Погружной остеосинтез: накостный, внутрикостный и интрамедулярный, какие материалы металоконструкции лучше

Рассмотрим риски развития осложнений, связанных с использованием остеофиксаторов. Для интрамедуллярного, на и внутрикостного остеосинтеза в подавляющем большинстве случаев используются металлические имплантаты.

Проблемными вопросами остаются коррозия металла, аллергическая реакция на составные элементы с возможным развитием «металлоза», остеомиелита и ложного сустава.

Приоритетным направлением в профилактике подобных осложнений становится использование нанотехнологий, а именно биосовместимых покрытий имплантатов. Особое внимание авторы обращают на производные титана и других сверхтвердых металлов

В последнее десятилетие в отечественной травматологии произошел существенный сдвиг в предпочтениях метода остеосинтеза — от чрескостного к погружному.

Тотальное внедрение хорошо зарекомендовавших себя вариантов накостной и интрамедуллярной фиксации, основополагающие разработки системы АО и доступность как имплантатов, так и инструментария позволили сделать качественный скачок в развитии специальности.

К основным видам погружного остеосинтеза можно отнести

• накостный,
• внутрикостный,
• интрамедуллярный.

Различные производители предлагают большое количество соответствующих конструкций для обеспечения качественной фиксации отломков кости.

Известны и условия, необходимые для успешного течения репаративной регенерации:

• точная репозиция отломков,
• достаточная по времени и качественная фиксация.

Несмотря на сказанное выше, остаются проблемы, связанные с биоинертностью остеофиксаторов, что, несомненно, отражается на итоговом результате лечения пострадавших. Аллергическая реакция, развитие синдрома так называемого «металлоза», воспалительные реакции со стороны кости и окружающих тканей с возможным развитием нестабильности костных фрагментов, ложного сустава и остеомиелита — основные причины неудовлетворенности конечным результатом как пациента, так и врача.

ПОГРУЖНОЙ ОСТЕОСИНТЕЗ

Данный остеосинтез осуществляют при помощи штифтов, пучков спиц, синтетических материалов, костных трансплантатов и т. п. Однако подавляющее большинство остеосинтезов осуществляется, как правило, металлическими фиксаторами. При их использовании происходит коррозия, что может вызвать образование инфильтратов, абсцессов, остеомиелита.

Недостатки метода: повреждение параоссальных тканей, надкостницы, костной ткани, нарушение периостального и внутрикостного кровообращения, которое может привести к псевдоартрозам.

При проведении погружного остеосинтеза достаточно часто возникают осложнения, вызванные обширными повреждениями тканей и наслоением микрофлоры. Их частота обуславливает применение второй волны чрескостного остеосинтеза. Высокий процент осложнений вызван пребыванием в организме остеофиксаторов, изготовленных из различных марок нержавеющей стали, для которых свойственны деформация и изломы.

Компоненты фиксирующих конструкций должны быть из однородного по химическому составу металла во избежание взаимодействия ионов металлов и тканей организма. Вопросы остеорегенерации, протекающей в условиях применения различных металлов, находятся в центре внимания клиницистов, хирургов и морфологов. Это обусловлено тем, что от характера и скорости репаративного процесса зависит качество функциональной активности конечности.

Задача травматолога — обеспечить раннее восстановление функции оперированной конечности. В связи с этим постоянно предпринимаются усилия по созданию биосовместимых материалов.

ИНТРАМЕДУЛЛЯРНЫЙ ОСТЕОСИНТЕЗ

В клинической практике интрамедуллярный остеосинтез используют при поперечных и косопоперечных переломах в средней трети диафиза трубчатой кости. Массивный металлический штифт прочно фиксирует место перелома в суженном участке костномозгового канала. Правильно подобранный металлический фиксатор позволяет не накладывать дополнительно гипсовую повязку.

Введение штифта в ряде случаев требует предварительного рассверливания костномозгового канала, что, по мнению ряда авторов, замедляет сращение перелома и увеличивает риск жировой эмболии. Бытует мнение, что интрамедуллярный метод малоэффективен при сложных оскольчатых переломах, где есть возможность телескопирования отломков при нагрузке и, следовательно, возникает опасность укорочения и ротации конечности в послеоперационном периоде.

Одним из самых серьезных и опасных осложнений при данном методе фиксации может быть остеомиелит, который вовлекает в гнойно-некротический процесс весь костномозговой канал. При нарушении кровоснабжения и травматизации кости при введении штифта может возникнуть хронический остеомиелит, что приводит к вторичной травматизации тканей, усугубляя имеющиеся нарушения микроциркуляции.

Приоритетный и широко используемый — блокирующий интрамедуллярный остеосинтез. При его выполнении не обнажается зона перелома, а репозиция осуществляется закрыто, штифт вводят вдали от места перелома и блокируют его винтами выше и ниже места перелома.

Данные условия исключают ротационные и угловые смещения по длине и позволяют осуществить осевое сжатие. Противопоказанием является наличие продольных трещин в кости. Штифты могут деформироваться, ломаться, их искривление ведет к деформации оси сегмента.

НАКОСТНЫЙ ОСТЕОСИНТЕЗ

Неоспоримы достоинства накостного остеосинтеза: возможность проведения точной репозиции отломков и жесткость фиксации ставят его в число ведущих методов хирургического лечения переломов длинных костей.

Современные конструкции позволяют получать стабильное сопоставление костных отломков без дополнительной внешней фиксации, восстанавливая ось и длину кости. Неподвижность костных отломков достигается за счет жесткости пластины и ее прочной фиксации к кости, особенно при оскольчатых и внутрисуставных переломах.

Но даже технически грамотно выполненная операция с качественным имплантатом не всегда предотвращает миграцию винтов или перелом пластины, а консолидация в правильном положении еще не гарантирует удовлетворительного исхода лечения. Совершенствование технологии остеосинтеза не позволяет избежать неудовлетворительных результатов, которые наблюдаются, по данным разных авторов, у 35–70% оперированных пострадавших.

Одна из основных причин многочисленных осложнений — негативные реакции, происходящие на границе имплантат–кость, где интерфазный слой определяет оптимальную биомеханику и процессы регенерации костной ткани.

Недостатки данного метода — нарушение внутрикостного кровообращения, костного мозга, эндостаз из-за большого количества шурупов, проводимых через два кортикальных слоя кости. Метод требует широкого хирургического доступа, что влечет значительную кровопотерю и высокую опасность инфицирования. В результате длительного соприкосновения пластины с костью прерывается кровоснабжение кости со стороны мягких тканей, возникает кортикалит.

Эффективным средством профилактики этого явления оказалось использование пластин с минимальным контактом и систем «биологического остеосинтеза», максимально снижающих воздействие на кость и прилегающие ткани в области перелома. В 1980 году F. Eitel с соавт. обосновал ограничение нагрузки на конечность до образования надежного сращения.

Известно мнение, что ранняя нагрузка приводит к нарушению прочности соединения металлической конструкции с костью, так как нарушается один из главных биомеханических принципов: концентрация напряженного состояния на пластине с созданием необходимой взаимной компрессии отломков и разгрузка области перелома на весь период фиксации.

При ранней нагрузке пластина не выдерживает наибольшей концентрации напряжения на уровне стыка концов отломков, что является причиной падения силы компрессии. Однако при политравмах накостный остеосинтез с пластинами с угловой стабильностью, производимый в ургентном порядке, считается рядом авторов незаменимым. Его преимущество по отношению к интрамедуллярному остеосинтезу — более широкое использование при надмыщелковых и внутрисуставных переломах.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИМПЛАНТАТОВ И ПОГРУЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Металлы, применяемые в травматологии, должны обладать определенными качественными характеристиками:

• износостойкостью,
• прочностью,
• возможностью консолидации с костной тканью,
• способностью стимулировать остеогенез,
• отсутствием реакции со стороны окружающих тканей и организма в целом.

Имплантаты для погружного остеосинтеза должны обеспечивать надежную фиксацию отломков, обладать определенной пластичностью для индивидуального моделирования по костной поверхности и вместе с тем сохранять максимальную прочность при нагрузках. По современным представлениям, любой материал для изготовления имплантатов следует оценивать с учетом основных характеристик.

К ним относятся:

• биоактивность,
• биосовместимость,
• биорезистентность.

Биоактивность — это воздействие продуктов разрушения материала и их метаболитов на процессы жизнедеятельности клетки (дыхание, мембранный транспорт, пролиферация, дифференцировка и др.) в зоне контакта материала с тканями организма. Степень выраженности этого воздействия простирается в диапазоне от биорезистентности до цитотоксичности.

Биосовместимость — способность материала поддерживать гистотипическую дифференцировку клеток, обеспечивающую полноценную репаративную регенерацию костной ткани. Современный материал должен минимизировать или исключать развитие вокруг себя соединительнотканной капсулы.

Биорезистентность — это способность материала противостоять комплексу воздействий организма и сохранять при этом заданные физико-химические, конструкционные и другие свойства в расчетном интервале времени. Материал, используемый при имплантации, должен обладать биосовместимостью, не менять своих физических и химических свойств.

Как правило, любое инородное тело, находящееся в организме, заключается в соединительнотканную капсулу. Такой исход для ортопедических имплантатов неприемлем. В борьбе с этим исследователи модернизируют свойства внутренних фиксаторов за счет напыления инертных металлов, придания особого рельефа поверхности имплантата.

Металлы, применяемые для изготовления погружных конструкций, делят на три основные группы:

• токсичные (ванадий, никель, хром, кобальт);
• промежуточные (железо, золото, алюминий);
• инертные (титан, цирконий, гафний).

К биотолерантным материалам можно отнести нержавеющую сталь и кобальтохромовые сплавы, к биоинертным – оксиды титана и алюминия. В современной медицине применяют хромоникелевые и хромоникельмолибденовые сплавы. Все металлы и их сплавы в той или иной степени подвергаются коррозии под воздействием жидкостей организма, и все они изолированы пассивным слоем продуктов окисления. При нарушении этого слоя происходит постепенное разрушение металла, что приводит к подвижности костных отломков и, как следствие, образованию ложных суставов.

Кобальт, хром и молибден малотоксичны для организма, они естественным образом присутствуют в нем в объеме от 1 до 6–9 граммов. Однако проблемным остается риск развития аллергической реакции на каждый из этих металлов. Подобные сплавы используются при изготовлении имплантатов как для остеосинтеза, так и для артропластики, что предполагает их длительное пребывание в организме человека и соответствующее воздействие агрессивных биологических сред.

Титан — один из самых перспективных металлов для изготовления имплантатов, применяемых в травматологии.

Легированные сплавы титана в 4–5 раз превосходят по прочности йодидный титан. В последние десятилетия развиваются технологии, связанные с применением имплантатов из никелида титана. Конструкции из этого сплава обеспечивают хорошую адаптацию отломков и их равномерную динамическую компрессию на период фиксации, происходящую за счет эффекта термомеханической памяти металла. Сплав никеля и титана по своим механическим характеристикам приближен к костной ткани и биосовместим.

Широко применяются имплантаты из пористого никелида титана для замещения дефектов губчатых и трубчатых костей в артродезирующих операциях. Костная интеграция обеспечивает стабильное положение имплантата и предотвращает его разрушение под воздействием нагрузок. Отмечена хорошая приживаемость данных имплантатов даже в условиях гнойной инфекции.

В качестве альтернативы стальным и титановым изделиям проводятся интенсивные исследования по разработке биологически активных и биологически инертных материалов нового поколения. Один из путей получения нового поколения имплантатов — использование схемы «металлическая основа + биопокрытие», то есть нанесение на поверхность имплантата биосовместимых нерезорбируемых покрытий, механические и биологические свойства которых должны быть оптимальными для формирования быстрой и прочной связи с окружающей тканью.

Особое распространение в последние годы получили наночастицы — инженерно спроектированные микроскопические образования величиной не более 100 нм. Множество работ посвящено механизму их воздействия на живой организм. Лекарственные субстанции и наночастицы, созданные на их основе, могут принципиально отличаться по своим свойствам за счет особенностей интеграции и управляемой доставки веществ на наноносителях.

Актуален поиск новых альтернативных препаратов с наночастицами металлов, позволяющих решить разнонаправленные задачи. Наночастицы металлов проявляют ярко выраженную биологическую активность, воздействуя на регенерацию тканей, способствуя быстрому заживлению полнослойных ран. Напыление ионов металлов, на поверхности которого присутствует пленка окисления, является кристаллическим диэлектриком. Имеет место слоистая структура, представляющая собой объемную дифракционную решетку, масштаб периодичности которой составляет сотни нанометров.

Данное пространство способствует нормализации течения регенерационных процессов, препятствуя развитию воспаления. Биоактивные материалы поддерживают врастание кости и остеоинтеграцию при использовании имплантатов в ортопедии, хирургии, стоматологии.

Большое внимание уделяется системе «гидроксиапатит – трикальцийфосфат». На поверхности биоактивного имплантата происходит ряд тесно взаимосвязанных процессов, при которых адсорбируются ионы и протеины, образуя биопленку. Количество и функциональность адсорбированных протеинов в определенной степени управляется поверхностью биоматериала.

Адсорбированная биопленка способствует адгезии клеток, прикрепляющихся на протеины. Широко представлены работы по остеоиндуктивным покрытиям, фиксированным на деминерализованном костном матриксе. Для накостного остеосинтеза используются титановые пластины с кальций-фосфатным покрытием, которое инициирует процессы остеоиндукции. Остеокондуктивные имплантаты, выступающие в роли пассивной матрицы для аппозиционного роста костной ткани, способствуют наращиванию генерации остеобластов.

Титан, цирконий, гафний — элементы IV группы сверхтвердых металлов.

Титан — биосовместимый материал, обладающий по отношению к организму биологической, химической, электрической нейтральностью. Титан пластичен, а его нитрид и оксид обладают высокой коррозионной стойкостью. Покрытия на основе нитридов титана используются в качестве упрочняющих и защитных поверхностей.

Они привлекательны своей биосовместимостью, обеспечивают низкий коэффициент трения и адекватную остеоинтеграцию. Нитрид титана — бинарное химическое соединение титана с азотом, в результате которого образуется новое химическое вещество, обладающее выраженными необходимыми свойствами — твердостью, коррозионной стойкостью.

Ряд производителей активно использует этот сплав в качестве «оболочек», позволяющих снизить риск развития иммунной, довольно частой, реакции организма на металл, из которого изготовлен имплантат. Это относится как к травматологии и ортопедии, так и к стоматологии, хирургии и другим отраслям медицины, где используются те или иные виды погружных конструкций.

Потенциально перспективными представляются также покрытия, содержащие нитрид гафния, который характеризуется химической инертностью, хорошим сопротивлением к окислению в экстремальных условиях, однако исследования по использованию этого вида покрытий единичны.

Гафний — тугоплавкий металл. Он устойчив к коррозии в агрессивных средах, не реагирует с водой и щелочами. При исследовании на перевиваемых культурах было отмечено отсутствие цитотоксического действия и установлена биологическая безопасность конденсатов смеси нитридов титана и гафния.

Рядом исследований было установлена безопасность и высокая биоинертность сочетания нитридов этих сверхтвердых металлов при использовании в качестве покрытий имплантатов для внутрикостного остеосинтеза.

В эксперименте у животных опытной группы (имплантаты из стали 12ХI8H9T с покрытием нитридами титана и гафния) восстановление анатомической целостности костной ткани происходит в более ранние сроки, без патологической реакции со стороны организма.

Результаты исследований позволяют предположить, что имплантаты с покрытием из нитридов титана и гафния могут оказаться перспективными для погружного остеосинтеза, что подтверждает необходимость продолжения исследований в этой области.

Малоинвазивный стабильно-функциональный интрамедуллярный металлоостеосинтез гибкими титановыми стержнями TEN у детей при переломах

В ряде сообщений указано, что применение интрамедуллярного остеосинтеза стержнями TEN сопровождается отличными функциональными и косметическими результатами, низкой частотой осложнений, поэтому его можно использовать у всех детей независимо от возраста, локализации и типа перелома.