К ВОПРОСУ О ПОВЫШЕНИИ БИОСОВМЕСТИМОСТИ

ИМПЛАНТАТОВ ДЛЯ ОСТЕОСИНТЕЗА

Е. Ю. Масленников¹, Д. Е. Росторгуев¹, Е. А. Герасименко²

Кафедра военно-полевой хирургии Ростовского государственного медицинского университета¹; Институт аридных зон ЮНЦ РАН².

Одной из причин развития осложнений при оперативном лечении переломов является изменение биосовместимости имплантатов для остеосинтеза при их длительном контакте с тканями организма [6,12,17].

Регресс биосовместимости может быть причинно обусловлен изменением объёмных и поверхностных свойств имплантатов под влиянием агрессивных биологических сред [10,11].

Одним из путей профилактики постимплантационных осложнений является нанесение на поверхности имплантатов для остеосинтеза специальных покрытий с целью повышения их совместимости с биологическими тканями [5,9].

Для нанесения покрытий используются такие методы, как плазменное напыление, электрохимическое оксидирование, золь-гель технологии [3,4]. Однако, эти способы предполагают использование сложных технологий и дорогостоящего оборудования, а полученные покрытия (плёнки) могут иметь недостаточную адгезию к поверхности имплантата, недостаточную толщину, неоднородность морфологии и кристалличности. Отдельную проблему представляет возможность нанесения покрытий на медицинские изделия сложной формы и стабильность покрытий при стерилизации [1,9].

Альтернативным путём уменьшения негативных последствий взаимодействия имплантатов с биологическими средами является создание «барьера», представленного материалом органического происхождения, в зонах контакта металлического фиксатора с тканями организма. В этих целях нам представляется возможным и целесообразным использование фибрин-коллагенового покрытия TachoComb®, которое достаточно широко используется при хирургических вмешательствах с целью достижения гемостаза и аэростаза [2,13,14,15,16].

Предлагаемым способ профилактики постимплантационных осложнений основан на изоляции имплантата от биологических тканей путём интраоперационного покрытия области перелома и поверхности пластины фибрин-коллагеновым комплексом ТахоКомб®.

Цель исследования – обоснование эффективности применения фибрин-коллагеновых покрытий при накостном остеосинтезе переломов трубчатых костей.

Материалы и методы исследования.

Технология применения фибрин-коллагеновых покрытий предполагает их тщательную адаптацию и прижатие к ландшафту поверхности костной ткани в зоне перелома и поверхности имплантата для остеосинтеза. Это является необходимым условием для достижения адгезии фрагментов покрытия к костной ткани и имплантату, которая наступает после полимеризации фибрина. Нами разработано и изготовлено устройство, позволяющего максимально точно адаптировать, прижать и в течение непродолжительного временного интервала удерживать фрагменты покрытия на поверхности кости и имплантата для остеосинтеза (Рис.1).

Рис. 1. Устройство для аппликации фибрин-коллагенового покрытия.

Технология нанесения покрытия

После обнажения места перелома и репозиции костных фрагментов (Рис 2а), на кость, в предполагаемой зоне инсталляции металлического фиксатора, накладывается пластина ТахоКомб®, жёлтая поверхность (клеевая основа) ТахоКомб® обращена к линии перелома (Рис.2б).

Пластина ТахоКомб® моделируется к ландшафту поверхности кости и прижимается к ней с помощью адаптирующей лопатки (Рис.2в).

а	б
в

Рис.2 (а,б.в). Репозиция перелома и нанесение фибрин-коллагенового покрытия на костную ткань.

Металлическая пластина укладывается на покрытый ТахоКомб® участок кости и фиксируется к кости винтами (Рис.3а). На поверхность металлической пластины, обращённой в просвет операционной раны, накладывается пластина ТахоКомб® (жёлтая поверхность ТахоКомб® обращена к фиксатору). ТахоКомб® моделируется к ландшафту поверхности фиксатора и прижимается к нему с помощью адаптирующей лопатки (Рис.3б). Поверхность пластины для остеосинтеза полностью покрывается ТахоКомб®. Металл в области операционной раны не визуализируется (Рис.3в).

а	б
в

Рис.3(а, б, в). Остеосинтез перелома металлической пластиной, нанесение фибрин-коллагенового покрытия на поверхность пластины

Данная методика нашла применение при лечении 35 больных с переломами костей предплечья (12) и голеностопного сустава (23), которые составили основную группу. Группа сравнения (42 наблюдения) представлена больными, пролеченными традиционными методиками накостного остеосинтеза. Все имплантаты, использованные для накостного остеосинтеза, выполнены из сплава титана и соответствовали современным международным стандартам материалов (ISO).

Критерии оценки эффективности применения фибрин-коллагенового покрытия

С целью объективной оценки клинических результатов применения предлагаемой методики, в раннем послеоперационном периоде осуществлялась оценка выраженности и динамики регресса микроциркуляторных нарушений в области оперированного сегмента конечности, анализ воспалительных и инфекционных осложнений операционной раны. Для оценки степени уменьшения отёка рассчитывали интегральную количественную характеристику отёка конечности с вычислением динамического показателя отёка по формуле:

,

где С_о – исходная длина окружности; С_х – длина окружности в момент х.

Измерение длин окружности сегмента конечности осуществлялось на трёх уровнях.

В отдалённом периоде травмы (через 6-10 месяцев), по мере консолидации переломов осуществляли удаление металлоконструкций. Во время операции осуществлялась визуальная оценка и гистологическое исследование тканей периимплантатной области. Удалённые имплантаты подвергались изучению.

Исследовали следующие параметры:

- массу имплантатов (135.510 – 08) определяли на аналитических весах АВ-104F ACT «Mettler Toledo»;

- линейные размеры пластин (длина, ширина и толщина пластины в области средней части и концевых отделов);

- состояние поверхности пластин изучали при помощи стереоскопического микроскопа Stemi-2000C «Carl Zeiss» с цифровой камерой Simagis;

- с целью определения высоты микронеровностей на поверхностях имплантатов, из пластин были изготовлены микрошлифы в поперечном сечении, которые исследовались на металловедческом инвертированном микроскопе Axiovert-40MAT «Carl Zeiss» с применением специального программного обеспечения для проведения линейных измерений на изображении (анализатор изображений - программный комплекс SIAMS-700). Проведён статистический анализ результатов исследования.

Результаты исследования и их обсуждение.

При анализе темпов купирования микроциркуляторных нарушений в мягких тканях повреждённой конечности установлено, что в основной группе регресс отёка парартикулярных тканей начинался с 3 суток с момента операции (величина ДПО снижалась на 7,5±0,8%), а пик снижения ДПО (13,9±1,4 %) отмечен на 5 сутки. У больных группы сравнения выявлен достоверно (Р˂0,05) более медленный темп регресса микроциркуляторных нарушений, что свидетельствует об большей активности воспалительного процесса в области операционной раны. Так тенденция к уменьшению отёка отмечена на 5 сутки (5,3±0,5%), а максимальный уровень снижения значений ДПО отмечен на 7 сутки (9,7±0,8 %).

Сведения о локальных осложнениях, развившихся в раннем послеоперационном периоде в представлены в таблице1. Из таблицы следует, что в основной группе больных отсутствовал такой вид осложнений как «гематома операционной раны», что связано с гемостатическим действием ТахоКомб®. Так же отсутствовали такие виды осложнений как глубокое нагноение и некроз мягких тканей, что причинное обусловлено более быстрыми темпами регресса расстройств регионарного кровообращения и улучшением процессов микроциркуляции.

Отдельного внимания заслуживает развитие поздних осложнений воспалительного характера, которые являются следствием аллергической реакции на металл и протекают в виде реакций гиперчувствительности замедленного типа с преобладанием местных проявлений отторжения металлоконструкции [7,8]. В группе сравнения развитие данного вида осложнений отмечено в 14,3 % случаев. При комбинированном применении металлоконструкций и фибрин-коллагенового покрытия (основная группа) развитие реакции отторжения имплантатов отмечено в 2,8%.

Таблица 1

Осложнения послеоперационных ран

Виды осложнений	Клинические группы
	Группа сравнения	Основная группа
Гематомы	5(11,9%)	0
Поверхностные нагноения операционной раны	4(9,5%)	2 (5,7%)
Поверхностный краевой некроз мягких тканей операционной раны	3(7,1%)	0
Глубокие нагноения операционной раны	3(7,1%)	1 (2,8%)
Поздние осложнения области послеоперационного рубца (нагноение, отторжение имплантатов)	6(14,3%)	1 (2,8%)

При сравнительной визуальной интраоперационной оценки тканей периимплантатной области установлено, что в группе сравнения обнаруживались участки чёрного цвета, а также изолированные тёмные вкрапления, располагающиеся в толще рубцовых тканей (Рис.4). Ткани, окружающие имплантат имели повышенную плотность.

Рис.4 Пигментированные участки рубцовых тканей периимплантатной области.

В местах введения винтов определялась выраженная резорбция костной ткани (Рис.5)

Рис.5 Резорбция ткани малоберцовой кости в места введения винтов.

В основной группе ткани, окружающие имплантат имели меньшую плотность. Макроскопически отсутствовали участки пигментация тканей, в следствии скопления частиц металла (Рис. 6 а,б).

а

б

Рис. 6 а,б. Отсутствие пигментации тканей периимплантатной области.

Сравнительный анализ гистограмм показал, что в группе сравнения, имело место неравномерное накопление металлизированных частиц, находящихся плотной соединительной ткани, содержащей гиалинизированные грубые участки, без признаков формирования новообразованных тонкостенных сосудов, тонких коллагеновых волокон.

Рис.7 Массивные отложения металлизированных частиц в гиалинизированной бесклеточной фиброзной ткани.

При комбинированном применении накостных фиксаторов с фибрин-коллагеновым покрытием (основная группа) накопления металлизированных частиц в тканях периимплантатной области не отмечалось (Рис.8).

Рис.8 Отложения металлических частиц отсутствуют.

Наблюдалось формирование рыхлой соединительной ткани, богатой новообразованными тонкостенными мелкими сосудами капиллярного и артериального типов, тонкими коллагеновыми волокнами. Наряду с этим встречались участки плотной соединительной ткани, окруженные нежными «муфтами» из тонких коллагеновых волокон, без признаков накопления гиалинового белка.

Таким образом, можно считать, что применение Тахокомба, имеющего в своем составе коллаген (гидроксипролин) оказывает благоприятное воздействие на процессы репаративной регенерации, способствует развитию рыхлой соединительной ткани, формированию новообразованных тонкостенных сосудов капиллярного и артериального типов. Данные морфологические признаки также свидетельствуют в пользу того, что первичная воспалительная реакция на ксеноматериал (имплантат) была минимальной.

Сравнительные данные о параметрах геометрии и морфологии поверхности фиксаторов для накостного остеосинтеза представлена в таблице 2.

Из таблицы следует, что высота микронеровностей на поверхности пластинах, защищённых фибрин-коллагеновым покрытием были достоверно ниже (Р ≤0,05) по отношению к таковым в группе сравнения, как в зоне контакта имплантата с костной тканью (внутренняя поверхность пластины), так и в области соприкосновении с мягкоткаными образованиями (наружная поверхность пластины).Толщина металла и вес пластин основной группы были достоверно больше (Р ≤ 0,05) таковых параметров по отношению к группе сравнения. Это свидетельствует о том, что имплантаты основной группы в процессе длительного нахождения в организме подверглись износу в меньшей степени.

Таблица 2

Параметры геометрии и морфологии поверхности пластин

Параметры имплантатов	Новые (не использованные в целях остеосинтеза) пластины	Использованные пластины без применения ТахоКомб® а (группа сравнения)	Использованные пластины с применением ТахоКомб® а (основная группа)
Вес пластины (135.510-08)	6,42 ± 0,22 г	5,76 ± 0,18 г	6,21 ± 0,09 г
Высота микронеровностей поверхностей пластины: а-наружная поверхность; б -внутренняя поверхность.	а)1,76 ± 0,10 мкм	а)2,34 ± 0,16 мкм	а)1,94 ± 0,05 мкм
	б)1,91 ± 0,11 мкм	б)2,73 ± 0,11 мкм	б)2,13 ± 0,04 мкм
Толщина пластины: а-концевые отделы; б-средние отделы.	а)1,45 ± 0,05 мм	а)1,31 ± 0,03 мм	а)1,40 ± 0,02 мм
	б)1,45 ± 0,05 мм	б)1,20 ±0,03 мм	б)1,34 ± 0,03 мм

Меньшая степень износа имплантатов, покрытых ТахоКомб®, является результатом привентивного действия препарата по отношению к агрессивному воздействию биологических сред организма.

ВЫВОДЫ

Комбинированное применение фибрин-коллагеновго покрытия с металлоконструкциям для остеосинтеза приводит к уменьшению реакции биологических тканей на имплантаты. Это проявляется снижением активности локального воспалительного процесса, более быстрыми темпами регресса микроциркуляторных расстройств в области повреждённого сегмента конечности.

Применение фибрин-коллагенового покрытия ТахоКомб с целью фармакологической защиты имплантатов от агрессивного воздействия биологических сред, приводит к уменьшению количества осложнений воспалительного и дегенеративно-дистрофического характера.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Гнеденков С.В. Формирование и свойства биоактивных покрытий на титане / С. В. Гнеденков, Ю. П. Шаркеев, С. Л. Синебрюхов, О. А. Хрисанфова, Е. В. Легостаева, А. Г. Завидная, А. В. Пузь, И. А. Хлусов // Перспективные материалы. - 2011.- №2.- С.49-59.

2. Горский В.А., Зарянин А.М., Агапов И.А. Эффективность использования ТахоКомб® в гепатобилиарной хирургии // Клиническая медицина. - 2011.- №2.- С.61-68.

3. Калита В.И. Физика и химия формирования биоинертных и биоактивных поверхностей на имплантатах. Обзор / В.И. Калита // Физика и химия обработки материалов. -2000. - №5. - С. 28-45.

4. Калита В.И., Маланин Д.А., Мамаева В.А., Мамаев А.И., Комлев Д.А.,Деревянко И.В., Новочадов В.В., Ланцов Ю.А., Сучилин И.А. Модификация поверхностей внутрикостных имплантатов: современные исследования и нанотехнологии // Вестник ВолГМУ.-2009.- №4 (32)- С. 17-22.

5. Карлов А.В. Остеоиндуктивные, остеокондуктивные и электрохимические свойства кальций-фосфатных покрытий на титановых имплантантах и влияние их на минеральный обмен при переломах трубчатых костей в эксперименте / Карлов А.В. и др. // Гений ортопедии. -1999.-№ 4. - С. 28-33.

6. Карлов А.В., Хлусов И.А. Зависимость процессов репаративного остеогенеза от поверхностных свойств имплантатов для остеосинтеза // Гений ортопедии. - 2003.-№3.- С.46–51.

7. Пахалюк В.И., Калинин С.И., Олиниченко Г.Д. Биологические реакции на частицы износа, образующиеся в традиционных и альтернативных парах трения при тотальном замещении тазобедренного сустава // Ортопед. травматол. - 2003. - № 4. - С. 162-171.

8. Сампиев М.Т.,Лака А.А., Загородний Н.В.,Дубов А.Б., Балашов С.П., Он Т.Е. Анализ поздних воспалительных осложнений при лечении деформаций позвоночника с использованием двухпластинчатых эндокорректоров с полисегментарной фиксацией // Хирургия позвоночника.- 2007.-№ 3.- С. 20–25.

9. Филлипенко В.А. Роль материалов и биоимплантационных покрытий в развитии проблем эндопротезирования / В.А. Филлипенко, Л.А. Кладченко, И.Б. Тимченко // Ортопед, травматол. - 1998. - № 3. - С. 47–52.

10. Шехтер А.Б., Розанова И.Б. Тканевая реакция на имплантат / В кн: «Биосовместимость» / под ред. В.И.Севастьянова. М. 1999. С. 174-208.

11. Шехтер А.Б., Серов В.В. Воспаление и регенерация. В кн. Воспаление.М. Медицина, 1995, С.200-219.

12. Шубкин Р.Р., Татиатулин Р.Р., Горчаковский В.К., Первышина Е.П. Коррозия имплантатов из титановых сплавов как результат воздействия окружающей среды // Анналы травматол. и ортопед. -1996. - № 2 - С. 43–44.

13. Lang G, Csekeo A, Stamatis G, Lampl L, Hagman L, Marta GM, Mueller MR, Klepetko W. Efficacy and safety of topical application of human fibrinogen/thrombin-coated collagen patch (TachoComb) for treatment of air leakage after standard lobectomy// Eur J Cardiothorac Surg.- 2004.-№ 25.- Р 160-166.

14. Nistor R.F., Chiari F.M., Maier H., Hehl K. The fixed combination of collagen with components of fibrin adhesive - a new hemostypic agent in skull base procedures.//Scull Base Surgery.- 1997.-№ 7(1).-Р 23-30.

15. Parker S.J., Brown D., Hill P.F., Watkins P.E. Fibrinogen-impregnated collagen combined haemostatic agent and antibiotic delivery systemin a porcine model of splenic trauma// Eur J Surg.- 1999.-№ 165.-Р 609-614.

16. Scheyer M., Zimmermann G. Tachocomb used in endoscopic surgery // Surg Endosc.- 1996.-№ 10(5).-Р 501-503.

17. Schmutz P. Metallic medical implants: electrochemical characterization of corrosion processes // The Electrochemical Society. – 2008.- P.35-40.