91393 (Заміщення дефектів довгих кісток штучними імплантантами на основі вуглецю)

Державна установа “Інститут патології хребта та суглобів

імені професора М.І.Ситенка Академії медичних наук України”

КОМАРОВ Михайло Петрович

УДК 616.71 – 001.5-089.843: 0546.26:612.76

ЗАМІЩЕННЯ ДЕФЕКТІВ ДОВГИХ КІСТОК ШТУЧНИМИ ІМПЛАНТАТАМИ НА ОСНОВІ ВУГЛЕЦЮ

(експериментальне дослідження з клінічною апробацією)

14.01.21 – травматологія та ортопедія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата медичних наук

Харків – 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державній установі “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Ситенка Академії медичних наук України”.

Науковий керівник: доктор медичних наук

ТЯЖЕЛОВ Олексій Алімович

Державна установа “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Ситенка Академії медичних наук України”, завідуючий лабораторією біомеханіки

Офіційні опоненти:

доктор медичних наук, професор ШЕВЧЕНКО Станіслав Дмитрович

Державна установа “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Ситенка Академії медичних наук України”, головний науковий співробітник відділу патології хребта та суглобів дитячого віку

доктор медичних наук, професор ЛОБАНОВ Григорій Вікторович

Донецький національний медичний університет ім. М.Горького МОЗ України, професор кафедри травматології, ортопедії та ВПХ

Захист відбудеться „ 27” червня 2008 р. об 11.30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.607.01 Державної установи “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Ситенка Академії медичних наук України” (61024 м. Харків, вул. Пушкінська, 80).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державної установи “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Ситенка Академії медичних наук України” (61024 м. Харків, вул. Пушкінська, 80)

Автореферат розісланий “ 27 ” травня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, заслужений діяч науки

і техніки України,

доктор медичних наук, професор

В.О.Радченко

Актуальність роботи. Певну проблему сьогодення становить лікування патологічних переломів довгих кісток та заміщення кісткових післярезекційних дефектів у хворих з пухлинними ураженнями скелета. Патологічні переломи кісток кінцівок – часте ускладнення онкологічних захворювань, яке позбавляє пацієнтів можливості вести звичайний спосіб життя, різко порушує його якість. Хоча злоякісні пухлини кісток зустрічаються відносно рідко – 4-6% від усіх онкологічних захворювань людини, за останніми статистичними даними, спостерігається тенденція не тільки до росту відсотка цієї патології, а й до росту відсотка малігнізації первинних доброякісних пухлин (Зацепин С.Т., 2001; Щуровський О.М., 2005). У зв’язку з цим на порядку денному сучасної онкологічної ортопедії гостро стоїть питання про надійне з’єднання кісткових відламків при патологічних переломах кісток кінцівок та заміщення кісткових дефектів після сегментарних резекцій.

Хірургічне видалення патологічного осередку при первинному пухлинному ураженні довгих кісток є одним з головних, а часто єдиним способом збереження життя хворого. Останнім часом для лікування переломів довгих кісток та заміщення післярезекційних дефектів кісток використовують імплантати з металів, полімерів, вуглецю та кальційфосфатних керамік, які мають високу спорідненість з кістковою тканиною, остеокондуктивні та остеоінтеграційні властивості (Берченко Г.Н. із співавт., 1999; Муромцев С.Г. із співавт., 2001; Радченко В.А. із співавт., 2006; Blazewicz M., 2001; Bader R, et al. 2003).

Кісткові дефекти, що лишаються після видалення пухлини, не тільки потребують адекватного заміщення. Імплантати повинні виконувати інші функції. По-перше, це надійне з’єднання кісткових фрагментів, причому надійність цього з’єднання повинна мати значний запас міцності і не може бути втрачена з часом, оскільки імплантати залишаються в організмі людини до кінця життя.

По-друге, це якомога швидше відновлення опороздатності кінцівки, тому що знесиленим хворим після великих травматичних операцій та променевої терапії відновлена опороздатність кінцівки значно покращує якість життя.

По-третє, це питання про біологічну сумісність імплантату. Якщо мова йде про заміщення кісткових дефектів, імплантат повинен знаходитись у тканинах організму людини тривалий час, тому питання про біологічну сумісність та біологічну інертність матеріалу, з якого виготовлено імплантат, стають дуже важливими.

Вуглецеві композитні матеріали давно і ефективно використовуються у медичній практиці, зокрема в ортопедії та травматології. Їх використовують для остеосинтезу при переломах довгих кісток, для пластичного відновлення зв’язок, виготовлення ендопротезів, заміщення невеликих кісткових дефектів тощо (Тяжелов А.А. із співав., 2004; Baker D.et al., 2004; Howling G.I. et al., 2004). Виконано багато досліджень з вивчення можливості ефективнішого використання вуглецевого композиційного матеріалу. Такі дослідження проводилися на культурі остеобластів (Elias K.L. et al., 2002; McKenzie J.L. et al., 2004), також в експерименті на тваринах (Kumar N. et al., 2002; Qiu Y.S. et al., 2002) та у клініці (Зарацян А.К. 1990; Agrillo U., et al., 2002; Stutz N. et al., 2002).

Ці та багато інших досліджень довели, що композиційні матеріали на основі вуглецю є матеріалами біологічно інертними, викликають мінімальну запальну реакцію в оточуючих тканинах і можуть бути використані в якості заглибних імплантатів з тривалим терміном дії.

Складність оперативного лікування патологічних переломів довгих кісток та заміщення великих кісткових дефектів полягає у тому, що сучасними стандартними засобами остеосинтезу не вдається забезпечити головні необхідні вимоги. А саме: стабільність фіксації фрагментів кісток на тривалий строк; можливість раннього функціонального навантаження кінцівки, що дуже важливо для знесилених онкологічних хворих; швидкого відновлення м’язової активності до рівня, що передував операції.

Тому при лікуванні хворих з післярезекційними сегментарними дефектами довгих кісток або з патологічними переломами внаслідок метастазування виникає проблемна ситуація, яку можна сформулювати наступним чином: «заміщення великих дефектів довгих кісток кінцівок після видалення пухлин або при лікуванні патологічних переломів зараз виконується тільки із застосуванням металевих або металокерамічних (металополімерних) імплантатів, які на порядок відрізняються від кісткової тканини за механічними властивостями, строками виготовлення та вартістю кінцевої продукції».

Суттєве покращання результатів лікування хворих з дефектами кісток після видалення пухлин або при лікуванні патологічних переломів можливо шляхом: - розробки нових видів імплантатів для заміщення сегментарних дефектів у вигляді пристроїв для з’єднання кісткових відламків; - вивчення можливостей з’єднання імплантатів з кісткою, дослідження оптимальних видів з’єднання, при необхідності шляхом розробки нових; - розробки технології використання імплантатів нового покоління з заданими параметрами міцності.

Саме на вирішення цих питань спрямовано дане дослідження.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана згідно з планом науково-дослідних робіт Державної установи „Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І.Ситенка Академії медичних наук України” („Розробити нові високотехнологічні способи остеосинтезу та заміщення кісткових дефектів у літніх людей імплантатами на основі корунду та вуглецю”, шифр теми ЦФ.2004.4, держреєстрація №0104U002090. Автор виконав аналіз методик заміщення діафізарних кісткових дефектів; проаналізував різні моделі з’єднання кісткових фрагментів шляхом математичного моделю­вання (з використанням методу кінцевих елементів); дослідив електрохімічні властивості імплантатів з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу, що працюють у гальванопарі з металевими фіксаторами із захисним покриттям; розробив методики та імплантати для заміщення діафізарних дефектів довгої кістки; прийняв участь у гістоморфологічних дослідженнях органів та тканин експериментальних тварин в умовах імплантації вуглецевого матеріалу в різні строки; а також згідно договору про наукову співпрацю з Науково-дослідним інститутом травматології та ортопедії Донецького національного медичного університету ім. М.Горького МОЗ України, який передбачав спільне виконання науково-дослідної роботи “Розробка нових медичних технологій комплексного лікування злоякісних пухлин при ураженнях діафізів довгих кісток”, шифр теми МК 06.04.08, держреєстрація №0105U008707, автор приймав участь у підборі пацієнтів для клінічної апробації розробленої методики заміщення дефектів довгих кісток).

Мета дослідження – покращити можливості лікування хворих з післярезекційними дефектами та патологічними переломами довгих кісток шляхом розробки та експериментального обґрунтування методик заміщення кісткових дефектів штучними імплантатами з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу (ВВКМ).

Завдання дослідження:

1. На основі літературних даних розробити вимоги до моделі з’єднання фрагментів довгої кістки при заміщенні кісткових дефектів та патологічних переломів довгих кісток кінцівок.

2. Вивчити в експерименті вплив вуглецевого матеріалу на кісткову тканину, м’які тканини, що його оточують, та віддалені органи і тканини організму.

3. Розробити зразки імплантатів з ВВКМ для заміщення сегментарних дефектів довгої кістки.

4. Розробити методики заміщення сегментарних дефектів довгої кістки після резекції злоякісних пухлин.

5. На підставі математичного моделювання методом кінцевих елементів провести дослідження якості механічного з’єднання кісткових фрагментів при сегментарних дефектах довгих кісток імплантатами з ВВКМ.

6. Провести клінічну апробацію розроблених методик заміщення кісткових дефектів штучними імплантатами з ВВКМ при сегментарних резекціях довгих кісток.

Об’єкт дослідження: вуглецевий імплантаційний матеріал – як замісник кісткової тканини.

Предмет дослідження:способи з’єднання фрагментів кістки імплантами з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу при сегментарних дефектах; якість з’єднання відламків – характеристики пружно-деформованого стану окремих елементів та зон контакту в системі фіксатор-кістка; електрохімічні властивості вуглецевого композиційного матеріалу та металевих конструкцій для остеосинтезу з захисним покриттям, що утворюють гальванопари; особливості гістологічної картини кісткової тканини та тканин внутрішніх органів при імплантації вуглецевого композиційного матеріалу в експерименті.

Матеріал та методи дослідження. В роботі використані методи: концептуального моделювання з’єднання фрагментів довгих кісток у хворих з сегментарними дефектами; математичного моделювання методом кінцевих елементів способів з’єднання кісткових відламків з використанням різноманітних пристроїв та методик; морфологічного дослідження «реакції» кісткової тканини та віддалених тканин організму на вуглецевий імплантаційний матеріал в експерименті на тваринах; вивчення електрохімічної взаємодії вуглецевого композиційного матеріалу, з якого виготовляли імплантати, і деяких стандартних металевих фіксаторів шляхом визначення електрохімічного потенціалу кожного імплантату та їхньої взаємодії в розчині електроліту, а також ВВКМ та металевих імплантатів із захисним покриттям; клінічного дослідження, що включає клінічне, лабораторне та рентгенологічне передопераційне обстеження хворих з пухлинними ураженнями довгих кісток та післяопераційне динамічне спостереження на етапах лікування.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено модель заміщення сегментарних дефектів довгих кісток у хворих з пухлинними ураженнями скелета. Оригінальна технологія з’єднання кісткових фрагментів, розроблена в рамках даної моделі, теоретично дозволяє забезпечити індивідуальне ендопротезування сегмента довгої кістки із заданими параметрами жорсткості з’єднання кісткових відламків. Конструкція для заміщення сегментарних дефектів являє собою комбінований вуглецевий композиційний імплантат у вигляді внутрішньокісткового стержня того ж діаметра, що і діаметр кістковомозкового каналу, і кортикального «спейсера» - порожнистої трубки з товщиною стінки 4-8 мм, яка має діаметр внутрішнього отвору, що дорівнює діаметру стержня.

В експерименті на тваринах доведено відсутність шкідливого впливу вуглецевого композиційного імплантаційного матеріалу на кісткову тканину в зоні імплантації та на внутрішні органи, чим підтверджено біологічну інертність матеріалу.