,11], а також матеріал на основі біоактивного скла [1,6]. Біокерамічні покриття здатні покращувати взаємодію поверхні імплантатів з кістковою тканиною, особливо в ранні терміни після операції [4,13]. В літературі повідомляється, що при використанні матеріалу на основі гідроксиапатиту і трікальцийфосфата при пластиці дефектів кісток на кордоні «кістка - імплантат» утворюється фіброзна тканина, що перешкоджає інтеграції пластичного матеріалу з кісткою, то ж саме може статися при використанні ендопротеза з покриттям матеріалом на основі гідроксиапатиту і трікальцийфосфата, що приховує в собі певний ризик розвитку нестабільності імплантату [10]. Особливості будови тканини та розвиток репаративного остеогенеза на межі розділу «кістка - імплантат», що формується при застосуванні різних біокерамічних покриттів, залишаються ще недостатньо вивченими, тому застосування імплантатів з покриттям поверхні та ніжок імплантатів біокерамічним матеріалом має важливе значення для практичної діяльності. В даній статті наводяться результати застосування імплантатів та ендопротезів з покриттям поверхні біокомпозитним матеріалом на основі біоактивного скла.

Матеріали та методи. За період з 2015 по 2018 роки в клінічному відділі ДУ “ІТО НАМНУ” виконано 11 органозберігаючих операцій при пухлинах кісток в об’ємі сегментарної резекції з наступним ендо- або реендопротезуванням великих суглобів та діафізів кісток. Середній вік хворих склав 42,5±1,6 роки (від 30 до 59 років), жінок було 6 (54,5%), чоловіків – 5 (45,5%).

Хворим були імплантовані різні види ендопротезів та імплантатів з напиленням на поверхню або ніжки ендопротеза матеріалу на основі біоактивного скла. 9 хворим імплантовані вітчизняні індивідуально виготовлені онкологічні ендопротези НВО “Інмед”, 2 ‒ фірми Valdemar Link (Німеччина). В таблиці 1 представлені морфологічні форми пухлин які зустрічалися.

Таблиця 1. Морфологічні форми пухлин

Об’єм хірургічного втручання залежав від локалізації пухлини: хворим виконувалася резекція суглобового сегменту або діафізу кістки з пухлиною та заміщення дефекту ендопротезом або металевим імплантатом з напиленням на поверхні імплантату матеріалу на основі біоактивного скла. В таблиці 2 представлена локалізація та кількість випадків ендопротезування суглобів і діафізів кісток з напиленням на поверхні імплантату матеріалу на основі біоактивного скла.

Таблиця 2. Локалізація та кількість випадків ендопротезування суглобів і діафізів кісток з напиленням на поверхні імплантату матеріалу на основі біоактивного скла

Абластичне видалення пухлини суглобового або діафізарного сегмента спонукало виконувати широку резекцію новоутворення. При ендопротезуванні кісток та суглобів дотримувалися основних принципів онкохірургії – футлярності та абластичності, видалення одним блоком зони біопсії, виконували адекватну м’язову пластику, закриваючи ендопротез м’якими тканинами для пониження ризику ускладнень. В залежності від конкретних анатомо-функціональних змін застосовувалися спеціальні конструкції імплантатів, інструментарію та методичні прийоми, які доповнювали стандартну техніку операцій. З метою попередження локального асептичного запалення та алергічної реакції на матеріал з якого виготовлено ендопротез або імплантат, а також для кращої інтеграції ендопротеза або імплантату з кісткою та оточуючими м’якими тканинами на поверхню або ніжки ендопротезу або імплантату проводили напилення матеріалу, що має остеокондуктивні та остеоіндуктивні властивості.

Цим матеріалом був імплантаційний матеріал на основі біоактивного скла – “Біокомпозит-Синтекість” (БКС) (свідо-цтво про державну реєстрацію № 3653/2005 від 28 січня 2005р.), який синтезовано в лабораторії Інституту матеріалознавства НАН України групою під керівництвом проф. Дубка В.А.

Імплантаційний матеріал – БКС являє собою багатофазний неорганічний матеріал, синтезований методом хімічного осадження і керамічної технології. Фазний склад БКС: біоактивне скло – 50-65 мас.%, гідроксиапатит – 14-17 мас.%, вітлокіт – 14-17 мас.%, воластоніт – 7-9 мас.%. Хімічний склад БКС наведений в таблиці 3 (в перерахунку на оксиди).

Таблиця 3. Хімічний склад БКС

Це біоактивний і остеокондуктивний біоматеріал, який випускається у вигляді порошків, гранул, блоків та імплантатів складної форми з різною активністю, дисперсністю й адсорбційною здатністю, із значним діапазоном пористості і механічних властивостей (рис.1).

Рис. 1 Зразки БКС в поліетиленовій упаковці

Поверхню та ніжки ендопротезів та імплантатів покривали шляхом осадження. Перед осадженням покриття виконували абразивну обробку титанової основи ендопротезу в установці газодетонаційного осадження, на поверхні формували поверхневий рельєф заданої глибини, що дорівнював розміру остеону та забезпечував велику площу контакту і міцність зчеплення кістки з ендопротезом. Далі виконували осадження шару матеріалу на основі біоактивного скла, яке дозволяє вирішити проблему аморфізації покриття. Завдяки наявності у покритті біоактивних сполук, рівномірно розподілених по всій його товщині, в процесі резорбції покриття в організмі воно спричиняло антибактеріальний, остеокондуктивний, антирезорбційний та інші ефекти протягом всього терміну експлуатації імплантату (див. рис. 2).

Функціональний результат прооперованої кінцівки визначався за шкалою MSTS (Musculo-Sceletal Tumor Staging /System/). Якість життя хворих визначалась у балах згідно опитувальника EORTIC QLQ-30. Виживаність хворих визначалась за методом Kaplan-Meier.

Рис. 2 Компоненти ендопротеза колінного суглоба з напиленням матеріалу на основі біоактивного скла на поверхню та ніжки ендопротеза

Рис. 3 Імплантат для заміщення діафізу плечової кістки з напиленням матеріалу на основі біоактивного скла на поверхню імплантату

Отримані результати лікування. В результаті ендопротезування суглобів та діафізів кісток у 11 хворих, ортопедичні ускладнення спостерігалися у 2 (18,2%) пацієнтів та рецидиви пухлини у 1 (9,1%) пацієнта. Із післяопераційних ускладнень: інфекційні ускладнення спостерігалися у 1 (9,1%) пацієнта та механічні – асептична нестабільність ніжки ендопротеза у 1 (9,1%) пацієнта.

У пацієнта з інфекційним ускладненням, після видалення компонентів ендопротеза виконували радикальну хірургічну обробку рани з видаленням всіх патологічно змінених тканин, промиванням рани розчинами антисептиків та встановленням металоцементного спейсера з наступним реендопротезуванням суглоба через 6 місяців(при позитивних контролнихь посівах рідини на мікрофлору з місця встановлення спейсера).

У пацієнта з асептичною нестабільністю ніжки ендопротеза, після резекції дистального відділу стегнової кістки виконано реендопротезування колінного суглоба з застосуванням цементної фіксації.

Рецидив пухлини спостерігався у 1 хворого з лімфосаркомою кістки, хворому проводились курси поліхіміотерапії та курс променевої терапії до сумарної вогнищевої дози (СОД) 40 Грей.

Наводимо приклад з практики: Пацієнтка Т. 31 рік, у серпні 2015 року лікувалась за місцем проживання з приводу болю у лівому плечі, приймала нестероїдні протизапальні препарати. У березні 2016 року пацієнтці виконана біопсія з приводу пухлини діафізу лівої плечової кістки. Патогістологічний висновок: гігантоклітинна пухлина кістки. Оскільки біль збільшувалася, хвора звернулася у клініку ІТО НАМНУ, де при рентгенологічному обстеженні виявлено патологічний переломом плечової кістки без зміщення уламків на тлі пухлини (див. рис.4). При огляді: верхня кінцівка в гіпсовій лонгеті, шкіра та лімфатичні вузли не змінені, згинання ліктьового суглоба було обмежене до 80°. При пальпації лівої плечової кістки відмічалась біль в області діафізу. Сила м'язів лівої верхньої кінцівки була значно зниженою, в порівнянні з правою верхньою кінцівкою, спостерігалась атрофія м'язів лівого плеча. У грудні 2016 року хворій виконано хірургічне втручання: резекція діафізу лівої плечової кістки з пухлиною, дефект кістки довжиною 15 см заміщений індивідуальним онкологічним імплантатом з напиленням на його поверхні матеріалом на основі біоактивного скла (див. рис.4 та рис.5). Ускладнень в ранньому післяопераційному періоді не спостерігалось (див. рис.6). При останньому обстеженні у вересні 2017 р. ускладнень (асептичного розхитування ендопротеза) та рецидиву пухлини не виявлено. Функція верхньої кінцівки (за шкалою MSTS) складала 96,2 %.

Рис. 4 Фотовідбитки рентгенограми лівої плечової кістки хворої Т. з гігантоклітинною пухлиною діафізу кістки

Рис. 5 Інтраопераційна фотографія лівого плеча хворої Т. з встановленим імплантатом діафізу плечової кістки з напиленням матеріалу на основі біоактивного скла на його поверхні

Рис. 6 Фотовідбитки рентгенограми лівої плечової кістки хворої Т. після резекції діафізу кістки з пухлиною та заміщення дефекту кістки імплантатом

Функціональний результат кінцівки (за шкалою MSTS) після ендопротезування кульшового суглоба склав 80,4%, після ендопротезування діафізу стегнової кістки – 94,3%, після резекції дистального відділу стегнової кістки та ендопротезування колінного суглоба – 90,2%, після ендопротезування діафізу великогомілкової кістки – 92,5%, після ендопротезування гомілковостопного суглоба – 70,4%, після ендопротезування діафізу плечової кістки – 96,2%, після резекції дистального відділу плечової кістки та ендопротезування ліктьового суглоба – 75,6%.

Якість життя хворих за опитувальником EORTIC QLQ-30 підвищилась з 40-50 балів до ендопротезування і склала в середньому 75-80 балів після ендопротезування.

Загальна трирічна виживаність пацієнтів склала 52,4±2,6%, п’ятирічна – 28,5±3,8%.

Висновок.Високий відсоток (8-80%) нагноєнь штучних масивних металоконструкцій після ендопротезування стає надалі все більшою проблемою ортопедії. Імплантація біоінертних металевих сплавів у кістку призводить до дифузії їх складових елементів, як в зону біля імплантату, так і у віддалені ділянки кістки, що призводить до порушення процесів остеогенеза. Реакція організму на імплантати може розвинутись у 6-30 % прооперованих хворих. Ця реакція являє собою локальне асептичне запалення, як прояв реакції індивідуальної гіперчутливості. Перше, що може вказати на виникнення проблеми, це алергічна реакція на матеріал, з якого виготовлений або який входить до складу імплантату [3]. Це є причиною нагноєння і як наслідок відторгнення імплантату. Великий металевий імплантат є чужорідним для організму, а чим більша площа його поверхні, тим більш імовірний розвиток ускладнень. Причинами резорбції кістки навколо металевого ендопротеза є негативний ефект екранування навантаження, внаслідок десятикратної відмінності модуля пружності кістки (10-30 ГПа) та титану (100 ГПа). Тому напилення біоактивних матеріалів на поверхню титана або іншого металу попереджує дифузію його іонів у кісткову тканину та створює щільний контакт між кісткою та імплантатом. Шляхом до утворення блоку кістка-ендопротез є висока (більш ніж 15 МПа) адгезійна міцність металевої основи імплантату з покриттям матеріалом на основі біоактивного скла, який має остеокондуктивні та остеоіндуктивні властивості, кращі ніж у титану або його оксиду.

Висновки

1. Застосування імплантатів з покриттям поверхні матеріалом на основі біоактивного скла запобігає локальному асептичному запаленню та алергічної реакції на матеріал з якого виготовлено ендопротез або імплантат.

2. Напилення матеріалу на основі біоактивного скла, що має остеокондуктивні та остеоіндуктивні властивості на поверхню та ніжки ендопротезу або імплантату, сприяє кращої інтеграції ендопротезу або імплантату з кісткою та оточуючими м’якими тканинами.

Література

1. Дубок В.А., Шинкарук А.В., Атаманенко О.Н. Новое поколение биоактивных керамик - особенности, свойства и клинические результаты // Ортопедия, травматология и протезирование. - 2008. - №3. - С.91 - 95.

2. Карлов A.B., Саприна Т.В., Кириллова H.A. и др. Некоторые клинические и патофизиологические вопросы и перспективы хирургической коррекции остеопении у пациентов с несовершенным остеогенезом // Гений ортопедии. 2008. - № 4. - С. 84-88.

3. Назаренко Г.О. Гіперчутливість до металу в ендопротезуванні. Методи діагностики та лікування (огляд літератури). Літопис травматології та ортопедії. - 2016. - № 1-2, (33-34). - С. 192-198.

4. Шашкина Г.А. Получение кальцийфосфатного покрытия микродуговым методом. Структура и свойства биокомпозита на основе титана с каль-цийфосфатным покрытием: Автореф. дис. . канд. техн. наук. - Томск, 2006.- 18 с.

5. Borsari V., Fini M., Giavaresi G. et al. Comparative in vivo evaluation of porous and dense duplex titanium and hydroxyapatite coating with high roughnesses in different implantation environments // J. Biomed. Mater. Res. - 2009. - 89A. - P. 550-560.

6. Dubоk V., Shynkаruk А., Аtаmаnеnkо О. et al. Development and application of inorganic bioactive ceramic nanocomposites for bone tissue remodeling // Materials Science & Engineering B - 2010. - Vol.169 - P.145 - 150.

7. Lexer E. The classic: the use of free osteoplasty together with trials on arthrodesis and joint transplantation // Clin. Orthop. Relat. Res. - 2008. - Vol.466, №8. - P. 1771-1776.

8. Li J.P., Habibovica P., van den Doel M. et al. Bone ingrowth in porous titanium implants produced by 3D fiber deposition // Biomaterials. - 2007. - №28. - P. 2810-2820.

9. Moroni L., Hamann D., Paoluzzi L. et al. Regenerating articular tissue by converging technologies // PLoS ONE. 2008. - Vol. 3, № 8. - P. 3032.

10. Motomiya M., Ito M., Takahata M. et al. Effect of hydroxyapatite porous characteristics on healing outcomes in rabbit posterolateral spinal fusion model // Eur. Spine J. - 2007. - Vol. 16, № 12. - P. 2215-2224.

11. Siddappa R., Martens A., Doom J. et al. CAMP/PKA pathway activation in human mesenchymal stem cells in vitro results in robust bone formation in vivo // Proc. Nat. Acad. Sei. USA. - 2008. - Vol. 105, № 20. - P. 7281-7286.

12. Wroblewski B.M., Siney P.D., Fleming P.A. Charnley low-frictional torguearthroplasty in young rheumatoid and juvenile rheumatoid arthritis: 292 hipsfollowed for an average of 15 years // Acta Orthop. Scand. - 2007. - 78 (2). - P. 206-210.

13. Yoshikawa H., Tamai N., Murase T., Myoui A. Interconnected porous hy-droxyapatite ceramics for bone tissue engineering // J. R. Soc. Interface. - 2009. Vol. 6 (Suppl. 3). - S341-S348.

Інші матеріали