Способ лечения замедленной консолидации, несрастающихся переломов трубчатых костей

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для замедленной консолидации несрастающихся переломов трубчатых костей. Для этого используют имплантаты с кальций-фосфатным покрытием (КФП), сформированным из кальций-фосфатных глобул диаметром 0,8-150 мкм и состоящим из сферолитоподобных кристаллов, образующих макрорельеф поверхности покрытия с размером пор в диапазоне, равном 5-100 мкм. При этом используемое КФП характеризуется пористостью 50-60%, толщиной 10-40 мкм. Состав КФП включает, об. %: гидроксиапатит - 66-72, титан - 1,3-1,8, двуокись титана - 2,0-2,4, остальное - аморфная фаза. Аморфная фаза КФП состоит, по крайней мере, из одного соединения, выбранного из группы, включающей дигидрофосфаты кальция, гидрофосфаты кальция, титанат кальция, двойной фосфат титана-кальция. Способ обеспечивает стабильную напряженную фиксацию отломков костей и прочную фиксацию импланта и кости, полноценное кровоснабжение и функциональную нагрузку, высокую способность интеграции импланта при минимизации отрицательной реакции организма на чужеродное тело. 3 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано при лечении переломов трубчатых костей у пациентов с замедленной консолидацией.

Несрастающиеся переломы, или переломы с замедленной консолидацией, при которых нет выраженных клинических и рентгенологических признаков сращения отломков костей в максимальные сроки, являются проблемой в травматологии. Симптомами переломов с замедленной консолидацией являются умеренная боль и подвижность на месте бывшего перелома (подвижность может отсутствовать на двукостном сегменте); больной с большим трудом поднимает конечность, не может на нее наступать. На рентгенограмме обнаруживается щель между отломками, костная мозоль отсутствует или слабо выражена. Костномозговые каналы остаются еще открытыми, а концы отломков не атрофированы.

Известен способ закрытого интрамедуллярного остеосинтеза большеберцовой кости, при котором проксимальный и дистальный ее отломки соединяют между собой металлическим штифтом, который вводится в костномозговой канал, а затем блокируется винтами (Методические рекомендации по неотложной травматологии: методические рекомендации. Москва, НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского, 2000, С. 166-175). Винты проводятся через дополнительные кожные разрезы в отверстия, просверленные в кости в области проекций дистальных и проксимальных отверстий штифта. При замедленной консолидации перелома выполняют операцию динамизации. Она заключается в удалении статических блокирующих винтов, при этом создается динамическая компрессия костных отломков под действием дозированной нагрузки на конечность при ходьбе, что способствует консолидации перелома. После клинического и рентгенологического срастания перелома выполняют операцию удаления фиксатора. Она заключается в последовательном удалении блокирующих винтов и штифта. В случае перелома блокирующих винтов либо ограничиваются удалением их головок, либо удаляют сломанные хвостовики винтов, высверливая их из кости.

Недостатками данного способа является, во-первых, то, что в случае замедленной консолидации перелома для создания более плотного контакта между костными отломками необходимо выполнять операцию динамизации, во-вторых, то, что в ряде случаев происходит перелом блокирующих винтов, что может привести к увеличению травматичности операции по удалению фиксатора, и, в-третьих, при удалении блокирующих винтов в костной ткани остаются отверстия, которые ослабляют кость, что может привести к ее повторному перелому в области винтовых отверстий. Эта опасность увеличивается при высверливании сломанных блокирующих винтов.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ лечения замедленной консолидации, несрастающихся переломов, ложных суставов трубчатых костей конечностей путем проведения имплантатов и наложения аппарата внешней фиксации, при котором проводят остеоиндуктивные имплантаты проксимальнее зоны патологического очага или проксимальнее и дистальнее зоны патологического очага (RU, патент №2189193, А61В 17/56, Опубл. 20.09.2002 г.). Штифты из титана марки ВТ-16 длиной 16 мм и диаметром 2 мм с биоинертным анодно-оксидным и остеоиндуктивным кальций-фосфатным покрытиями вводили в интактную бедренную кость интрамедуллярно пяти и шести кроликам соответственно. 32 пациентам с замедленной консолидацией и несрастающимися переломами, ложными суставами длинных костей осуществляли чрескостный остеосинтез спице-стержневым АВФ. При этом остеоиндуктивные имплантаты проводили в зоне патологического очага. После удаления имплантатов оценивали минеральную плотность стенки их каналов. Результаты показали, что остеоиндуктивные имплантаты с кальций-фосфатным покрытием достоверно увеличивают минеральную плотность костной ткани по сравнению с биоинертными имплантатами у здоровых кроликов и пациентов с патологией репарации костной ткани. При этом отмечается значительная область минерализации кости вокруг канала остеоиндуктивного имплантата. Насыщение костной ткани минералами ускоряет на 25-30% сращение костей по сравнению с группой пациентов, получавших лечение биоинертными имплантатами. Так, в контрольной группе лечение составляло 4,5 месяцев, по предложенному способу - 2,5-3,5 месяцев.

Однако недостатком данного способа является, прежде всего, то, что время действия биоактивного покрытия до полной потери эффекта насыщения минералами костной ткани составило в среднем 2 месяца, что оказывается недостаточным для лечения замедленной консолидации и несрастающихся переломов. Поэтому по окончании действия биоактивного покрытия приходится использовать либо средства дополнительной стимуляции костной регенерации, либо менять имплантаты на новые.

В основу изобретения положена задача, заключающаяся в разработке способа лечения замедленной консолидации, несрастающихся переломов трубчатых костей, обеспечивающего стабильную и напряженную фиксацию отломков костей, стимуляцию репаративного остеогенеза на протяжении длительного срока.

При этом техническим результатом является сокращение сроков лечения, исключение необходимости выполнения операции динамизации; снижение травматичности при проведении замены имплантатов.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе лечения замедленной консолидации, несрастающихся переломов трубчатых костей путем использования имплантатов с кальций-фосфатным покрытием в качестве последнего используют покрытие пористостью 50-60%, толщиной 10-40 мкм и имеющее следующий состав, об.%: гидроксиапатит - 66-72, титан - 1,3-1,8, двуокись титана - 2,0-2,4, остальное - аморфная фаза, состоящая по крайней мере из одного соединения, выбранного из группы, включающей дигидрофосфаты кальция, гидрофосфаты кальция, титанат кальция, двойной фосфат титана-кальция.

В качестве кальций-фосфатного покрытия может быть использовано покрытие, сформированное из кальций-фосфатных глобул диаметром 0,8-150 мкм и состоящее из сферолитоподобных кристаллов, образующих макрорельеф поверхности покрытия с размером пор в диапазоне, равном 5-100 мкм.

Благодаря использованию кальций-фосфатного покрытия пористостью 50-60%, толщиной 10-40 мкм и имеющего следующий состав, об.%: гидроксиапатит - 66-72, титан - 1,3-1,8, двуокись титана - 2,0-2,4, остальное - аморфная фаза, состоящая по крайней мере из одного соединения, выбранного из группы, включающей дигидрофосфаты кальция, гидрофосфаты кальция, титанат кальция, двойной фосфат титана-кальция, обеспечивается стабильная и напряженная фиксация отломков костей, стимуляция репаративного остеогенеза на протяжении длительного срока.

Благодаря составу покрытия организм насыщается необходимыми микроэлементами для регенерации костной ткани, а благодаря оптимальной толщине покрытия поддержание необходимого количества микроэлементов в более длительные сроки создает благоприятные условия для наиболее полноценной регенерации костной ткани. Регуляция метаболизма костной ткани осуществляется сложным взаимодействием множества факторов, обеспечивающих строгое соответствие непрерывно протекающих процессов синтеза и резорбции. Нарушение в любом звене регуляции может сопровождаться расстройством процессов ремоделирования и прогрессирующей убылью костной массы. Использование изделий внутренней и внешней фиксации для остеосинтеза с кальций-фосфатными покрытиями заданной толщины и оптимизированными физико-химическими характеристиками оказывает позитивное действие на репаративную регенерацию костной ткани в ответ на повреждение, за счет повышения содержания кальция в крови в необходимые сроки, а именно на протяжении 4 месяцев после операции. Более того, возможность модификации покрытия по заданным параметрам дает возможность персонализированного подхода к каждому конкретному пациенту и позволяет стимулировать метаболизм костной ткани на необходимом уровне для каждого пациента. Имплантаты с кальций-фосфатным покрытием предложенного состава обеспечивают стабильность фиксации костных отломков, полноценное кровоснабжение, функциональную нагрузку, что приводит к уменьшению сроков регенерации костной ткани в области перелома. Кальций-фосфатные покрытия предложенного состава, кроме того, что обеспечивают прочную фиксацию имплантата и кости и минимизируют отрицательную реакцию организма на чужеродное тело, выступают в качестве барьера между металлом и средой, препятствуя отравлению организма ионами металла.

Использование покрытия, сформированного из кальций-фосфатных глобул диаметром 0,8-150 мкм и состоящего из сферолитоподобных кристаллов, образующих макрорельеф поверхности покрытия с размером пор в диапазоне, равном 5-100 мкм, активизирует прорастание костной ткани в поры.

При таком диаметре кальций-фосфатных глобул значительно повышается пористость поверхности и общая площадь соприкосновения изделия с окружающими тканями. Именно это определяет скорость проникновения биологических жидкостей и биодеградацию покрытия и это является важным элементом, определяющим высокую скорость заселения имплантата костными клетками.

Способ лечения замедленной консолидации, несрастающихся переломов трубчатых костей осуществляется следующим образом.

Для получения имплантатов с биоактивным кальций-фосфатным покрытием предложенного состава, позволяющим достаточно долго поддерживать высокий уровень минерализации и факторов, стимулирующих репаративный остеогенез, производится подготовка поверхности имплантата порошком карбида кремния с последующим ее обезжириванием. Нанесение биоактивного кальций-фосфатного покрытия осуществляется методом микродугового оксидирования в водном растворе электролита на основе ортофосфорной кислоты, биологического гидроксиапатита и фосфата магния следующего состава, мас. %: ортофосфорная кислота 7-15, гидроксиапатит 5-15, фосфат магния 2-8. В результате этого получалось покрытие следующего состава, об.%: гидроксиапатит Ca₅(PO₄)₃(OH) - 66-72, титан - 1,3-1,8, двуокись титана TiO₂ - 2,0-2,4, остальное представлено аморфной фазой. В состав аморфной фазы входит по крайней мере одно соединение, выбранное из группы, включающей дигидрофосфаты кальция CaH(PO₄)₂, гидрофосфаты кальция Ca₂H(PO₄), титанат кальция CaTiO₃, двойной фосфат титана-кальция CaTi₄(PO₄)₆. Для получения кальций-фосфатного покрытия используется биологический гидроксиапатит, который по своим химическим и биологическим свойствам сходен с минеральной фазой человеческой кости.

Состав и соотношение соединений аморфной фазы каждый раз определяется выбором параметров формирования покрытия в зависимости от конкретной задачи, возникающей при использовании того или иного имплантата. В результате формируется покрытие с заданными характеристиками и соответственно аморфная фаза определенного состава.

Кроме того, сформированное на поверхности имплантата покрытие обладает необходимой для лечения замедленной консолидации или несрастающихся переломов толщиной 10-40 мкм и пористостью 50-60%. Кальций-фосфатное покрытие формируется из кальций-фосфатных глобул диаметром 0,8-150 мкм и состоит из сферолитоподобных кристаллов, образующих макрорельеф поверхности покрытия с размером пор в диапазоне, равном 5-100 мкм. Изолированные поры локализуются в сферолитах, сквозные поры располагаются на границах сферолитов. Изменение рельефа материала в данном случае увеличивает клеточную адгезию и способствует более высокой пролиферации фибробластов.

Для лечения замедленной консолидации, несрастающихся переломов трубчатых костей имплантаты с биоактивным кальций-фосфатным покрытием подбираются в соответствии с предварительными данными рентгенологического исследования области перелома. Операции металлоостеосинтеза проводятся по стандартным методикам для накостного остеосинтеза с применением пластин DSP, LSP и для внутрикостного остеосинтеза с применением штифтов или спиц.

Благодаря модификации состава покрытия и его поверхности, созданию оптимальной толщины покрытия имплантаты обладают высокой способностью к интеграции с костной тканью. При их взаимодействии происходит высвобождение в окружающую среду биологически активных ионов, прежде всего ионов Ca²⁺ и фосфатов, которые используются организмом для образования на поверхности имплантата микрокристаллов биологического апатита, что в свою очередь приводит к построению новой функциональной системы имплантат-кость, причем этот процесс происходит в течение необходимых для регенерации костной ткани 4 месяцев. При помещении имплантата с кальций-фосфатным покрытием в костную ткань остеогенные клетки начинают мигрировать по их поверхности, постепенно заселяя всю свободную территорию. При этом, как правило, костная ткань разрастается не только по поверхности кальций-фосфатного покрытия, но и внедряется за счет остеокластического ремоделирования внутрь кальций-фосфатного покрытия, а также образует своеобразную муфту вокруг имплантата.

Клиническая практика показала, что в динамике остеосинтеза кальций-фосфатное покрытие данного состава способствует насыщению периферической крови кальцием и торможению резорбции костей, зафиксированному по уровню CrossLaps. При этом происходят качественные изменения системного метаболизма костной ткани, подтвержденные биохимическими исследованиями.

Проведенные медицинские испытания позволили выделить ряд преимуществ при применении вышеописанного оперативного вмешательства в комбинации с использованием изделий внутренней и внешней фиксации для остеосинтеза с кальций-фосфатным покрытием предложенного состава:

1. Остеосинтез костной ткани с применением во время операции изделий обеспечивает оптимальные условия и наилучшие перспективы для восстановления кости после операции, увеличивает надежность фиксации костных отломков. Применение изделий во время остеосинтеза обеспечивает максимальную стабильность области перелома, снижает частоту осложнений, связанных с несращением или формированием ложных суставов.

2. Применение изделий с кальций-фосфатным покрытием имеет ряд преимуществ, связанных с их большим сродством по составу с костной тканью, обеспечивая максимальную площадь соприкосновения костной ткани с изделием. Благодаря составу и толщине покрытия обеспечивает насыщение организма микроэлементами и, особенно, кальцием, необходимых для репарации костной ткани в необходимые сроки с последующим восстановлением целостности кости.

Способ лечения замедленной консолидации, несрастающихся переломов трубчатых костей подтверждается следующими конкретными примерами.

Пример 1. В отделение травматологии и ортопедии межрегионального ортопедического центра поступил пациент С., 54 г. Диагноз до операции: Закрытый винтообразный перелом нижней трети правой большеберцовой кости, верхней трети малой берцовой кости, с угловой деформацией, со смещением костных отломков. По результатам биохимического исследования крови были выявлены признаки остеопении. Принято решение во время остеосинтеза применить имплантат - пластину с кальций-фосфатным покрытием толщиной 30 мкм, пористостью 60% с высоким содержанием гидроксиапатита Са₅(PO₄)₃(ОН), равным 70 об. %. Была проведена открытая репозиция, металлоостеосинтез нижней трети правой большеберцовой кости, пластиной с угловой стабильностью, с биоактивным покрытием следующего состава об. %: гидроксиапатит Са₅(PO₄)₃(ОН) - 70, титан - 1,3, двуокись титана TiO₂ - 2,0, аморфная фаза - 26,7. Аморфная фаза была представлена дигидрофосфатами кальция, гидрофосфатами кальция, титанатом кальция в равных соотношениях. Сформированное на поверхности имплантата покрытие состояло из сферолитоподобных кристаллов, образующих макрорельеф поверхности покрытия с размером пор в диапазоне, равном 5-100 мкм.

Описание операции

Выполнен линейный разрез в нижней трети правой голени до 15 см. Тупо и остро выделено место перелома. При осмотре определяется косой, винтообразный, перелом нижней трети правой большеберцовой кости. Костные отломки проксимальный и дистальный зачищены, сопоставлены, закреплены. Костные отломки зафиксированы с помощью пластины с угловой стабильностью, с биоактивным покрытием, зафиксирована шестью блокируемыми шурупами.

Репаративная регенерация костной ткани в послеоперационный период сопровождалась повышением в периферической крови маркеров костеобразования (остеокальцин, кальций), показателя резорбции костной ткани (CrossLaps) (табл. 1). Также было выявлено, что показатели минерального обмена в крови имеют тенденцию к увеличению (табл. 1) их уровня в организме, что необходимо для адекватной регенерации костной ткани.

Результаты исследования с помощью рентгеновской компьютерной томографии также подтвердили эффективность использования изделий для внутренней и внешней фиксации для остеосинтеза с биоактивными покрытиями для сокращения сроков регенерации и восстановления целостности костной ткани в месте перелома. Уже через 1 месяц определяются признаки эндостального костеобразования в виде нечеткости края отломков. Оптическая плотность в области перелома увеличена, что достоверно определяется при денситометрическом анализе показателей плотности костной ткани в области дефекта и в смежных участках большеберцовой кости (фиг. 1, Пациент С, 1 мес. после операции).

Пример 2. В межрегиональный ортопедический центр поступила пациентка К., 45 лет, с диагнозом ложный сустав средней трети левой ключицы. В результате биохимического исследования признаков остеопении выявлено не было. Была проведена открытая репозиция, металлоостеосинтез средней трети левой ключицы. Костная аутопластика из гребня подвздошной кости. Удалена металлоконструкция, выделен проксимальный и дистальный конец ключицы из рубцов. Края дистального и проксимального отломков зачищены, вскрыт костно-мозговой канал. Выявлен костный дефект 5×1,5 см.

Проведена костная аутопластика дефекта левой ключицы, выполнены открытая репозиция костных отломков с последующей фиксацией блокируемой титановой пластины с биоактивным покрытием толщиной 20 мкм, пористостью 55%, следующего состава, об. %: гидроксиапатит Са₅(PO₄)₃(ОН) - 67, титан - 1,5, двуокись титана TiO₂ -2,1, аморфная фаза -29,4, представленная дигидрофосфатами кальция, титанатом кальция, двойным фосфатом титана-кальция в равных соотношениях, макрорельеф поверхности покрытия с размером пор в диапазоне, равном 5-100 мкм, с последующей фиксацией семью шурупами.

При анализе биохимических показателей крови были выявлены изменения, аналогичные таковым в первом случае (табл. 2).

Результаты исследования с помощью рентгеновской компьютерной томографии подтверждают не только безопасность использования изделий для внутренней и внешней фиксации для остеосинтеза с кальций-фосфатными покрытиями, но и их эффективность для сокращения сроков регенерации и восстановления целостности костной ткани в месте перелома. На фиг. 2 показан результат фиксации ключицы через 2 мес. после операции.

Пластина с кальций-фосфатным покрытием обеспечивает стабильность фиксации костных отломков, полноценное кровоснабжение, функциональную нагрузку, что приводит к уменьшению сроков регенерации костной ткани в области перелома. На фиг. 3 показано РКТ, реконструкция, 2 мес. после операции МОС левой ключицы. Пластина с кальций-фосфатным покрытием принимает анатомическую форму (фиг. 3), уменьшая травматизацию и раздражение окружающих тканей. В области отломков отсутствует снижение оптической плотности костной ткани. «Островки» более плотных включений указывают на активный процесс восстановления костной ткани.

Способ лечения замедленной консолидации, несрастающихся переломов трубчатых костей путем использования имплантатов с кальций-фосфатным покрытием, отличающийся тем, что в качестве кальций-фосфатного покрытия используют покрытие пористостью 50-60%, толщиной 10-40 мкм и имеющее следующий состав, об. %: гидроксиапатит - 66-72, титан - 1,3-1,8, двуокись титана - 2,0-2,4, остальное - аморфная фаза, состоящая по крайней мере из одного соединения, выбранного из группы, включающей дигидрофосфаты кальция, гидрофосфаты кальция, титанат кальция, двойной фосфат титана-кальция, сформированное из кальций-фосфатных глобул диаметром 0,8-150 мкм и состоящее из сферолитоподобных кристаллов, образующих макрорельеф поверхности покрытия с размером пор в диапазоне, равном 5-100 мкм.