Скрябин владимир Леонидович новые углеродные материалы в реконструктивной хирургии костей и суставов

Вид материала

Автореферат

Содержание Клинические исследования Высокопористый ячеистый углерод при замещении дефектов губчатой кости. Тип перелома В2 (костная пластика) Пластика дефектов пяточной кости ВПЯУ. Пластика дефектов губчатой кости после удаления доброкачественных опухолей. Пластика дефектов костей свода черепа углерод - углеродным композиционным материалом.

Подобный материал:

• А. В. Каплан повреждения костей и суставов, 4718.34kb.
• Стандарт медицинской помощи больным злокачественным новообразованием костей, суставов, 784.39kb.
• Методика исследования костной системы и суставов, 263.18kb.
• Программа по пластической и реконструктивной хирургии предназначена для цикла тематического, 218.61kb.
• Программа по пластической и реконструктивной хирургии предназначена для цикла тематического, 287.62kb.
• Основные направления программы Организация оказания хирургической помощи раненым, 54.84kb.
• Углеродные наноматериалы (Фуллерены, нанотрубки и материалы на их основе) симпозиум, 518.27kb.
• Опыт использования отечественных титановых имплантатов в реконструктивной хирургии, 69.42kb.
• 6-ая Международная конференция, 95.18kb.
• А. В. Гераськин 20 г. Расписание, 48.55kb.

Исследование поведения костной ткани при имплантации углеродных материалов. Задачей I-ой серии эксперимента было изучение поведения костной ткани при замещении её дефекта высокопористым ячеистым углеродом. Сроки наблюдения за животными составили 1, 3, 5 месяца. Анализ макропрепаратов показал, что от мягких тканей имплантат отделен тонкой соединительнотканной прослойкой. При контакте с губчатой костью через 3 месяца сформировался прочный костно-углеродный блок. К концу пятого месяца во всех наблюдениях поры материала были заполнены костной тканью. В данной серии эксперимента мы не столкнулись ни с отторжением имплантата, ни с нагноением послеоперационной раны.

Задачей II серии было изучение поведения костной ткани при контакте с УУКМ. Сроки наблюдения за животными составили 1, 3, 5, 12 месяцев.

В послеоперационном периоде возникло 6 осложнений, которые, не были связаны с имплантатами. У 3-х жи­вотных диагностированы переломы бедра на месте вмешательства. Нагноение в области имплантата наблюдали у 3 животных в сроки от 1 до 2-х месяцев. В 1-ом случае гнойный процесс был купирован вскрытием и дренированием абсцесса. Это не отразилось на образо­вании прочного костно-углеродного блока. В 2-х случаях в условиях гнойной раны фиксации имплантата не произошло.

В первый месяц после имплантации УУКМ вызывал слабую клеточную реакцию. В мягких тканях и костном мозге происходило образование соединительнотканной капсулы, отграничивающей имплантат. Признаков воспаления не отмечено. Костная ткань реагировала пролиферацией остеобластов и формированием костных балок. Через 3 месяца клеточная реакция на имплантат отсутствовала. С костной тканью поверхность имплантата образовала прочный костно-углеродный блок за счет врастания костной ткани в поры и неровности материала. Для образования такого блока необходима первичная стабильность имплантата.

Дополнительно в длительном эксперименте были проведены токсикологические исследования при подкожной имплантации материала белым крысам. Исследования проводили во Всероссийском научно-исследова­тельском и испытательном институте медицинской техники (Москва). При наблюдении не было отмечено отклонений от нормы во внешнем виде животных, их поведении, поедании корма, прироста массы тела. Через неделю после имплантации сформировалась тонкая соединительнотканная капсула без признаков воспаления. Обследование животных через 1 и 4 месяца от начала эксперимента не выявило изменений по физиологическим (суммационно - пороговый показатель, работоспособность на роторной установке), гематологическим (содержание в крови гемоглобина, эритроцитов, лейкоцитов), биохимическим (активность в сыворотке крови аланиновой и аспарагиновой трансаминаз) и иммунологическому (реакция дегрануляции тучных клеток) показателям по сравнению с физиологической нормой для животных данного вида и возраста. Имплантаты сохраняли свою целостность, были заключены в тонкую соединительнотканную капсулу. Коэффициенты массы внутренних органов (тимуса, сердца, печени, почек, селезёнки) подопытных животных не отличались от контрольного уровня. Методом микроядерного анализа на мазках костного мозга не установлено мутагенного эффекта материала. Гистологическое исследование не выявило морфоструктурных изменений внутренних органов, подвергавшихся воздействию имплантатов.

Полученные результаты свидетельствуют о клинической инертности углеродных материалов и отсутствии их неблагоприятного действия на организм. Последнее положение имеет дополнительное подтверждение в виде гигиенического заключения на углеродные материалы № 59.55. ТЦ 939 П 01555 от 23 июня 2000 г. Центра Госсанэпиднадзора в Пермской области, допускающего производство, поставку, реализацию и использование углеродных материалов на территории Российской Федерации.


Клинические исследования

За период с 1997 по 2009 г. у 283 больных для замещения дефектов костной ткани были использованы углеродные материалы (рис. 1). Все больные с дефектами костной ткани были тщательно изучены клинически. Обязатель­ным являлись травматолого-ортопедический, неврологический и другие це­ленаправленные исследования. Стандартно выполняли общие и биохимиче­ские исследования крови, мочи. Применяли стандартные и специальные ме­тоды лучевой диагностики: рентгенологическое и ультразвуковое исследова­ния, компьютерную и магнитную - резонансную томографию.

При импрессионных переломах мыщелков большеберцовой кости с на­рушением конгруэнтности суставных поверхностей было выполнено 136 операций с использованием ВПЯУ. Переломы наружного мыщелка встретились в 94 случаях (68,8%), внутреннего - в 5 (3,2%), переломы обоих мы­щелков имели место у 37 чел. (28%). Возраст больных колебался от 20 до 76 лет. Женщин было 79, мужчин 57, соответственно 58,3% и 41,7%. Все больные были разделены на 2 группы. В первую группу вошли пострадавшие с переломами типа «В» Вторую группу больных составили пострадавшие (по классификации АО АSIF) с переломами мыщелков большеберцовой кости типа «С» (по классификации АО АSIF). При оценке результатов хирургического лечения переломов мыщелков большеберцовой кости была использована схема, разработанная Rasmussen P. (1973). Оценивали тестами в интервале от 6 до 0 баллов. Анализировали болевой синдром, способность ходить, стабильность сустава, амплитуду движений голени, разгибание голени.

Дизайн исследования

Больные с различными дефектами костной ткани (n=283)



Замещение дефектов пористым углеродом (n=174)

Замещение дефектов углерод-углеродным композиционным материалом (n=109)








при импрессионных переломах мыщелков большеберцовой кости (n=136)





костей свода черепа (n=80)

компактной кости после удаления новообразований (n=13)

после удаления

доброкачественных опухолей метафизарной зоны (n=9)


головки бедренной кости

(n=16)



губчатой кости при импрессионных переломах пяточной кости (n=18)


прочих дефектов

(n=11)

Отдаленный период (n=283)


Рис.1. Дизайн исследования.


Максимальное количество баллов - (30) расценивали как отличный результат, 25-29 баллов - хороший, 20-24 – удовлетворительный, 15- 19 как неудовлетворительный результат.

При изучении отдаленных результатов оперативного лечения проводили биомеханическое исследование на комплексе «ДиаСлед». Изучали следующие биомеханические характеристики:

• графики интегрального давления (ГИН), суммарного давления каждой стопы;
  
• топологию плантарного давления (распределение давления под стопами);
  
• подограммы, характер и вариант опоры на различные участки стопы;
  
• асимметрию перечисленных выше параметров для левой и правой стопы.
  

Замещение дефектов губчатой кости ВПЯУ при оскольчатых внутрисуставных переломах пяточной кости оценивали по 100-бальной шкале, разработанной американским ортопедическим обществом хирургии стопы и голеностопного сустава (AOFAS –American Orthopedic Foot and Ankle Society). Результат в 76-100 баллов AOFAS считали хорошим, 61-75 баллов – удовлетворительным, менее 61 балла – неудовлетворительным.

Замещение дефектов губчатой кости ВПЯУ после удаления доброкачественных опухолей и опухолеподобных образований было выполнено в 9 случаях. Результаты лечения оценивали индивидуально в зависимости от локализации опухоли, её величины и гистологического заключения.

Высокопористый ячеистый углерод при замещении дефектов губчатой кости.

Пористый углерод в лечении переломов мыщелков большеберцовой кости. Было оперировано 136 больных с переломами мыщелков большеберцовой кости, у которых дефекты губчатой кости после репозиции костных отломков были замещены ВПЯУ. 107 больных имели переломы типа «В», 29 – типа «С» (по классификации АО АSIF).

После восстановления конгруэнтности суставной поверхности выполняли стандартный остеосинтез опорными Т- или L-образными пластинами. Несмотря на достаточную, углеродный имплантат легко моделировался кусачками интраоперационно. При необходимости искусственный материал позволял провести винты прямо через имплантат.

После операции конечность укладывали на шину Белера. Рекомендовали движения в коленном суставе с первого или второго дня после операции. Со второго дня разрешали ходьбу на костылях без осевой нагрузки на оперированную ногу. К иммобилизации прибегали только при недостаточно стабильном остеосинтезе, неадекватном поведении больного. В таких ситуациях вопрос о продолжительности иммобилизации решали индивидуально.

При изучении отдаленных результатов больных с переломами типа «В» отличные результаты получены в 35,6%, хорошие – в 44,8%, удовлетворительные – в 16,5%, не удовлетворительные – в 3,1% случаев. Последние были связаны с несанкционированной ранней осевой нагрузкой на оперированную конечность

Наиболее сложными в плане оперативного лечения явились переломы типа «С», при которых эпиметафиз был расколот и полностью отделен от диафиза. Такие переломы наблюдали преимущественно в трудоспособном возрасте (30 - 50 лет) вследствие тяжелых автодорожных травм или при падении с большой высоты. В этой группе было оперировано 29 пациентов. Оперативное лечение больным проводили в отсроченном порядке, на 4-5 сутки после поступления при тщательном предоперационном планировании. У трех пострадавших при переломе типа «С»1 использовали расширенный парапателлярный доступ, надколенник при этом смещали кнаружи. При оскольчатых и импрессионных переломах типа «С»2 и «С»3 в начале работы операцию выполняли из расширенного парапателлярного доступа. В дальнейшем при таких переломах использовали срединный доступ с Z-образным рассечением собственной связки надколенника. Фиксацию отломков производили длинными опорными пластинами, иногда использовали 2 пластины (по наружному и внутреннему мыщелкам). Образовавшийся дефект кости после восстановления конгруэнтности суставной поверхности заполняли ВПЯУ. Восстанавливали собственную связку надколенника и дополняли вмешательство разгрузочной проволочной петлёй, проведенной трансоссально через надколенник и бугристость большеберцовой кости. Операционную рану дренировали трубчатым дренажем с активной аспирации в течение 24-48 часов.

Нестабильный характер остеосинтеза, сопутствующие повреждения связочных структур, травматичность вмешательства были показанием к внешней иммобилизации в послеоперационном периоде. Иммобилизацию проводили в течение 6 недель. После операции конечность укладывали на шину Белера. Для уменьшения болевого синдрома и отека мягких тканей с 3-их суток начинали магнитотерапию. После снятия швов проводили массаж и электростимуляцию четырехглавой мышцы бедра. Дозированную нагрузку через 12 недель после оперативного лечения проводили по схеме, как и больным 1-й группы.

При оценке отдаленных результатов использовали схему, предложенную Rasmussen P. Результаты лечения больных 2-ой группы (переломы типа «С»2-3) выглядят следующим образом: отличные результаты получены у 12,8% больных, хорошие – у 49,8%, удовлетворительные – у 25%, неудовлетворительные – у 12,4%. Неудовлетворительный результат получен в 2-х случаях у больных, которым во время операции не была восстановлена конгруэнтность суставной поверхности. В дальнейшем это привело к деформирующему артрозу и нестабильности коленного сустава.

Контрольную группу составили 20 больных с переломами мыщелков большеберцовой кости типа «В», у которых после репозиции костных отломков дефект заполняли губчатым аутотрансплантатом. Предоперационная подготовка, профилактика антибиотиками и методика оперативного вмешательства были идентичными группе, где дефект губчатой кости заполнялся ВПЯУ. В послеоперационном периоде у всех больных был выраженный болевой синдром в области забора костного трансплантата (гребень подвздошной кости), сохранявшийся до 3-х недель.

Полученные результаты были аналогичные группе больных с замещением костного дефекта ВПЯУ (табл. 1).


Таблица 1

Результаты оперативного лечения переломов мыщелков большеберцовой кости с применением ВПЯУ и костной пластики.

Тип перелома	Результат
	Отличный	хороший	Удовлетвори-тельный	Неудовлетво-рительный	Всего
В 2-3 (ВПЯУ)	35,6%	44,8%	16,5%	3,1%	100%
С 1, 2, 3 (ВПЯУ)	12,8%	49,8%	25%	12,4%	100%
В2 (костная пластика)	38%	41,5%	18%	2,5%	100%

Таким образом, отдалённые результаты лечения переломов мыщелков большеберцовой кости в случаях, когда костный дефект замещался высоко пористым ячеистым углеродом, не уступали случаям замещения дефекта костным аутотрансплантатом. Использование ВПЯУ упрощает оперативное вмешательство, уменьшает операционную травму и время операции. Наличие имплантата не создаёт проблем с проведением винтов во время остеосинтеза, позволяет устанавливать конструкцию в оптимальном положении.

На контрольных рентгенограммах зона замещения дефекта имплантатом после сращения перелома выглядит как обычная кость, ВПЯУ идентифицировать не удаётся.


Пластика дефектов пяточной кости ВПЯУ. Всего проведено 18 операций у пациентов с переломом пяточной кости. Использовали стандартную схему профилактики гнойных осложнений введением антибиотика широкого спектра: 1-ая доза за 1 час до операции, 2-ая через 8 часов после операции. Доступ L-образный по наружной поверхности пяточной области. После репозиции определяли величину костного дефекта и заполняли последний ВПЯУ, моделируя последний интраоперационно. Синтез выполняли пяточной пластиной. Средняя величина заполняемого дефекта составила 1 см³. Операция заканчивалась установкой активного дренажа и временной иммобилизацией гипсовой лонгетой. При стабильном остеосинтезе срок иммобилизации ограничивали 2 нед. Реабилитационные мероприятия, направленные на восстановление амплитуды движений в голеностопном суставе и в суставах стопы, начинали через 5-7 дней. Применяли ЛФК, физиотерапию, массаж. Больные ходили на костылях, не нагружая стопу, в течение 2-х месяцев. Через 2 месяца проводили рентгенологический контроль для определения величины осевой нагрузки на ногу.

Все больные, оперированные на пяточной кости осмотрены через год. Средний показатель функционального состояния стоп по шкале AOFAS составил 68,22 + 3,42 балла (34-88 баллов). Результаты лечения переломов пяточной кости с использованиям ВПЯУ следующие:

- хорошие - у 8 человек;

- удовлетворительные – у 9;

- неудовлетворительный результат – у 1 пациента.

У 6 больных сращение перелома произошло уже через 2 месяца, у 7 - через 2,5 месяца, у 3-х через 3,5 месяца после операции.

Группу сравнения составили 20 больных с переломами пяточной кости. Методика предоперационной подготовки, техника оперативного вмешательства и ведение послеоперационного периода были аналогичны предыдущей группе. Средний показатель функционального состояния стоп по АOFAS составил 66,40 ± 5,44 балла (38-92 баллов).

При сравнении результатов пластического замещения дефекта и контрольной группы, где дефект кости вообще отсутствовал, достоверной разницы уловить не удалось.

Небольшие краевые некрозы кожи после оперативного лечения наблюдали в обеих группах, что не потребовало дополнительных хирургических действий. Раны зажили самостоятельно в сроки от 10 до 18 дней после операции. Нагноение раны наблюдали в одном контрольном случае, когда имплантацию углеродного материала не проводили. Пластина не удалялась. Через 2,5 мес после операции пластину удалили, рана зажила самостоятельно вторичным натяжением.

Таким образом, использование ВПЯУ при замещении травматических дефектов пяточной кости позволяет избежать взятия костного аутотрансплантата, уменьшает травматичность операции, сокращает её длительность. ВПЯУ не препятствует проведению фиксирующих винтов, позволяет выгодно располагать пластину для остеосинтеза (в отличие от других имплантатов, например пористого никелид–титана). Пластика дефектов ВПЯУ позволяет восстановить угловые параметры пяточной кости, тем самым способствуя сохранению «эластичности» походки, восстановлению амплитуды движений в голеностопном суставе.


Пластика дефектов губчатой кости после удаления доброкачественных опухолей. В 9 случаях образовавшийся после удаления доброкачественных опухолей дефект замещали ВПЯУ. При дефектах кости, захватывающих субхондральную зону, обязательным действием считали использование костного аутотрансплантата в виде чипсов, укладывая их со стороны сустава. Дополнительную фиксацию металлоконструкциями применяли при наличии патологического перелома или его угрозе.

Сроки наблюдения составили от 1 года до 5 лет. Ни в одном случае не было отмечено осложнений со стороны операционной раны. Период реабилитации не отличался от случаев, когда дефекты замещали костными аутотрансплантатами. Вместе с уменьшением травматичности операции значительно сокращалась её продолжительность.

Полученный опыт позволяет констатировать, что отсутствие осложнений при замещении костных дефектов после удаления доброкачественных опухолей, подтверждает инертность ВПЯУ. Не возникает опасности гиперплазиогенного эффекта.

При замещении больших дефектов губчатой кости высокопористый ячеистый углерод может быть использован как самостоятельно, так и в комбинации с костными аутотрансплантатами. Использование искусственных материалов при замещении дефектов губчатой кости более предпочтительно.

При анализе рентгенограмм через большой промежуток времени (1 год и более) в случаях использования большого объёма материала складывается впечатление о восстановлении архитектоники костной ткани соответственно силовым линиям нагрузок на кость.


Пластика дефектов костей свода черепа углерод - углеродным композиционным материалом.

Мы проанализировали результаты 80 операций пластики дефектов костей свода черепа различной этиологии УУКМ. В 4-х случаях дефекты были 2-х сторонними. Возраст больных составил от 17 лет до 68. Мужчин было 88%, женщин – 12%. Большинство больных были трудоспособного возраста. До операции больным проводились общеклиническое, неврологическое, рентгенологическое, ликворологическое, энцефалографическое и реоэнцефалографическое исследования.

Ранняя пластика (через 3 нед. после резекционной трепанации черепа) выполнена 17 больным, в 59 случаях дефекты костей свода черепа закрывали позднее. Размеры закрываемых дефектов составляли от 8 до 100 см². Локализация дефектов свода черепа была различна, но преобладали дефекты теменно-височной области. У большинства больный с дефектами костей свода черепа имелась общемозговая симптоматика. Головные боли наблюдались у 14 больных, оперированных в раннем периоде после травмы, и у 34 из 58 больных, оперированных в более позднем периоде после травмы. У 23 из 58 больных в позднем периоде после травмы до замещения дефекта углеродным материалом наблюдались боли вокруг костного дефекта, общая слабость, утомляемость, снижение памяти и т. д. Состояние глазного дна изучено у всех больных по общепринятой методике. У 46% больных обнаружено полнокровие вен сетчатки.

Электроэнцефалография была выполнена при пластике дефекта в раннем и позднем периоде черепно-мозговой травмы. В раннем периоде у обследованных больных находили изменения функционального характера. В позднем периоде отмечали выраженные нарушения биоэлектрической активности головного мозга. Мы связывали это с длительным существованием костного дефекта и, как следствие этого, формированием рубца между твёрдой и мягкой оболочками головного мозга. Комплексное клиническое обследование позволяло определить показания к замещению дефектов костей свода черепа. Для пластики дефектов костей свода черепа были изготовлены пластины из углерод - углеродного композиционного материала с различной кривизной имплантата. Углеродные имплантаты готовили в ОАО «Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов». Окончательное моделирование проводили интраоперационно. При проведении оперативного лечения во всех случаях использовали общее обезболивание. За час до операции и через 6-8 часов после неё с профилактической целью вводили антибиотики широкого спектра действия. Доступ к дефекту осуществляли по старому рубцу с иссечением последнего. В области костного дефекта тщательно отсепаровывали кожно-апоневротический лоскут. После этого приступали к препаровке твёрдой мозговой оболочки от краёв костного дефекта. Освежали край костного дефекта, удаляли острые костные выступы и формировали край кости под углом в 45^о. Фиксацию углеродного имплантата к костям черепа проводили капроновыми лигатурами (44), скобками из металла с памятью формы (5), минипластинами (31). Операционная рана зашивалась до резинового выпускника. Постельный режим после операции, как правило, не назначали. По поводу вегетативных дисфункций проводилась симптоматическая терапия. После операции у всех больных с замещением дефекта свода черепа, проявления общемозговой симптоматики резко уменьшились; только у 7 больных сохранялись небольшие головные боли, у 9 оставались умеренные признаки вегетативной дисфункции.

Ближайшие результаты замещения дефектов костей свода черепа в раннем периоде после травмы расценили следующим образом. Отличный результат - у 5 человек: полный регресс общемозговых симптомов, нормализация функции головного мозга. Хороший результат - у 9 человек: неполное исчезновение общемозговых симптомов, нормализация функций головного мозга. Удовлетворительный результат - у 4 чел: частичный регресс общемозговых симптомов с неполной нормализацией функции головного мозга.

У 58 больных замещение дефектов костей свода черепа было выполнено в отдалённые сроки после травмы: от 5 мес до 3-х лет. У 68% больных на ЭЭГ определялась судорожная готовность головного мозга. На ЭЭГ это проявлялось в виде острых пиков, комплексов «пик-волна», пароксизмов медленной активности. В послеоперационном периоде на фоне продолженной противосудорожной терапии у 84% больных судорожная готовность по данным ЭЭГ либо полностью исчезала, либо значительно уменьшалась. Большинство больных при выписке из стационара отмечали либо исчезновение негативных явлений, либо улучшение состояния. Помимо косметического дефекта исчезла психологическая зависимость наличия дефекта в костях черепа.

Осложнения. В послеоперационном периоде в четырёх наблюдениях отметили нагноение раны. Нагнаивались несвоевременно эвакуированные послеоперационные гематомы. В 2-х случаях нагноение было купировано вскрытием гематомы с сохранением имплантатов, в 2-х - имплантаты удалены. Гнойные осложнения составили 5%. Некрозов кожных лоскутов не наблюдали.

Изучение отдалённых результатов при повторных осмотрах больных в стационарных и поликлинических условиях проводилось общеклиническими и неврологическими методами. Выполняли рентгенограммы черепа, оценивали состояние глазного дна, изучали энцефалографическую активность головного мозга. Электороэнцефалография выполнена у 80% больных: α-ритм оставался модулированным. Судорожная активность сохранялась у 12% больных, комплекс пик-волна выявлен в 18% случаев.

Таким образом, у всех обследованных больных отмечена положительная динамика течения периода реабилитации после замещения дефектов костей свода черепа УУКМ. Хорошие и отличные результаты констатированы у 58 больных (76%), удовлетворительные результаты - у 16 больных (21%). Неудовлетворительный результат был в 2 случаях (3%).