CC BY
65
УДК 616.71-001-089.843
А.И. ЮОСЕФ1, И.Ф. АХТЯМОВ2, М.М. МИРОНОВ3
1New Mowasat Hospital, Salmiya, Kuwait
2Казанский государственный медицинский университет, 420012, г. Казань, ул. Бутлерова, д. 49 3Казанский национальный исследовательский технологический университет, 420015, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 68
Оценка маркеров крови на остеосинтез имплантатами с покрытиями сверхтвердыми металлами
Юосеф Ашраф Исмаил — кандидат медицинских наук, отделение ортопедической хирургии, тел. +96599060174, e-mail: [email protected] Ахтямов Ильдар Фуатович — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и хирургии экстремальных состояний, тел. +7-905-315-01-50, е-mail: [email protected] Миронов Михаил Михайлович — доцент, кандидат технических наук
В основу исследования положен анализ реакции организма детей с патологией тазобедренного сустава на использование погружных остеофиксаторов в виде спиц, углообразных пластин и винтов с наноструктурированным сверхтвердым покрытием нитридами титана и гафния.
Цель исследования — выявить возможную реакцию биомаркеров организма пациента на остеосинтез фиксаторами с покрытием нитридами титана и гафния в послеоперационный период.
В группу вошли 14 пациентов, оперированных с применением имплантатов, имевших рецензируемое покрытие. Гематологические и биохимические анализы проводились каждому пациенту до, через сутки, 10 суток после операции и через пять-шесть недель после операции. Основной упор в исследовании был сделан на возможную токсическую реакцию покрытия на организм пациента. На указанных сроках отклонений от нормальных показателей не выявлено. Реакция организма на фиксатор с покрытием была адекватна степени тяжести перенесенной операции. Таким образом, анализ на сроке шесть-восемь недель после операции показал отсутствие патологической реакции на имплантаты с покрытием нитридами титана и гафния, что позволяет рекомендовать их к расширенному использованию в клинической практике. Ключевые слова: остеосинтез, реакция организма, покрытие, нитриды титана и гафния.
A.I. YU0SEF1,1.F. AKHTYAMOV2, M.M. MIR0N0V3
1New Mowasat Hospital, Salmiya, Kuwait
2Kazan State Medical University, 49 Butlerov Str., Kazan, Russian Federation, 420012
3Kazan National Research Technological University, 68 Karl Marx Str., Kazan, Russian Federation, 420015
Assessment of blood markers response to osteosynthesis with implants with extra-hard metal coatings
Yuosef A.I. — PhD (Medicine), Department of Orthopedic Surgery, tel. +96599060174, e-mail: [email protected] Akhtyamov I.F. — D. Med. Sc., Professor, Head of the Department of Traumatology, Orthopedics and Surgery of Extreme States, tel. +7-905-315-01-50, е-mail: [email protected] Mironov M.M. — Associate Professor, PhD (Engineering)
The research is based on the analysis of the probable response of children with the hip joint pathology to the submersible osteo-fixation devices in the form of pins, corner-like plates and screws with nano-structured extra-hard titanium nitride and hafnium nitride coating.
"H
алогия. пульмонологи
122^^ ПРАКТИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА
'3 (95) май 2016 г.
Research objective — to reveal the probable response of the patient's biomarkers to the osteosynthesis with the fixation devices with titanium nitride and hafnium nitride coating in the post-operative period.
The group included 14 patients operated with implants with the reviewed coating. The hematological and biochemical analyses of each patient were made before, after 1 day, 10 days, and five-six weeks after the operation. The main focus of the research was the probable toxic response of the patient's organism to the coating. At the above dates, no deviations from the normal indicators were revealed. The organism response to the fixation device with the coating was adequate to the severity of the operation. Thus, the analysis of the organism response six-eight weeks after the operation showed no pathological reaction to implants with titanium nitride and hafnium nitride coating, which allows to recommend them for augmented usage in clinical practice.
Key words: osteosynthesis, organism response, coating, titanium nitride, hafnium nitride.
Развитие технологий в остеосинтезе сопровождается неизбежным числом осложнений. Аллергия на тот или иной компонент сплавов, используемых в медицине (2-12%) не оставляет надежд на положительный исход лечения без удаления конструкции [1-7]. Избежать осложнения или предупредить его возможно при использовании специализированных биоинертных покрытий, используемых фиксаторов или эндопротезов [8, 9].
В литературе [10] представлен первичный анализ реакции организма на биоинертное покрытие, содержащее нитриды титана и гафния. Выводы о положительном влиянии рецензируемого покрытия, сделанные по результатам исследования, не содержали лабораторного подтверждения его инертности.
Цель исследования — выявить возможную реакцию биомаркеров организма пациента на остео-синтез фиксаторами с покрытием нитридами титана и гафния в послеоперационный период.
Материал и методы исследования
В основу клинического раздела исследования положен анализ реакции организма детей с патологией тазобедренного сустава на использование погружных остеофиксаторов в виде спиц, углоо-бразных пластин и винтов с наноструктурирован-ным покрытием нитридами титана и гафния [11, 12].
Основанием для клинического апробирования явился комплекс доклинических исследований фиксаторов с рецензируемым покрытием в эксперименте [9, 13-16] и анализ их токсикологической безопасности.
При проведении реконструктивных вмешательств у пациентов, в частности с врожденным вывихом бедра, основными этапами восстановления правильных биомеханических параметров, являются корригирующие остеотомии проксимального отдела бедра и таза. Как правило, фиксация фрагментов подвздошной кости осуществляется спицами на сроке шесть - восемь недель. После чего, возможно удаление спиц без дополнительной операции. В свою очередь, фиксация фрагментов проксимального отдела бедренной кости производятся углоо-бразными пластинами и винтами, которые на сроке шесть месяцев удаляются при повторной вмешательстве.
Были отслежены первичные результаты лечения 14 (16 оперированных суставов) пациентов, которым был произведен остеосинтез костей таза после остеотомии таза и бедренной кости после детор-сионно-варизирующей остеотомии с применением имплантатов, имевших рецензируемое покрытие. Гематологический и биохимический анализы проводились каждому пациенту до, через сутки, 10 суток после операции и перед удалением спиц из крыла подвздошной кости. Спицы удалялись на сроке шесть - восемь недель по достижению видимой
рентгенологически стадии репаративного процесса в зоне надвертлужной остеотомии.
Результаты наблюдений
Общая реакция организма на имплантацию фиксаторов с покрытием нитридом титана и гафния. Оценивался весь стационарный и ранний послеоперационный этапы лечения. Общая реакция организма детей была выраженной, поскольку они активно реагируют на вмешательство и кровопотерю.
Мы не зафиксировали статистической разницы в величине (в среднем — 37,7±0,40С) температуры тела, причем продолжительность гипертермии обычно не превышала 3-5 дней. Реакция регионарных паховых лимфатических узлов была в пределах нормы. Разницы в реакции на вариант фиксации не было ни до, ни после удаления конструкции. Следовательно можно судить об инертности фиксирующих свойств испытуемых имплантатов.
Этап заживления раны очень показателен для оценки биоинертности имплантата, что и доказали наши наблюдения. В рецензируемой группе в каждом случае заживление проходило первичным натяжением без признаков воспаления и отделяемого из раны. Проблем и в случаях фиксации проксимального отдела бедренной кости пластинами и винтами в обеих группах не наблюдалось.
Репаративный процесс оценивался по рентгенограммам на сроке 1,5 и 6 месяцев после операции. Существенных различий визуально отмечено не было. Однако по данным рентгеновской денсито-метрии, проведенной при компьютерной томографии после удаления металлических фиксаторов, плотность кортикального слоя бедренной кости на равных сроках была выше на 7,2% по сравнению с окружающей костной тканью.
После удаления спиц на сроке шесть - восемь недель из крыла подвздошной кости изменений во внешнем виде покрытия нитридами титана и гафния не выявлено. Подобная картина была характерна и для фиксаторов проксимального отдела бедренной кости. Изменения цвета, царапин и отслойки покрытия не было. Ложе пластины и костные каналы после удаления винтов не имели явлений металлоза и патологической реакции надкостницы. Заживление послеоперационной раны при повторном вмешательстве (для удаления конструкции) прошло во всех случаях наблюдений без осложнений.
Показатели крови на стационарном и раннем амбулаторном этапах лечения
При анализе показателей красной крови явилось их снижение на ранних сроках наблюдения после оперативного вмешательства. В среднем количество эритроцитов (ЯВС) уменьшилось на 0,9х1012 г/л, а гемоглобина (HGB) — на 2,3 г/дл. Естественно, что на двухмесячном сроке наблюдения каждый из этих показателей достиг нормальных значений.
При анализе лабораторных показателей отмечено
АПЛЕРГОЛОГИЯ. иммунология. пульмонологи
повышение исходных показателей СОЭ в среднем на 3,6 мм в час по сравнению c исходным уровнем. На первые сутки после операции наблюдается противоположная картина, заключающаяся в усилении скорости оседания эритроцитов до 14,6 мм в час. Естественно, подобное явление характеризует лишь первичную реакцию ребенка на хирургическую агрессию. На 10-е сутки после вмешательства и прохождения периода острого реактивного воспаления, повышенный уровень СОЭ сохранялся, причем разность достигла в среднем 7,8 мм в час. На двухмесячном сроке наблюдалась тенденция к нормализации этого показателя с минимальным увеличением по отношению к исходному (в среднем на 3,5 мм в час).
В первые сутки после операции отмечен рост числа лейкоцитов (WBC) на 4,6х109/л, по сравнению с дооперационными показателями. К 10-м суткам лейкоцитоз снизился и отличался от стартовых показателей лишь на 1,6х109/л. Как и в других параметрах к двум месяцам содержание лейкоцитов в крови пациентов полностью нормализовалось.
Анализ процентного содержания лейкоцитов в крови (лейкоформула).
• Палочкоядерные нейтрофилы.
На стационарном этапе лечения изменения в этом показателе лейкоформулы были минимальны. Отсутствие инфекционно-воспалительного процесса выражалось незначительными колебаниями ней-трофилов в пределах 1,0-3,5%, при норме 1-4%.
• Сегментоядерные нейтрофилы.
На первые сутки отмечен рост этого показателя в среднем на 30,7%. На десятый день, т.е. в период спада реактивного воспаления на операционную агрессию, рост сегментоядерных нейтрофилов снизился вдвое. К двухмесячному сроку после имплантации, этот вид нейтрофилов пришел в норму в обеих группах.
• Эозинофилы (нормальные показатели: 2-6%).
Важным показателем, характеризующим возможную аллергическую реакцию организма на ино-
родный имплантат, является число эозинофилов. Следует, однако, заметить, что в ходе всего исследования находилось в пределах нормы (см. табл.), что подтверждает отсутствие сенсибилизации организма пациентов к рецензируемым конструкциям и покрытию из нитридов титана и гафния, в частности.
Нами была проведена оценка биохимических показателей крови до реконструкции тазобедренного сустава и соответствующего остеосинтеза подвздошной, бедренных костей сравниваемыми конструкциями, а так же через шесть - восемь недель, т.е. до удаления фиксирующих спиц. Промежуточные показатели (стационарного этапа лечения) не имели принципиального значения в виду однозначного влияния непосредственно оперативного вмешательства и реакции на него организма ребенка. Нахождение имплантатов в агрессивной среде организма пациента в течение шести - восьми недель, вполне могло быть охарактеризовано ответной реакцией биологических маркеров крови. Показательными в этом плане были данные по ами-нотрансферазам и билирубину, характеризующим функциональные возможности гепатобилиарной системы организма.
Аспартатаминотрансфераза (АСТ). Показатели оказались на анализируемых сроках в обеих группах в пределах нормы (8-40 u/l). Средняя величина их в основной группе составила 33u/l. Аламинами-нотрансфераза (АЛТ). Показатель не превысил нормы (5-30 u/l) и составил в среднем 24,9u/l. Уровень общего билирубина (TBL) варьировал в пределах 7,3-8,5 мкмоль/л, что соответствует нормальным показателям (2-21 мкмоль/л).
Аналогично оценке билирубина, нормальные значения были получены и для ряда других биохимических показателей крови. Например, уровень общего белка (T-prot) варьировал в пределах 78,6-79 г/л, при норме 64-84 г/л. Уровень глюкозы (GLU) в крови пациентов (нормальный показатель 3,5-6,1 ммоль/л) на отдаленном сроке наблюде-
Таблица.
Показатели крови пациентов на этапах исследования
Показатели крови Сроки обследования
До операции 1 день 10 дней 2 мес.
M±m M±m M±m M±m
СОЭ 7.2±0.69 10.8±1.8 33.7±5.1 16.8±5.2
WBC 7.2±0.4 11.9±0.9 8.8±0.7 8.2±1.2
RBC 4.5±0.1 4.01±0.1 3.6±0.2 4.5±0.2
HGB 12.4±0.2 11.2±0.3 10.0±0.4 12.0±0.5
LYM 3.6±0.2 2.3±0.1 3.0±0.4 4.3±0.9
Пал 1.2±0.2 3.2±0.4 2.6±0.5 2.0±0.4
Сег 39.6±3.7 70.3±2.4 54.8±3.3 42.1±6.2
Эоз 1.8±0.3 0.6±0.2 2.1±0.6 1.2±0.3
GLU 4.7±0.1 - - 4.7±0.2
UREA 4.2±0.5 - - 4.6±0.6
AST 33.2±2.7 - - 32.9±5.6
ALT 21.6±3.0 - - 24.9±5.3
T-prot 77.0±2.0 - - 78.6±2.2
УН
алогия. пульмонологи
124 ^tL ПРАКТИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА
'3 (95) май 2016 г.
ния составил 4,6 ммоль/л. Нормальные показатели были характерны и пациентам в плане оценки мочевины (UREA), ее уровень не превысил 4,6.
Обсуждение результатов исследования
Анализируя данные по гемоглобину и эритроцитам, можно сделать вывод, что токсическое действие на эритропоэз покрытия спиц не оказывает, а минимальные изменения, которые наблюдались в первые дни послеоперационного периода, связаны с естественной кровопотерей во время и после оперативного вмешательства.
Маркеры острого воспалительного процесса (СОЭ, лейкоцитоз, левый ядерный сдвиг) изменились незначительно. Мобилизация лейкоцитов из костного мозга (депо), а также их утилизация и миграция в ткани (очаг повреждения) минимальны. Колебания цифр, в пределах нормы, такого высоко специфического показателя, как СОЭ свидетельствует об отсутствии активно протекающего воспалительного процесса в послеоперационный период.
Анализ подтверждает и отсутствие фагоцитарной активности в отношении рецензируемого покрытия со стороны сегментов. Основная функция сегмен-тоядерных нейтрофилов (гранулоцитов) — обнаружить, захватить и переварить с помощью гидролитических ферментов чужеродный для организма материал.
Заключение
Оценка основных биологических маркеров крови после реконструктивного вмешательства на тазобедренном суставе и остеосинтеза подвздошной и бедренной костей погружными фиксаторами показала, что организм пациента нейтрально реагирует на наличие покрытия имплантатов нитридами титана и гафния. Это дает повод для дальнейшего внедрения рецензируемых конструкций, расширению их спектра применения и видов остеосинтеза с включением интрамедуллярной, накостной и внео-чаговой фиксации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Загородний Н.В., Бухтин К.М., Кудинов О.А. и др. Реакция на кобальт как причина ревизионного эндопротезирования коленного сустава // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. - 2013. - №2. - С. 65-8.
2. Basketter D.A., Briatico-Vangosa G., Kaestner W. et al. Nickel, cobalt and chromium in consumer products: a role in allergic contact dermatitis // Contact Dermatitis. - 1993. - 28. - P. 15-25.
3. Cramers M., Lucht U. Metal sensitivity in patients treated for tibial fractures with plates of stainless steel // Acta Orthop. Scand. — 1977. — 48. — P. 245-9.
4. Hallab N., Merritt K., Jacobs J.J. Metal sensitivity in patients with orthopeadic implants // J. Bone Joint Surg. Am. — 2001. — Mar. — 83-A(3). — P. 428-36.
5. Steinemann S.G. Metal implants and surface reactions // Injury. — 1996. — 27. — Suppl 3. SC — P. 16-22.
6. Summer B., Fink U., Zeller R. et al. Patch test reactivity to a cobalt-chromium-molybdenum alloy and stainless steel in metal-allergic patients in correlation to the metal ion release // Contact Dermatitis. — 2007. — 57 (1). — P. 35-9.
7. Thomas P., Summer B., Krenn V., Thomsen M. Allergiediagnostik bei metall verdacht auf metallimplantatunverträglichkeit // Orthopäde. — 2013. — 42 (8). — P. 602-6.
8. Абдуллин И.Ш., Миронов М.М., Гарипова Г.И. Бактерицидные и биологически стойкие покрытия для медицинских имплантатов и инструментов // Медицинская техника. — 2004. — №4. — С. 20-2.
9. Yousef A.I., Akhtiamov I., Shakirova F. et al. Effect of hafnium and titanium coated implants on several blood biochemical markers after osteosynthesis in rabbits // Int. J. Clin. Exp. Med. — 2014. — 7 (10). — P. 3473-3477.
10. Ахтямов И.Ф., Андреев П.С., Гатина Э.Б., Алиев Э.И.-О. Первый опыт апробирования имплантатов с покрытием нитридами титана и гафния (предварительное сообщение) // Практическая медицина. — 2015. — №4. — С. 21-24.
11. Материал бактерицидного покрытия. Патент на изобретение № RU 2554773 от 27.06.2015. Авторы: Миронов М.М. и др.
12. Имплантируемое медицинское изделие. Патент на полезную модель № RU 145527 от 05.09.2013. Авторы: Миронов М.М. и др.
13. Ахтямов И.Ф., Шакирова Ф.В., Зубаирова Л.Д. и др. Динамика сывороточных реактантов острой фазы при инрамедуллярном остеосинтезе // Казанский медицинский журнал. — 2014. — Т. 95, №3. — С. 405-411.
14. Ахтямов И.Ф., Шакирова Ф.В., Гатина Э.Б. и др. Морфофунк-циональное состояние регионарных лимфатических узлов в условиях интрамедуллярного остеосинтеза фиксаторами с покрытиями на основе сверхтвердых соединений // Травматология и ортопедия России. — 2014. — №2 (72). — С. 78-84.
15. Ахтямов И.Ф., Шакирова Ф.А., Клюшкина Ю.А. и др. Анализ регенеративного процесса в области перелома большеберцовой кости (экспериментальное исследование) // Травматология и ортопедия России. — 2016. — №1 (79). — С. 100-108.
16. Yousef A., Akhtiamov I., Shakirova F., Zubairova L. et al. Changes of Blood Composition in Rabbits before and after Osteosynthesis Utilizing Coated and Non-Coated Metal Implants // International Journal of Biomedical and Healthcare Science. — 2014. — Vol. 4, №1. — P. 21-27.
