ASSESSMENT of bIoresorbable Screws and bone tissue in long-term period after the anterior cruciate ligament reconstruction

Cover Page

Abstract


The use of bioresorbable materials in the anterior cruciate ligament reconstruction is a promising direction. Thus today there is no single point of view on the long-term results of using absorbable interference screws. The article presents an analysis of the results of surgical treatment of 30 patients with use of bioresorbable materials, operated on for rupture of the anterior cruciate ligament (ACL) in the department of traumatology and orthopedics from 2010 to 2016 in the Federal Scientific Clinical Center FMBA of Russia. The aim of our study was to evaluate in vivo transformation of bioresorbable screws and bone assimilation into the tibial canal in long-term period after surgery, as well as the effect of the polymeric material and bone on these processes.

Введение Пластика передней крестообразной связки в травматологии и ортопедии стала очень распро- страненной методикой из-за хороших клини- ческих результатов, возвращающих пациентам прежний уровень физической активности. Существуют разные техники операции, однако все авторы подчеркивают необходи- мость как можно более раннего начала реаби- литации, направленной на укрепление мышц и восстановление полного спектра движений. Обязательным условием при этом является ста- бильность крепления трансплантата в течение всего периода ассимиляции с костным каналом. По истечении этого срока фиксирующее устрой- ство больше не требуется и может быть удалено. Однако повторное оперативное вмешательство несет риск дополнительной травматизации и ухудшает клинические результаты. Потенциальное решение, казалось бы, было найдено при использовании биорезорбируемых материалов. Kulkarni первым описал медицин- ское использование поли-L-молочной кислоты (PLLA) для штифтов в лечении переломов ниж- ней челюсти у собак [1]. Основоположником применения PLLA при пластике передней кре- стообразной связки стал Barber [2]. Последую- щие работы доказали, что использование биоре- зорбируемых материалов обеспечивает достаточ- ную прочность фиксации трансплантата, позво- ляющую выдерживать осевые смещения не хуже титановых винтов [3]. В настоящее время наи- более широкое применение нашли полимер- ные импланты, выполненные из полигликолевой (PGA) и полимолочной кислоты (PLA). Для улуч- шения ассимиляции с костной тканью предлага- ются композитные материалы с добавлением три- кальцийфосфата. Хотя производители уверяют в надежности и индифферентности фиксаторов, в литературе описаны такие осложнения, как пере- лом винта, миграция его в полость сустава, чрез- мерная воспалительная реакция с формирова- нием костных кист, остеолитические изменения костных каналов [4 - 7]. При этом, на сегодняшний день нет единой точки зрения на отдаленные результаты исполь- зования рассасывающихся фиксаторов в трав- матологии и ортопедии: от мнения о невозмож- ности их замещения костной тканью [8 - 10], до выводов о полной костной ассимиляции в короткие сроки [11 - 13]. Целью нашего исследования является оценка in vivo возможного наличия резорбции и остеоинтеграции интерферентных винтов в больше- берцовом канале в отдаленные сроки после опе- рации, а также влияния полимерного материала и костной ткани на эти процессы. Для этого мы выделили несколько зон инте- реса: 1) состояние биодеградирующего винта и окружающей костной ткани; 2) состояние боль- шеберцового костного канала; 3) костная асси- миляция на уровне винта. Материалы и методы В течение 7 лет, с 2010 по 2016 гг. включи- тельно, в клинике травматологии и ортопедии нами было произведено 462 операции по рекон- струкции передней крестообразной связки ауто- трансплантатом из сухожилий полусухожиль- ной и нежной мышц. В бедренном канале исполь- зовали фиксаторы EndoButton (Smith&Nephew) или TightRope ACL (Arthrex). В большеберцо- вом канале по видам фиксаторов мы отобрали две группы пациентов по 15 человек в каждой: в пер- вой группе (А) использовались винты из 100% полимолочной кислоты в виде PLLA. Во второй группе (Б) применялись винты из смеси полимо- лочной кислоты (PLLA) и трикальцийфосфата (TCP) в соотношении 40% и 60% соответственно. Критериями включения в исследование были: молодой активный возраст от 19 до 40 лет, одно- сторонний разрыв ПКС, схожие техника опера- ции и протокол реабилитации, отсутствие пред- шествующих оперативных вмешательств на коленном суставе, строгое соблюдение протокола обследования в фиксированные сроки. Критерии исключения: профессиональное занятие спор- том, возраст старше 40 лет, сочетанное поврежде- ние медиальной и/или латеральной коллатераль- ной связки, дегенеративные заболевания суставов, переломы коленного сустава и опухолевые забо- левания в анамнезе, технические погрешности в установке трансплантата и наличие послеоперационных осложнений по данным МРТ. Сначала нами были оценены анамнестические данные с использованием клинических тестов (Лахмана, переднего «выдвижного ящика» при согнутом коленном суставе под углом 60° и 90°, «pivot-shift»), которые затем сопоставлялись с результатами магнитно-резонансной томо- графии (6, 12 месяцев, 2 года после операции) и компьютерной томографии (6, 12 месяцев, 2 года после операции). Такой период наблюде- ния был выбран на основе литературных дан- ных, которые указывают, что именно в течение этого времени происходит максимальное рас- ширение костного канала, формируются перифокальные остеосклеротические изменения, возникает большинство осложнений. Сканирования выполнялись на КТ-томо- графах Philips Ingenuity 128 и Toshiba Aquillion 64 (120kV, 200mA, 0,75 pitch) с толщиной среза 2 мм и последующей реконструкцией по 0,5 мм в аксиальной, коронарной и сагиттальной плоско- стях, а также МР-томографе Siemens Magnetom Espree 1,5Т в 3-х проекциях, в режимах Т1, Т2, PD SE с подавлением сигнала от жировой ткани. Результаты и обсуждение Состояние биодеградирующего винта и окружающей костной ткани Гистологическая характеристика деграда- ции рассасывающихся имплантатов была дана Pistner с соавторами, (Kalla T.P., et al. 1995), которые предложили следующую классифика- цию (табл. 1). По нашему мнению, совпадающему с лите- ратурными данными [4, 9, 10, 12-14], для оценки стадии деградации винта наиболее информатив- ным методом является компьютерная томогра- фия. Включения металлических частиц в костной ткани, появляющиеся в ходе оперативного вмеша- тельства, а также металл в структуре самого фик- сатора дают парамагнитные артефакты на МРТ, что затрудняет достоверную оценку. При анализе данных КТ в соответствии с классификацией Pistner мы применили Рис. 1. Компьютерные томограммы пациента груп- пы А через 12 мес. после пластики ПКС: 1А - отсутствие фрагментов винта (треуголь- ные стрелки),1Б - потеря четкости контуров винта (стрелка). Таблица 2 Состояние фиксирующего винта по данным КТ Группа А Группа Б 6мес. 12мес. 24мес. 6мес. 12мес. 24 мес. 0 баллов 15 - - 15 - - 1 балл - - - - - - 2 балла - 15 13 - 15 14 3 балла - 2 - 1 Данные по обеим группам пациентов представлены в таблице №2. Таким образом, за первые 6 месяцев после операции в обеих группах мы не видели изме- нений винта. Биодеградация фиксатора нача- лась к концу 1 года после операции, и у боль- Таблица 1 Гистологическая классификация по Pistner Название фазы Реакции ткани 1. Фаза заживления. Форма имплантанта не изменилась; развитие фиброзной капсулы, содержащей большое количество фибробластов. 2. Латентная фаза. Форма имплантанта не изменилась; фиброзная капсула становится тоньше, со- держит меньше клеток и больше волокон; или присутствует непосредственный контакт имплантанта с костью 3. Фаза продолжитель- ной резорбции. В основном, происходит деградация срединной части имплантанта; появляются трещины; проявляются клеточные реакции (от слабовыраженных до умеренных) с инвазией макрофагов и инородных гигантских клеток 4. Фаза прогрессирую- щей резорбции. Прогрессирующий распад/разложение имплантанта с возникновением серьез- ной/тяжелой реакции ткани (макрофаги, инородные гигантские клетки) 5. Фаза/стадия выздо- ровления. Не обнаружено никаких полимерных остатков; происходит образование рубцо- вой ткани или замещение костной тканью в области введения имплантанта систему баллов, где 0 - отсутствие изменений винта, 1 - изменение диаметра винта по срав- нению с интраоперационным, 2 - отсутствие фрагментов винта (рис. 1А) и/или потеря чет- кости его контуров (рис. 1Б), 3 - винт не визу- ализируется. шинства пациентов не завершилась за период наблюдения. Отсутствие стадии измене- ния диаметра винта вероятнее всего свя- зано с большим интервалом проведения КТ-исследований. Чтобы нивелировать индивидуальные особенности костной ткани при изучении губча- того вещества по данным компьютерной томо- графии, мы вычисляли относительные коэффи- циенты по формуле: где P1(HU) - плотность губчатого вещества большеберцовой кости вокруг винта в единицах Хаунсфилда (HU), P2(HU) - плотность губча- того вещества по контрлатеральному контуру большеберцовой кости на этом же уровне в еди- ницах Хаунсфилда, К - относительный коэф- фициент. Данные по обеим группам представлены на рис. 2. Рис. 2. Распределение относительных коэффициентов плот- ности губчатого вещества в течение 2 лет в группах А и Б. Как видно из графиков, в течение 2-летнего периода наблюдения у большинства пациентов плотность губчатого вещества менялась незна- чительно и в обеих группах была примерно оди- наковой. При этом у 2 пациентов группы А и 1 паци- ента группы Б с полной биодеградацией фикса- тора мы наблюдали следующий феномен: плот- ность губчатого вещества в проекции винта приобрела отрицательные значения (от -15HU до -120HU). При сопоставлении с данными магнитно-резонансной томографии указанная зона интереса имела МР-сигнал, гипоинтенсив- ный губчатому веществу кости, и только незна- чительные парамагнитные артефакты указы- вали на место положения винта (рис. 3). Состояние большеберцового костного канала Состояние большеберцового канала оцени- вали по данным компьютерной томографии, которые затем сопоставлялись с МР- томограм- мами этих же пациентов. По данным КТ мы измеряли диаметр боль- шеберцового тоннеля в шести точках. Референс- ные значения устанавливались по оси костного канала в аксиальной и сагиттальной проекциях на середине винта, посередине костного канала и выходе на суставную поверхность. Получен- ные измерения затем сопоставляли с протоком операции (табл. 3). Как видно из представленной таблицы, в течение 2 лет после операции у всех пациентов большеберцовый тоннель приобретал эллипсо- видную форму. Процесс начинался с середины костного канала через 6 месяцев после опера- ции. Максимальная трансформация отмеча- лась на уровне суставной поверхности и оста- валась достаточно стабильной на протяжении всего периода наблюдений в обеих группах. При сопоставлении с данными магнитно-резонансной томографии большеберцо- вый тоннель у всех паци- ентов сохранял гипоин- тенсивный МР-сигнал на всех импульсных последо- вательностях, без кистоз- ной трансформации и жидкостных включений. Анализируя наши ре- зультаты и сопоставляя Рис. 3. Компьютерные и магнитно-резонансные томограммы пациента группы А через 2 года после пластики ПКС: 3А - отсутствие визуализации винта (треугольная стрелка), 3Б - плотность губчатого вещества и внутриканальных тканей на уровне винта, 3В - зона винта на T2 TSE (стрелка). их с литературными дан- ными [10, 12, 13], мы мо- жем констатировать факт, Изменение диаметра большеберцового костного канала по сравнению с интраоперационным по данным КТ (в миллиметрах) Таблица 3 Группа А Группа Б 6 мес. 12 мес. 24 мес 6 мес. 12 мес. 24 мес. Аксиальная проекция Середина винта ±0,5 ±0.5 ±0,5 ±0,5 ±0.5 ±0,5 Середина костного канала ±0,5 ±0,5-1,5 ±1-1,5 ±0,5 ±0,5-1 ±0,5-1 Выход на суставное плато ±1-1,5 ±1,5-2 ±2-4 ±1-1,5 ±1-1,5 ±2-3 Сагиттальная проекция Середина винта ±0,5 ±0.5 ±0,5-1 ±0,5 ±0.5 ±0,5-1 Середина костного канала ±0,5 ±0,5 ±1-2 ±0,5 ±0,5 ±1 Выход на суставное плато ±1-1,5 ±1-1,5 ±1-2 ±0,5-1 ±0,5-1 ±1-3 что большеберцовый костный канал подвер- гается изменениям в течение 2 лет после опе- рации, независимо от состава фиксирующего винта. При этом клинически данная ситуация в нашем исследовании никак не проявлялась. Костная ассимиляция на уровне винта При анализе костной ассимиляции мы опира- лись на работы Barber и Doscery [14], которые по данным компьютерной томографии разработали следующую шкалу степеней остеоиндукции: Отсутствие или минимальная оссифика- ция внутри костного канала, заполненного мяг- кими тканями; Прерывистая оссификация с широким гиподенсным ободком; Выраженная оссификация с тонким гипо- денсным ободком; Полная оссификация с расплывчатыми границами костного канала. Наши данные представлены в таблице 4. При этом у 1 пациента из группы А с полной биодеградацией фиксатора отмечалась только 1 степень остеоиндукции (рис. 3Б), у другого - 3 сте- пень. У пациента группы Б с полной трансформа- цией винта отмечалась 2 степень остеоинтеграции (рис. 4А). При этом в обеих группах через 2 года после операции отмечалась преимущественно 2 и 3 степень остеоиндукции (рис. 4Б), что говорит Таблица 4 Группа А Группа Б 6мес. 12мес. 24мес. 6мес. 12мес. 24мес. 1 степень 15 2 2 13 2 1 2 степень - 10 9 2 9 8 3 степень - 3 4 - 4 6 4 степень - - - - - - Остеоиндукция на уровне винта по данным КТ Рис. 4. Компьютерные томограммы пациентов группы Б через 2 года после пластики ПКС: 4А - отсутствие визуали- зации винта и 2 степень остеоиндукции (черная стрелка), 4Б - нечеткие контуры винта и 3 степень остеоиндукции (треу- гольная стрелка). o хорошей костной ассимиляции, независимо от стадии биодеградации фиксатора и его состава. Выводы Таким образом, на основе нашего исследова- ния мы сделали следующие выводы: Биоразлагаемые винты in vivo подверга- ются трансформации внутри большеберцового канала, однако сроки окончания этого процесса явно превышают 2 года. Трансформация биоразлагаемого винта и костная ассимиляция являются независимыми процессами. В нашем исследовании мы не получили дан- ных, подтверждающих существенное влияние биоразлагаемого материала на скорость остео- интеграции в первые 2 года после операции. Влияния губчатого вещества на процессы биодеградации фиксатора и костную ассимиля- ция мы не зафиксировали. За первые 2 года после операции большебер- цовый костный канал приобретал эллипсовид- ную форму, что, однако, не отражалось на про- цессах трансформации винта и остеоинтегра- ции.

E A Zvezdkina

Email: zvezdkina@yandex.ru

V N Lesnyak

Email: lesnyak_kb83@mail.ru

A A Akhpashev

Email: akhpashev@yandex.ru

E A Dzhambinova

A S Kanaev

  1. Kulkarni R., Pani K., Neuman C et al. Polylactic acid for surgical implants. Arch Surg 1966; 93: 839-843.
  2. Barber F, Elrod B, McGuire D, Paulos L Preliminary results of an absorbable interference screw. Arthroscopy 1995; 11: 573-588.
  3. Brand J., Nyland J., Caborn D., Johnson D. Softtissue interference fixation: bioabsorbable screw versus metal screw. Arthroscopy 2005; 21(8): 911-916
  4. Bostman O. Osteolytic changes accompanying degradation of absorbable fracture fixation implants. J Bone Joint Surg Br 1991; 73: 679-68.
  5. Sanchis-Alfonso V, Tinto-Pedrerol M Femoral interference screw divergence after anterior cruciate ligament reconstruction provoking severe anterior knee pain. Arthroscopy 2004; 20(5): 528-531.
  6. Scioscia T., Giffin J. et al. Potential complication of bioabsorbable screw fixation for osteochondritis dissecans of the knee. Arthroscopy 2001; 17(2): 7-11.
  7. Shafer B., Simonian P. Broken poly-L-lactic acid interference screw after ligament reconstruction. Arthroscopy 2002; 18(7): 35-37.
  8. Tecklenburg K, Burkart P, Hoser C, Rieger M, Fink C. Prospective evaluation of patellar tendon graft fixation in anterior cruciate ligament reconstruction comparing composite bioabsorbable and allograft interference screws. Arthroscopy. 2006; 22: 993-999.
  9. Johnston M, Morse A, Arrington J, Pliner M, Gasser S. Resorption and remodeling of hydroxyapatite-poly-L-lactic acid composite anterior cruciate ligament interference screws. Arthroscopy. 2011; 27:1671-1678.
  10. Ntagiopoulos P., Demey G., Tavernier T., Dejour D. Comparison of.resorption and remodeling of bioabsorbable interference screws in anterior cruciate ligament reconstruction. Int Orthop. 2015; 3: 697-706.
  11. Kontakis G., Pagkalos J., Tosounidis I. et al. Bioabsorbable materials in orthopaedics. Acta Orthop Belg 2007; 73: 159-169.
  12. Bourke H., Salmon L., Waller A. et al. Randomized controlled trial of osteoconductive fixation screws for anterior cruciate ligament reconstruction: a comparison of the Calaxo and Milagro screws. Arthroscopy 2013; 29: 74-82.
  13. Barth J., Akritopoulos P., Graveleau N., Barthelemy R., et al. Efficacy of osteoconductive ceramics in bioresorbable screws for anterior cruciate ligament reconstruction. Orthopaedic Journal of Sports Medicine 2016; 4: 720-724.
  14. Barber E., Doscery W. Long-term absorbtion of poly-L-lactic acid interference screws after anterior cruciate ligament reconstraction. Arthroscopy 2008; 2: 370-373.

Views

Abstract - 198

PDF (Russian) - 148

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2016 Zvezdkina E.A., Lesnyak V.N., Akhpashev A.A., Dzhambinova E.A., Kanaev A.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

This website uses cookies

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

About Cookies