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

Full Text

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.

About the authors

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

References

Supplementary files