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

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 металлоостеосинтеза и расширение показаний для протезирования суставов во многом решают задачу надежной стабилизации отломков и максимально ранней активизации больных [1–3]. В этом особую роль играют технические достижения, разработка оригинальных технологий изготовления протезов, совершенствование биоинертных свойств материалов для имплантов [3, 4].

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 этих патологий, как правило, требует точной диагностики причины заболевания, индивидуального подхода и нестандартных тактических решений. Ряд ключевых позиций по ведению больных с периимплантными инфекциями был принят на международной согласительной конференции в 2013 году. В их число входят настойчивый поиск и идентификация возбудителя с назначением адекватной продолжительной антибактериальной терапии, применение хирургической санации очага, одноэтапные и двухэтапные варианты ревизионного протезирования, вопросы предпочтений и клинической эффективности различных видов спейсеров, а также создание условий для применения артродеза [1, 6–9].

Следует признать, что наряду с инфекционными осло-жнениями 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 результатов клинических и экспериментальных исследований в рамках различных направлений хирургии, стоматологии, урологии и гинекологии. Отметим, что вопросы диагностики и тактики лечения данного спектра осложнений в настоящее время находятся на стадии исследования и дискуссии, что поддерживает актуальность тематики и определяет направления для научных исследований в этой области.

Цель исследования — провести анализ публикаций отечественных и зарубежных авторов за последние 5–10 лет, посвященных вопросам этиопатогенеза патофизиологии, патоморфологии и клинических проявлений различных вариантов асептических реакций и осложнений после металлоостеосинтеза и протезирования суставов.

ОБСУЖДЕНИЕ

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 патогенную флору [10, 11].

В настоящее время частота инфекционных осложнений достигает 1,5–4,7% при протезировании и 5–19% при металлоостеосинтезе. 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 (метод полимеразной цепной реакции, газохроматография) и подходов (исследование пунктатов, биоптатов параимплантых тканей, соникационной жидкости, интраоперационная бактериоскопия и др.) [3–5, 7, 10].

При этом следует уточнить экзогенный или эндогенный характер микрофлоры. Поскольку 42–78% параимплантных осложнений имеют подтвержденный инфекционный характер, для достижения клинического эффекта основным направлением лечения таких больных становится хирургическая и медикаментозная санация всех имеющихся очагов инфекции [11–13].

В то же время для 24–57% клинических случаев, несмотря на наличие признаков вялотекущего воспаления с формированием свищей и вторичные фиброзные изменения параимплантных тканей, не удается доказать их бактериальную этиологию. Причиной этого могут стать биологические особенности возбудителя, низкая инфицирующая доза или трудная культивируемость. В таких условиях диагностический поиск возбудителя может затянуться на неопределенный срок, так и не увенчавшись успехом [1, 14, 15].

Причиной затруднения при диагностике чаще всего оказывается асептический характер параимплантных реакций тканей. В публикациях специалистов фундаментальной и клинической медицины, практикующих вне разделов травматологии и гнойной хирургии, можно встретить множество описаний 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 металлоостеосинтеза, 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). Важно отметить, что в большинстве случаев параимплантные реакции тканей имеют определенную стадийность с угасанием активности макрофагов и активацией фибробластов. Такие реактивные изменения позволяют «изолировать» от иммунной системы организма бионедеградируемые или длительно деградируемые импланты за счет формирования вокруг них фиброзной капсулы. После своеобразной изоляции импланта последующие клеточные и тканевые реакции направлены на лизис или элиминацию импланта путем его отторжения. В зависимости от свойств имплантированных материалов возможно преобладание ответных клеточных реакций иммуноаллергического или воспалительно-пролиферативного типа. 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 были признаны 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). Основными 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 (IL) 1ß и IL-18 обеспечивает хроническое течение воспалительного процесса, гранулематозные изменение параимплантных тканей и часто становится причиной манифестации аутоиммунных ревматических заболеваний и гранулематозных васкулитов [22].

В наши дни внимание исследователей привлекают вопросы генетической предрасположенности развития той или иной патологии. Так, синдром Шонфельда 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 IL-4. При этом генотип 589Т/Т определяет низкую выработку данного цитокина, и для таких людей характерно развитие более острых форм параимплантных воспалительных реакций и частое присоединение вторичных бактериальных инфекций [22, 23].

Особое внимание следует уделить мнению патоморфологов, иммунологов и цитологов относительно изученных вариантов клеточной трансформации макрофагов в эпителиоидные и многоядерные клетки, которые встречаются при исследовании параимплантных и парапротезных тканей. Хотя многоядерные клетки Пирогова–Лангханса и гигантские клетки инородных тел были описаны в XIX веке, до сих пор остается открытым вопрос об их биологическом значении. 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 наличие инородного тела абиогенной природы [24–26].

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, макрофаги, прикрепляясь к поверхности данных инородных тел, 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].

Однако 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 двухядерных макрофагов. При сохранении стимулирующих данный процесс условий (особый цитокиновый профиль регуляции, наличие импланта или инородного тела) макрофаги начинают формировать гигантские многоядерные клетки. Причем механизм их образования включает слияние двухядерной 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 приводящую к остеолизу, нарушению стабильности в зоне перелома, или определяет асептическое расшатывание компонентов протеза [1, 26, 29].

Наряду с микрососудистыми, иммуноаллергическими и гранулематозно-воспалительными реакциями присутствие эпителиоидных и многоядерных клеток связывают с активностью фибробластов. 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 Лангханса 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 исключено, 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 (отек, 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, лишенные лизосом. Сохраняя функцию фагоцитоза, эпителиоидные и многоядерные клетки не могут элиминировать флору, и незавершенный фагоцитоз завершает эндоцитобиоз. Находясь внутри макрофагов, микрофлора прекращает свое размножение, не проявляет агрессивных свойств и находится под «защитой» макрофагальной клетки от внешних воздействий. В этих случаях многоядерные клетки рассматривают как источник «дремлющей» труднодиагностируемой инфекции [28, 30].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Профилактика, диагностика и лечение осложнений после металлоостеосинтеза 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. Однако наряду с бактериальным фактором после имплантации металлоконструкций или протезов следует помнить о высокой вероятности развития асептических гранулематозно-воспалительных, иммуноаллергических 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.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ / ADDITIONAL INFO

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Author contribution. Thereby, all authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Источник финансирования. Не указан.

Funding source. Not specified.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

About the authors

Natalia A. Barkhatova

South Ural State Medical University

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

MD, Dr. Sci. (Med.), professor, surgeon

Russian Federation, Chelyabinsk

Anton S. Kiselev

City Clinical Hospital N 1

Author for correspondence.
Email: kiselevtrauma@gmail.com

traumatologist-orthopedist

Russian Federation, Chelyabinsk

Ivan S. Kiselev

South Ural State Medical University

Email: kiselevvano@mail.ru

student

Russian Federation, Chelyabinsk

Ekaterina I. Barkhatova

South Ural State Medical University

Email: barhatova_katya_75@mail.ru

student

Russian Federation, Chelyabinsk

References

Supplementary files