CC BY
4
УДК 616.727.2-089.28-06 https://doi.org/10.23888/HMJ2024123455-467
Патогенетические механизмы асептической нестабильности компонентов эндопротеза тазобедренного сустава после тотальной артропластики
А. И. Денисов, Д. А. Ешидоржиев, К. А. Гусев, В. В. Доржеев, А. М. Миромановн
Читинская государственная медицинская академия, Чита, Российская Федерация
Автор, ответственный за переписку: Мироманов Александр Михайлович, [email protected] АННОТАЦИЯ
Введение. В структуре осложнений после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава асептическая нестабильность является одной из главных причин ревизионных вмешательств, что требует продолжения изучения причин, методов ранней диагностики и биологических подходов к терапии остеолиза и асептического расшатывания. Цель. Рассмотреть современные патогенетические аспекты асептической нестабильности компонентов эндопротеза тазобедренного сустава после тотальной артропластики. Материалы и методы. Поиск литературных источников проводился в открытых электронных базах данных научной литературы PubMed и eLibrary. Глубина поиска по основным ключевым словам (асептическая нестабильность импланта, эндопротези-рование, патогенез) составила 20 лет. Критерием включения источников в аналитическое исследование являлось наличие полного или структурированного текста статьи (с указанием конкретных количественных данных). Критерии исключения — работы, являющиеся неопубликованными (диссертационные исследования и авторефераты), клинические примеры, тезисы докладов, а также учебные и методические материалы. Результаты. В обзоре проведён анализ данных литературы о состоянии вопросов изучения молекулярно-генетических механизмов костной резорбции, перипротезного остеолиза, нарушения остеоинтеграции после тотального эндопротезирования, в том числе приводящие к развитию асептической нестабильности компонентов эндопротеза тазобедренного сустава. Рассмотрены механизмы наиболее важных, на наш взгляд, звеньев патогенеза, которые могут приводить к развитию асептической нестабильности. Заключение. Многофакторность процессов формирования остеолизиса приводящих к расшатыванию компонентов эндопротеза многогранны как в отношении триггерных механизмов, так и в развитии иммунного ответа. Ослеолиз — результат нарушения местных тканевых гомеостатических механизмов, который может быть локализован как на уровне сенсоров, регуляторов, так и эффекторов. Изучение и точная идентификация дерегулированных сигнальных путей, медиаторов и программ клеточной дифференцировки, которые способствуют перипротезному остеолизу, будет способствовать разработке диагностических, селективных и таргетных терапевтических стратегий.
Ключевые слова: асептическая нестабильность импланта; эндопротезирование; патогенез
Для цитирования:
Денисов А. И., Ешидоржиев Д. А., Гусев К. А., Доржеев В. В., Мироманов А. М. Патогенетические механизмы асептической нестабильности компонентов эндопротеза тазобедренного сустава после тотальной артропластики // Наука молодых (ЕгМ^ю Juvenium). 2024. Т. 12, № 3. С. 455-467. https://doi.org/10.23888/HMJ2024123455-467.
О Авторы, 2024 Лицензия СС ВУ-КС-Ж 4.0
https://doi.org/10.23888/HMJ2024123455-467
Pathogenetic Mechanisms of Aseptic Loosening of Hip Endoprosthesis Components after Total Arthroplasty
Aleksey I. Denisov, Damdin A. Eshidorzhiyev, Kirill A. Gusev, Vladimir V. Dorzheyev, Aleksandr M. Miromanov®
Chita State Medical University, Chita, Russian Federation
Corresponding author: Aleksandr M. Miromanov, [email protected] ABSTRACT
INTRODUCTION: In the structure of complications after total hip arthroplasty, aseptic instability is one of the main reasons for revision interventions, which requires continued study of the causes, methods of early diagnosis and biological approaches to the treatment of osteolysis and aseptic loosening.
AIM: To consider modern pathogenetic aspects of aseptic loosening of hip endoprosthesis components after total arthroplasty.
MATERIALS AND METHODS: The search for literature sources was conducted in open databases of scientific literature PubMed and eLibrary. The search depth for the main keywords (aseptic implant loosening, endoprosthetics, pathogenesis) was 20 years. The criterion for inclusion of sources in the analytic study was the presence of a full or structured text of the article (indicating specific quantitative data). The exclusion criteria were works that have not been published (dissertation studies and author's abstracts), clinical cases, abstracts of reports, as well as educational and methodological materials.
RESULTS: In the review, the analysis of the literature data is presented on the state of issues of studying molecular-genetic aspects of the mechanisms of bone resorption, periprosthetic osteolysis, impaired osteointegration after total endoprosthetics, including those that lead to the development of aseptic loosening of hip endoprosthesis components. The mechanisms of the most important, in our opinion, pathogenetic factors that may lead to aseptic loosening, are considered.
CONCLUSION: The osteolysis formation processes leading to loosening of endoprosthesis components, are multifaceted both in terms of the triggering mechanisms and of the development of immune response. Osteolysis is the result of disruption of local tissue homeostatic mechanisms both at the level of sensors, regulators and of effectors. The study and precise identification of deregulated signaling pathways, mediators and cell differentiation programs contributing to periprosthetic osteolysis, will help in the development of diagnostic, selective and targeted therapeutic strategies.
Keywords: implant aseptic loosening; endoprosthetics; pathogenesis
For citation:
Denisov A. I., Eshidorzhiyev D. A., Gusev K. A., Dorzheyev V. V., Miromanov A. M. Pathogenetic Mechanisms of Aseptic Loosening of Hip Endoprosthesis Components after Total Arthroplasty. Science of the young (Eruditio Juvenium). 2024;12(3):455-467. https://doi.org/10.23888/HMJ2024123455-467.
O Authors, 202/4
The article can be use under the CC BY-NC-ND 4.0 license
Введение
Операции по замене тазобедренного сустава являются одними из самых востребованных и успешных в ортопедической хирургии. С каждым годом неуклонно растет число таких операций у молодых пациентов трудоспособного возраста [1-3]. Тотальное эндопротезирование суставов произвело революцию в лечении терминальных стадий остеоартрита. Этот успех во многом обусловлен четким пониманием важного взаимодействия между искусственным имплантатом и биологией хозяина. Все хирургические вмешательства, при которых имплантаты устанавливаются в организм, вызывают начальную воспалительную реакцию, которая обычно проходит в течение нескольких недель. После этого происходит ряд гомеостатиче-ских событий, ведущих к постепенной интеграции имплантата в кость и окружающие ткани опорно-двигательного аппарата
[4]. Тем не менее, существует ряд осложнений, которые могут возникнуть после замены тазобедренного сустава [5-7].
В структуре осложнений после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава асептическая нестабильность является одной из главных причин ревизионных вмешательств, составляя около 23%
[5]. Пациенты после первичного планового тотального эндопротезирования тазобедренного сустава могут ожидать отличных результатов, тогда как пациенты, проходящие асептическую ревизионную артро-пластику тазобедренного сустава, имеют сравнительно более худшие результаты. Количество асептического ревизионного тотального эндопротезирования тазобедренного сустава неуклонно растет [8]. Так, частота ревизионных эндопротезирований тазобедренных суставов в США увеличилась с 9,5 на 100 тыс. до 15,2 на 100 тыс. в период с 1990 по 2002 гг., а прогнозы до 2030 г. еще выше [9]. Кроме того, ревизионное эндопротезирование вызывает большие социально экономические потери. Общая финансовая нагрузка, связанная с ревизионным эндопротезированием, в среднем стоит на 76% дороже, чем пер-
вичное эндопротезирование сустава [10], что требует продолжения изучения причин, методов ранней диагностики и биологических подходов к терапии остеолиза и асептического расшатывания.
Цель. Рассмотреть современные патогенетические аспекты асептической нестабильности компонентов эндопротеза тазобедренного сустава после тотальной артропластики.
Материалы и методы
Поиск литературных источников проводился в открытых электронных базах данных PubMed и eLibrary. Глубина поиска по основным ключевым словам (асептическая нестабильность импланта, эндопроте-зирование, патогенез) составила 20 лет.
Критерий включения: наличие полного или структурированного текста статьи (с указанием конкретных количественных данных).
Критерии исключения: работы, являющиеся неопубликованными (диссертационные исследования и авторефераты), клинические примеры, тезисы докладов, а также учебные и методические материалы.
Результаты
В настоящее время исследователи посвятили значительное количество времени исследованию рассматриваемой проблемы и разработке новых методов предотвращения асептической нестабильности [11].
Перипротезный остеолиз во многих случаях предшествует асептическому расшатыванию, что указывает на клиническую значимость этого патогенетического механизма [9]. Причина асептического расшатывания компонентов эндопротеза сустава считается мультифакторной и до сих пор остается неясной [12, 13].
Генетические и иммунологические аспекты развития асептической нестабильности компонентов эндопротеза тазобедренного сустава
Сразу после установки импланта происходит ряд адаптивных событий, протекающих в зоне контакта тканей и
эндопротеза (рис. 1). Хирургическую травму можно считать первым повреждением перипротезных тканей, вызывающим некроз, ишемию и развитие локального воспаления. Вторым можно считать изменения (повреждения) тканей в области эндопротеза, которые обусловлены его физическо-химическими характеристиками. Несмотря на пристальный интерес научного сообщества к вопросам взаимодействия между имплантом и окружающими тканями хозяина, к сожалению, на сегодняшний день имеется множество белых пятен. Показано, что продукты паров трения компонентов эндопротеза значимо воздействуют на деятельность пери-протезных клеток, хотя считается, что современные биоматериалы сами по себе
биологически инертны. Третьей причиной можно назвать ранний синовит, вызванный реакцией на частицы износа протеза, что еще больше меняет перипротезную среду после нескольких месяцев использования эндопротеза. Что касается долгосрочного прогноза в отношении устойчивости взаимодействия кость-имплантат к остеолизу, важна правильная интеграция эндопротеза, в частности — заполнение пустых пространств костной тканью [14]. Также показано, что риск ранней миграции импланта и развитие позднего асептического расшатывания могут быть объяснены индивидуальными различиями в регенеративных процессах вокруг им-плантата в раннем послеоперационном периоде [15].
Рис. 1. Триггеры воспалительной реакции на тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава (ТАТ).
Примечание: основные факторы, вызывающие воспалительную реакцию сразу после имплантации эндопротеза, которые могут приводить к повреждению тканей, и, как следствие, к перипротезному остеолизу: некроз, ишемия и деградация тканей, воспринимаемые макрофагами (МФ), системой комплемента и другими клетками; PAMPS/MAMPS; активация остеокластов за счет микроподвижности на границе имплантат-хозяин; взаимодействие продуктов пары трения импланта (WP) с макрофагами, вызывающее воспаление [14].
Ряд исследований показали, что генетические факторы могут играть важную роль в развитии асептической нестабильности компонентов эндопротеза, хотя по-прежнему изучены не полностью [16-19]. Предполагается, что генетические маркеры могут влиять на процессы ремодели-рования кости и воспалительные процессы, что может приводить к ухудшению
стабильности эндопротеза. Необходимо так же отметить, что в подавляющем большинстве случаев после перенесенного эндопротезирования все же наступает гомеостаз на границе имплант-хозяин, при этом воспалительный процесс входит в рамки «физиологического воспаления», благодаря этому возможно активное поддержание тканевой гармонии. Исходя из
данной концепции, важно понимать компоненты воспалительного ответа (рис. 2): индукторы воспаления; их рецепторы; ме-
диаторы воспаления, секретируемые сенсорами после стимуляции индукторами; и эффекторы, влияющие на ткани [14].
Рис. 2. Реакция макрофагов на частицы износа имплантата и биологические стратегии предотвращения асептического разрыхления.
Примечание: Реактивность макрофагов при активации частицами износа обусловлена контактом с клеточной мембраной через поверхностные рецепторы, такие как CD14 и TLRs, или через фагоцитоз остатков износа. Активация NF-kB индуцирует высвобождение провоспалительных цитокинов (например, TNF-a, IL-1, IL-6 и PGE-2), факторов роста (M-CSF), проостеокластических факторов (RANKL) и хемокинов (например, IL-8, MIP-1a и MCP-1), что приводит к системному привлечению большего количества макрофагов и предшественников остеокластов, тем самым способствуя воспалению и остеолизу. На этом рисунке также обобщены некоторые предлагаемые биологические стратегии для предотвращения и лечения асептического расшатывания. TLR, Toll-подобный рецептор; PMNs, полиморфноядерные клетки; IL, интерлейкин; NF-kB, ядерный фактор kappa B; NLRP3, NOD-, LRR- и пириновый доменсодержащий белок 3; TNF, фактор некроза опухоли; RANKL, активатор рецептора лиганда ядерного фактора kappa B; АФК, активные формы кислорода; MSC, мезенхимальные стволовые клетки; MCP-1, моноцитарный хемоаттрактантный белок-1; CD, кластер дифференцировки; M-CSF, макрофагальный колониестимулирующий фактор 1; PGE, простагландин E; IFN, интерферон [20].
Тип воспалительной реакции зависит от характеристик индукторов воспаления. В случае асептического воспаления триг-герные факторы обнаруживаются тканере-зидентными клетками моноцитами/макрофагами и другими клетками, участвующими во врожденной защите хозяина, кото-
рые инициируют соответственно резорбцию некротизированных тканей. Одновременно формируется инкапсуляция инородных тел и запускается иммунный механизм адаптации, приводящий к высвобождению ряда биологически активных веществ (БАВ), реализующих воспалительный от-
вет. Однако, одновременно с активацией сенсоров воспаления активируются защитные и регенераторные механизмы, обеспечивающие восстановление исходной тканевой архитектуры и нормального метаболизма после исключения индукторов, таким образом достигается тканевой гомео-стаз [14]. Наиболее значимыми в этом отношении будут несколько популяций кле-
ток регулирующие степень воспалительного ответа на частицы эндопротеза (рис. 3). Наиболее важные из них включают клетки, контролирующие гомеостаз тканей - моноциты, макрофаги, дендритные клетки, лимфоидные клетки, Treg-лимфоциты и другие. Что касается кости, ключевую роль играют остеоциты, остеобласты и их предшественники [21].
Рис. 3. Регенерация костной ткани и участие иммунных клеток в этом процессе (объяснение в тексте) [14].
Также существуют исследования говорящие о балансе иммунного ответа и тканевого гомеостаза за счет влияния ге-мопоэтических стволовых клеток. Тем не менее, до настоящего времени остается открытым вопрос о существовании отдельных фенотипически стабильных субпопуляций клеток для всех типов тканевых ответов. Возможно, что в зависимости от типа триггера и вида сигнальной сети, клетки (макрофаги, фибробласты) могут принимать различные контекстно-зависимые фенотипы, приводящие к разному виду иммунного ответа [22]. Макрофаги активируются частицами либо при контакте с клеточной мембраной через поверхностные рецепторы, такие как СБ11Ь, СБ14, ШП-подобные рецепторы (TLR), либо посредством фагоцитоза остатков износа импланта. Активация
макрофагов происходит через различные внутриклеточные пути: ген первичного ответа миелоидной дифференцировки (Му088), митоген-активируемую проте-инкиназу р38 (МАР-киназа) и т.д., способствующие активации ядерного фактора (ОТ-кБ). Индукция фактора №-кБ активирует выброс БАВ (Т№-а, Ш-1, ГЬ-6, простагландин Е (PGE)-2, колониестиму-лирующий фактор макрофагов (М-СББ), рецептор-активатор лиганда №кБ (КАМКЦ) и др.) [23], которые способствуют дальнейшей продукции БАВ, в том числе и хе-мокинов [24-26]. Хемокины непосредственно участвуют в миграции клеток мо-ноцитарной/макрофагальной линии и других клеток. Локально активированные макрофаги высвобождают моноцитарный хемоаттрактантный белок-1 (МСР-1, также называемый С^2) [10]. МСР-1 (ген чело-
века 17q11.2) принадлежит к подсемейству у-хемокинов (хемокины С-С) и является ранним фактором, реагирующим на стресс. МСР-1 в первую очередь участвует в системном привлечении провоспалительных клеток (моноцитов, нейтрофилов и лимфоцитов). МСР-1 в кровотоке связывается с рецепторами — ССЯ2А и ССЯ2Б (ген человеческого гена ГО 1231), с предпочтением ССЯ2Б, который экспрессируется моноцитами и активированными клетками естественных киллерных лимфоцитов (ЫК). Кроме того, МСР-1 экспрессируется остеобластами и остеокластами [27].
Частицы износа и взаимодействие макрофагов широко исследовались, концепция поляризации макрофагов применялась к активации макрофагов, индуцированной частицами биоматериала. Аналогичным образом, лишь немногие исследования по извлечению напрямую охарактеризовали состояние поляризации макрофагов ткани вокруг имплантата, хотя повышенное производство М1 вызывает про-воспалительные и хемотаксические факторы, такие как оксида азота ^N08), Т№-а, ГО-1Р, ГО-6, РОБ-2, ГО-8, С^2 и С^3. Повышенное производство характерных продуктов макрофагов М2, таких как ММП, ГЬ-10 и фактор роста эндотелия сосудов, также были обнаружены в тканях, окружающих не стабильные имплантаты [28].
В зарубежной литературе также описана роль простагландина Е (PGE), который является важным внутриклеточным посредником в остеолитическом каскаде, вызываемом наличием остатков им-плантата. Подобно Ш-1, РОБ2 является важным стимулятором резорбции кости посредством стимуляции остеокластов. Однако в низких концентрациях PGE2 обладает ингибирующими свойствами. Усилению продукции PGE2 остеобластами способствуют не только провоспалитель-ные цитокины (Ш-1, ТКБ-а), но и наличие металлических частиц и ионов [29].
Проведенные исследования иммунологического статуса у пациентов с остеоарт-ритом в предоперационном периоде показали дисбаланс в сторону увеличения провос-палительных цитокинов и недостаточную
функциональную активность Т-хелперов как проявления иммунодепрессии [28].
Показано, что при ревизионном эн-допротезировании у пациентов с признаками асептического переимплантного остео-лизиса, снижена фагоцитарная активность сегментоядерных нейтрофилов, повышены уровни Т- и В-лимфоцитов и содержание иммуноглобулинов [28]. При асептической нестабильности эндопротеза может наблюдаться изменение числа и функции различных клеток иммунной системы, таких как нейтрофилы, Т- и В-лимфоциты. Лимфоциты Т и В являются другой важной группой клеток иммунной системы, которые могут играть роль в развитии асептической нестабильности эндопротеза. Также известно, что у пациентов с асептической нестабильностью эндопротеза может наблюдаться увеличение активности клеток Т-хелперов типа 1 (Th1), которые вырабатывают цитокины, такие как интерферон-у (IFN-y) и TNF-a, которые могут способствовать развитию воспалительного ответа [30]. Кроме того, лимфоциты B могут вырабатывать антитела, которые могут связываться с металлическими частицами и способствовать активации макрофагов и других клеток иммунной системы [31].
Имеются убедительные доказательства критической роли хронического воспаления низкой степени выраженности в механизме асептического перипротезного остеолиза. Также имеются множество доказательств, полученных в исследованиях in vitro, экспериментах in vivo и анализе тканей, собранных во время повторных операций. Неоднократно демонстрировалось in vitro и in vivo, что после контакта между искусственно изготовленными побочными продуктами протеза и иммунными клетками последние экспрессируют провоспалительные цитокины, хемокины и другие вещества [32].
Большое количество работ так же указывают на ключевую роль провоспа-лительных цитокинов (TNF-a, IL-1, IL-6) в развитии асептической нестабильности имплантатов. Доказано, что провоспали-тельные цитокины стимулируют выработку других цитокинов, значимо усиливают
воспалительный ответ и способствуют разрушению тканей вокруг эндопротеза. Таким образом, цитокины IL-1, IL-6 считаются основными медиаторами остеоли-за и, в конечном счете, асептического разрыхления [21]. Эти цитокины синергиче-ски стимулируют дифференцировку остеокластов предшественников в зрелые многоядерные остеокласты, которые способны эффективно резорбировать кость. TNFa в основном действует непосредственно на предшественников остеокластов. Повышенная дифференцировка остеокластов является основной движущей силой перипротезного остеолиза [32].
Согласно современному хирургическому опыту, степень интраоперационного повреждения сопоставима при разных видах эндопротезирования тазобедренного сустава, что указывает на общую способность достигать тканевого гомеостаза у большинства пациентов в ранние сроки после операции. Таким образом дисрегуляция воспалительного ответа является основной проблемой. С этой точки зрения изучение генетического полиморфизма основных «участников» иммунного ответа как возможного предиктора асептической нестабильности является актуальным направлением.
Одним из главных является полиморфизм гена TNF-a. TNF-а играет ключевую роль, поскольку он усиливает регуляцию IL-1 и IL-6 и гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующе-го фактора. Поскольку экспрессия TNF-а происходит в ткани между имплантатом и окружающей костью, TNF-а, из-за его ключевой прямой и косвенной роли в активации и привлечении остеокластов, может способствовать перипротезному остеолизу и ослаблению компонентов тотального эндопротеза тазобедренного сустава [22, 32]. Цитокин TNF-a играет важную роль в иммунном ответе и воспалительных процессах, и было показано, что он может играть роль в развитии асептической нестабильности компонентов эндопротеза. Доказано, что аллель TNF-238 A, более высокий у пациентов с тяжелым остеолизом, чем у пациентов с легким остеолизом (OR = 6,59, p = 0,005,
PAR = 5,2%), был связан с тяжелым остеолизом вертлужной впадины и риском нестабильности, в отличие от генотипа TNF-238 GG. По сравнению с пациентами с генотипом GG носители TNF-238а были в шесть раз более склонны к развитию тяжелого остеолиза и имели повышенный кумулятивный риск асептической нестабильности компонентов эндопротеза тазобедренного сустава (p = 0,024). Однако аллель Т№-238а редко встречается у пациентов, у которых нет признаков остеолиза [15]. Полиморфизмы в гене TNF-a могут влиять на уровень и активность этого цитокина, что может привести к возникновению воспалительного процесса и костной резорбции вокруг компонентов эндопротеза [28].
В исследовании 481 пациента Уил-коксон и соавторы исследовали два полиморфизма TNF-238 и TNF-308. Пациенты были включены в контрольную группу и группу остеолиза. Частота аллеля TNF-238A была выше в группе остеолиза, чем в контрольной группе (p = 0,05) и группе сравнения (p = 0,001), и самой высокой у пациентов с остеолизом как бедренной кости, так и таза. Частота аллеля TNF 308A была одинаковой у всех испытуемых (p > 0,05 для всех сравнений), без различий по сравнению с местным фоновым населением (p > 0,05). Частота аллеля и/или носитель-ства —238A у пациентов с остеолизом была примерно в два раза выше, чем у пациентов с успешными имплантациями и в фоновой популяции. Взаимосвязь между носитель-ством -238A и остеолизом была наиболее выраженной у пациентов с остеолизом как бедренной кости, так и таза [33].
Некоторые исследования показали связь остеолиза после тотального эндопро-тезирования тазобедренного сустава с общими полиморфизмами в генах, кодирующих семейство IL-1, IL-6, TNF [34, 35], за счет экспрессии последних и активации гигантских клеток, резорбирующих кость и способствующих увеличению потери костной массы вокруг имплантатов [34, 36].
В свою очередь нужно отметить и то, что наравне с механизмами участвующими в формировании и поддержании воспале-
ния должны функционировать и механизмы, противодействующие этому (рис. 3).
В отношении прекращения воспаления важную роль могут играть противовоспалительные цитокины (Ш-4, ГЬ-5, 1Ь-10, 1Ь-13) и липоксины. Они связываются с рецепторами и уменьшают активацию про-воспалительных цитокинов (Т№-а, Ш-1Р), комплекса ЫР-кР, одновременно стимулируя противовоспалительные пути [14].
Снижение уровня стимулирующих факторов является следствием противовоспалительной активности разных клеток (резидентные тканевые фибробласты и мезенхимальные, преостеобластные, стромальные, М2, ГЬ-10-секретирующие макрофаги, Treg-клетки, ^2-клетки). Данная активность в области имплант-кость аналогична процессам происходящим при репаративной регенерации костной ткани и обусловлена действием ГЬ-4, ГЬ-10, ТОБ-Р, рецептором Ш-1 (IL-1Ra) и остеопротегерином (OPG). Дифференци-ровка Treg-клеток происходит под воздействием TGF-P и IL-10, которые синтезируются М2 макрофагами. Treg-клетки секретируют многие БАВ (декорин, аспо-рин, дерматопонтин, амфирегуллин) играющие важную роль в репаративном ре-моделировании кости. Кроме того, ремо-делирование костной ткани поддерживается за счет стимуляции остеобластов 17Р-эстрадиолом, фактором дифференцировки Wnt и костным морфогенетическим белком 2 (ВМР-2). Цитокины 1Ш-у и IL-6 способствуют ремоделированию за счет активации остеобластов с выработкой ингибитора ЯЛЫ^ OPG. Продуцируемый остеокластами сфингозин-1-фосфат способствует дифференцировке предшественников остеобластов, и, тем самым, увеличению числа остеобластов. Таким образом, вышеуказанные механизмы спо-
собствуют рекрутированию и дифферен-цировке преостеобластов в сторону зрелых остеобластов, ремоделирующих кость, а IFN-y и IL-6 подавляют резорбцию кости, за счет влияния на не активированные остеокласты. Активированные остеокласты не реагируют на IFN-y и IL-6, поскольку пути внутриклеточного ответа блокируются сверхэкспрессируемой митогенак-тивируемой протеинкиназой р38 [14].
Заключение
Асептическая нестабильность компонентов эндопротеза является основной причиной ревизионных операций для пациентов, перенесших артропластику тазобедренного сустава. Многофакторность процессов формирования остеолизиса приводящих в конечном итоге к расшатыванию компонентов эндопротеза многогранны как в отношении триггерных механизмов, так и в развитии иммунного ответа. Доказано, что провоспалительные хемокины/цитокины создают тяжелое воспалительное микроокружение, характеризующееся преобладанием активированных макрофагов, фибробластов, сино-виоцитов, лимфоцитов и остеокластов над остеобластами, резидентными фибробла-стами и другими гомеостатическими клетками. Следовательно, ослеолиз нужно понимать как результат нарушения местных тканевых гомеостатических механизмов. Это нарушение может быть локализовано как на уровне сенсоров, регуляторов, так и эффекторов. Таким образом, изучение и точная идентификация дерегу-лированных сигнальных путей, медиаторов и программ клеточной дифференци-ровки, которые способствуют перипро-тезному остеолизу, будет способствовать разработке диагностических, селективных и таргетных терапевтических стратегий.
Список источников
1. Shichman I., Askew N., Habibi A., et al. Projections and epidemiology of revision hip and knee arthroplasty in the United States to 2040-2060 // Arthroplast. Today. 2023. Vol. 21. P. 101152. doi: 10.1016/j.artd.2023.101152
2. Crawford D.A., Adams J.B., Hobbs G.R., et al. Does activity level after primary total hip arthro-
plasty affect aseptic survival? // Arthroplast. Today. 2021. Vol. 11. Р. 68-72. doi: 10.1016/j.artd. 2021.07.005
3. Мурылев В.Ю., Куковенко Г.А., Елизаров П.М., и др. Сравнительная оценка использования индивидуальных 3D-компонентов и стандартных имплантатов для реконструкции вертлужной
впадины при ревизионном эндопротезировании // Травматология и ортопедия России. 2023. Т. 29, № 3. C. 18-30. doi: 10.17816/2311-2905-2553
4. Pajarinen J., Lin T.-H., Sato T., et al. Interaction of Materials and Biology in Total Joint Replacement — Successes, Challenges and Future Directions // J. Mater. Chem. B. 2014. Vol. 2, No. 41. P. 7094-7108. doi: 10.1039/c4tb01005a
5. Kenney C., Dick S., Lea J., et al. A systematic review of the causes of failure of revision total hip arthroplasty // J. Orthop. 2019. Vol. 16, No. 5. P. 393-395. doi: 10.1016/j.jor.2019.04.011
6. Ковалдов К.А., Морозова Е.А., Герасимов Е.А., и др. Применение индивидуального импланта при ревизионном эндопротезировании тазобедренного сустава с костным дефектом типа IV по Paprosky // Гений ортопедии. 2023. Т. 29, № 5. P. 546-551. doi: 10.18019/1028-4427-202329-5-546-551
7. Wang X., Xu H., Zhang J. Using personalized 3D printed Titanium sleeve-prosthetic composite for reconstruction of severe segmental bone loss of proximal femur in revision total hip arthroplasty: a case report // Medicine (Baltimore). 2020. Vol. 99, No. 3. Р. e18784. doi: 10.1097/md.0000000000 018784
8. Bendich I., Tarity T.D., Alpaugh K., et al. Minimal Clinically Important Difference (MCID) at One Year Postoperatively in Aseptic Revision Total Hip Arthroplasty // J. Arthroplasty. 2022. Vol. 37, No. 8S. P. S954-S957. doi: 10.1016/j.arth.2022.01.044
9. Gallo J., Goodman S.B., Konttinen Y.T., et al. Osteo-lysis around total knee arthroplasty: a review of pathogenetic mechanisms // Acta Biomater. 2013. Vol. 9, No. 9. P. 8046-8058. doi: 10.1016/j.actbio.2013.05.005
10. Upfill-Brown A., Hsiue P.P., Sekimura T., et al. Instability is the Most Common Indication for Revision Hip Arthroplasty in the United States: National Trends From 2012 to 2018 // Arthroplast. Today. 2021. Vol. 11. Р. 88-101. doi: 10.1016/j.artd.2021.08.001
11. Moroni A., Miscione M.T., Orsini R., et al. Clinical and radiological outcomes of the Birmingham hip resurfacing arthroplasty at a minimum follow-up of 10 years: results from an independent centre // Hip Int. 2017. Vol. 27, No. 2. P. 134-139. doi: 10.5301/hipint.5000424
12. Cherian J.J., Jauregui J.J., Banerjee S., et al. What host factors affect aseptic loosening after THA and TKA? // Clin. Orthop. Relat. Res. 2015. Vol. 473, No. 8. P. 2700-2709. doi: 10.1007/s11999-015-4220-2
13. Kwon Y.-M., Ostlere S.J., McLardy-Smith P., et al. "Asymptomatic" pseudotumors after metal-on-metal hip resurfacing arthroplasty: prevalence and metal ion study // J. Arthroplasty. 2011. Vol. 26, No. 4. P. 511-518. doi: 10.1016/j.arth.2010.05.030
14. Gallo J., Goodman S.B., Konttinen Y.T., et al. Particle disease: biologic mechanisms of peri-prosthetic osteolysis in total hip arthroplasty //
Innate Immun. 2013. Vol. 19, No. 2. P. 213-224. doi: 10.1177/1753425912451779
15. Del Buono A., Denaro V., Maffulli N. Genetic susceptibility to aseptic loosening following total hip arthroplasty: a systematic review // Br. Med. Bull.
2012. Vol. 101. P. 39-55. doi: 10.1093/bmb/ldr011
16. Koks S., Wood D.J., Reimann E., et al. The Genetic Variations Associated With Time to Aseptic Loosening After Total Joint Arthroplasty // J. Arthroplasty. 2020. Vol. 35, No. 4. P. 981-988. doi: 10.1016/j.arth.2019.11.004
17. Cong Y., Wang Y., Yuan T., et al. Macrophages in aseptic loosening: Characteristics, functions, and mechanisms // Front. Immunol. 2023. Vol. 14. P. 1122057. doi: 10.3389/fimmu.2023.1122057
18. Stelmach P., Wedemeyer C., Fuest L., et al. The BCL2 -938C>A promoter polymorphism is associated with risk for and time to aseptic loosening of total hip arthroplasty // PLoS One. 2016. Vol. 11, No. 2. P. e0149528. doi: 10.1371/journal.pone.0149528
19. Couto M., Vasconcelos D.P., Sousa D.M., et al. The Mechanisms Underlying the Biological Response to Wear Debris in Periprosthetic Inflammation // Front. Mater. 2020. Vol. 7. P. 274. doi: 10.3389/fmats.2020.00274
20. Landgraeber S., Jäger M., Jacobs J.J., et al. The pathology of orthopedic implant failure is mediated by innate immune system cytokines // Mediators Inflamm. 2014. Vol. 2014. P. 185150. doi: 10.1155/2014/185150
21. Goodman S.B., Gibon E., Pajarinen J., et al. Novel biological strategies for treatment ofwear particle-induced periprosthetic osteolysisof orthopaedic implants for joint replacement // J. R. Soc. Interface. 2014. Vol. 11, No. 93. P. 20130962. doi: 10.1098/rsif.2013.0962
22. Gallo J., Vaculova G., Goodman S.B., et al. Contributions of human tissue analysis to understanding the mechanisms of loosening and osteolysis in total hip replacement // Acta Biomater. 2014. Vol. 10, No. 6. P. 2354-2366. doi: 10.1016/j.actbio. 2014.02.003
23. Takakubo A., Berce R., Trebse Y., et al. Wear and corrosion in the loosening of total joint replacements (TJRs). In: Yu Y. Bio-Tribocorrosion in Biomaterials and Medical Implants. Woodhead Publishing Limited; 2013. P. 74-110. doi: 10.1533/9780857098603.1.74
24. Gallo J., Goodman S.B., Konttinen Y.T., et al. Osteolysis around total knee arthroplasty: a review of pathogenetic mechanisms // Acta Biomater.
2013. Vol. 9, No. 9. P. 8046-8058. doi: 10.1016/ j.actbio.2013.05.005
25. Podzimek S., Himmlova L., Janatova T., et al. Metal hypersensitivity and pro-inflammatory cytokine production in patients with failed orthopedic implants: a case-control study // Clin. Immunol. 2022. Vol. 245. P. 109152. doi: 10.1016/j.clim. 2022.109152
26. Dyskova T., Gallo J., Kriegova E. The Role of the Chemokine System in Tissue Response to Prosthet-
ic By-products Leading to Periprosthetic Osteolysis and Aseptic Loosening // Front. Immunol. 2017. Vol. 8. P. 1026. doi: 10.3389/fimmu.2017.01026
27. Брагина С.В. Современные возможности ранней лабораторной диагностики перипротезного остеолиза как предиктора развития асептической нестабильности эндопротеза тазобедренного сустава // Гений ортопедии. 2020. T. 26, № 2. P. 261-265. doi: 10.18019/1028-4427-202026-2-261-265
28. Pacheco-Martelo V., Roldán-Vasco S. Enfermedad de las enzimas y citocinas en la artroplastia total de cadera: promotores en el aflojamiento in-munológico // Rev. Fac. Med. 2018. Vol. бб, No. 3. P. 477-484.
29. Nich C., Takakubo Y., Pajarinen J., et al. Macro-phages-Key cells in the response to wear debris from joint replacements // J. Biomed. Mater. Res. A. 2013. Vol. 101, No. 10. P. 3033-3045. doi: 10.1002/jbm.a.34599
30. Costa M.D., Donner S., Bertrand J., et al. Hypersensitivity and lymphocyte activation after total hip arthroplasty // Orthopadie (Heidelb.). 2023. Vol. 52, No. 3. P. 214-221. doi: 10.1007/s00132-023-04349-7
31. Goodman S.B., Gallo J. Periprosthetic Osteolysis: Mechanisms, Prevention and Treatment // J. Clin. Med. 2019. Vol. 8, No. 12. P. 2091. doi: 10.3390/jcm8122091
32. Landgraeber S., Jäger M., Jacobs J.J., et al. The pathology of orthopedic implant failure is mediated by innate immune system cytokines // Mediators Inflamm. 2014. Vol. 2014. P. 185150. doi: 10.1155/2014/185150
33. Kiss-Toth E., Harlock E., Lath D., et al. A TNF variant that associates with susceptibility to musculoskeletal disease modulates thyroid hormone receptor binding to control promoter activation // PLoS One. 2013. Vol. 8, No. 9. P. e76034. doi: 10.1371/journal.pone.0076034
34. Lopez-Anglada E., Collazos J., Montes A.H., et al. IL-1 ß gene (+3954 C/T, exon 5, rs1143634) and NOS2 (exon 22) polymorphisms associate with early aseptic loosening of arthroplasties // Sci. Rep. 2022. Vol. 12, No. 1. P. 18382. doi: 10.1038/s41598-022-22693-0
35. Erdemli B., Özbek E.A., Ba§arir K., et al. Proinflammatory biomarkers' level and functional genetic polymorphisms in periprosthetic joint infection // Acta Orthop. Traumatol. Turc. 2018. Vol. 52, No. 2. P. 143-147. doi: 10.1016/j.aott. 2017.11.002
36. Kobayashi K., Takahashi N., Jimi E., et al. Tumor necrosis factor alpha stimulates osteoclast differentiation by a mechanism independent of the OD/RANKL-RANK interaction // J. Exp. Med. 2000. Vol. 191, No. 2. P. 275-286. doi: 10.1084/ jem.191.2.275
References
1. Shichman I, Askew N, Habibi A, et al. Projections and epidemiology of revision hip and knee arthroplasty in the United States to 2040-2060. Arthroplast Today. 2023;21:101152. doi: 10.1016/j.artd. 2023.101152
2. Crawford DA, Adams JB, Hobbs GR, et al. Does activity level after primary total hip arthroplasty affect aseptic survival? Arthroplast Today. 2021;11:68-72. doi: 10.1016/j.artd.2021.07.005
3. Murylev VY, Kukovenko GA, Elizarov PM, et al. Comparative Evaluation of Custom-Made Components and Standard Implants for Acetabular Reconstruction in Revision Total Hip Arthroplasty. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2023; 29(3):18-30. (In Russ). doi: 10.17816/2311-29052553
4. Pajarinen J, Lin T-H, Sato T, et al. Interaction of Materials and Biology in Total Joint Replacement — Successes, Challenges and Future Directions. J Mater Chem B. 2014;2(41):7094-108. doi: 10.1039/c4tb01005a
5. Kenney C, Dick S, Lea J, et al. A systematic review of the causes of failure of revision total hip arthroplasty. J Orthop. 2019;16(5):393-5. doi: 10.1016/j.jor.2019.04.011
6. Kovaldov KA, Morozova EA, Gerasimov EA, et al. Revision total hip arthroplasty with custom-made hip implant for Paprosky type IV femoral bone loss.
Genij Ortopedii. 2023;29(5):546-51. (In Russ). doi: 10.18019/1028-4427-2023-29-5-546-551
7. Wang X, Xu H, Zhang J. Using personalized 3D printed Titanium sleeve-prosthetic composite for reconstruction of severe segmental bone loss of proximal femur in revision total hip arthroplasty: a case report. Medicine (Baltimore). 2020;99(3): e18784. doi: 10.1097/md.0000000000018784
8. Bendich I, Tarity TD, Alpaugh K, et al. Minimal clinically important difference (MCID) at one year postoperatively in aseptic revision total hip arthroplasty. J Arthroplast. 2022;37(8S):S954-7. doi: 10.1016/j.arth.2022.01.044
9. Gallo J, Goodman SB, Konttinen YT, et al. Osteolysis around total knee arthroplasty: a review of pathogenetic mechanisms. Acta Biomater. 2013;9(9): 8046-58. doi: 10.1016/j.actbio.2013.05.005
10. Upfill-Brown A, Hsiue PP, Sekimura T, et al. Instability is the most common indication for revision hip arthroplasty in the United States: national trends from 2012 to 2018. Arthroplast Today. 2021;11:88-101. doi: 10.1016/j.artd.2021.08.001
11. Moroni A, Miscione MT, Orsini R, et al. Clinical and radiological outcomes of the Birmingham hip resurfacing arthroplasty at a minimum follow-up of 10 years: results from an independent centre. Hip Int. 2017;27(2):134-9. doi: 10.5301/hipint.5000424
12. Cherian JJ, Jauregui JJ, Baneijee S, et al. What host factors affect aseptic loosening after THA and
TKA? Clin Orthop Relat Res. 2015;473(8):2700-9. doi: 10.1007/s11999-015-4220-2
13.Kwon Y-M, Ostlere SJ, McLardy-Smith P, et al. "Asymptomatic" pseudotumors after metal-on-metal hip resurfacing arthroplasty: prevalence and metal ion study. J Arthroplasty. 2011;26(4):511-8. doi: 10.1016/j.arth.2010.05.030
14. Gallo J, Goodman SB, Konttinen YT, et al. Particle disease: biologic mechanisms of periprosthetic osteolysis in total hip arthroplasty. Innate Immun. 2013; 19(2):213-24. doi: 10.1177/1753425912451779
15. Del Buono A, Denaro V, Maffulli N. Genetic susceptibility to aseptic loosening following total hip arthroplasty: a systematic review. Br Med Bull. 2012;101:39-55. doi: 10.1093/bmb/ldr011
16. Koks S, Wood DJ, Reimann E, et al. The Genetic Variations Associated With Time to Aseptic Loosening After Total Joint Arthroplasty. J Arthroplasty. 2020;35(4):981-8. doi: 10.1016/j.arth.2019.11.004
17. Cong Y, Wang Y, Yuan T, et al. Macrophages in aseptic loosening: Characteristics, functions, and mechanisms. Front Immunol. 2023;14:1122057. doi: 10.3389/fimmu.2023.1122057
18. Stelmach P, Wedemeyer C, Fuest L, et al. The BCL2 -938C>A promoter polymorphism is associated with risk for and time to aseptic loosening of total hip arthroplasty. PLoS One. 2016;11(2):e0149528. doi: 10.1371/journal.pone.0149528
19. Couto M, Vasconcelos DP, Sousa DM, et al. The Mechanisms Underlying the Biological Response to Wear Debris in Periprosthetic Inflammation. Front Mater. 2020;7:274. doi: 10.3389/fmats.2020.00274
20. Landgraeber S, Jäger M, Jacobs JJ, et al. The pathology of orthopedic implant failure is mediated by innate immune system cytokines. Mediators Inflamm. 2014;2014:185150. doi: 10.1155/2014/185150
21. Goodman SB, Gibon E, Pajarinen J, et al. Novel biological strategies for treatment ofwear particle-induced periprosthetic osteolysisof orthopaedic implants for joint replacement. J R Soc Interface. 2014;11(93):20130962. doi: 10.1098/rsif.2013.0962
22. Gallo J, Vaculova G, Goodman SB, et al. Contributions of human tissue analysis to understanding the mechanisms of loosening and osteolysis in total hip replacement. Acta Biomater. 2014;10(6):2354-66. doi: 10.1016/j.actbio.2014.02.003
23. Takakubo A, Berce R, Trebse Y, et al. Wear and corrosion in the loosening of total joint replacements (TJRs). In: Yu Y. Bio-Tribocorrosion in Biomaterials and Medical Implants. Woodhead Publishing Limited; 2013. P. 74-110. doi: 10.1533/9780857098603.1.74
24. Gallo J, Goodman SB, Konttinen YT, et al. Osteolysis around total knee arthroplasty: a review of pathogenetic mechanisms. Acta Biomater. 2013;9(9): 8046-58. doi: 10.1016/j.actbio.2013.05.005
25. Podzimek S, Himmlova L, Janatova T, et al. Metal hypersensitivity and pro-inflammatory cytokine production in patients with failed orthopedic implants: a case-control study. Clin Immunol. 2022; 245:109152. doi: 10.1016/j.clim.2022.109152
26. Dyskova T, Gallo J, Kriegova E. The Role of the Chemokine System in Tissue Response to Prosthetic By-products Leading to Periprosthetic Osteolysis and Aseptic Loosening. Front Immunol. 2017;8:1026. doi: 10.3389/fimmu.2017.01026
27. Bragina SV. Modern possibilities with early laboratory diagnosis of periprosthetic osteolysis predating aseptic loosening in total hip arthroplasty (literature review). Genij Ortopedii. 2020;26(2):261-5. (In Russ). doi: 10.18019/1028-4427-2020-26-2261-265
28. Pacheco-Martelo V, Roldán-Vasco S. Enfermedad de las enzimas y citocinas en la artroplastia total de cadera: promotores en el aflojamiento inmu-nológico. Rev Fac Med. 2018;66(3):477-84.
29. Nich C, Takakubo Y, Pajarinen J, et al. Macro-phages-Key cells in the response to wear debris from joint replacements. J Biomed Mater Res A. 2013;101(10):3033-45. doi: 10.1002/jbm.a.34599
30. Costa MD, Donner S, Bertrand J, et al. Hypersensitivity and lymphocyte activation after total hip arthroplasty. Orthopadie (Heidelb). 2023;52(3):-214-21. doi: 10.1007/s00132-023-04349-7
31. Goodman SB, Gallo J. Periprosthetic Osteolysis: Mechanisms, Prevention and Treatment. J Clin Med. 2019;8(12):2091. doi: 10.3390/jcm8122091
32. Landgraeber S, Jäger M, Jacobs JJ, et al. The pathology of orthopedic implant failure is mediated by innate immune system cytokines. Mediators Inflamm. 2014;2014:185150. doi: 10.1155/2014/185150
33. Kiss-Toth E, Harlock E, Lath D, et al. A TNF variant that associates with susceptibility to musculoskeletal disease modulates thyroid hormone receptor binding to control promoter activation. PLoS One. 2013;8(9):e76034. doi: 10.1371/ journal.pone.0076034
34. López-Anglada E, Collazos J, Montes AH, et al. IL-1 ß gene (+3954 C/T, exon 5, rs1143634) and NOS2 (exon 22) polymorphisms associate with early aseptic loosening of arthroplasties. Sci Rep. 2022; 12(1):18382. doi: 10.1038/s41598-022-22693-0
35. Erdemli B, Özbek EA, Baçarir K, et al. Proinflammatory biomarkers' level and functional genetic polymorphisms in periprosthetic joint infection. Acta Orthop Traumatol Turc. 2018;52(2): 143-7. doi: 10.1016/j.aott.2017.11.002
36. Kobayashi K, Takahashi N, Jimi E, et al. Tumor necrosis factor alpha stimulates osteoclast differentiation by a mechanism independent of the OD/RANKL-RANK interaction. J Exp Med. 2000;191(2):275-86. doi: 10.1084/jem.191.2.275
Дополнительная информация
Финансирование. Авторы заявляют об отсутствии финансирования при проведении исследования.
Funding. The authors declare no funding for the study.
Информация об авторах:
Денисов Алексей Ильич — аспирант кафедры травматологии и ортопедии, SPIN: 5321-2045, https://orcid.org/0009-0004-1604-6780, e-mail: [email protected]
Ешидоржиев Дамдин Альбертович — аспирант кафедры травматологии и ортопедии, SPIN: 2839-4432, https://orcid.org/0009-0004-9338-1646, e-mail: [email protected]
Гусев Кирилл Аркадьевич — канд. мед. наук, ассистент кафедры травматологии и ортопедии, SPIN: 3767-7013, https://orcid.org/0000-0003-3375-9956, e-mail: [email protected]
Доржеев Владимир Владимирович — канд. мед. наук, доцент кафедры травматологии и ортопедии, SPIN: 8223-4195, https://orcid.org/0000-0002-3324-658X, e-mail: [email protected]
мМироманов ААлександр Михайлович — д-р мед. наук, профессор, заведующий кафедрой травматологии и ортопедии, SPIN: 3984-4033, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1432-1844, e-mail: [email protected]
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Information about the authors:
Aleksey I. Denisov — Postgraduate Student of the Department of Traumatology and Orthopedics, SPIN: 5321-2045, https://orcid.org/0009-0004-1604-6780, e-mail: [email protected]
Damdin A. Eshidorzhiyev — Postgraduate Student of the Department of Traumatology and Orthopedics, SPIN: 2839-4432, https://orcid.org/0009-0004-9338-1646, e-mail: [email protected]
KirillA. Gusev — MD, Cand. Sci. (Med.), Assistant of the Department of Traumatology and Orthopedics, SPIN: 3767-7013, https://orcid.org/0000-0003-3375-9956, e-mail: [email protected]
Vladimir V. Dorzheyev — MD, Cand. Sci. (Med.), Associate Professor of the Department of Traumatology and Orthopedics, SPIN: 8223-4195, https://orcid.org/0000-0002-3324-658X, e-mail: [email protected]
AleksandrM. Miromanov — MD, Dr. Sci. (Med.), Professor, Head of the Department of Traumatology and Orthopedics, SPIN: 3984-4033, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1432-1844, e-mail: [email protected]
Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests.
Рукопись получена: 30.10.2023 Received: 30.10.2023
Рукопись одобрена: 01.09.2024 Accepted: 01.09.2024
Опубликована: 30.09.2024 Published: 30.09.2024
