Автореферат и диссертация по медицине (14.00.22) на тему:Керамопластика костных дефектов

И 6 од

2 6 АПР 1393

РОССШОШ АКАДЕМШ МВДИЦЖСКИХ НАУК ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАШО-ШЗЭДОВАЗЕДЬОаЙ ИКЯДОТ ТРАВМАТОЛОГИИ И ОРТОПЕДИИ Ш. Н.И.ПРИОРОМ

На правах рукописи

АЛЬ-ХАРАЗИ МОХАМВД АББАС

КЕРАМОПЛАСТША КОСГЩ ДЕЖКГОВ 14.00.22. - Травматология и ортопедия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва 1993

Работа выполнена в Харьковском НИИ ортопедии и травматологии им. проф. Ы.И.Ситенко.

Научный руководитель - доктор медицинских наук,

профессор Г.Х.ГРУНТОВСКШ

Официальные оппоненты - Доктор медицинских наук,

профессор С.Т.ЗАЦЕПИН

кандидат медицинских наук Н.А.ШЕСГЕРНН

Ведущая организация - Российский медицинский университет

29 sy

Защита состоится "_" — Ij'-J3 г. в ' 3 час.

на заседании специализированного Совета u.(774.02.01 в Центральном научно-исследовательском институте травматологии и ортопедии им. H.H. Приорова Лосква, ул. Приорова, 10).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦИГО

Автореферат разослан "/■/" lY_I.'j3 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор медицинских наук

С.С.РОДШКШ

Актуальность проблемы. Операции по поводу радикального удаления опухолей и опухолеподобных образований, диспластических к воспалительных очагов требуют заместительной пластики, позволяющей восстановить анатомическую целостность и прочность костной ткани оперированного сегмента, а также функциональные возможности опорно-двигательного аппарата.

Применение с этой целью аутотрамсплантатов часто невозможно в связи с ограниченностью количества пластического материала, особенно у детей, удлинением и дополнительной травматичиостьга операции. Нередко, во время перестройки пересаженной аутокости, процессы рассасывания превалируют над процессами регенерации, в результате чего происходит рассасывание или образование ложных суставов (Волков М.В. и coaвт., 1969; Ткаченко С.С., 1970; Корж A.A. и соавт., 1973;"-Зацепин С.Т., 1984; Williams P.E., et al. ,1980; Harris W.H., 1990).

Широкое использование аллотрансплантатов, наиболее часто применяемых в настоящее время в клинике, также сопряжено с целым рядом недостатков. Среди основных, это технические и экономические сложности, связанные с забором, стерилизацией, консервацией, транспортировкой трупного материала; значительное снижение механической прочности пересаженной кости в процессе перестройки; возможное нагноение, встречающееся в среднем в 4-10 % случаев (Имамалиев A.C., 1975). В связи с этим в настоящее время проводится интенсивный поиск новых материалов, пригодных для замещения костных дефектов. Разрабатываются и апробируются имплантанты из различных сплавов металлов, пластмасс, керамики, углерода и др. (Сиваш K.M. исоавт,, 1975; ГУдушаури О.Н. и соавт. ,I978;3rr±ng E.J.,Campbell U.B.,1972; Smith b. ,1953; Williams D.ï?.,Eoa£ E.,1973; Higgs R.J. et al;1980).

Проведенные в Харьковском НИК ортопедии и травматологии им. проф. М.й.Ситенко и в Тбилисском центре ортопедии и травма- 3 -

толorии значительные теоретические, экспериментальные исследования и данные клинических наблюдений показали наибольшую целесообразность использования иыплантатов из корундовой керамики дая замещения дефектов костей и костных полостей (Гудушаури О.Н. и соавт., 1981; Корж A.A. и соавт., 1982; Кикачишвили Т.Т., 1984; Грунтовекий Г.Х., 1984).

Керамика имеет высокие физико-механические и диэлектрические свойства, химическую стойкость, биологическую инертность, наиболее совместима с косты> и мягкими тканями. Из нее можно изготавливать изделия, полностью повторяющие анатомическую форму и размеры подлежащих замещению костных дефектов.

В настоящее время, благодаря совместным разработкам ученых Харьковского НИИ ортопедии и травматологии им. проф. М.И.Ситен-ко и Харьковского НИИ огнеупоров, разработаны два вода коруедо-вой керамики - монолитная и пористая, которые оказались пригодными для оетеосинтеза (Грунтовекий Г.Х. и соавт., 1979; Корж A.A. и соавт., 1981, 1985).

Для замещения большинства костных дефектов после удаления опухолевых образований и воспалительных очагов было рекомендовано использовать имплантаты из пористой коруедовой керамики, вокруг которой не образуется соединительнотканной капсулы, а наличие пор в имплангате способствует формированию в них грубово-локнистой соединительной ткани, остеогенных структур из пластинчатой костной ткани, быстрому прорастанию кровеносных сосудов и образованию губчатой костной ткани (Е.Й.Панков и соавт., 1982; Грунтовекий Г.Х., 1988; Hentrich B.L. , 1971; Cameron H.U. , Maobob I., Iäf77; Yoshii S. et al. , 1988).

В то же время первые клинические испытания пористой корундовой керамики показали и рад негативных моментов. В связи с тем, что имплантаты для замещения дефекта изготавливались непо-

- 4 -

средственно в операционной из блока пористой керамики, это могло приводить к разрушению самого имплантата, избыточному расходу исходного материала, возможности быстрой изнашиваемости колющего инструмента.

Наряду с решением вопросов совершенствования методики изготовления имгшантатов наше внимание было привлечено еще и к тому, что образующиеся во время операции, костные дефекты нередко представляют полости с довольно типичными размерами и формой.

Однако данная концепция до настоящего времени не получила ни теоретического, ни экспериментального обоснования, ни клинического осмысления.

В связи с этим весьма актуальным является необходимость в изучении отдаленных результатов керамопластики у больных с костными дефектами с целью повышения эффективности их лечения путем применения керамических пористых имплантатов максимальной готовности.

Задачи исследования:

1. Обосновать рациональные формы и размеры керамических имплантатов, исходя из клинических данных о больных с костными дефектами, а также с помощью метода математического моделирования.

2. Разработать набор имплантатов максимальной готовности для замещения костных дефектов.

3. Разработать способы операций с использованием керамических имплантатов максимальной готовности в клинике.

'±. Изучить отдаленные результаты применения керамических имплантатов для замещения костных дефектов.

материал.и методы исследования. Материалом для решения поставленных задач послужили методы математического моделирования, а также больше после реконструктивно-заместительных операций

- 5 -

с использованием корундовой керамики, результаты лечения которых были исследованы с помощью клинических, рентгенологических и биомеханических методов.

Работа выполнялась на базе клиники и лабораторий Харьковского НИИ ортопедии и травматологии им. проф. М.И.Ситенко.

Научная новизна. Впервые на основе математического анализа разработана концепция о наиболее типичных формах костных дефектов различной этиологии и локализации, что позволило унифицировать размеры и вид имплантатов максимальной готовности из пористой коруадовой керамики.

Практическая значимость работы. Анализ отдаленных результатов кератопластики костных дефектов подтвердил высокую степень адгезивной способности этого материала в условиях имплантации. Разработан набор керамических имплантатов максимальной готовности, позволяющий обеспечить практически все требования заместительной хирургии. Обязательным условием для развития костно-керами-ческой адгезии должно быть плотное защемление имплантатов в костном дефекте максимально по всему периметру дефекта. При защемлении костных дефектов допустима сочетадаая костно-керамическая пластика.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. В результате проведенного математического анализа разработана концепция о„наиболее типичных формах костных дефектов разной этиологии и локализации.

2. Цутем клинического и математического анализа унифицированы размеры и вид имплантата из пористой корундовой керамики, необходимого для замещения костных дефектов.

Апробация работы. По теме диссертации опубликована статья "Керамопласгика дефектов костей" в журнале "Ортопедия, травмато-

логия и протезирование" # 12 (1991); результаты рентгенологической оценка костно-керамической адгезии представлены в материалах республиканской научно-практической конференции по рентгенология (г.Кировоград, 1991); утверждено рационализаторское предложение № II5I от 12.II.91 г. "Способ сочетанного костно-керамичесхого замещения дефекта". Кроме того, по матер жалам диссертации был сделан доклад на втором симпозиуме по керамопластике в ортопедии и травматологии (г.Харьков, 1992).

OfeeM и структура диссертации. Диссертация изложена на 133 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, заключения , выводов, указателя литературы 120 отечественных и 92 зарубежных авторов. Работа иллюстрирована 53 рисунками и 7 таблицами.

Внедрение. йииантаты из пористой корундовой керамики внедрены в лечебные специализированные учреждения Харькова, Москвы, Киева, Екатеринбурга, Донецка, Белгорода, Луганска, Херсона, Симферополя, Кишинева, Ужгорода, Минска, Львова, Гомеля, Луцка, Челябинска.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Биологическая инертность корундовой керамики, великолепная костно-керамическая адгезия, особенно при использовании пористых образцов, позволяет значительно улучшить результаты хирургического лечения целого ряда ортопедических заболеваний. В то же время при выполнении оперативных вмешательств, связанных с замещением костных дефектов, возникало немало проблем. Например, заполнение -полости с неординарными формами представляло определенные трудности в подгонке формы и размеров имплантата, его внедрении и припасовке в полости. Как известно, успех костнопластических операций зависит во многом от того, как плотно и надежно фиксирован транс- 7 -

плантат или имшантат в полости костного дефекта. Поэтому нередко при грубом и насильственном внедрении в полость керамического имплантата, особенно пористого, последний мог раскалываться, в результате чего допускалась возможность миграции имплантата и потеря клинического результата в целом.

Исходя из вышесказанного, нами были выдвинуты общие требования к форме керамических имплантатов:

1. Обеспечение достаточной прочности в зоне соединения "им-плантат-костное вещество" аналогично здоровой костной ткани до момента полного приживления имплантата.

2. Надежность фиксации имплантата, обеспечение неподвижности его в месте установки, наличие фиксирующих поверхностей.

3. Минимальное число поверхностей, требующих доработки при подгонке формы имплантата к форме замещаемого дефекта.

4. «орма поверхностей заготовок имплантатов должна быть технологичной, то есть обеспечивать возможность обработки инструме»-том и оснасткой для их серийного производства на универсальном металлорежущем оборудовании.

В то же время обеспечение несущей способности имплантата на уровне здоровой кости, очевидно, будет обеспечено, если имплан-тат не будет вносить диссонанса в схему нагружения и работы функциональной части костк. Для реализации этого положения нами была использована методика математического моделирования, применимая и к костной ткани, и к корундовой керамике. ¿Известно, что костная ткань носит приспособительный характер. В зависимости от изменения нагрузки на отдельные части тела^мокет изменяться структура кости в целом. Следовательно, структура костной ткани представляет собой динамическую реактивную систему, изменяющуюся в течение всей ^изни человека. В этих изменениях, помимо многочисленных факторов, обусловленных закономерностями роста и развития

- о -

скелета, значительную роль играет приспособленке х различным функциям м механической нагрузке. П.Ф.Лесгафтом (1938) было отпечено, что расположение основных костных балок и трубчатых систем внутреннего строения губчатого вещества соответствует направлениям действия сил сжатия, растяжения, скручивания. Кроме того, в костной ткани он определил силовые линии, которые, будучи перпендикулярными иэжду собой, проецируются на поверхность кости под углом 45°. Совершенно очевидно, что форма иыплантата также должна повторять указанные силовые линии. Для выявления законов направления силовых линий была использована теория пластичности, изучающая напряженное и деформированное состояние твердых тел. В результате проведенного математического анализа статико-динами-ческого состояния костной ткани в различных участках скелета показана их высокая адаптивная способность как к внешним (травма), так и внутренним (воспалительный процесс, опухоли, дистрофические процессы) нагрузкам. Это проявляется формированием допустимо типичных по форме и размерам дегенеративно-деструктивных участков поражения костной ткани (овальные, конусовидные, в воде трапеции, цилиндрические и др.). Все вышеизложенное дало нам основание использовать в заместительной хирургии опорно-двигательного аппарата керамические имплантаты, максимально приближенные своей формой и размерами к костным дефектам.

Под нашим наблюдением находилось 60 больных, которым для замещения костных дефектов применяли имплантаты и зндопротезы из корундовой керамики на основе АЬ^Од. Из этого количества больных наибольшее внимание представляли больные в возрасте от II до 20 лет (20 человек - 33,3 %), то есть такие пациенты, у которых сохранялась еще тенденция к росту скелета. Естественно, что длительное существование костного дефекта, особенно около- или внутрисуставной локализации, могло бы привести к формированию различных

- 9 -

деформаций суставов, выработке больным неблагоприятных, порочных компенсаторных приспособлений для опоры и передвижения.

Наибольшее число костных дефектов у анализируемых больных определялось в нижних конечностях - 40 (66,7 %) и позвоночнике - 16 (26,7 %). Как известно, при костнопластическом замещении дефектов такой локализации требуется надежная внешняя иммобилизация, длительный постельный ражим. Соблюдение этих факторов необходимо для обеспечения оптимальных условий для перестройки костных тканей, особенно аллотрансплантатов. В то же время длительность иммобилизации и постельного режима - это факторы, отрицательное значение которых не требует доказательств.

Костные дефекты у наших больных были результатом, как правило, хирургического лечения тех или иных патологических процессов в костной системе опорно-двигательного аппарата: гигантокле-точные опухоли, кистозные изменения и травмы.

Для объективизации статико-динамических параметров опорно-двигательного аппарата больных были использованы клинико-биоме-ханические исследования. Комплекс биомеханических исследований (до и после хирургического вмешательства) включал: определение объема движений в суставах конечностей, определение функционального состояния мышц, положение проекции общего центра масс (ОЦМ) на площадь опоры, исследование степени опороспособности низших конечностей, подографио. Существенные качественные сдвиги в сторону улучшения функционального состояния опорно-двигательного аппарата после карамопластини в сегментах нижних конечностей можно подтвердить некоторыми сравнительными показателями, проведенными по критерию Стыодента. Например, у больных, оперированных по поводу костных дефектов в области тазобедренных суставов, объем движений до операции был ограничен во фронтальной плоскости в пределах 10-15°, а в саггктальной - 15-20°. Ротационная под- 10 -

ииность была ограничена за счет внутренней ротации в среднем до наружная ротация составляла в среднем 25-30°. После операции подвижность в сустава/увеличилась в среднем на 10° и практически приблизилась к норме. При определении весовых нагрузок у а*ой группы больных обнаружено, что до операции нагрузка на больную конечность составляла 39+1,7 а на здоровую - 61+1,8 %. При этом коэффициент асимметрии бш равен 0,66*0,005. После операции относительная нагрузка на больную конечность составляла 48+0,5 %, на здоровую - 52+1,2 %. Коэффициент асимметрии стал 0,92+0,03 (при норме 0,97).

На основании экспериментальных, клинических, а также математических исследований, проведенных в Харьковском НИИ ортопедии и травматологии им. проф. Й.И.Ситенко, нами было доказано, что непременным условием для нормального течения костно- керамической адгезии является плотное прилегание керамического имплантата к стенкам костного дефекта. С учетом этих требований, а также математических расчетов имплантаты из пористой корундовой керамики заготавливались таких размеров и форм, которые соответствовали бы величине и форме наиболее типичных, образующихся во время операции костных дефектов: овальные, цииивдрические, конусовидные, сферические и др. Однако в повседневной практике оперативного лечения костных дефектов были нередко случаи, когда одного имплантата из керамики было недостаточно. К таким ситуациям мы отнесли следующие: I) нетипичная форма костного дефекта с неровными изгибающимися стенками полости; 2) расположение костного дефекта в участке кости с повышенной статико-динамической нагрузкой (например, шеечно-диафизарный угол); 3) пластика костных дефектов, возникающих после удаления гигантоклеточных опухолей. Исходя из вышесказанного, нами разработана операция совмещенной керамоллаетики с упрочнением опорной части дефекта стержнем из монолитной корувдо-

- II -

вой керамики (рац.предложение № 1151 о® 12.II.91 г.).

Клинический анализ применения корундовой керамики был проведен у 60 больных, оперированных по поводу костных дефектов. Пористая керамика использовалась у 35-ти из них, совмещенная монолитная и пористая керамика - у двух, пористая керамика и аутотрансплантат - у 11-ти больных, 12 пациентам выполнена сочетавшая керамоалло-пластика.

Исходы лечения больных с костными дефектами, у которых во время операции использовались имплантаты из корундовой керамики, проанализированы в сроки от I года до 10 лет и оценивались по трем степеням: хорошие, удовлетворительные к неудовлетворительные. К хорошим относили те результаты операций, после которых наступило полное или с незначительной потерей восстановление функции оперированного сегмента и трудоспособности больного, заполнение костного дефекта пластическим материалом практически по всему объему полости, отсутствие в отдаленном периоде выраженных вторичных дегенеративно-дистрофических изменений в суставах при замещении дефектов около- и внутрисуставной локализации. Из общего числа проанализированных больных (60 человек) хороший результат лечения получен у 53 пациентов (08,3 %). К удовлетворительным исходам были отнесены те больные, у которых в результате адгезии наступило кост-но-керамическое соединение, но в ортопедическом статусе отмечалось частичное нарушение функции оперированной конечности из-за развившейся сгибательной контрактуры в суставе. Такой результат отмечен у 3 бальных (5 %). з 4 больных (6,7 %) результат керамопластики костных дефектов был неудовлетворительный: у 3 пациентов - в связи с нагноением к у одного - из-за миграции керамические импланта-•ты были удалены.

Детальный анализ этих осложнений показал, что у 2 больных нагноение в области операции наступило в результате технических

погрешностей: у одного пациента - от чрезмерного натяжения кожи при закрытии послеоперационной раны, у другого - из-за неправильного выбора позиции имплантата, что привело к его миграции. Поводимому» подвижность имплантата оказывала повреждающее и раздражающее действие на окружающие его ткани, что в конечном итоге и вызвало воспалительную реакцию. У двух других больных изначально были противопоказания к любому виду пластических операций из-за сопутствующей соматической патологии (сахарный диабет и холе-цисто-панкреагиг).

Проведенный анализ результатов использования имплантатов из пористой корундовой керамики при замещении костных дефектов у 60 больных показал следующее. Будучи высокоинертным материалом, корундовая керамика, помещенная в костный дефект, каких-либо специфических реакций со стороны макроорганизма не вызывает. При технически правильном выполнении условий имплантации (плотном и жес-

*

тком прилегании имплантата к максимальной площади дефекта) образуется костно-керамическое соединение, упрочняющееся во времени. Оно начинается через 2-3 недели после операции и заканчивается к 6-7 месяцам. Благодаря этой особенности коруедовой керамики, послеоперационный период у таких больных протекает активно: упрощаются условия и сокращаются сроки иммобилизации оперированного сегмента, разработка движений в суставах конечности возможна уже через 2 недели после операции, допускается нагрузка на оперированную конечность и ходьба в сроки, гораздо меньшие, чем при костнопластическом замещении дефектов. Кроме того, физико-механические свойства пористой корундовой керамики позволяют хирургу имп-лантаты первой готовности доводить до необходимых параметров непосредственно в операционной обычным хирургическим инструментом 'кусачки, долота и др.). Полученные отрицательные результаты кера-мопластики костных дефектов, по нашему мнению, не связаны с физи-

ко-химкческими и механическими свойствами материала.

Таким образом, пористая корундовая керамика, используемая в виде имплантатов первой готовности, является надежным и высоко-зффективнм материалом дня замещения костных дефектов любой этиологии и локализации.

ВЫВОДЫ

1. Наиболее типичные формы и размеры костных дефектов, определенные путем математического моделирования, послужили основанием к разработке имплантатов из корундовой керамики, приближенных по своей форме и размерам к форме костных дефектов.

2. При технически правильном выполнении условий имплантации (плотном и жесткой прилегании имплантата к максимальной площади дефекта) образуется костно-керамическая адгезия, упрочняющаяся во времени.

3. Применение пористой керамики для.замещения дефектов около-и внутрисуставной локализации, благодаря особенностям костно-ке-рамической адгезии, упрощает условия и сокращает сроки иммобилизации оперированного сегмента, разработку движений в суставах конечностей.

4. Способ сочетанной костно-керамкческой пластики является высокоэффективным для обеспечения условий двигательной и надежной фиксации имплантатов в.дефектах со сложной конфигурацией и повышенной статичесной нагрузки.

5. Пористая корундовая керамика, используемая в виде имплантатов первой готовности, а также в сочетании с костными ауто-алло-трансплантатаыи является надежным и высокоэффективным материалом для замещения костных дефектов любой этиологии и локализации, о чем свидетельствуют положительные результаты лечения, полученные

у ост пациентов (93,3 %) из общего числа (60) тематических больных.

6. Полученные отрицательные результаты кератопластики костных дефектов не связаны с физико-химическими и механическими свойствами материала.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕЫЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Результаты рентгенологической оценки костно-керамической адгезии // Тез. докл. респ. науч.-практ. конф. по рентгенологии, г.Кировоград, 10-12 сенг. 1991 г. - Киев, 1991. - С. 27 (в соавторстве с К.Н.Моисеевой).

2. Кератопластика дефектов костей П Ортопедия, травматология и протезкрование. - 1991. - № 12. - С. 38-40 (в соавторстве с Г.Х.Грунтсвским, Н.А.Коржом).

3. Способ сочетанного костно-керамического замещения дефекта: Рационализаторское предложение № 1151 от 12.II.91 г.

4. Кератопластика костных дефектов И Тез. докл. П симпоз. по керамопластике в ортопедии и травматологии. - Харьков, 1992 (в соавторстве с Н.А.Коржом).

Подписано к печати Формат 60x84 1/16, Бумага типографская №1 Печать офсетная. Объем Л п.л. Тир. 100 Зак. Р-355

Отпечатано на ротапринте в Харьковской городской типографии №16 Областного управления по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, Харьков-3, ул. Университетская, 16