CC BY
126
Биологические основы спондилодеза поясничного отдела позвоночника и материалы для его осуществления
Мазуренко А.Н., к.м.н., зав. лабораторией травматических повреждений позвоночника и спинного мозга РНПЦ травматологии и ортопедии, Минск
Космачёва С.М., к.м.н., доцент, зав. лабораторией биологии и генетики стволовых клеток РНПЦ трансфузиологии и медицинских биотехнологий, Минск
Mazurenka A.N.1, Kosmacheva S.M.2
'Republic Scientific-Practical Center of Traumatology and Orthopedics, Minsk 2The Republic Research & Production Center for Transfusiology and Medical Biotechnologies, Minsk
Biology and materials for lumbar spine fusion
Резюме. Спондилодез поясничного отдела позвоночника - технически сложное хирургическое вмешательство. Результат зависит от множества биологических факторов. На сегодняшний момент аутотран-сплантат является наилучшим для осуществления спондилодеза. Предложены различные материалы, воспроизводящие отдельные свойства костной ткани. Оптимальный выбор комбинации материалов для трансплантации усиливает естественные возможности костной ткани позвоночника к формированию сращения, что выражается в положительных клинических результатах. Ключевые слова: поясничный отдел позвоночника, спондилодез.
Summary. Lumbar spine fusion is technically difficutt surgical intervention. The result depends on set of biological factors. For today the autograft is the best for realization spine fusion. The various materials reproducing separate properties of a bone fabric are offered. The optimum choice of a combination of materials for transplantation strengthens natural possibilities of a bone tissue to union formation that is expressed in positive clinical results. Keywords: lumbar spine, fusion.
Операции на поясничном отделе позвоночника составляют почти половину всех выполняемых нейрохирургических вмешательств. Около 4% населения развитых стран будут прооперированы по поводу заболеваний поясничного отдела позвоночника в течение своей жизни [1]. Пациентам с дегенеративными поражениями и деформациями в большинстве случаев требуется консервативное восстановительное лечение. В случае его неэффективности в ряде случаев показано выполнение спондило-деза - оперативного вмешательства, направленного на формирование костного сращения между смежными позвонками, чаще всего с применением костных трансплантатов. Сегодня это одно из самых востребованных хирургических вмешательств, и его использование продолжает расти. Спондилодез обеспечивает клиническое улучшение при данной патологии. К сожалению, частота ложных суставов, определяемых как отсутствие сращения через год после операции, составляет, в зависимости от патологии и используемых методик, до 50%. Поскольку отсутствие сращения - основная
причина неудовлетворительных исходов, применяются комбинированный передний и задний спондилодез. Разрабатываются новые методы операций, материалы и им-плантаты для их осуществления.
На формирование спондилодеза влияет ряд факторов: биомеханические нагрузки, местные и общие биологические условия, методика вмешательства, используемый материал. Для успешного спондилодеза необходимы достаточная площадь поверхности декортициро-ванной кости в ложе устанавливаемого трансплантата, достаточное количество и качество материала трансплантата, ограничение подвижности и хорошее кровоснабжение. Отсутствие одного или нескольких условий увеличивает риск развития ложного сустава. При планировании хирургического вмешательства необходимо учитывать физиологию костной ткани, биомеханику и ряд биологических факторов, влияющих на сращение.
Для поясничного спондилодеза в подавляющем большинстве случаев используются два вида костного материала: аутотрансплантат и аллотрансплан-тат. В настоящее время исследования
направлены поиск искусственных материалов и создание биокомпозитов, способных индуцировать остеогенез.
Кроме местных и общих факторов, влияющих на исход операции спондило-деза, на инкорпорацию трансплантата влияют остеогенность, остеокондуктив-ность и остеоиндуктивность используемого материала (табл. 1).
Остеогенность - способность клеток трансплантата образовывать костную ткань или дифференцироваться в косте-образующие клетки. Лишь свежая ауто-логичная кость и красный костный мозг сохраняют эту способность, тогда как у аллотрансплантатов эта способность отсутствует.
Остеокондуктивность - возможность трансплантата обеспечить врастание кровеносных сосудов и проникновение остеогенных клеток и их предшественников, что обеспечивает постепенное замещение трансплантата костными массами. Остеокондуктивность предполагает существование матрицы, поддерживающей врастание новой кости.
Остеоиндуктивность - способность индуцировать дифференцировку недиф-
Таблица 1 Свойства материала трансплантата
Материал трансплантата Остео-индук-тив-ность Остео-ген-ность Остео-кон-дуктив-ность
Аутотрансплантат + + +
Аллотрансплантат + - +
Костный мозг ? + -
ДКМ + - +
КМБ + - -
Керамика - - +
П р и м е ч а н и е: ДКМ - деминерализованный костный матрикс; КМБ - костные морфогенетические белки.
ференцированных клеток-предшественников в клетки костной ткани. Свойство остеоиндуктивности открыто в 1960-е гг. при изучении свойств ДКМ. ДКМ получается в результате обработки кислотой кортикальной костной ткани. В результате образуется комплекс белков, факторов роста и коллагена. Выпускается ДКМ в виде порошка, гранул, отдельных фрагментов или геля. Выяснилось, что ДКМ вызывает формирование костной ткани в подкожной клетчатке и других тканях [2]. Материал несет остеоиндуктивный потенциал за счет содержания в нем КМБ [3]. ДКМ используется в сочетании с ауто- или аллотрансплантатами. Не обладая структурной целостностью и механической прочностью, при операциях на поясничном отделе позвоночника ДКМ применяется для заполнения свободных пространств между структурным трансплантатом и костным ложем.
Сращение при использовании костных трансплантатов, В отличие от достаточно хорошо изученного сращения трубчатой кости, процессы, происходящие в костном трансплантате при формировании спондилодеза, точно не установлены. В частности, не выяснена роль энхондрального окостенения в превращении костного трансплантата. Во время эксперимента, в котором использовался задний спондилодез аутотрансплантата-ми у кроликов, выявлены различные виды костного сращения. Авторы наблюдали как перепончатый остеогенез (мембра-нозный), так и хрящевой (энхондральный) [4]. В другой лабораторной модели заднего спондилодеза у крыс, изучались особенности процесса сращения при использовании кортикального и губчатого аутотрансплантатов при декортицирован-
ном и недекортицированном ложе трансплантата. Авторы выявили, что вид трансплантата не влиял на формирование вновь образованной костной ткани, тогда как подготовка костного ложа значительно меняла характер костеобразования. На границе трансплантата происходило формирование костной ткани по мем-бранозному типу при декортицированной поверхности и по энхондральному - при недекортицированной [5].
Декортикация ложа трансплантата при операциях на позвоночнике предложена в начале прошлого века [6]. При этом открывается губчатая кость, что положительно влияет на интеграцию трансплантата. Эффект декортикации хорошо доказан, однако его точного объяснения не существует [7]. Предполагается, что мезенхимальные клетки начинают дифференцироваться в хондробласты и остеобласты под стимулирующим влиянием КМБ, тромбоцитарного фактора роста, инсулиноподобного фактора роста, гра-нулоцитарного колониестимулирующего фактора, гранулоцитарно-макрофагаль-ного колониестимулирующего фактора [8], находящихся в ячейках губчатой кости. Превращение трансплантата состоит из двух частично пересекающихся стадий. Сначала наблюдается воспалительный ответ с костной резорбцией, сменяющийся фазой костного роста [9].
Эффективность спондилодеза зависит от успешной инкорпорации материала трансплантата, будь то аллотран-сплантат, аутотрансплантат, губчатая или кортикальная кость, искусственные материалы. В отличие от костных трансплантатов, используемых для заднего спондилодеза, костные трасплантаты, используемые для межтелового спонди-лодеза, имеют большое преимущество, так как располагаются под компрессирующими силами. В соответствии с законом Wolff механическая нагрузка вызывает остеогенный ответ в нагружаемой костной структуре [10]. Это объясняет гораздо лучшие результаты применения аллотрансплантатов для межтелового спондилодеза по сравнению с использованием их для осуществления заднего путем простой укладки [11]. Хотя отмечены как положительные результаты заднего спондилодеза с использованием аллотрансплантатов и 100% частотой спондилодеза при сколиозе [12], так и отрицательные - при заднем межтеловом, с частотой сращения 56% [13].
При использовании губчатого ауто-трансплантата после хирургического вмешательства возникает местная реак-
ция в виде кровоизлияния и воспаления. В течение нескольких дней васкуляриза-ция дает источник мезенхимальных клеток. Остеоиндуктивные протеины, содержащиеся в трансплантате, стимулируют превращение мезенхимальных клеток в остеобласты, начинается образование новой костной ткани. Костные трабекулы обеспечивают возможность врастания капилляров и продвижения остеобластов. Новая костная ткань образуется на тра-бекулах и в течение нескольких недель начинается ремоделирование. Интеграция трансплантата в прилежащую кость хорошо выражена к 6-му месяцу и, как правило, заканчивается через год после операции. Губчатый аллотрансплан-тат интегрируется сходным образом. Но происходит это медленнее вследствие выраженной воспалительной реакции, длящейся до двух недель. Остеокондук-тивность и остеоиндуктивность менее выражены, чем у аутотрансплантата.
Инкорпорация кортикального ауто-трансплантата более длительная, чем губчатого, вследствие плотной структуры. Это ограничивает рост сосудов. Их врастание происходит после работы остеокластов. Вначале это приводит к механическому ослаблению трансплантата, так как рассасывание быстрее образования новой кости. В итоге перестройка трансплантата обычно приводит к формированию сращения. Через год на рентгенограммах можно увидеть остатки кортикальной кости трансплантата среди вновь образованной костной ткани. Ремоделирование происходит в ответ на давление и растяжение, что приводит к перестройке трансплантата. Кортикальный аллотрансплантат перестраивается подобно кортикальному аутотрансплан-тату. Однако, как и в случае губчатого аллотрансплантата, наблюдается выраженный воспалительный ответ. Ремо-делирование тормозится ограниченным врастанием сосудов. Иногда происходят микропереломы. Слабая реваскуляриза-ция ведет к разрушению трансплантата до наступления его перестройки. У кортикального трансплантата гораздо больше шансов перестроиться при расположении под осевой нагрузкой, чем при заднем спондилодезе.
Осуществление межтелового спонди-лодеза требует механической прочности трансплантата. По этой причине для разных сегментов позвоночника требуется различное количество механически прочной кортикальной кости. С другой стороны, кортикальная кость меньше подходит, чем губчатая, для достижения успешного
сращения. Остеоциты и остеобласты в кортикальной кости находятся в компактном матриксе и, когда трансплантат после взятия лишается питающих сосудов, получают меньше питательных веществ, чем в губчатой кости, соответственно, их выживаемость при трансплантации ниже. Более того, в плотную кортикальную кость хуже врастают сосуды, медленнее происходит перестройка, снижая вероятность наступления сращения. Учитывая вышесказанное, биологически и механически приемлемым для межтелового спондилодеза является кортикально-губ-чатый трансплантат.
При гомологичной пересадке костной ткани большую роль играет тканевая несовместимость. Следует различать антигенность собственно костной ткани и антигенность тканей, расположенных в кости как органе: сосуды и красный костный мозг. Компактная кость состоит практически только из костного вещества и небольшого количества сосудистой ткани. Губчатая кость содержит большое количество костного мозга, обладающего выраженными антигенными свойствами. Специфические антитела при гомотран-сплантации кости не были выявлены. Однако в эксперименте на животных было показано, что костный гомотрансплантат сенсибилизирует организм к последующим пересадкам от того же донора. А в регионарных лимфоузлах появляются им-муноспецифические клетки [14-16]. При пересадке компактной кости подобные изменения наблюдаются в значительно меньшей степени. При экспериментальной пересадке кортикального аллотран-сплантата у реципиентов не выявлено антиэритроцитарных антител, состояния сенсибилизации, изменения лейкоцитарной формулы, сдвига белковых фракций. Сделан вывод, что кортикальная кость - слабый антигенный раздражитель, не вызывающий в организме реципиента достоверных иммунобиологических сдвигов [17]. Поэтому считается, что костный мозг обладает антигенными свойствами, а антигенная активность собственно костной ткани незначительная. В самом трансплантате отмечается лизис остеоцитов. Это общее явление для всех костных трансплантатов.
Изменения трансплантата могут быть различны [14]: трансплантат постепенно замещается новообразованной костной тканью; трансплантат частично или полностью рассасывается без замещения костной тканью реципиента; трансплантат не рассасывается и не замещается новообразованной костной тканью и
существует как эндопротез. Небольшие фрагменты пересаженной костной ткани могут полностью замещаться вновь образованной. В крупных трансплантатах, особенно кортикальных, часто сохраняются его остатки. Гистологически эти участки характеризуются отсутствием остеоцитов. Рентгенологически описываются как «химеры» - хорошо различимые участки высокой плотности. Таким образом, параллельно рассасыванию происходит замещение трансплантата новообразованной костной тканью. В англоязычной литературе используется термин «creeping substitution» (переводится как «крадущееся, ползучее замещение»). Образования новой кости идет из ложа реципиента путем прорастания в сосудистые каналы трансплантата.
Процессы замещения трансплантата и перестройка вновь образованной костной ткани - разные процессами. При физиологической перестройке рассасывание и образование костного вещества происходят в самой кости из ее же элементов. Трансплантат рассасывается и замещается новой костной тканью из ткани реципиента: сам трансплантат не может перестроиться. Из ткани ложа должно вначале произойти образование регенерата, для которого аллотрансплан-тат служит лишь каркасом, матрицей. Позже в соответствии с функциональной нагрузкой перестраивается регенерат, новая костная ткань. Трансплантат лишь рассасывается, не участвуя в функциональной перестройке. Образующаяся костная ткань всегда подвергается перестройке, так как строение трансплантата не соответствует особенностям нагрузки в месте его установки. Должна образоваться новая ткань со строением, соответствующим местным особенностям нагрузки. В этой связи важным является степень замещения трансплантата. Если трансплантат не заместился, в месте пересадки существует значительный его объем, может произойти его перелом. Это обусловлено тем, что возможности кости как опорной структуры зависят не только от исходной прочности, но и от внутренней структуры, соответствующей линиям локальной нагрузки. Также неблагоприятные условия в плане механической прочности оперированного сегмента возникают и в случае рассасывания трансплантата без замещения новообразованной костной тканью.
Таким образом, наилучшим вариантом для успешного достижения спонди-лодеза является вариант, когда трансплантат подвергается рассасыванию
с одновременной замещением вновь образованной костной тканью. Как уже указывалось, эти процессы оптимально сочетаются при использовании ауто-трансплантата. По ряду причин, замещение аллотрансплантата костной тканью реципиента в месте установки происходит значительно медленнее. Однако по количеству возможного используемого материала два вида костной ткани не могут сравниться. В связи с этим следует отметить значение размеров трансплантата. Источником образования костной ткани служит регенерирующая сосудистая сеть, врастающая в костные каналы трансплантата. Вместе с сосудами проникает околососудистая ткань, являющаяся источником новой костной ткани, замещающей трансплантат, что было хорошо продемонстрировано в эксперименте. Важно достаточное кровоснабжение ложа трансплантата, а также функционирование вновь возникшей сосудистой сети трансплантата. Васкуляри-зация трансплантата легко происходит при небольших его размерах. И наоборот, васкуляризация больших цельных трансплантатов может быть недостаточной. В связи с этим предложено использовать измельченные фрагменты костной ткани. Большие фрагменты рекомендуется перфорировать. По мнению ряда авторов, васкуляризация трансплантата возможна на глубину около 0,5 см. Учитывая, что сосуды врастают в трансплантат и с боковых поверхностей, рекомендуется использовать трансплантаты толщиной до 1 см [14]. Разработан также пластический материал на основе измельченного аллотрансплантата и коллагеновой добавки. В эксперименте материал продемонстрировал остеогенную активность и хорошую остеоинтеграцию [18].
Важна подготовка ложа трансплантата, При осуществлении заднего спон-дилодеза выполняется декортикация задних элементов позвонков до губчатой кости. Это позволяет осуществить доступ остеобластов и питающих сосудов для сращения. Следует также полностью удалить хрящ с поверхностей дугоотростча-тых суставов, фиброзную ткань из зоны спондилолиза, рубцовые наслоения после предшествующих вмешательств. Количество используемой костной ткани должно быть максимальным, учитывая худшие возможности для достижения сращения подобным образом. Рекомендуется так же использование аутокостных трансплантатов. Зачастую нет необходимости выполнения специальной операции по забору костной ткани, так как при
выполнении задней декомпрессии образуется значительное ее количество. Для увеличения объема костного материала можно использовать измельченные алло-трансплантаты или ДКМ.
Осуществление межтелового спон-дилодеза требует выполнения особых условий подготовки трансплантата и места его установки. Требуется удаление межпозвонкового диска, всех фи-брозно-хрящевых тканей замыкательных пластинок и декортикации подлежащей кости до кровоточащей поверхности. Трансплантат должен точно подходить к подготовленному ложу для заклинивания между позвонками и надежной фиксации пересаживаемой кости. Необходимо, чтобы поверхность трансплантата соответствовала поверхности подготавливаемых замыкательных пластинок. По меньшей мере две трети их поверхности должны быть покрыты трансплантатом для обеспечения оптимальных условий сращения. Кроме того, максимальное заполнение межтелового промежутка трансплантатом или трансплантатами предотвращает смещение последних и их проседание в процессе сращения. Избежать проседания трансплантата в замыкательные пластинки позволяют сохранение их костной части во время подготовки ложа трансплантата и использование внутренней фиксации. Остающиеся свободными пространства рекомендуется заполнять измельченными костными трансплантатами или остео-кондуктивными материалами.
Ряд авторов рекомендуют использование для вентрального спондилодеза поясничного отдела позвоночника, особенно при операциях на нескольких уровнях, кортикальных аллотрансплантатов в виде сегментов плечевой или бедренной
кости. Эти трансплантаты обладают значительной механической прочностью, по площади закрывают не менее двух третей поверхности замыкательных пластинок. При установке их рекомендуется заполнять губчатыми аутотрансплантатами для придания остеогенных и повышения остеиндуктивных свойств. В литературе сообщается об успешном применении методик межтелового спондилодеза с применением аллотрансплантатов и частоте сращения до 97% [19]. В то же время отмечается, что прочность одного кортикально-губчатого фрагмента подвздошной кости недостаточна, особенно в нижнепоясничных сегментах. Рекомендуется устанавливать два аутотрансплантата из гребня подвздошной кости для обеспечения меж-теловой опоры и достаточной площади для успешного сращения.
Аутотрансплантат (чаще всего гребень подвздошной кости) содержит костный морфогенетический протеин, минералы и коллаген, небольшое количество живых остеобластов. Наряду с оптимальными биологическими свойствами применение аутотрансплантата имеет ряд отрицательных сторон. При взятии трансплантата могут наблюдаться интра-и послеоперационные осложнения, практически всегда наблюдаются длительные боли в месте резекции кости, увеличивается время и травматичность операции. Количество костной ткани, которую можно получить у одного больного в течение одного вмешательства, ограничено. Все это стимулирует поиск заменителей ауто-костной ткани. Аутотрансплантат не-иммуногенен и не несет никакого риска переноса инфекций. Аллотрансплантат в меньшей степени подходит для осуществления спондилодеза, обладает только двумя свойствами, необходимыми для
обеспечения процесса сращения: остео-кондуктивностью и остеоиндуктивностью, но не остеогенностью. Основное преимущество аллотрансплантата заключается в возможности использования любого количества. Аллотрансплантат можно смешать с аутотрансплантатом, что придает смеси свойство остегенности. Однако имеются сложности заготовки и хранения аллотрансплантатов, риск их зараженности вирусными инфекциями, возможность реакции тканевой несовместимости. Аллотрансплантат менее эффективен, когда не испытывает механических нагрузок, как при заднем спон-дилодезе [20]. Аллотрансплантат, используемый для межтелового спондилодеза, испытывает физиологические нагрузки и намного лучше перестраивается.
Вследствие того, что существует необходимость как в механической прочности трансплантата, так и быстром сращении, используется комбинация кортикальной и губчатой кости. И ауто-трансплантат, и аллотрансплантат могут обеспечить данную комбинацию. Оба вида трансплантатов имеют преимущества и недостатки (табл. 2).
Учитывая вышеизложенное, использование при реконструктивно-восстано-вительных операциях на позвоночнике биосовместимых искусственных материалов приобретает большую значимость. В клиническую практику внедрены им-планты из керамики, биополимеров, металлов, углеродосодержащих и композитных материалов. Искусственный материал, замещающий кость, должен по своим физико-химическим и биологическим свойствам приближаться к нормальной костной ткани, быть остеосовме-стимым, способствовать оптимальному протеканию репаративных процессов.
Таблица 2| Особенности различных материалов для спондилодеза
Материал Описание Преимущества Недостатки
Аутотрансплантат Костная минеральная основа, остеогенные клетки и факторы роста Нет местной реакции, нет риска переноса инфекций Осложнения, связанные с взятием трансплантата, ограниченное количество
Аллотрансплантат Костная минеральная основа и факторы роста Не требуется дополнительной операции по взятию трансплантата, практически неограниченное количество Возможность реакции отторжения, переноса инфекций
Ксенотрансплантат Костная минеральная основа и факторы роста Не требуется дополнительной операции по взятию трансплантата, практически неограниченное количество Необходимо дополнение остео-генными клетками и остеоиндук-тивными веществами
Керамика Кальцийфосфат (гидрок-сиапатит, трикальцийфос-фат), натуральный коралл, кальций-сульфат Не требуется дополнительной операции по взятию трансплантата, практически неограниченное количество Необходимо дополнение остео-генными клетками и остеоиндук-тивными веществами
Рисунок
Индивидуальная остеогенность КМБ человека (по Cheng H. и соавт., 2003)
большинство,
КМБ 2,6,9 КМБ 2,4,7,9 кроме кмвэ
г
||ги.|11'г:ч(1|-||.;:: остеопрогенитарная c.;:n:o;iii.ii:i
МСК(СЗН10} (CZC12) (ТЕ-85}
оетеоцит
В настоящее время широко применяются биодеградирующие остеозамещающие материалы на основе в том числе природных полимеров («Bioos», «Interpos», «Osteo-Set»). Однако гранулированная форма этих материалов не позволяет полноценно восстанавливать опорные структуры тел позвонков, а их высокая стоимость в значительной степени ограничивает возможности их применения.
Комбинация в определенных соотношениях бета-трикальцийфосфата и гидроксиапатита обеспечивает оптимальные остеокондуктивные способности им-плантата, материал частично резорбиру-ется физиологическим метаболическим путем. Эти данные подтверждены клини-ческми исследованиями T Steffen (2001) с использованием при переднем спон-дилодезе ChronOS. Через год имплантат полностью рассасывается и замещается новой костью [21]. Имплантаты, созданные на основе гидроксиапатита и бета-трикальцийфосфата, показали частоту наступления сращения близкую к спон-дилодезу аутокостью [22]. К сожалению, керамические имплантаты непрочны, подвержены усталостным переломам. Внутренняя фиксация предотвращает это осложнение, опубликованы результаты положительного влияния фиксации на реваскуляризацию и ремоделирование керамического имплантата на основе карбоната кальция [23]. Исследования керамических материалов касались в основном шейного отдела, так как низкая прочность не позволяет использовать их в поясничном отделе в качестве самостоятельных имплантатов. Керамика обладает лишь свойством остеокондуктив-ности, поэтому желательно использовать ее в сочетании с аутологичной костной тканью.
В настоящее время интенсивно разрабатывается получение костных мор-
фогенетических белков, часть из которых отличается мощными остеогенными свойствами и может быть использована в качестве заменителя аутокости как самостоятельно, так и в сочетании с ней. На сегодняшний день уже открыто более 30 различных КМБ [24]. Однако не все члены данного семейства участвуют в процессе костеообрзования. Наиболее активными факторами роста и дифференцировки являются КМБ 2, 4, 6 и 7. Из них КМБ-2 и КМБ-7 особенно хорошо исследованы как в экспериментах на различных животных, так и в процессе клинического применения. Созданные с помощью генной инженерии рекомбинантные формы КМБ (ркКМБ) оказались способными обеспечивать результаты, эквивалентные получаемым при использовании костных аутотрансплантатов.
Экспериментальные разработки показали, что индуцируемая ркКМБ-2 костная ткань соответствует анатомическому месту пересадки и биологически функционирует как нативная кость, отвечая всем нормальным гистологическим, биологическим и рентгенологическим критериям. После имплантации КМБ-2 местные мезенхимальные клетки начинают пролиферировать и дифференцируются в хондроциты и остеобласты. Через семь дней в месте имплантации появляется хрящевая ткань. Через две недели начинается формирование энхондральной кости. Количество формирующейся костной ткани пропорционально количеству имплантированного КМБ. КМБ наиболее эффективно индуцирует формирование костной ткани в присутствии клеток ауто-логичного красного костного мозга. В одном из исследований проведен сравнительный анализ остеогенной активности 14 протеинов человека (КМБ-2 - КМБ-15) [25]. Использовался аденовирусный вектор и плюрипотентные мезенхимальные
прогениторные клетки, преостеобласты и остеобласты. Было выяснено, что КМБ-2, 6 и 9 могут играть важную роль в индукции дифференцировки мезен-химальных стволовых клеток (МСК) в остеобласты. Большинство остальных КМБ стимулируют процесс остеогене-за, воздействуя на зрелые остеобласты (см. рисунок).
Одно из важнейших условий применения остеогенного фактора in vivo -способ его доставки к месту назначения, поскольку максимальная сохранность КМБ играет решающую роль для его оптимальной биологической активности. Поэтому КМБ чаще всего комбинируют с каким-нибудь материалом, который замедляет диффузию белка или привлекает к себе соответствующую клеточную популяцию с последующей адгезией и пролиферацией этих клеток. На сегодняшний день наиболее распространенными носителями КМБ являются: коллагеновые материалы, ДКМ, различные биодеградирующие синтетические полимеры. В работе TA. Einhorn и соавт. показана возможность применения КМБ в виде инъекций для лечения закрытых переломов костей в эксперименте [26].
Свойство морфогенетических белков индуцировать рост костной ткани позволило с успехом применить их при спондилодезах у экспериментальных животных [27] Предприняты первые клинические испытания применения ркКМБ-2 для поясничного спондилоде-за. Результаты исследований показали эффективность, сопоставимую с ауто-трансплантатами [28, 29].
Клинический опыт применения КМБ вызывает оптимизм и надежду на дальнейшее успешное использование КМБ в различных клинических ситуациях [30]. В настоящее время ркКМБ производятся двумя международными компаниями, однако стоимость их чрезвычайно высока, что ограничивает их применение.
В настоящее время в клинической практике с целью активизации остео-генеза используется метод обогащенной тромбоцитами аутоплазмы (БоТП). В альфа-гранулах тромбоцитов выявлено свыше 30 ростовых факторов, в том числе трансформирующий фактор ро-ста-бета и КМБ, которые способствуют регенерации костей. Кроме того, БоТП обладает антибактериальными свойствами. Введение БоТП в зону костного дефекта или сочетанное применение ее с коллапаном является эффективным
методом активизации репаративной регенерации кости [31].
Альтернатива использования ауто-рансплантатов и костных аллоимплан-татов - методы тканевой инженерии. Тканевая инженерия - это создание в лабораторных условиях биомедицинских конструкций, которые восстанавливают, поддерживают или улучшают функции поврежденных либо утраченных тканей. Основная идея тканевой инженерии, основанной на использовании стволовых клеток, состоит в выделении клеток, их культивировании до нужного количества и последующей реимплантации в комбинации с поддерживающим материалом. Результат применения методов тканевой инженерии с использованием стволовых клеток зависит как от выбора источника клеток, так и от биологических и физических особенностей материалов подложки [32]. Клеточными источниками, обеспечивающими процессы остеогенеза, являются активно пролиферирующие малодиффе-ренцированные клетки-предшественники. К ним относятся МСК, локализованные в строме костного мозга и экстраскелетных кроветворных органах, остегенные клетки внутреннего слоя периоста, клеточные элементы каналов остеонов костного мозга и периваскулярные клетки. Эти клетки после остановки клеточного размножения дифференцируются в функционирующие остеобласты/остеоциты, ответственные за синтез и минерализацию костного матрикса [33]. МСК - это популяция по-липотентных клеток мезодермального ростка, способных дифференцироваться в направлении ряда стромальных клеток, в том числе остеобластов.
Основным источником МСК служит костный мозг, в котором они присутствуют в количестве 0,001-0,01%. С возрастом количество МСК и их пролифератив-ный потенциал снижаются. Так, в костном мозге новорожденных содержится одна клетка на 104 клеточных элементов, а к возрасту 80 лет количество их уменьшается до 2 х 106 [34]. В исследовании R.F McLain (2005) продемонстрировано, что количество прогениторных костных клеток различно в различных отделах скелета. Авторы сравнивали у оперированных больных количество прогенитор-ных клеток в костном мозге гребня подвздошной кости и поясничных позвонков. Установлено, что их количество выше в костном мозге позвонков на 71% [35].
МСК интенсивно размножаются in vitro, сохраняя нормальный кариотип, не утрачивая остеогенный потенциал. Для сокращения сроков продолжительности
остеогенной дифференцировки МСК в культуральную среду вносят специальные остеоиндукторы (дексаметазон, аскорбиновую кислоту и бета-глицерофосфат).
Аутогенные остеопрогениторные клетки пациента можно имплантировать сразу после нанесения на носитель без этапа культивирования либо после образования костного эквивалента (культивирование клеток на носителе до формирования слоя костного матрикса). Сравнение этих подходов показало, что в случае с подложкой из пористого гидроксиапатита образование кости de novo происходит раньше, количество и качество ее лучше в случае имплантации костного эквивалента [36]. Некоторые авторы считают нецелесообразным использование для трансплантации предварительно дифференцированных в условиях культивирования, некоммитированных клеток, указывая на преждевременное снижение их пролиферативной активности после введения в ложе костного дефекта и возможное «ограничение» последующего костеобразования [37]. Выбор способа адекватной клеточной терапии в каждом конкретном случае требует индивидуального подхода.
Экспериментальные данные [38] и первые клинические исследования показали, что трансплантация культивированных некоммитированных МСК пациентам с длительно несрастающимися переломами костей нижних конечностей [39], незавершенным остеогенезом [40] оказалась весьма эффективной и дала хорошие результаты. Изучение роли МСК как потенциально активных индукторов им-мунорегуляции репаративных процессов в костной ране весьма актуально и имеет практическое значение для дальнейшего изучения остеорепарации и оптимизации технологий трансплантации, в том числе и при спондилодезе.
Таким образом, спондилодез поясничного отдела позвоночника - одно из самых востребованных и технически сложных хирургических вмешательств. Высокая стоимость операций, особенно ревизионных, требуют от хирургов достижения костного сращения уже при первичном вмешательстве. Для этого необходимо знание биологических основ и многочисленных факторов, влияющих на его успешное достижение. Хотя ауто-трансплантат на сегодняшний момент является наилучшим материалом для осуществления спондилодеза, на повестке дня стоит вопрос поиска биологически состоятельной альтернативы использования собственных тканей пациента. Пред-
ложены различные материалы, воспроизводящие те или иные свойства костной ткани. Оптимальный выбор материала или комбинации материалов для трансплантации, рациональное их расположение, подготовка ложа трансплантата, соблюдение сроков разгрузки позвоночника, рациональное использованием фиксации усиливает естественные возможности костной ткани позвоночника к формированию сращения, что выражается в достижении положительных клинических результатов.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Waddell G. // Spine. - 1980. - Vol. 5. - P. 117-125.
2. Bang G., Urist M.R. // J. Dent Res. - 1967. - Vol. 46. - P. 722.
3. Gazdag A.R., Lane J.M., Glaser D. et al. // J. Am. Acad. Orthop. Surg. - 1995. - Vol. 3. - P. 1-8.
4. Boden S.D., Schimandle J.H., Hutton WC. // Spine. -
1995. - Vol. 20. - P. 2626-2632.
5. Canto RT, Garcia S.B., Issa J.P.M. et al. // Eur. Spine J. - 2008. - Vol. 17. - P. 706-714.
6. Hibbs R.A. // N.-Y Med. J. - 1911. - Vol. 93. -P. 1013-1016.
7. Ishikawa S., Shin H.D., Bowen J.R., Cummings R.J. // Spine - 1994. - Vol. 19. - P. 1686-1690.
8. Khan S.N., Cammisa FFP.J., Sandhu H.S. et al // J. Am. Acad. Orthop. Surg. - 2005. - Vol. 13, N 1. -P. 77-86.
9. Goldberg V.M., Stevenson S., Shaffer J.W. Biology of Autografts and Allografts // Bone and Cartilage Allografts: Biology and Clinical Applications / G.E. Friedlaender, VM. Goldberg (eds.). - Park Ridge: American Academy of Orthopaedic Surgeons, 1991.
10. Chao EXS., Aro HT. Biomechanics of Fracture Repair and Fracture Fixation // Current Practice of Fracture Treatment / ed. by P.C. Leung. - Hong Kong: Springer-Verlag. - 1994. - P. 9-58.
11. Malinin T.I., Brown M.D. // Clin. Orthop. - 1981. -Vol. 154. - P. 68-73.
12. Юмашев Г.С. Костная пластика лиофилизиро-ванным гомотрансплантатом. - М.: Медгиз, 1963. -134 с.
13. Brantigan J.W. // Spine. - 1994. - Vol. 19, N 11. -P. 1271-1218.
14. Виноградова Т.П. Пересадка костной ткани. «Регенерация и пересадка костей». - М.: Медицина, 1974. - 248 с.
15. BurwellR.G., GowlandL.G. // JBJS. - 1961. - Vol. 43B. - P. 814-819.
16. Burwell R.G. // JBJS. - 1961. - Vol. 43B. - P. 820829.
17. Дизик Г.М., Козлова Д.А., Лихачева А.И. // Консервирование и трансплантация костной ткани: Материалы 2-го симпозиума, сент. 1969 г. - Киев: «Здоров'я», 1972. - С. 75-81.
18. Ардашев И.П., Подорожная В.Т., Кирилова И.А. и др. // Хирургия позвоночника. - 2008. - № 1. -С. 66-73.
19. Kozak J.A., Heilman A.E., O'Brien J.P. // Clin Orthop. - 1994. - Vol. 300. - P. 45-51.
20. Jorgenson S.S., Lowe TG., France J. // Spine. -1994. - Vol. 19. - P. 2048-2053.
21. Steffen T. // Eur. Spine J. - 2001. - Vol. 10. -Р. 132-140.
22. Toth J.M., An H.S., Lim T.-H. et al // Spine. - 1995. -Vol. 20. - P. 2203-2210.
23. Fuller D.A., Stevenson S., Emery S.E. // Spine. -
1996. - Vol. 21. - P. 2131-2136.
24. Khan S.N., Bostrom M.P.G., Lane S.M. // Orthop. Clin. Nоrth. Am. - 2000. - Vol. 31, N 3. - P. 375-387. Cheng H., Jiang W., Phillips FM. et al // J. Bone Joint
25. Surg. - 2003. - Vol. 85A, N 8. - P. 1544-1552.
26. Einhorn T.A., Majeska R.G., Oloumi G. et al. // Am. Acad. Orthop. Surg. Ann. Meet. - 1997 - Vol. 64. - P. 216.
27. Vaccaro A.R., Chiba K, Heller J.G. et al. // Spine. -2002. - Vol. 2, N 3. - P. 206-215.
28. Boden S.D., Zdeblick TA, Sandhu H.S., Heim S.E. // Spine. - 2000. - Vol. 25. - P. 376-381.
29. Burkus J.K. // J. Neurosurg. Spine. - 2004. - Vol. 1. - P. 254-260.
30. Булатов A.A., Савельев В.И., Калинин А.В. // Травматология и ортопедия России. - 2005. - № 1 (34). - С. 46-54.
31. Берченко Г.Н. // Сб. работ V науч.-практ. семинара «Искусственные материалы в травматологии и ортопедии». - М., 2009. - С. 7-13.
32. Киселева ЕВ, Черняев С.Е, Васильев А.В, Воло-жин А..И. // Стоматология. - 2009. - № 4. - С. 44-81.
33. Зубов Д.А., Оксимец В.М. // Травма. - 2008. -Т. 9, № 2. - С. 145-153.
34. Биологические резервы клеток костного мозга и коррекция органных дисфункций / Под ред. В.И. Шумакова, Н.А. Онищенко. - М.: Лавр, 2009. - 308 с.
35. McLain R.F, Fleming J.E, Boehm C.A., Muschler G.F // J. Bone Joint Surg. Am. - 2005. - Vol. 87. -P. 2655-2661.
36. Kale S, Biermann S, Edwards C. et al. // Nat. Biotechnol. - 2000. - Vol. 18. - P. 954-958.
37. Корж Н.А., Кладченко Л.А., Малышкина С.В. // Ортопедия, травматология и протезирование. -2008. - № 4. - С. 5-14.
38. Деев Р.В., Цупкина Н.В, Иванов Д.Е. и др. // Травматология и ортопедия России. - 2007. - № 2 (44). - С. 57-63.
39. Дулаев А.К., Гололобов Г.В., Деев Р.В. и др. // Мед. акад. журн. - 2003. - Т. 3, № 3. - С. 59-66.
40. Sensebe L., Krampera M, Schrezenmeier H. et al. // Vox Sanguinis. - 2010. - Vol. 98. - P. 93-107.
Поступила 10.04.2012 г.
ОРТОСПОК - МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ V^tt^y МАГНИТОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС СЕРИИ «СПОК-1»
Аппарат «ОртоСПОК» предназначен для оказания воздействия на организм человека переменным импульсным низкочастотным магнитным полем с лечебными и профилактическими целями. Он портативен, прост в эксплуатации, может применяться как в лечебно-профилактических учреждениях, оздоровительных центрах, на спортивных базах, так и в домашних условиях. Аппарат «ОртоСПОК» нашел широкое применение для лечения и профилактики различных заболеваний, повышения работоспособности, устойчивости к нагрузкам и стрессовым ситуациям.
Аппарат «ОртоСПОК» обеспечивает высокую надежность и безопасность в работе, о чем свидетельствует присвоение предприятию ОДО «Магномед» высокой международной награды «Европейское качество» и сертификация в Европе по стандартам СЕ. Низкочастотное импульсное магнитное поле, генерируемое аппаратом «ОртоСПОК», имеет сложную форму импульса, подобную спектру электрической активности нервной ткани.
С 2009 года выпускается серия аппаратов «ОртоСПОК», дополненных возможностью автоматического контроля артериального давления в процессе процедуры магнитотерапии, что позволяет индивидуализировать подход к каждому пациенту и оптимизировать величину лечебного воздействия.
Аппарат «ОртоСПОК» конструктивно состоит из электронного блока, блока питания и 6 специализированных индукторов: СПОК ИП - мощный индуктор с компактной зоной магнитного воздействия 12x10 см, и глубиной проникновения МП до 10 см для лечения воспалительных заболеваний поясничного отдела позвоночника (величина магнитной индукции 25 мТл). СПОК ИК - для лечения заболеваний кистей рук (величина магнитной индукции 30 мТл). Индуктор выполнен в виде «варежки», эта конструкция позволяет удобно разместить в зоне воздействия МП как руку крупного пациента, так и детскую кисть. СПОК ИС - для лечения заболеваний суставов (величина магнитной индукции 30 мТл). Благодаря гибкой конструкции и площади магнитного воздействия 15x35 см можно воздействовать как на обширные области организма (к примеру, позвоночный столб), так и на сложные рельефные поверхности.
НефрСПОК - для лечения заболеваний внутренних органов: печени, почек, желудка, легких, поджелудочной железы, селезенки (величина магнитной индукции 30 мТл). Индуктор выполнен в виде седла к велотренажеру и позволяет совместить физические упражнения на велотренажере с магнитотерапевтической процедурой.
ДиабСПОК - для лечения синдрома диабетической стопы, заболеваний нижних конечностей (величина магнитной индукции 20 мТл). Индуктор выполнен в виде «сапожка» и позволяет проводить магнитотерапевтические процедуры даже при наложении объемной гипсовой повязки на стопу.
НеврСПОК - для лечения простатита, импотенции, мужского бесплодия, воспалительных заболеваний женской половой сферы (величина магнитной индукции 20 мТл). Индуктор выполнен в виде седла к велотренажеру и позволяет совместить физические упражнения на велотренажере с магнитотерапевтической процедурой.
Аппарат магнитного воздействия «СПОК-1» ТУ.РБ 14506074.006-98 изм. «7» модификация «ОртоСПОК»:
• Питание от сети ~220В (±10%), частотой 50 Гц. через источник питания постоянного напряжения +15 (±1) В.
• Потребляемая мощность, не более 100 Вт.
• Класс безопасности I, тип защиты BF
• Степень защиты корпуса аппарата IP40.
• Отображение информации: графический ЖКИ с Touch панелью. Микропроцессорное управление. Регулировка времени процедуры в диапазоне от 1 до 59 мин. Регулировка уровня магнитной индукции в диапазоне от 40 до 130%. Регулировка частоты магнитного воздействия от 2 до 18 Гц.
• Форма импульсов магнитного поля: биполярное - низкочастотное. Длительность импульса магнитного поля, мс: 25-250. Глубина проникновения магнитного поля до 10 см.
• Возможность сохранения установленных параметров.
• Контроль превышения температуры, обрыва индукторов, короткого замыкания в нагрузке. Возможность настройки параметров индукторов.
• Память наработанного времени. Наличие таймера со звуковым сигналом и автоматическим отключением. Интерфейс связи с измерителем артериального давления.
• Габаритные размеры аппарата, мм: 350x195х75.
• Масса не более 22 кг.
РУ МЗ РБ № ИМ-7.4294/0809
ОДО «МАГНОМЕД», Минск, Республика Беларусь
