Апарати зовнішньої фіксації

Відео: Ахондроплазія | Збільшення росту для дітей | доктор Веклич

Лікування захворювань і пошкоджень опорно-рухового апарату до теперішнього часу представляє складну клінічну задачу, оскільки частота ортопедичної та травматологічної патології залишається на практично постійному високому рівні. Соціально-економічні втрати змушують клініцистів та науковців вдосконалювати старі й шукати нові, ефективні засоби і способи терапії.

Для ортопедів-травматологів традиційним вибором вже більше 100 років, починаючи з конструкції доктора Parkhill (1897), є застосування апаратів зовнішньої фіксації (АВФ).

Досить умовно можна виділити три основні етапи еволюції апаратів зовнішньої фіксації:

1. конструкційно-біомеханічний;
2. матеріалознавчий;
3. інтелектуальний.

Діалектика розвитку АВФ на першому етапі показує, що воно йшло від стрижневих до спиць, а потім комбінованим спіцестержневим системам. Останні виявилися найбільш універсальними, з високими біомеханічними параметрами системами, що дозволяють поліпшити процес лікування переломів кісток. Потім в деяких типах АВФ стали використовувати принцип динамізації, який активізує процеси репарації кісткової тканини. Ще один підхід, здатний підвищити якість АВФ, полягає в побудові телескопічних конструкцій. Як показали дослідження, телескопічні АВФ володіють більш високими біомеханічними характеристиками в порівнянні зі звичайними системами, що позитивно впливає на результати лікування переломів трубчастих кісток.

В кінці 90-х років стало зрозуміло, що біомеханічний період, в його класичному розумінні, вичерпав себе. Очевидно, що конструкційно АВФ підійшли до межі своїх біомеханічних можливостей.

Настала ера активного використання нових матеріалів в заглибних елементах АВФ. Виявилося, що створити оптимальну біомеханіку АВФ можна не тільки за рахунок вдосконалення конструкції, але і застосовуючи нові підходи при створенні імплантуються частин систем зовнішньої фіксації. Саме вони (стрижні, спиці) багато в чому визначають протягом репаративних процесів в кістковій тканині і жорсткість фіксації кісткових уламків, від яких, в кінцевому підсумку, залежить стабільність АВФ.

Визнано таким, що класичним той факт, що при рівних медико-біологічних умовах успіх застосування АВФ залежить від реакції на кордоні імплантат-кісткова тканина. У зв`язку з цим існують два принципово різних підходи до вирішення даної проблеми. Один з них використовує принцип мінімального взаємодії з навколишніми тканинами (біоінертні матеріали), інший, навпаки, активно взаємодіє з кісткою, впливаючи на процеси регенерації і мінералізації (остеокондуктивні і остеоіндуктивні матеріали). При цьому в обох випадках імплантати мають високу біосумісність і не викликають негативних реакцій.

Біоінертні імплантати покликані звести до мінімуму обурення, що вносяться до біологічну систему. Створення діелектричного шару на поверхні занурених конструкцій дозволило знизити небажаний електрогенез, зменшити процес біодеградації імплантату і виділення токсичних домішок з металу, що в значній Мері обмежило фіброзну реакцію сполучної тканини. Використання протягом останніх років подібних імплантатів в АВФ дозволило зменшити негативні результати при лікуванні переломів довгих кісток до 2-3%.

У порівнянні з загальноприйнятими сталевими матеріалами проведені дослідження показали високу клінічну ефективність біоінертних імплантатів як в плані підвищення міцності фіксації в кістковій тканині, так і щодо зниження ймовірності запальних і інфекційних ускладнень протягом усього терміну апаратного лікування. Зниження мікроподвіжності служило потужним фактором профілактики інфікування спіцестержневих каналів і перешкоджало передчасного зняття АВФ за клінічними показаннями.

Однак біоінертні покриття утворюють з кісткою тільки механічну зв`язок внаслідок проростання волокон сполучної тканини в пори діелектричного шару. Наступним етапом еволюції ортопедичних імплантатів можна вважати створення матеріалів, активно і цілеспрямовано впливають на механізми перебудови кісткової тканини за типом остеокондукціі і остеоіндукціі. Таку здатність мають кальціофосфатние покриття. Відомо, що фосфати кальцію є основним компонентом неорганічного кісткового матриксу.

Біоактивне керамічне покриття складається з натуральних або синтетичних фосфатів кальцію зі збереженням природної кристалічної структури, адекватного співвідношення кальцій / фосфор і набору мікроелементів, нанесених на оксидований титан різними способами (електрохімія, плазмового напилення, шлікерного технологія, використання магнетрона і ін.) В залежності від призначення і геометрії імплантату. Чим міцніше зв`язок імплантату з кісткою, тим вище біомеханічні характеристики апаратів зовнішньої фіксації.

Узагальнюючи власні і літературні дані, можна зробити висновок про те, що за час перебування в організмі кальцій-фосфатне покриття:

Відео: Ополченке Юлії Касенковой встановили апарат Ілізарова, оплачений «Білою книгою»

• заповнює локальний дефіцит кальцію і фосфору для зростання кісткової тканини;
• формує навколо імплантатів зародкові центри ендогенної кристалізації і стимулює процеси епітаксії, необхідні для росту кісткової тканини по остеокондуктивних і остеоіндуктівнимі типам.
• підсилює процеси остеогенезу.

Подібні властивості кальцій-фосфатних покриттів обумовлені заздалегідь закладеною в них інформацією для зростання кісткової тканини. Сам ГА або ТКФ не здатні до остеоіндукціі. Феномен остеоіндукціі на кальцій-фосфатних матеріалах є опосередкований каскадоподобний механізм по створенню специфічного кісткового микроокружения.

Виявилося, що формування певної мікроархітектоніки покриттів визначає і біомедичні властивості имплантируемого пристрою. Необхідними параметрами покриття є:

Відео: Всі постраждалі в ДТП на Преображенської - у важкому стані

1. кальціофосфатний шар відомої товщини, структури і пористості, що імітує структуру остеона і визначає рівень відповідного біологічного відповіді (клітинний, органотканевого, системний);
2. заданий фазовий склад і ступінь кристалічності кальціофосфатов, що створюють необхідну концентрацію на кордоні імплантат-кістка;
3. адекватна міцність кріплення кальцій-фосфатного покриття до титанової підкладки;
4. технологічність нанесення кальцій-фосфатних покриттів на металеві імплантати зі збереженням необхідних біологічних властивостей.

У цьому випадку інформація, вкладена в імплантат в процесі його виробництва на атомно-молекулярному рівні, сприяє створенню структурно функціонального зв`язку між імплантатом і кісткою, яка визначає, в свою чергу, оптимальність біомеханіки апаратів зовнішньої фіксації.

Виявилося, що наявність на імплантуються пристроїв біологічно активного апатитового шару є пусковим моментом створення специфічного кісткового микроокружения, необхідного для запуску репаративної-регенераційних механізмів в пошкодженій кістки і нормалізації мінерального обміну. В силу заданих фізико-хімічних властивостей (дрібна пористість, мала товщина покриття) електрохімічні кальцій-фосфатні покриття сприяють просуванню кістки уздовж кордону розділу імплантат-тканину по типу «повзучого» остеогенеза. У такому режимі працюють остеокондуктивні матеріали.

Наступним кроком наших розробок з`явилися остеоіндуктивні матеріали. Прикладом може служити проста шлікерного технологія нанесення кальцій-фосфатного покриття на титанові імплантати. Висока пористість (розмір пір близько 200 мкм, пористість 40-50%) і об`ємність матеріалу сприяють інтеграції кальцій-фосфатного покриття в кісткову тканину в 4 взаємопов`язані етапи:

1. Механічна експансія кісткової тканини в пори кальцій-фосфатної кераміки покриття.
2. Формування микроокружения для проліферації і диференціювання остеогенних клітин.
3. Індукція процесів остеогенезу в порах, використання кальцій-фосфатного покриття для росту кристалів ендогенного ГА.
4. Остеокондукція кісткової тканини за рахунок просування нової кістки по поверхні кальцій-фосфатного покриття і його остеоінтеграції через механізми біодеградації і ремоделювання неорганічної структури.

Інформаційно-технологічний потенціал, вкладений у створення остеоіндуктівнимі покриттів, реалізується за допомогою високого «інтелекту» самих імплантатів, які формують реакцію кістки як єдиної структурно-функціональної системи. Як наслідок, жорсткість фіксації в кістки остеоіндуктівнимі матеріалів зростає в порівнянні з остеокондуктівнимі покриттями. При цьому остеоіндуктивні покриття настільки міцно вростають в кісткову тканину, що існуюча проблема характеру зв`язку на кордонах кістка-покриття-титан переходить з біомедичної в технологічну сферу.

На підставі проведених нами досліджень патогенетичний механізм дії остеоіндуктівнимі матеріалів можна представити у вигляді такої схеми:

1. Активізація текстурованого апатитового шару.
2. Формування необхідної локальної концентрації аморфних фосфатів кальцію.
3. Включення механізмів ендогенної кристалізації гідроксілкарбонат апатитів і фосфатів кальцію.
4. Адсорбція біологічно активних молекул (МБК, ФРФ і ін.) І підвищення їх кількості до необхідного рівня для зростання кісткової тканини.
5. Включення каскадоподобного механізму формування опосередкованого специфічного кісткового микроокружения.
6. Адгезія остеогенних стовбурових і допоміжних клітин.
7. Стимуляція процесів проліферації і диференціювання остеогенних клітин-попередників.
8. Освіта і розвиток кісткової тканини з урахуванням механізмів остеокондукціі і закону Вольфа.
9. Включення механізмів остеоінтеграції і біодеградації кальцій-фосфатних покриттів, зі створенням єдиної структурно-функціональної системи: АВФ gt; імплантат gt; кістка.

Використання остеокондуктивних і остеоіндуктівнимі імплантатів в АВФ при лікуванні переломів довгих кісток в нашій клініці показало, що вони істотно (в 1,5-3 рази) підвищують міцність фіксації імплантатів в кістки і дозволяють усунути мікроруху в місці контакту кісткових уламків і запобігти інфекції стрижневого тракту. При цьому знижується кількість ускладнень, пов`язаних не тільки з розвитком інфекцій, але і з порушеннями регенерації і мінералізації кісткової тканини. Остеоіндуктивні стрижні виявилися ефективними при лікуванні хворих з остеопорозом, коли звичайні імплантати часто дають незадовільні результати. Експериментальні та клінічні дані свідчать про те, що у таких хворих поліпшуються процеси репарації кісткової тканини.

Однак, незважаючи на зниження кількості негативних постімплантаціонних реакцій, досягнуте застосуванням матеріалів нового покоління, попередження можливих інфекційних ускладнень є однією з основних задач при формуванні заданих властивостей імплантатів.

Модифікацією покриття для додання йому антимікробних властивостей займаються в усьому світі. Ми вирішили використовувати з цією метою імплантацію іонів металів, зокрема срібла, з визначенням допустимого співвідношення бактерицидности і цитотоксичності. Було встановлено, що вміст срібла в покритті в дозі 6-9 ат.% Забезпечує оптимальне співвідношення бактерицидної активності та мінімального шкідливої дії на клітини.

Загальна філософія використання АВФ в травматології та ортопедії повинна дотримуватися принципу відповідності між оптимальною біомеханіки, створюваної апаратом, і оптимальної биосовместимостью імплантатів, обумовленої вибором біоматеріалів для кожного конкретного випадку. Недотримання цього правила тягне за собою порушення нормального процесу загоєння перелому і розвиток ускладнень. Іншими словами, оптимальну біомеханіку в апаратах зовнішньої фіксації неможливо створити без використання сучасних матеріалів з відомими біологічними властивостями. Розроблені нами біоінертні, остеокондуктивні, остеоіндуктивні і бактерицидні імплантати значно розширюють як стратегічні, так і тактичні можливості лікаря при лікуванні переломів довгих трубчастих кісток і інших захворювань опорно-рухового апарату.

До наступного етапу розвитку АВФ (інтелектуальному) ми тільки підійшли. Намітилися лише загальні тенденції, коли конструкції АВФ будуть будуватися з урахуванням не тільки біомеханіки, кращих досягнень в галузі матеріалознавства, а й розуміння тонких процесів, що протікають в пошкодженій кісткової тканини на кожному етапі її регенерації. Нами проведено лише спроба створення таких систем з використанням програмного впливу для регуляції репаративного остеогенезу при лікуванні переломів трубчастих кісток. Однак інтимні механізми трансформації механічного стимулу в специфічний біологічний відповідь все ще залишаються неясними. Необхідне подальше проведення більш поглиблених досліджень в цій області знань.


А.В. Карпов, В.П. Шахов
Системи зовнішньої фіксації і регуляторні механізми оптимальної біомеханіки

Відео: Собака 4 роки політравма (збита машиною)