Pathogenetic aspects of aseptic peri-implant and paraprosthetic complications in traumatology (review)



Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The use of metal implants and joint prosthetics occupy an important place in modern traumatology and orthopedics. With the increasing proportion of surgical methods for treating bone fractures and joint diseases, complications develop more frequently. Along with early and late wound infections, there are various response changes in tissues in the area of ​​the implant of an abacterial nature. The results of clinical and experimental studies in the development of fibro-proliferative, immuno-allergic and granulomatous tissue changes around implants determine the important role of macrophages, fibroblasts, cells of the immune system, the peculiarities of the pathophysiology of which this article is devoted to.

Key words: paraimplant infection, paraimplant fibrosis, granulomatosis, giant cells of foreign bodies, adjuvants.

Full Text

Развитие травматологии в XXI веке ориентировано в первую очередь на совершенствование хирургических способов лечения травматических повреждений и воспалительно-дегенеративных изменений суставов. Разнообразные методики металлостеосинтеза и расширение показаний для протезирования суставов во многом решают задачу надёжной стабилизации отломков и максимально ранней активизации больных [1, 2, 3]. В этом особую роль играют технические достижения, разработка оригинальных технологий изготовления протезов, совершенствование биоинертных свойств материалов для имплантов [3, 4].

Но несмотря на достигнутые успехи следует признать, что подобные подходы к лечению увеличили до 1,5-12,5% долю осложнений, среди которых послеоперационный остеомиелит, парапротезные инфекции, периимплантные переломы, нестабильность компонентов протеза и ряд других [3, 5]. Лечение данной патологии, как правило, требует точной диагностики причины заболевания, индивидуального подхода и нестандартных тактических решений. Ряд ключевых позиций по ведению больных с периимплантными инфекциями были приняты на международной согласительной конференцией в 2013 году. В их число входит настойчивый поиск и идентификация возбудителя с адекватной продолжительной антибактериальной терапией, применение хирургической санации очага, одноэтапные и двухэтапные варианты ревизионного протезирования, вопросы предпочтений и клинической эффективности различных видов спейсеров, а также условия для применения артродеза [1, 6, 7, 8, 9].

Но следует признать, что наряду с инфекционными осложнениями использование имплантов и протезов может привести к разнообразным асептическим ответным реакциям и осложнениям. Эти вопросы в большей степени освещены в работах патоморфологов, иммунологов, патофизиологов, а также в публикациях клинических и экспериментальных исследований в рамках различных направлений хирургии, стоматологии, урологии и гинекологии. При этом следует отметить, что вопросы диагностики и тактики лечения данного спектра осложнений в настоящее время находится на стадии исследования и дискуссии. Нерешённость клинических вопросов и необходимость междисциплинарного подхода к диагностике таких реакций и осложнений поддерживает актуальность тематики и определяет направления для научных исследований в этой области.

Цель исследования - провести анализ публикаций, посвящённых вопросам этиопатогенеза и клинических проявлений различных вариантов реакций и осложнений после металлостеосинтеза и протезирования суставов абактериальной природы.

Материалы и методы. Проведён анализ публикаций отечественных и зарубежных авторов за последние 5-10 лет, посвящённых вопросам патофизиологии и патоморфологии различных вариантов асептических параимплантных реакций тканей и осложнений.

Результаты исследований. Прежде, чем остановиться на абактериальных вариантах реакции тканей на имплантируемые металлоконструкции или протезы суставов, следует отметить, что большинство специалистов, занимающихся лечением травм и заболеваний опорно-двигательного аппарата, считают основной причиной подавляющего числа осложнений разнообразную бактериальную флору, включающую в равной степени и патогенные штаммы внутригоспитальной инфекции и условно-патогенной флоры [10, 11].

В настоящее время частота инфекционных осложнений достигает 1,5-4,7% при протезировании и 5-19% при металлостеосинтезе. По этой причине при любых воспалительных изменениях тканей в зоне импланта основной задачей клинициста является подтверждение факта наличия микрофлоры с использованием самых современных лабораторных методик (ПЦР, газохроматография) и подходов (исследование пунктатов, биоптатов параимплантых тканей, соникационной жидкости, интраоперационная бактериоскопия и др.) [3, 4, 5, 7, 10].

При этом следует уточнить её экзогенный или эндогенный характер. Несомненно, в клиническом плане в этом есть рациональное зерно, так как 42-78% параимплантных осложнений носят подтверждённый инфекционный характер и для достижения клинического эффекта основным направлением лечения таких больных становится хирургическая и медикаментозная санация всех имеющихся очагов инфекции [11, 12, 13].

В тоже время для 24-57% клинических случаев, несмотря на наличие признаков вялотекущего воспаления с формированием свищей и вторичными фиброзными изменениями параимплантных тканей не удаётся доказать их бактериальную этиологию. Причиной этого могут стать биологические особенности возбудителя, низкая инфицирующая доза или трудная культивируемость. В таких условиях продолжительный диагностический поиск возбудителя может затянуться на неопределённый срок, так и не увенчавшись успехом [1, 14, 15].

Причинами таких сложностей диагностики чаще всего оказывается асептический характер параимплантных реакций тканей. Обратившись к публикациям специалистов фундаментальной и клинической медицины, практикующих вне разделов травматологии и гнойной хирургии, можно встретить множество описанных случаев и закономерностей клеточных и тканевых реакций на современные бионедеградируемые и биодеградируемые импланты, среди которых металлические, силиконовые и полимерные сетчатые импланты и компоненты протезов [16, 17].

Среди асептических причин послеоперационного остеомиелита нижней челюсти описаны электрохимические изменения (рост накостных потенциометрических показателей) в тканях после металлостеосинтеза, которые авторы трактовали как проявления гальваноза. [18]. Также в стоматологии описаны местные клеточные аллергические и пролиферативные реакции костей и мягких тканей на компоненты пломбировочного материала, при дентальной имплантации фибринового сгустка и полимеров из различных химических веществ [19].

В сообщениях патоморфологов и патофизиологов описаны результаты экспериментальных и клинических исследований особенностей клеточных реакций в ответ на присутствие биодеградируемых и бионедеградируемых сетчатых имплантов и шовных материалов различной химической природы (полигидроскиалканоаты, полипропилен, силикон, полилактиды, полигликолиды). При этом важно отметить, что в большинстве случаев параимплантные реакции тканей имеют определённую стадийность с угасанием активности макрофагов и активацией фибробластов. Такие реактивные изменения позволяют «изолировать» от иммунной системы организма бионедеградируемые или длительно деградируемые импланты за счёт формирования вокруг них фиброзной капсулы. После своеобразной изоляции импланта последующие клеточные и тканевые реакции направдены на лизис или элиминацию импланта путём его отторжения. В зависимости от свойств имплантированных материалов возможно преобладание ответных клеточных реакций иммуно-аллергического или воспалительно-пролиферативного типа. При этом особое внимание в последние годы исследователи уделяют вопросам развития гранулематозных реакций [17, 20, 21].

В этой связи следует упомянуть о синдроме Шонфельда (ASIA синдром - Autoimmune/Inflammatory Syndrome Induced by Adjuvants), существование и важность которого была признана в 2011 году в рамках изучения синдрома Персидского залива и особых вариантов реакции клеток и тканей человека при воздействии иммунных триггеров (адъювантов), поступающих в организм в составе вакцин (гидроксид алюминия, липополсахариды, сквален), в виде имплантов (силикон, минеральные масла) или из окружающей среды (фенол, полистирол, аммиак, полимерные композиты). Основным проявлениями гиперергической реакции иммунной системы при этом синдроме становятся аутоиммунные воспалительные и фиброзные изменения в тканях и органах (нейродегенеративные синдромы, поствакцинальный макрофагальный миофасциальный синдром, силиконоз, олеофиброз, синдром «больных» зданий). Развитие описанных реакций сопровождается активацией тканевых макрофагов, плазматических клеток и фибробластов. Сопутствующий этому рост уровня интерлейкина-1В и интерлейкина-18, обеспечивают хроническое течение воспалительного процесса, гранулематозные изменение параимплантных тканей и часто становятся причиной манифестации аутоиммунных ревматических заболеваний и гранулематозных васкулитов [22].

В наши дни внимание исследователей затрагивают вопросы генетической предрасположенности развития той или иной патологии. Так, синдром Щонфельда ассоциируется с носительством HLA-DRB1 или HLA-DRB4. Развитие вялотекущего, хронического послеоперационного остеомиелита чаще отмечают у лиц с генотипом 589C/Т, при котором отмечена повышенная экспрессия противовоспалительного интерлейкина-4. При этом генотип 589Т/Т определяет низкую выработку данного цитокина и для таких людей характерно развитие более острых форм параимплантных воспалиельных реакций и частое присоединение вторичных бактериальных инфекций [22, 23].

Особое внимание следует уделить мнению патоморфологов, иммунологов и цитологов на изученные варианты клеточной трансформации макрофагов в эпителиоидные и многоядерные клетки, которые встречаются при исследовании параимплантных и парапротезных тканей. Описанные в XIX веке многоядерные клетки Пирогова-Лангхганса и гигантские клетки инородных тел, до сих пор сохраняют немало вопросов с точки зрения их биологического значения. По мнению одних исследователей появление таких клеток макрофагальной природы следует трактовать как проявление несостоятельности иммунного ответа и неспособности организма элиминировать имеющийся биогенный (бактерии, грибы, простейшие) или абиогенный объект (имплант, протез, химический адъювант). Другие исследователи, напротив, считают, что данные клеточные трансформации макрофагов определяют иммунные реакции поддержания «нестерильного» иммунитета при хронических инфекциях или обеспечивают продолжительную многоэтапную реакцию иммунной системы, эндотелия и фибробластов на наличии инородного тела абиогенной природы [24, 25, 26].

Пусковым механизмом для многоядерной клеточной трансформации макрофагов считают способность импланта адгезировать на своей поверхности данные клетки. Учитывая невозможность фагоцитоза многократно превышающих размеры клеток металлоконструкций и протезов, прикрепляясь к поверхности данных инородных тел макрофаги активно выделяют лизосомальные ферменты в окружающие их ткани. Безусловно, лизис бионедеградируемых имплантов невозможен, и в процессе подобных клеточных реакций макрофаги быстро утрачивают свой лизосомальный аппарат, трансформируясь в эпителиоидную клетку. На данном этапе жизнедеятельности тканевых макрофагов генетически запрограммировано включение процессов аутофагии и апоптоза [24, 27].

Но не всегда клетки идут по этому пути клеточного цикла, в ряде случаев в них включаются процессы, предупреждающие апоптоз. Как показали исследования первоначально происходит амитотическое деление ядер с формированием двуядерных макрофагов. При сохранении стимулирующих данный процесс условий (особый цитокиновый профиль регуляции, наличие импланта или инородного тела), макрофаги начинают формировать гигантские многоядерные клетки. Причём механизм их образования включает слияние двуядерной или многоядерной клетки с одноядерными макрофагами, расположенными в этой зоне [25, 28].

Опубликованные результаты исследований данных клеток указывают на их выраженную провоспалительную гуморальную активность, что поддерживает соответствующее воспалению состояние микроциркуляторного русла, повышает уровень тканевой жидкости, активирует иммунные клетки, отвечающие за выработку антител класса Е, цитотоксические лимфоцитарные реакции. Формирование групп многоядерных клеток обеспечивает высокую концентрацию лизосомальных ферментов, нередко приводят к остеолизу, нарушению стабильности в зоне перелома или определяют асептическое расшатывание компонентов протеза [1, 26, 29].

Наряду с микрососудистыми, иммуно-аллергическими и гранулематозно-воспалительными реакциями, присутствие эпителиоидных и многоядерных клеток связывают с активностью фибробластов. При этом ряд исследователей указывает на их стимулирующий эффект, что определяет фиброзно-пролиферативные изменения параимплантных тканей, степень выраженности которых во многом зависит от индивидуальных особенностей организма. Другие авторы отмечают, что в ходе экспериментальных исследований рост числа ядер в клетках Лангхганса сопровождало повышение уровня гамма интерферона и активация матриксных металлопротеиназ, которые обеспечивали дезактивацию фибробластов и поддерживали на высоком уровне активности все виды провоспалительных реакций в зоне адъюванта, импланта или бактерий, что было направлено на их элиминацию или биодеградацию [22, 24].

Не исключается, что одновременное присутствие в параимплантных тканях одноядерных эпителиоидных и гигантских многоядерных клеток необходимо для регуляции фаз хронического воспаления (фиброз тканей и активная элиминация патогена или биодеградация импланта). Описанные клеточные реакции часто совпадают с клинической картиной параимплантных осложнений, при которых умеренно выраженные признаки воспаления (отёк, боль, серозные свищи и т.д.) постепенно переходят в стадию своеобразной «ремиссии», которая сопровождается рубцеванием свищей, фиброзным изменением параимплантных тканей, нередко приводя к контрактуре протезированного сустава [1].

Описанные варианты асептических параимплантных реакций могут осложниться вторичным инфицированием. В этой связи особую роль приобретают трансформированные макрофаги, лишённые лизосом. Сохраняя функцию фагоцитоза, эпителиоидные и многоядерные клетки не могут элиминировать флору и незавершённый фагоцитоз завершает эндоцитобиоз. Находясь внутри макрофагов, микрофлора прекращает своё размножение, не проявляет агрессивных свойств и находится под «защитой» макрофагальной клетки от внешних воздействий. В этих случаях многоядерные клетки рассматривают как источник «дремлющей» трудно диагностируемой инфекции [28, 30].

Заключение. Профилактика, диагностика и лечение осложнений после металлостеосинтеза и протезирования суставов являются важными клиническими задачами современной травматологии. Разработанные современные принципы ведения данной категории больных на всех диагностических и лечебных этапах в большей мере ориентируются на инфекционную природу осложнений. Но наряду с бактериальным фактором после имплантации металлоконструкций или протезов следует помнить о высокой вероятности развития асептических гранулематозно-воспалительных, иммуно-аллергических и фиброзно-пролиферативных реакций, направленных на отторжение, биодеградацию или отграничение импланта от окружающих тканей. Знание основ патофизиологии и применение методов исследования клеточных реакций могут помочь в дифференциальной диагностике инфекционных и асептических вариантов осложнений, что позволит оптимизировать тактику лечения и улучшить его результаты.

×

About the authors

Anton Kiselev

Municipal Autonomous Healthcare Institution, Order of the Red Banner of Labor, City Clinical Hospital №1, Chelyabinsk, Russia

Author for correspondence.
Email: kiselevtrauma@gmail.com

Врач-травматолог-ортопед травматолого ортопедического отделения

Russian Federation

nataliya Barkhatova

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский Государственный медицинский университет"

Email: barhatova.2020@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6069-4433
SPIN-code: 5792-8909

кафедра общей и детской хирургии, профессор д.м.н.

г.Челябинск, ул.Воровского, 64 454092 Российская федерация

Ivan Kiselev

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский Государственный медицинский университет"

Email: kiselevvano@mail.ru

студент

г.Челябинск, ул.Воровского, 64 454092 Российская федерация

Ekaterina Barhatova

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский Государственный медицинский университет"

Email: barhatova.2020@mai.ru

студент

References

  1. Список литературы
  2. Ревизионное эндопротезирование коленного сустава: руководство для врачей / под ред. Д. Дж. Джакофски, Э. К. Хедли ; пер. с англ. под ред. Н. В. Загороднего. М. : ГЭОТАР-Медиа, 2015
  3. Венедиктова А.А., Квашнина Д.В., Благонравова А.С. Факторы риска развития парапротезной инфекции по данным систематическогоБархатова обзора. Медицинский альманах 2018; (4): 133-137.
  4. Шимон В.М., Кубаш В.И. Современное состояние проблемы остеомиелита (аналитический обзор литературы). Травма 2018; 19 (4): 101-106.
  5. Крючков Р.А., Хунафин С.Н. Послеоперационный остеомиелит. Медицинский вестник Башкортостана 2010; 5 (3): 119-123.
  6. Сакович Н.В., Андреев А.А., Микулич Е.В., Остроушко А.П., Звягин В.Г. Современные аспекты этиологии, диагностики и лечения остеомиелита. Вестник экспериментальной и клинической хирургии 2018; 11 (1): 70-79.Бархатова
  7. Миронов С.П., Цискарашвили А.В., Горбатюк Д.С. Хронический посттравматический остеомиелит как проблема современной травматологии и ортопедии (обзор литературы)
  8. Гений ортопедии 2019; 25 (4): 610-621
  9. Шевченко Г.Р. Лечение хронического остеомиелита. Мечниковские чтения – 2019: сборник материалов конференции 2019: 183-184.
  10. Согласительная конференция по проблемам перипротезной инфекции 30.07 – 01.08.2013. Травматология и ортопедия России. 2013. № 4 (70). С. 108-110.
  11. Monisha S. Parikh, Suresh Antony. A comprehensive review of diagnosis and management of prosthetic joint infections in the absence of positive cultures. J. Infect Public Health 2016; 9: 545–556.
  12. Клюшин Н.М., Ермаков А.М., Науменко З.С., Абабков Ю.В., Тряпичников А.С., Коюшков А.Н. Этиология острой перипротезной инфекции суставов и результаты её хирургического лечения. Гений ортопедии 2017; 23 (4): 417-422.
  13. Винклер Т., Трампуш А., Ренц Н., Перка К., Божкова С.А. Классификация и алгоритм диагностики и лечения перипротезной инфекции тазобедренного сустава. Травматология и ортопедия России 2016; 22 (1): 33-45.
  14. Zimmerli W. Orthopaedic device-associated infection. Clin Microbiol and Infect Dis CMI 2018; (34): 1160–1161
  15. Божкова С. А., Тихилов P.M., Краснова М.В. Профиль резистентности возбудителей как основа выбора эффективного антибиотика при стафилококковых инфекциях протезированных суставов. Клиническая микробиология, антимикробная химиотерапия 2013; 15 (2): 115-123
  16. Кимайкина О.В., Батрак Ю., Гольник В.Н., Найданов В.Ф., Сюков И.В. Ретроспективный анализ выявления возбудителей перипротезной инфекции в дооперационных и интраоперационных образцах. Лабораторная служба 2018; 7 (3-2): 111.
  17. Митрофанов В.Н., Гординская Н.А. Фенотип антибиотикорезистентности возбудителей перипротезной инфекции как основа выбора рационального антимикробного лечения.
  18. Медицинский альманах 2017; (4): 72-75.
  19. Кузнецова И.В., Майбородин И.В., Шевела А.И., Баранник М.И., Манаев А.А., Бромбин А.И., Майбородина В.И. Особенности тканевых реакций при резорбции лизируемых шовных материалов.
  20. Морфология 2013; 144 (4): 053-059.
  21. Кузнецова И.В., Майбородин И.В., Шевела А.И., Баранник М.И., Манаев А.А., Майбородина В.И. Особенности перифокальных тканевых реакций после имплантации нелизируемых хирургических материалов. Морфология 2014; 145 (1): 53-59.
  22. Тимофеев A.A., Васадзе Н. Накостные потенциометрические показатели при посттравматическом остеомиелите нижней челюсти, развившемся после металлостеосинтеза. Современная стоматология 2014; (3 (72)): 76.
  23. Майбородин И.В., Шевела А.И., Колесников И.С., Шеплев Б.В., Рагимова Т.М., Ковынцев А.Н., Ковынцев Д.Н. Гранулематозное воспаление после применения фибрина для дентальной имплантации. Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Биология, клиническая медицина 2008; 6 (2): 85-89.
  24. Майбородин И.В., Шевела А.И., Кузнецова И.В., Баранник М.И., Майбородина В.И. Тканевые реакции на силиконовые материалы в организме. Архив патологии 2013; 75 (4): 28-33.
  25. Эйзенах И.А., Бакарев М.А., Лапий Г.А., Бондарев О.И., Мозес В.Г., Мозес К.Б. Исследование тканевой реакции стенки влагалища на имплантированные полипропиленовые протезы.
  26. Медицина в Кузбассе 2020; 19 (2): 13-19.
  27. Раденска-Лоповок С.Г., Волкова П. Аутоиммунный / воспалительный синдром, ассоциированный с адъювантами. Архив патологии 2018; 80 (5): 56-62.
  28. Мироманов А.М., Миронова О.Б., Мироманова Н.А. Полиморфизм гена интерлейкина-4 – 589 С/Т и экспрессия интерлейкина-4 у пациентов с развитием хронического травматического остеомиелита. Медицинская иммунология 2018; 20 (6): 889-894.
  29. Пауков В.С., Коган Е.А. Иммунное гранулематозное воспаление как приспособительная реакция организма. Архив патологии 2014; 76(4): 39-44.
  30. Архипов С.А., Шкурупий В.А., Ильин Д.А., Зайковская М.В., Уфимцева Е.Г., Ахраменко Е.С. Морфофункциональные и феногенетические аспекты формирования многоядерных макрофагов. Успехи современного естествознания 2008; (9): 87-88
  31. Должиков А.А., Колпаков А.Я., Ярош А.Л., Молчанова А.С., Должикова И.Н. Гигантские клетки инородных тел и тканевые реакции на поверхности имплантатов. Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье» 2017; (3): 86-94
  32. Юхачева Д.В., Першин Д.Е., Ускова Н.Г., Терещенко Г.В., Кузьменко Н.Б. Гранулематозное воспаление в манифестации хронической гранулематозной болезни: клинический случай. Вопросы гематологии / онкологии и иммунопатологии в педиатрии 2019; 18 (4): 99-104.
  33. Шкурупий В.А., Ильин Д.А., Архипов С.А. Феномен многоядерности – реакция макрофагов на персистенцию в них M. tuberculosis. Международный журнал фундаментальных и прикладных исследований 2017; 11 (2): 218–222.
  34. Цискарашвили А.В., Родионова С.С., Миронов С.П., Бухтин К.М., Горбатюк Д.С., Тараскин А.Ю. Метаболические нарушения костной ткани у пациентов с переломами длинных костей, осложнённых хроническим остеомиелитом. Гений ортопедии 2019; 25 (2): 149-155.
  35. Сомова Л.М., Андрюков Б.Г., Дробот Е.И. Ляпун И.Н. Гранулематозное воспаление как фактор, способствующий персистенции патогена при инфекции, вызванной Yersinia pseudotuberculosis. Клиническая и экспериментальная морфология 2020; 9 (1): 5-10.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.


Copyright (c) Eco-Vector



This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies