Способ прогнозирования имплантационного синдрома при эндопротезировании

 

Способ может быть использован в области медицины, в частности в травматологии и ортопедии. У больного перед эндопротезированием берут 0,3 мл венозной крови, центрифугируют ее, к осадку добавляют буфер с pН 7,2-7,4 до 1,5 мл, делят полученную взвесь на 5 равных частей, после чего добавляют к первой 0,3 мл 2,2%-ного раствора перекиси водорода, к второй 48% мкл 1%-ного раствора метилметакрилата, к третьей 96 мкл 1%-ного раствора метилметакрилата, затем все пробы инкубируют при 37°С в течение 1 ч; за 10 мин до окончания инкубации в пятую пробу добавляют 4%-ный раствор сапонина до полного гемолиза эритроцитов, пробы центрифугируют и полученную надосадочную жидкость фотометрируют при λ = 414 нм, затем вычисляют процентное содержание А гемолизированных эритроцитов в первых трех пробах по формуле где а - средняя экстинция 1-й, 2-й, 3-й проб, b - экстинция 5-й пробы, с - экстинция 4-й пробы, и, если А1<4,1%, А2<1,6%, А3<2,5% прогноз считают благоприятным, а если А1>5,1% , А2>2,2%, А3>6% - неблагоприятным; при промежуточных значениях А1, А2 и А3 больного относят к группе риска. Способ обеспечивает выявление риска развития имплантационного синдрома в дооперационном периоде. 1 ил.

Изобретение относится к медицине, в частности к травматологии и ортопедии, и может найти применение при эндопротезировании суставов с цементной фиксацией компонентов эндопротеза.

Выполнение операции замены сустава в ряде случаев (выраженный остеопороз, анатомические особенности, необходимость быстрой активизации после операции в пожилом возрасте) возможно только при использовании костного цемента (КЦ). При цементном эндопротезировании высок риск общих проявлений имплантационного синдрома вследствие эмболических осложнений (тромбоэмболии, тканевой и жировой эмболии), а также токсического действия мономера метилметакрилата (ММА), развивающегося при введении полимеризующегося костного цемента в костномозговой канал. ММА. является одним из компонентов при приготовлении КЦ. В количестве 3-5% от использованной дозы он может проникать в общий кровоток и приводить к острой дыхательной недостаточности, выраженной гипотонии, изменениям сердечного ритма вплоть до остановки кровообращения, инфарктам миокарда (1). Возникающая при указанных осложнениях гипоксия различных уровней неизбежно приводит к патологическому росту активности процессов ПОЛ (2).

Летальность при цементном эндопротезировании крупных суставов существенно выше, чем при бесцементной установке эндопротезов (3). Однако к настоящему времени в клинической практике альтернативы костным цементам на основе метилметакрилата нет.

Несмотря на настоятельную потребность в способе дооперационного прогнозирования, который позволил бы определять резистентность больного к токсическому действию ММА и гипоксической активации процессов ПОЛ, что имеет место при развитии имплантационного синдрома, до настоящего времени такой способ не разработан. В то же время выявление пациентов, у которых снижена устойчивость к вышеназванным патогенетическим факторам цементного эндопротезирования, позволило бы исходно планировать тактику хирургического лечения (возможно, вплоть до изменения характера операции) и применять повышенные меры защиты при самом вмешательстве.

По современным представлениям о патогенезе патологической активации ПОЛ ведущую роль в нем играют мембрано-деструктивные процессы (4). Известно также, что ММА имеет цитотоксическое воздействие (5), а механизм цитотоксичности может лежать в усилении генерирования свободных радикалов (6). Выявлена высокая корреляция между изменениями свойств мембран эритроцитов и клеточных мембран внутренних органов (7). Это позволяет использовать эритроцитарные мембраны в качестве естественной модели для исследования общих характеристик, в том числе и проницаемости всех биомембран.

Известен метод определения проницаемости эритроцитарных мембран и сорбционной способности эритроцитов в качестве оптимальных критериев тяжести эндогенной интоксикации, основанный на вышеназванной корреляции изменений мембран эритроцитов и мембран внутренних органов (8). Этот способ позволяет оперативно выявлять стадию интоксикации и оценивать эффект проводимой терапии. Однако он характеризует уже нарушенную резистентность мембран эритроцитов вследствие имеющегося эндотоксикоза. При этом используется метод мочевинного гемолиза, предложенного В.Н. Колмаковым (9). В физиологических условиях клеточные мембраны практически не проницаемы для мочевины. Механизм гемолитического действия заключается в быстром проникновении мочевины через поврежденную мембрану с последующим формированием ее внутриклеточной гиперосмолярной концентрации, что ведет к перемещению в эритроциты воды, их набуханию и разрушению.

Однако у больных с предполагающимся эндопротезированием эндотоксемия до операции еще не существует, эритроцитарные мембраны находятся в нормальном для данного пациента состоянии, и такая модель не может быть базой предлагаемой диагностики.

Технический результат настоящего изобретения состоит в предоперационной диагностике высокого риска возникновения имплантационного синдрома у пациентов с планирующимся цементным эндопротезированием за счет сочетанного определения перекисной и метилметакрилатной резистентности эритроцитов крови. Этот результат достигается тем, что у больного перед эндопротезированием берут 0.3 мл венозной крови, центрифугируют ее, к осадку добавляют буфер с pH 7.2-7.4 до 1.5 мл, полученного взвесь делят на 5 равных частей, после чего добавляют к первой - 0.3 мл 2.2% раствора перекиси водорода, ко второй - 48 мкл 1% метилметакрилата, к третьей - 96 мкл 1% метилметакрилата, все пробы инкубируют при 37^oC в течение часа, за 10 минут до окончания инкубации в пятую пробу добавляют 4% раствор сапонина до полного гемолиза эритроцитов, пробы центрифугируют и полученную надосадочную жидкость фотометрируют при λ = 414 нм, затем вычисляют процентное содержание A гемолизированных эритроцитов в первых трех пробах по формуле где a - средняя экстинция 1, 2 и 3 проб, b - экстинция 5 пробы, с - экстинция 4 пробы, и если A1 < 4.1%, A2 < 1.6%, A3 < 2.5%, прогноз считают благоприятным; а если A1 > 5.1%, A2 > 2.2%, A3 > 6% - неблагоприятным; при промежуточных значениях A1, A2 и A3 больного относят к группе риска.

Полученные указанными выше авторами результаты заинтересовали нас и мы решили попробовать разработать метод диагностики, основанный на моделировании действия патогенетических факторов цементного эндопротезирования. Как уже сказано, к основным таким факторам относятся патологическая активация процессов ПОЛ вследствие неизбежной гипоксии различных уровней, а также токсическое воздействие мономера метилметакрилата, входящего в состав костного цемента.

Занимаясь профессионально в течение ряда лет купированием интраоперационных осложнений при цементном эндопротезировании крупных суставов, мы обратили внимание на то, что существует индивидуальная чувствительность больных к факторам агрессии, действующим при введении костного цемента. При общей тенденции к нарастанию выраженности имплантационного синдрома в зависимости от дозы цемента, сопутствующей патологии сердечно-сосудистой и дыхательной систем, имеется достаточно большое число наблюдений, когда крайне выраженная реакция развивалась на применение единственной порции цемента у соматически здоровых пациентов.

На ваш взгляд, устойчивость эритроцитарных мембран к сочетанному воздействию ММА и перекиси водорода могла бы явиться диагностическим критерием вероятности возникновения интраоперационных осложнений при цементном эндопротезировании.

Использование венозной крови подлежащего эндопротезированию больного позволяет, выделив эритроциты, провести с ними пробы на устойчивость к гемолизу с последующей оценкой его степени, которая в итоге является критерием прогноза возможности развития имплантационного синдрома.

Из приготовленных 5 проб взвеси эритроцитов первые 3 являются опытными, а 2 последующие - контрольными.

1. Добавление к первой пробе 0.3 мл 2.2% перекиси водорода обеспечивает ≈ 50% гемолиз. Эта доза перекиси водорода вызывает гемолиз такой степени у здоровых лиц (10).

2. Добавление ко второй пробе ММА в количестве 48 мкл 1% раствора моделирует количество ММА, которое может попадать в кровоток при использовании на операции одной порции цемента.

3. Добавление к третьей пробе 96 мкл 1% раствора ММА соответствует двум порциям цемента, выявляет устойчивость мембран к повышению дозировки использованного цемента.

4. Четвертая проба является контрольной для характеристики экстинции при отсутствии гемолиза.

5. Пятая проба с добавлением 4% раствора сапонина до полного гемолиза позволяет использовать ее в качестве характеристики экстинции полного гемолиза.

Последующее определение экстинции каждой пробы позволяет определить их количественные значения и использовать последние для характеристики величины расчетного коэффициента A (отражающего содержание гемолизированных эритроцитов) в предлагаемой ниже формуле. Вывод о характере прогноза по коэффициентам A1, A2 и A3 сделан нами на основе опыта обследования и последующего оперативного лечения 26 больных.

Сущность предлагаемого способа объясняется примером.

Пример. Приготовление реагентов для анализа 1 Для приготовления взвеси эритроцитов и проведения тестов определения резистентности мембран к гемолизу используют физраствор, забуференный в соотношении 1:1 фосфатным буфером с pH 7,2-7,4 следующего состава: на 1 литр дистиллированной воды 8,0 г NaCl и 0,2 г KCl 2,89 г Na₂HPO₄ · 12H₂O 0,2 г KH₂PO₄ 0,1 г MgCl · 6H₂O
2. Непосредственно перед анализом готовят 2,2% раствор перекиси водорода на забуференном физрастворе из 33% раствора пергидроля.

3. Готовят 1% раствор мономера метилметакрилата на забуференном физрастворе.

Приготовление суспензии эритроцитов:
К 0,3 мл цитратной венозной крови добавляют 5 мл забуференного физиологического раствора, тщательно перемешивают, центрифугируют в течение 5 мин при 3000 об/мин, после чего надосадочную жидкость удаляют, добавляют 1,5 мл забуференного физиологического раствора и осадок ресуспендируют.

Показатели, входящие в формулу расчета степени гемолиза, получают по результатам 5 тестов. Ход определения включает:
1. Взвесь эритроцитов на забуференном физиологическом растворе разливают по 0,3 мл в 5 пробирок, после чего в первую пробирку добавляют 2,4 мл забуференного физиологического раствора и 0,3 мл 2,2% раствора перекиси водорода, во вторую - 2,7 мл физиологического раствора и 48 мкл 1% раствора метилметакрилата, в третью - 96 мкл 1% раствора метилметакрилата, в четвертую - 2,7 мл забуференного физиологического раствора (контроль), в пятую - 2,4 мл забуференного физиологического раствора.

2. Все пробы тщательно встряхивают.

3. Инкубацию проводят при 37^oC в течение часа. В пятую пробу за 10 мин до окончания срока инкубации добавляют 0,3 мл 4% раствора сапонина.

4. Все пробы тщательно встряхивают.

5. Центрифугируют 5 мин при 3000 об/мин.

6. Фотометрируют надосадочную жидкость при λ = 414 нм.

Расчет. Степень гемолиза A(%) вычисляют по формуле

где а - средняя экстинция опытных проб (первой, второй и третьей); b - экстинция полного гемолиза (пятая проба); c - экстинция контрольной пробы (четвертой). При значении A1 < 4.1%, A2 < 1.6%, A3 < 2.5% прогноз считают благоприятным; при одновременном повышении A1 > 5.1%, A2 > 2.2%, A3 > 6% - прогноз неблагоприятный; при промежуточных значениях A1, A2 и A3 больного относят к группе риска.

В качестве иллюстрации приводим следующий клинический пример.

Больной Н., 49 лет, история болезни N 2072 за 1999 г. поступил в клинику РНИИТО 16.03.99 г. по поводу асептического некроза головок обеих бедренных костей, комбинированных контрактур обоих тазобедренных суставов. 30.03.99 г. была предпринята операция одномоментного тотального эндопротезирования обоих тазобедренных суставов. В дооперационном периоде у пациента выявлен высокий риск развития имплантационного синдрома: A1 у него 5,86%, A2 - 2.1% и A3 - 6.56% соответственно. При клиническом и стандартном лабораторном обследовании соматической патологии не выявлено. Аллергологический анамнез пациента также был без особенностей. Хирурги были поставлены в известность о возможности развития имплантационного синдрома, однако технические условия операции, на их взгляд, не позволяли обойтись без цементной фиксации эндопротеза. Операция проводилась в условиях спинномозговой анестезии с сохраненным спонтанным дыханием. Артериальное давление на введение местного анестетика снизилось со 140/90 мм ртутного столба до 120/80 (что является нормальной величиной для данного метода обезболивания). Число сердечных сокращений не изменялось и было около 80 в 1 минуту. Мониторировался также показатель пульсоксиметрии - SaO₂, который составлял 98-100%. По техническим особенностям операции потребовалось введение костного цемента в рассверленный канал бедренной кости. Учитывая неблагоприятные данные лабораторного обследования, была использована всего 1 порция цемента. Однако через 10 минут после этого у больного отмечен кашель, одышка до 24 в 1 минуту, снижение SaO₂ до 86%, гипотония до 80/40 мм рт. ст. Число сердечных сокращений 90 в 1 мин. Рентгенография легких, выполненная на операционном столе, выявила инфильтрацию нижней доли левого легкого (см. чертеж). При электрокардиографическом исследовании признаки, свидетельствующие о тромбоэмболии в малом круге кровообращения, не выявлены. При лабораторном обследование данных за жировую гиперлипидемию не получено. Это в совокупности с результатами электрокардиографии и рентгенологического обследования легких свидетельствовало, что в генезе возникшего осложнения основную роль сыграло токсическое влияние ММА. В связи с развитием имплантационного синдрома операцию эндопротезирования второго сустава решено отложить. Возникшее осложнение потребовало лечения в палате интенсивной терапии в течение 6 суток.

27.04.99 г. больному было произведено эндопротезирование второго тазобедренного сустава также в условиях спинномозговой анестезии с сохраненным спонтанным дыханием. Ввиду неблагоприятной прогностической пробы (см. выше) костный цемент не применялся. Осложнений операции и послеоперационного периода не было. Выписан в удовлетворительном состоянии на амбулаторное лечение 21.05.99 г.

К настоящему времени способ прошел апробацию на 26 больных с положительным результатом.

Основным достоинством его перед методами обычного лабораторного обследования является то, что он впервые в дооперационном периоде дает возможность выявлять риск развития имплантационного синдрома, что позволяет вносить коррективы в план хирургического лечения пациента.

Способ разработан в РНИИТО им. P.P. Вредена. Прошел этап исследований in vitro, после чего апробирован в клинике на 26 больных с положительным результатом.

Литература:
1. Learned D.W., Hantler Ch.B. Lethal progression of heart block after prosthesis cementing with methyl- methacrylate//Anesthesiol.-1992.-V.77.-N5. -P. 1044-1046.

2. Ляпков Б. Г., Ткачук Е.Н. Тканевая гипоксия: клинико-биохимические аспекты//Пробл. мед. хим.-1995.-T42.-N2.-C.2-8.

3. Dahl О.Е. Cardiorespiratory and vascular disfunc tion related to major reconstructive orthopedic surgery// Acta Orthop. Scand.- 1997.-V. 68. -N6.- P. 607-614.

4. Смирнов А. В. , Криворучко Б.И. Антигипоксанты в неотложной медицине//Анестезиол. и реаниматол.- 1998.-N2.-С. 50-55.

5. Dahl О.Е., Garvic L., Lyberg T. Toxic effects of methylmethacrylate monomer on leucocytes and endothelial cells in vitro// Acta Orthop. Scand.- 1994.- V65.-N4. -P. 147-153.

6. Vale F.M., Castro M., Monteiro J. et al. Acrylic bone cement induces the production of free radicals by cultured human fibroblasts// Biomateriais.-1997.- V. 18.- N 16.-P. 1133-1135.

7. Ивков В.Г., Берестовский Г.Н. Липидный биослой биологических мембран. -М: "Медицина", 1982.-С. 224.

8. Михайлович В. А., Марусанов В.Е., Бичун А.Б., Даманская И.А. Проницаемость эритроцитарных мембран и сорбционная способность эритроцитов - оптимальные критерии тяжести эндогенной интоксикации // Анестезиол. и реаниматол. -1993.-N5.-С. 66-69.

9. Колмаков В.Н., Потылчанский А. С., Белозерова Л. Н.Современные методы исследования судебно-медицинских аспектов. -Рига, 1979.-N2. -С. 55-57.

10. Романчук Л.А., Фактор Э.А., Журавков В.И. Определение биохимических показателей перекисного окисления липидов и состояния антиоксидантной системы в организме спортсменов. - С.-Петербург, 1997, 31 с.

Формула изобретения

Способ прогнозирования имплантационного синдрома при цементном эндопротезировании суставов, отличающийся тем, что у больного перед эндопротезированием берут 0,3 мл венозной крови, центрифугируют ее, к осадку добавляют буфер с pH 7,2 - 7,4 до 1,5 мл, делят полученную взвесь на 5 равных частей, после чего добавляют к первой - 0,3 мл 2,2%-ного раствора перекиси водорода, к второй - 48 мкл 1%-ного раствора метилметакрилата, к третьей - 96 мкл 1%-ного раствора метилметакрилата, затем все пробы инкубируют при 37^oC в течение 1 ч, за 10 мин до окончания инкубации в пятую пробу добавляют 4%-ный раствор сапонина до полного гемолиза эритроцитов, пробы центрифугируют и полученную надосадочную жидкость фотометрируют при λ = 414 нм, затем вычисляют процентное содержание A гемолизированных эритроцитов в первых трех пробах по формуле

где a - средняя экстинция 1-й, 2-й и 3-й проб;
b - экстинция 5-й пробы;
c - экстинция 4-й пробы,
и если A1 < 4,1%, A2 < 1,6%, A3 < 2,5% прогноз считают благоприятным, а если A1 > 5,1%, A2 > 2,2%, A3 > 6% - неблагоприятным, при промежуточных значениях A1, A2 и A3 больного относят к группе риска.

РИСУНКИ

Рисунок 1