CC BY
22
Pентген-морфологическая характеристика оперированного сегмента при использовании титановых имплантатов для межтелового спондилодеза позвоночника
Мазуренко А.Н., Пашкевич Л.А., Сомова И.Н.
Республиканский научно-практический центр травматологии и ортопедии, Минск, Беларусь
Mazurenko A.N., Pashkevich L.A., Somova I.N.
Republican Scientific and Practical Center of Traumatology and Orthopedics, Minsk, Belarus
Radiological and morphological characteristics of the spine segment, operated on using interbody titanium implants
Резюме. Изучены результаты операций более 1500 пациентов, оперированных с применением межтеловых титановых имплантатов. У11 пациентов выполнены ревизионные операции с удалением имплантатов. В результате изучения рассматриваемой группы выявлено три варианта локальных изменений: нормальное формирование костного сращения различной степени выраженности (6 случаев), нарушение остеорепарации и отсутствие костного блока (3 случая), а также поздний хронический инфекционный процесс оперированного сегмента (2 случая). Морфологическое исследование ткани внутри имплантатов выявило губчатую кость, хрящ и признаки хондрального остеогенеза на фоне хронического асептического продуктивного воспаления, отложений черных частиц (продуктов износа титанового сплава) в образовавшейся соединительной ткани.
Ключевые слова: вентральный спондилодез, сетчатые титановые имплантаты, межтеловые кейджи, ревизионная хирургия позвоночника.
Медицинские новости. — 2019. — №1. — С. 45-48. Summary. We studied results of surgery of more than 1500 patients operated using titanium interbody cages and TMCC. There are 11 revision interventions for removing of the implants. There are three tips of local changes of the operated spine. The first - solid bone fusion without bone resorbtion around the implant - 6 cases. The second - aseptic instability (3 cases) wtth great resorption of the bone around the cage. The last one - late infection (2 case). Morphological examination inside the implants revealed a spongy bone, cartilage and signs of chondral osteogenesis against a background of chronic aseptic productive inflammation, deposits of black particles (products of wear of titanium alloy) in the resulting connective tissue.
Keywords: anterior spondilodesis, titanium mesh cylindrical cages, interbody cages, revision spine surgery. Meditsinskie novosti. - 2019. - N1. - P. 45-48.
Хирургические вмешательства на вентральных отделах позвоночника требуют решения проблемы замещения тел позвонков. Один из наиболее востребованных методов - использование титановых кейджей (ТК) и полых сетчатых титановых имплантатов (СТИ), заполняемых измельченными костными трансплантатами [1]. В Республиканском научно-практическом центре травматологии и ортопедии разработаны оригинальные конструкции для осуществления вентрального спон-дилодеза позвоночника. Используются имплантаты длиной до 100 мм и диаметром до 32 мм [2].
В ходе наблюдения когорты пациентов, оперированных с применением титановых имплантатов в одном учреждении, выявили случаи, потребовавшие повторных ревизионных операций на вентральных отделах позвоночника и замены или удаления имплантата. Дана рентгенологическая и морфологическая характеристика данных случаев с учетом факторов, влияющих на состояние костной ткани в зоне вмешательства.
Характеристика оперированных больных и методика вмешательств
С ноября 2009 года по май 2018 года в нейрохирургическом отделении №1 Республиканского научно-практического центра травматологии и ортопедии с применением межтеловых титановых имплантатов, заполняемых костными имплантатами, оперировано более 1500 пациентов. Использовали отечественные конструкции из титанового сплава (три вида имплантатов). Сетчатый титановый им-плантат длиной до 100 мм и диаметром от 10 до 32 мм (рис. 1а), а также имплантаты (кейджи) для межтелового спондило-деза шейного (рис. 1б) и поясничного отделов позвоночника (рис. 1в). Имплантат устанавливался из вентрального или в ряде случаев на
поясничном уровне заднебокового хирургического доступа после удаления пораженных межпозвонковых дисков, резекции тела (тел) позвонков. Имплан-тат выбирался по размеру межтелового
Рисунок 1
_Внешний вид титановых имплантатов,
использованных для спондилодеза позвоночника: а) сетчатый титановый имплантат; б) имплантат (кейдж) для межтелового спондилодеза шейного отдела позвоночника; в) имплантат (кейдж) для межтелового спондилодеза поясничного отдела позвоночника
^Таблица | Характеристика пациентов, показания и наблюдение после выполненных хирургических вмешательств
№ Пол Возраст (лет) Диагноз Имплантат Сегмент Срок ревизии Показания Наличие сращения
1 М 57 Остеохондроз Кейдж 1.4-5 19 мес. Декомпрессия Костное
2 Ж 27 Травма СТИ С4-6 12 мес. Декомпрессия Костное
3 Ж 47 Остеохондроз СТИ С4-6 13 мес. Декомпрессия Костное
4 М 29 Травма СТИ .3-5 5 мес. Декомпрессия Костное
5 М 24 Травма СТИ .2-4 26 мес. Деформация Фиброзное
6 М 70 Спондилолистез Кейдж .4-5 12 мес. Позднее нагноение Фиброзное
7 М 46 Травма СТИ ТМ2-1_2 8 мес. Деформация Фиброзное
8 М 30 Травма СТИ 1_1-1_3 41 мес. Деформация Фиброзное
9 М 29 Травма СТИ ТМ2-1.2 49 мес. Позднее нагноение Фиброзное
10 М 26 Травма СТИ С5-ТМ 80 дней Деформация Формирование
11 Ж 57 Остеохондроз Кейдж С5-6 5 мес. Декомпрессия Костное
промежутка или размеру паза, образованного после удаления межпозвонкового диска или резекции тела позвонка. В случае применения сетчатых имплантатов необходимая длина формировалась с помощью ножниц. Перед установкой имплантат тщательно заполнялся аутологичной костной тканью. В ряде случаев использовался дополнительный пластический материал: измельченные аутореберные и губчатые ал-лотрансплантаты. Свободное пространство рядом с имплантатом также заполнялось костными трансплантатами. Выполнялась фиксация оперируемого сегмента позвоночника пластиной или транспедикулярной конструкцией (ТПФ). В послеоперационном периоде для иммобилизации использовались облегченные корсеты.
Летальных осложнений и нагноений операционных ран в ранние сроки не отмечалось. Сроки наблюдения - от 3 месяцев до 8 лет. Рентгенологическая оценка проводилась комплексно с использованием различных методов диагностики [3]. Результаты оперативного вмешательства оценивались клинически и с помощью лучевых методов визуализации: рентгенографии и компьютерной томографии (КТ). Использовались следующие рентгенологические критерии, указывающие на наличие сращения: 1) инкорпорация трансплантата в замыкательные пластинки; 2) формирование мостика губчатой кости через межтеловой промежуток; 3) отсутствие просветления между ложем и имплантатом; 4) отсутствие внедрения имплантата; 5) отсутствие миграции им-плантата и деформации оперированного сегмента. Применение КТ позволяет с еще большей достоверностью определить
степень выраженности формирования костного блока в оперированном сегменте, выявить формирование трабекулярной костной ткани внутри и вокруг имплантата, что отражает инкорпорацию и созревание аутотрансплантата.
Ревизионные операции были выполнены 11 пациентам: на шейном отделе позвоночника - 4 пациентам, на поясничном - 7. Возраст пациентов составил от 26 до 70 лет. Большинство пациентов были мужского пола - 8, женского - 3. В процессе ревизионного вмешательства удалялось 8 СТИ: им-плантаты, установленные в шейном отделе позвоночника в 3 случаях, поясничном - 5. Кейджи удалялись из поясничного отдела у 2 пациентов и в 1 случае - из шейного. Все кейджи и 1 СТИ на шейном уровне были установлены в процессе хирургических вмешательств по поводу нетравматической патологии (таблица). Оперированные на поясничном отделе с использованием СТИ пятеро пациентов были мужского пола, им выполнялось двухэтапное хирургическое лечение: задняя декомпрессия и ТПФ плюс вентральная декомпрессия и спондилодез по поводу травмы.
В результате изучения рентгенологической картины у пациентов рассматриваемой группы выявлено три варианта локальных изменений: нормальное формирование костного сращения различной степени выраженности, нарушение остеорепара-ции и отсутствие костного блока, а также хронический инфекционный процесс оперированного сегмента.
При рентгенологической оценке оперированного позвоночного сегмента у 6 пациентов определялось костное сращение
(случаи 1, 2, 3, 4, 11) или нормальный остеорепаративный процесс в сроки, недостаточные для формирования сращения (10). Резорбция прилежащей к имплантату костной ткани, миграция имплантата, развитие локальной деформации отсутствовали.
Случай №1: на момент ревизионного вмешательства возраст пациента составил 29 лет, показанием для повторной операции послужило наличие недостаточной декомпрессии корешков конского хвоста спинного мозга при оскольчатом переломе L4, осложненном нижним парапарезом. Через 5 месяцев после первой операции при КТ-исследовании определялось хорошее костное сращение с формированием костной ткани внутри имплантата (рис. 2). Выполнены повторная декомпрессия, спондилодез СТИ.
Морфологически внутри имплантата определялась хорошо развитая костная ткань с развитой структурой, представленная непрерывной сетью костных бало-чек с четко просматриваемыми линиями склеивания (рис. 3). В некоторых из них по краям видны цепочки «сочных» остеобластов, продуцирующих остеоидное вещество, которое напластывается на предсуществующую кость. В отдельных полях зрения на концах рядом расположенных костных балочек имеются поля активных остеобластов, благодаря продукции остеоида последними происходит соединение их в непрерывную сеть. Также по стенкам расширенных сосудистых каналов происходит отложение остеоида. Межбалочные пространства выполнены жировым костным мозгом, островками миелоидного костного мозга
Рисунок 2
Результаты КТ-обследования пациента в случае №1: внутри имплантата прослеживается костная ткань, резорбции в зоне замыкательных пластинок тел позвонков вокруг краев имплантата не отмечается
Со!1есЬоп>
?24.5 ССО,Г^
ЛЛ 27 1984 М 327С а Асс: ККТ' 2013
№Ш
/ /
Рисунок 3
Микрофото костной ткани, извлеченной из СТИ (случай №1), окраска гематоксилином и эозином, ув. х50
и нежноволокнистой соединительной тканью, местами диффузно инфильтрированной лимфоцитами и плазмоцитами. Микроциркуляторная сеть представлена сосудами артериального, венозного и капиллярного типов. Выявлены мелко- и крупноочаговые скопления эритроцитов. Отмечена очаговая отечность в виде скопления белковой жидкости оксифильной окраски. Среди вышеописанных структур просматриваются включения небольших фрагментов безостеоцитной кости, подвергнутой остеокластической резорбции (остатки трансплантата). По периферии при примыкании к сетчатому имплантату отмечается разрастание и прорастание через отверстия в сетчатом имплантате зрелой оформленной соединительной ткани с очаговой и диффузной лим-фоплазмоцитарной инфильтрацией. Видны поля хрящевой и хондроидной ткани, а также отмечается замещение хрящевой ткани костными структурами (энхондральное окостенение). Эти про-
цессы происходят как внутри сетчатого имплантата в непосредственной близости к металлу, так и за имплантатом, прорастая через него.
В отдаленном периоде (срок наблюдения - 4 года, 4 месяца) отмечено формирование полноценного костного блока.
Отсутствие костного сращения выявлено в трех случаях (№5, 7, 8). При рентгенологическом и КТ-исследовании имелись признаки остеорепарации с участками оссификации вокруг и внутри имплантата. Однако также имели место зоны костной резорбции, миграция имплантата с развитием и прогрессированием локальной деформации. В одном случае (№5) отмечен перелом СТИ, отсутствие каких-либо признаков сращения и деформация оперированного сегмента. Основанием для повторного вмешательства послужила хроническая асептическая нестабильность с формированием ложного сустава.
Случай №8: пациент в возрасте 30 лет оскольчатый перелом L2, нижняя параплегия, нарушение функции тазовых органов (НФТО). В послеоперационном периоде наблюдалось медленное прогрессирующее нарастание деформации позвоночника. Комплексное обследование выполнено через 3 года и 5 месяцев после первичного вмешательства. На основании КТ-данных возникли обоснованные подозрения о наличии инфекционного процесса (рис. 4). Фиксатор был удален, осуществлена вентральная костная пластика кортикальным аллотрансплантатом. Признаков инфекции при исследовании операционного материала не обнаружено. Срок наблюдения - 14 месяцев, при контрольном обследовании - костное сращение.
В случаях №5, 7, 8 при морфологическом исследовании внутри имплантата обнаружена губчатая кость, хрящ и признаки хондрального остеогенеза на фоне хронического воспалительного процесса (рис. 5). Наличие хряща и хондрального остеогенеза указывало на нестабильность конструкции, развившейся на фоне или в связи с хроническим неспецифическим продуктивным асептическим воспалением. Также отмечены отложения частичек металла черного цвета в образовавшейся соединительной ткани (продукты износа СТИ) как внутри имплантата, так и за его пределами (металлоз).
Отсутствие сращения на фоне инфекционного процесса оперированного сегмента послужило основанием для удаления имплантата в случаях №6 и №11.
В этой группе у пациента (случай №6) выявлен локальный инфекционный процесс в межтеловом промежутке в зоне кейджа, но без воспалительных изменений прилежащих позвонков.
Ниже приводятся данные случая №11. Возраст пациента на момент ревизии -29 лет. Первичное вмешательство выполнено по поводу оскольчатого перелома L1, осложненного НФТО. Обследован через 6 лет и 1 месяц после операции спондилодеза. Признаки сращения отсутствовали, определялось внедрение имплантата в тела позвонков, резорбция костной ткани как внутри имплантата, так и в телах опорных позвонков вокруг его концов, прогрессирование деформации позвоночника. Показанием к ревизионному вмешательству послужило развитие позднего нагноения с остеомиелитом. Выполнено удаление транспе-дикулярного фиксатора и СТИ, вентраль-
Рисунок 4
Результаты КТ-обследования поясничного отдела позвоночника пациента (случай №8) через 3 года и 5 месяцев после первичного вмешательства: отмечается отсутствие сращения, резорбция костной ткани вокруг имплантата, значительное внедрение последнего в тела смежных позвонков
Рисунок 5
Микрофото костной ткани, извлеченной из СТИ (случай №8), окраска гематоксилином и эозином, ув. х50
ный спондилодез аутотрансплантатом из гребня крыла подвздошной кости.
Морфологически костного сращения не выявлено, установлены признаки гнойного воспаления. В микропрепаратах обнаружены поля фиброзно-грануля-ционной ткани с участками диффузной лимфоцитарной инфильтрации с наличием нейтрофилов, участки некроза и кровоизлияний между балочками губчатой кости, частицы черного пигмента в большом количестве (металлоз).
Инфекционный агент выявить не удалось. Срок наблюдения - 5 месяцев: при повторном обследовании выявлен продолжающийся локальный воспалительный процесс. Пациенту выполнено повторное вмешательство - секвестрнекрэктомия, дренирование. В ходе хирургического вмешательства выявлен гнойный очаг и частично перестроившийся аутотранс-плантат. При бактериологическом исследовании выделен инфекционный агент - золотистый стафилококк. Пациенту проведен курс антибактериальной терапии. Обследован через 6 месяцев: признаков воспалительного процесса в зоне вмешательства не выявлено.
Обсуждение
В результате анализа нашего материала установлено три обстоятельства, повлекших за собой необходимость ревизионных вмешательств с удалением СТИ. Если недостаточная декомпрессия является очевидным основанием, связанным с самим хирургическим вмешательством, то инфекция и асептическая нестабильность требуют отдельного обсуждения.
Хирургическая инфекция после операции на позвоночнике - серьезное осложнение с тяжелыми последствиями. Инфекционные осложнения могут быть глубоко локализованными на фоне уже зажившей раны. Основной причиной остается золотистый стафилококк. Существуют определенные предоперационные факторы риска, повышающие частоту локальной инфекции, главным образом, диабет, курение, прием стероидных гормонов и периопера-ционные факторы, такие как гемотранс-фузия. Кроме того, интраоперационные факторы риска включают травматичность операции, тип спондилодеза [4]. Использование внутренней фиксации повышает риск инфекции на 28% [5]. Имплантаты обеспечивают аваскулярную поверхность для образования бактериальной биопленки и представляют собой очаг микробного роста. Таким образом, снижается эффективность
антимикробной терапии и активность иммунной системы пациента. При поздних инфекционных осложнениях рекомендуется удаление или замена имплантатов [6].
Известно, что микроскопические частицы металла из мягких тканей, окружающих эндопротезы, активируют ответ макрофагов, который приводит к резорбции кости и активации воспаления [7]. Эффект частиц износа имплантатов также является проблемой и в спинальной хирургии. В одно из исследований были включены десять пациентов, которым выполнялись операции спондилодеза поясничного отдела позвоночника с использованием внутренней фиксации и которые подвергались ревизионным вмешательствам. Ткани, полученные из соседней области имплантатов, анализировали с помощью световой микроскопии, иммуногистохимии и сканирующего электронного микроскопа. После удаления имплантатов оценивались клинические исходы и результаты спондилодеза. Выяснено, что источником частиц титана, расположенных в мягких тканях, непосредственно окружающих фиксатор, послужили транспедикулярные конструкции из соответствующего сплава. Присутствие металлических частиц, высвобождаемых из спинальных имплантатов, изготовленных из титанового сплава, может служить причиной позднего воспалительного ответа и боли в зоне оперированного сегмента [8].
В другом исследовании подчеркивается связь между микрочастицами износа спинальных имплантатов и повышенным потенциалом остеолиза. Указывается, что асептический остео-лиз является одной из основных причин несостоятельности ортопедических имплантатов [9]. Остеолиз является многофакторным процессом, зависящим от конструкции имплантата, состава материала, индивидуальных особенностей организма пациента и метода операции. Чтобы уменьшить остеолиз и продлить срок службы ортопедических имплантатов, требуются дальнейшие исследования для понимания конкретных химических форм и распределения продуктов разложения металлов и их воздействия на клетки и ткани человека [10].
Что касается собственно переломов СТИ, встречаются единичные сообщения на данную тему. Авторы представили свой опыт как консервативного ведения
данных пациентов [1, 11], так и случаи ревизионных вмешательств [12, 13].
Таким образом, морфологические исследования тканей, находящихся внутри имплантата, представлены единичными исследованиями [14-17], поэтому изложенный материал может быть интересен в рамках изучения проблем имплантологии. Заключение
Применение кейджей и СТИ в хирургическом лечении заболеваний и повреждений позвоночника сопровождается достаточно низкой частотой осложнений, связанных собственно с данной методикой спондилодеза. В результате анализа ревизионных случаев выявлено, что рентгенологическая картина определенным образом коррелирует с морфологической картиной костной ткани внутри имплан-татов. Можно с уверенностью говорить, что в большинстве случаев происходит перестройка костного пластического материала с формированием внутри имплантатов вновь образованной костной ткани с полноценной гистологической структурой. Для оптимизации результатов использования подобных операций требуется выполнение полноценной декомпрессии, надежной стабилизации и соблюдение комплекса мер, направленных на борьбу с хирургической инфекцией.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Dvorak M.F, et al. // Spine. - 2003. - Vol.28. -P.902-908.
2. Белецкий А.В. и др. // Медицинские новости. -2015. - №5. - С.32-35.
3. Burkus J.K., et al. // Neurosurg. Focus. - 2001. -Vol.10. - Article 11.
4. Chahoud J., Kanafani Z., Kanj S.S. // Frontiers in Medicine: Infectious Diseases. - 2014. - Vol.1. - Art.7.
5. Smith J.S., et al. // Spine. - 2011. - Vol. - P.556-563.
6. Kasliwal M.K., Tan L.A., Traynelis VC. // Surg. Neurol. Int. - 2013. - Vol.4. - S392-S403.
7. Jacobs J.J., Gilbert J.L., Urban R.M. // J. Bone Joint. Surg. - 1998. - Vol.80. - P.268-282.
8. Kim H.-D., et al. // Asian Spine Journal. - 2007. -Vol.1. - P.1-7.
9. Hallab N.J., Cunningham B.W., Jacobs J.J. // Spine. - 2003. - Vol.28, N20. - P.125-138.
10. Sansone V., Pagani D., Melato M. // Clinical Cases in Mineral and Bone Metabolism. - 2013. - Vol.10. - P.34-40.
11. Robertson P.A., et al. // J. Spinal. Disord. Tech. -2004. - Vol.17. - P.44-52.
12. Klezl Z., et al. // Eur. Spine J. - 2007. - Vol.16. -S306-S310.
13. Wang S.J., et al. // Int. J. Clin. Exp. Med. - 2015. -Vol.8. - P.5559-5564.
14. Togawa D., et al. // Spine. - 2001. - Vol.26. -P.2744-2750.
15. Akamaru Т., et al. // Spine. - 2002. - Vol.27. -E329-E333.
16. Thalgott J.S., et al. // The Spine J. - 2002. -Vol.2. - P.63-69.
17. Togawa D., et al. // J. Bone Joint. Surg. - 2004. -Vol.86A. - P.70-79.
Поступила 14.10.2018 г.
