Патоморфологічні особливості відновлення кісткової тканини при застосуванні БІОС

Вступ

Серед причин тривалої тимчасової непрацездатності та первинної інвалідності значна частка припадає на діафізарні переломи, частота та тяжкість яких з кожним роком зростають. Серед діафізарних переломів 1-ше місце посідають переломи гомілки, становлячи 13–21,4% від усіх травм кістково-м’язової системи та 64,3–70% від переломів нижніх кінцівок [1]. На діафізарні переломи великогомілкової кістки припадає 2% всіх переломів гомілки у дорослих із загальною частотою близько 16,9–21,5 на 100 тис. осіб на рік [2, 3]. Діафізарні переломи стегнової кістки становлять 6% від числа всіх переломів кісток, частота переломів — 18,2 на 100 тис. людино-років [4].

Серед найчастіших причин негативних результатів при лікуванні діафізарних переломів виділяють повільну консолідацію і незрощення [5]. У зв’язку з цим триває пошук оптимальних методів остеосинтезу переломів. Останніми роками однією із ефективних методик при лікуванні діафізарних переломів, які використовують у різних країнах світу, є блокуючий інтрамедулярний остеосинтез (БІОС) [6]. Він дає можливість зберегти періостальний кровообіг, забезпечити раціональний перерозподіл навантаження на травмовану кінцівку, відновити вісь і довжину кінцівки.

Однак наступним етапом хірургічного лікування є, як правило, видалення конструкцій, за якими виконували остеосинтез. Видалення імплантатів є однією з найпоширеніших операцій у хірургії кісток та суглобів, на яке припадає до 30% усіх планових ортопедичних процедур. Ця процедура може бути досить травматичною та супроводжуватися розвитком ускладнень, таких як рефрактури, виникнення гематом, пошкодження нервів та судин. Раніше перелічені критерії видалення імплантатів включали злам, міграцію, інфекцію імплантату або просто на прохання пацієнта. Найбільш тяжким ускладненням після використання накісткових пластин у хворих з відкритими переломами є інфекційні ускладнення, які збільшуються після використання інтрамедулярних фіксаторів та становлять 7–85%, а після закритих — 5–23% [7]. Питання щодо необхідності планового видалення імплантатів після загоєння перелому без негативних наслідків є неоднозначним [8–11].

Хоча металофіксатори міцно увійшли в кісткову хірургію і широко використовуються при лікуванні пацієнтів із травматичними пошкодженнями та в ортопедичних операціях [12], поведінка металевого імплантату в живій тканині викликає реакцію на «стороннє тіло», яка залежить від матеріалу, форми та розміру імплантату, реакції кістки та м’яких тканин, тривалості знаходження, а також особливостей організму людини [13, 14]. Важливу роль надають дослідженням з поведінки металевих імплантатів у кістках та навколишніх тканинах, проте є лише поодинокі спостереження тканинної реакції в ділянках розташування металевого фіксуючого пристрою [15–18].

Певний внесок у цю проблему може зробити вивчення особливостей організації тканин навколо імплантату.

Мета дослідження: встановити гістологічні особливості перебудови кісткової тканини при застосуванні БІОС та розглянути особливості відновлення кісткової тканини при статичному, динамічному та компресійному типі блокування.

Об’єкт і методи дослідження

Проведено проспективне дослідження на базах Житомирської обласної лікарні ім. О.Ф. Гербачевського та Інституту ортопедії та травматології НАМН України, з червня 2023 до березня 2024 р. У дослідження включено 50 пацієнтів, які звернулися в лікувальний заклад задля видалення імплантату за бажанням або у разі виникнення ускладнень.

Критеріями включення в дослідження були пацієнти, які звернулися в лікарню з метою консультації щодо вилучення інтрамедулярного блокованого стрижня без ознак порушення та з відсутністю болю.

Критерії виключення: діти та підлітки, пацієнти з патологічним переломом, пацієнти, у яких наявні больовий синдром, порушення розташування імплантату або його злам, незрощення перелому, а також ті, що відмовилися брати участь у дослідженні.

Пацієнти, залучені в дослідження, підписали інформовану згоду. Зібрано анамнез, проведено клінічне та рентгенологічне дослідження. План обстеження затверджено комісією з біоетики при ДУ «Інститут ортопедії та травматології НАМН України» протоколом № 1 від 15.02.2022 р.

Досліджували зрощення перелому та стан тканин у 3 групах пацієнтів після фіксування діафізарних переломів довгих кісток фіксаторами БІОС зі статичним, компресійним та динамічним блокуванням штифта. У дослідження включили 50 пацієнтів різних вікових груп, середній вік 45,7±5,9 року. Через 16,1±3,19 (1,5–32) міс у 40% випадків після клінічного та рентгенологічного підтвердження консолідації перелому фіксатор було видалено. У 2% після консолідації перелому та відсутності скарг показанням до видалення було те, що пацієнт планує продовжити займатися спортом.

Умовно в дослідженні гістологічний матеріал від пацієнтів з різними якостями БІОС розподілено на дві групи — видалення фіксаторів після остеосинтезу до 18 міс та більш 18 міс. Такий розподіл на терміни пов’язаний з рекомендаціями Асоціації остеосинтезу щодо видалення інтрамедулярних фіксаторів до 18 міс [19], однак обґрунтувань у науковій літературі ми не знайшли.

Видалений металевий імплантат досліджували на наявність деформації, зламу, а також на ознаки корозії. Під час проведення операції візуально оцінювали навколишні тканини на наявність металозу.

Гістологічні дослідження

Гістологічний матеріал брали порожнім свердлом з місця зрощення перелому. Доступ проводили по післяопераційному рубцю довжиною до 1 см у проєкції консолідованого перелому під контролем електронно-оптичного перетворювача. Для фіксації переломів довгих кісток використані БІОС з динамічним, статичним та компресійним блокуванням стрижня. Гістологічне дослідження проводили на зразках матеріалу, отриманого в проєкції ділянки перелому, а також на поверхні вилученого фіксатора після хірургічного лікування у двох серіях: до 18 міс та після 18 міс (19–27 міс).

Матеріал, отриманий навколо вилученого імплантату (в 3–6 місцях), фіксували в 10% нейтральному формаліні. Фрагменти кістки декальцинували в 5% розчині мурашиної кислоти. Тканини проводили через парафін. Серійні зрізи товщиною 7–10 мкм отримували на мікротомі «Thermo Scientific HM 325 Manual microtome». Депарафіновані зрізи фарбували гематоксиліном та еозином. Зрізи досліджували та фотографували під мікроскопом «Micros» (Австрія) з виведенням зображення на монітор камерою «DCM 800» (Україна).

Статистична обробка матеріалу

За допомогою програмного забезпечення камери DCM 800 вимірювали площі кісткової та сполучної тканин (об’єктив 20, окуляр 10) у фрагментах тканин, отриманих після видалення фіксатора. Площі виражали у відсотках. Статистичну обробку цифрових даних проводили після оцінки рядів на нормальність. Використовували непараметричний критерій Манна — Уїтні (U) для порівняння середніх значень двох незалежних вибірок, а також для визначення статистичної значущості.

Результати

БІОС зі статичним блокуванням штифта

Загалом при використанні БІОС зі статичним блокуванням штифта отримано клініко-рентгенологічно 50% позитивних результатів, що супроводжувалося видаленням фіксатора внаслідок загоєння перелому.

Стан тканин, розташованих навколо імплантату, до 18 міс після остеосинтезу

При гістологічному дослідженні у фрагментах тканин, які розташовані навколо інтрамедулярних фіксаторів, у ранній термін (1,5 міс) відзначено формування невеликих ділянок грануляційної та сполучної тканин різної зрілості. Прошарки грануляційної тканини включали мережу тонких волокон, поодинокі фібробласти, деякі з них були з пікнотичними ядрами. У грануляційній тканині розташовувалися кровоносні судини з розширеними просвітами. У препаратах наявні ділянки сполучної тканини з неупорядкованими колагеновими волокнами, проміж яких відзначено високу щільність фібробластів. У проєкції перелому виявлено сполучну тканину, остеоїд та кісткові трабекули. Зрілість сполучної тканини та формування кісткової тканини підвищувалися з терміном знаходження фіксатора в кістці. На термін 3 міс серед сполучної тканини розташовувалися кісткові трабекули різної ширини, які мали остеоцити на поверхні. Через 13–18 міс регенерат представлений губчастою та пластинчастою кістковою тканиною з ділянками сполучної тканини. З боку кістковомозкового каналу сформовані прошарки кісткової тканини.

БІОС з динамічним блокуванням штифта

На весь період дослідження хворих у 55% випадків гістологічно підтверджена повна перебудова кісткової тканини в місці перелому.

Дослідження стану тканин після видалення інтрамедулярного стрижня до 18 міс

У фрагментах тканин, що оточували металофіксатор, у ранні терміни (3 міс) виявлено невеликі ділянки сполучної тканини різної щільності з фібробластами, розташованими неупорядковано. На ділянках у сполучній тканині виявлено кісткові трабекули з високою щільністю остеоцитів зі збільшенням терміну находження фіксатора в кістці, навколо фіксатора підвищується щільність кісткової тканини. Регенерат представлено ділянками губчастої та пластинчастої тканини.

БІОС з компресійним блокуванням штифта

Дослідження стану тканин до 18 міс після фіксації перелому

При гістологічному дослідженні матеріалу, отриманого при видаленні фіксатора внаслідок зрощення перелому (9–12 міс), в препаратах виявлені зміни, які були аналогічні таким при використанні БІОС із динамічним блокуванням штифта. Поряд з невеликими ділянками сполучної тканини була наявна в проєкції регенерату щільна пластинчаста кісткова тканина.

Стан тканин, розташованих навколо імплантатів БІОС, після 18 міс знаходження в кістковомозковому каналі

У дослідженні видалення фіксуючих систем БІОС у терміни більше 18 міс виявлено схожі зміни в тканинах, які оточують імплантат. Встановлено фіброзні зміни м’яких тканин. У дослідженні навколо інтрамедулярного фіксатора та гвинтів відзначено ділянки кісткової та щільної сполучної тканини з товстими колагеновими волокнами, поміж якими поодиноко розташовувалися фібробласти. У препаратах з відділу регенерату сформовані ділянки пластинчастої кістки, наявні в крайових відділах мережі кісткових трабекул різної ширини, між якими розташовані невеликі ділянки сполучної тканини. При оцінці кортексу діафізу при застосуванні БІОС виявлено ділянки розшарування матриксу з демаскованими колагеновими волокнами, з порожніми лакунами без остеоцитів або із залишками детриту.

У дослідженні використання різних типів БІОС визначено, що площа кісткової тканини проєкції регенерату вірогідно не відрізнялася в терміни 13–18 міс та після 18 міс (таблиця). При цьому зменшувалася площа сполучної тканини, що свідчить про зрілість регенерату. Однак на ділянках навколо стрижня та гвинтів площа кісткової тканини статистично значуще збільшувалася після 18 міс й зменшувалася площа сполучної тканини.

Таблиця. Кісткова та сполучна тканини в ділянці перелому та навколо інтрамедулярних блокованих стрижнів

Обговорення

Проведене нами дослідження базується на вивченні двох напрямків, пов’язаних із видаленням фіксуючих конструкцій БІОС: оцінки стану регенерату та тканин навколо інтрамедулярно введених стрижня та гвинтів для прогнозування оптимальних термінів видалення БІОС зі статичним, динамічним чи компресійним блокуванням штифта. За основу для дослідження ми взяли рекомендації Асоціації остеосинтезу, в яких зазначено, що найоптимальнішим терміном видалення інтрамедулярних фіксаторів є період до 18 міс після зрощення перелому [19], і розширили наше дослідження із включенням термінів після 18 міс. Після видалення фіксаторів БІОС у разі зрощення перелому за гістологічним дослідженням відмічено формування ділянок фіброзу навколо фіксаторів, щільність яких була вищою в умовах використання БІОС зі статичним блокуванням. Після вилучення імплантатів зі статичним типом блокування доцільно знизити функціональне навантаження кінцівки на період до 1 міс з метою завершення функціональної перебудови кісток у зоні перелому. У цілому формування прошарків сполучної тканини навколо металевих імплантатів відповідає класичному закону гістології «навколо чужорідного тіла в організмі формується фіброзна капсула». Особливістю фіксації є розростання кісткової тканини, яка межує зі сполучною тканиною. Зі збільшеним терміном знаходження фіксатора ділянки кісткової тканини в кістковомозковому каналі зростають. Біоінтеграція та біосумісність імплантатів характеризуються відсутністю запальної реакції на мікрорівні в досліджені терміни в умовах зрощення перелому.

Дослідження щодо стану тканин після видалення БІОС поодинокі. На експериментальній моделі кроликів із відтворенням поперечної остеотомії з подальшою інтрамедулярною фіксацією після розсвердлювання кістковомозкового каналу вивчали загоєння перелому. Утворення кісткового мозоля підтверджено через 2 тиж після операції, а через 2 міс після фіксації не виявлено відмінностей між кінцівками з остеотомією та контралатеральною поверхнею у тварин після проведення біомеханічного дослідження [20]. Отримані дані свідчать, що використання інтрамедулярної фіксації при поперечному переломі діафізу не порушує перебігу регенерації.

Одне з перших досліджень стану тканин проведено у пацієнтів з переломом діафізу стегнової кістки, які лікувалися інтрамедулярним остеосинтезом через 27 (15–44) міс після видалення фіксатора [21]. Використовуючи комп’ютерну томографію, автори виявили зниження щільності кісткових трабекул у виростках стегнової кістки, а також у галузі видалення цвяха. Щільність кісткової тканини у виростках великогомілкової кістки та товщина кортексу в цій ділянці були знижені на 19 і 17% відповідно, порівняно з показниками контрлатеральної кінцівки. Виявлено лише невелике зниження в ділянках діафізу на 4% щільності кортексу та на 7% його товщини. Проведено перехресне лонгітудинальне дослідження мінеральної щільності кістки (МЩК) за допомогою подвійної рентгенівської абсорбціометрії у пацієнтів з переломом діафізу великогомілкової кістки після видалення інтрамедулярного стрижня в середньому через 13 міс [22]. Виявлено, що в проксимальній частині стегнової та великогомілкової кісток кінцівки з переломом МЩК знижено на 3–11% порівняно з контралатеральною поверхнею. При цьому найбільша втрата МЩК (13–21%) виявлена в дистальному відділі великогомілкової кістки. Значне зниження МЩК (5–6%) також виявлено в проксимальному відділі стегнової кістки контралатеральної кінцівки, що опосередковано вказує на те, що непошкоджена кінцівка також може страждати від втрати кісткової маси після травми, тобто після видалення інтрамедулярних стрижнів слід мати на увазі обмеження навантаження.

Таким чином, після видалення фіксаторів БІОС у разі зрощення перелому за гістологічним дослідженням відмічено формування невеликих ділянок фіброзу навколо фіксаторів. Особливістю фіксації БІОС є розростання кісткової тканини навколо гвинтів та штифтів зі збільшенням термінів фіксації (більш 18 міс) та зменшенням площі сполучної тканини. У термін більше 18 міс щільність кісткової тканини навколо металофіксатора зростає, що відображає зарощення імплантату фіброзно-кістковою тканиною і може у разі видалення імплантату призводити до негативних наслідків. Відзначено деструктивні зміни в кортексі, пов’язані з розшаруванням матриксу та загибеллю остеоцитів. Біоінтеграція та біосумісність імплантатів характеризуються відсутністю запальної реакції на мікрорівні в умовах зрощення перелому. У результаті дослідження виявлено, що найбільш оптимальним способом лікування діафізарних переломів кісток нижніх кінцівок є використання БІОС з компресійним типом фіксації в системі кістка — імплантат.

Висновки

Найбільш сприятливим для відновлення кісткової тканини є БІОС з компресійним типом фіксації. Фіксатори після застосування БІОС слід вилучати в термін до 18 міс для профілактики атрофічних змін у кортексі (функціональних змін кісткової тканини).

Список використаної літератури

Надійшла до редакції/Received: 08.10.2024
Прийнято до друку/Accepted: 11.11.2024