CC BY
18
I
Лкарю, що практикуе
To General Practitioner
Травма
УДК 616.71-001.1-089.843-033.3:615.464:549.691.1 DOI: 10.22141/1608-1706.6.20.2019.186035
Шимон В.М., Алфелдiй С.П., Стойка В.В., Шимон М.В. Ужгородський нац1ональний ун1верситет, м. Ужгород, Укра'на
Замгсш трансплантати в травматологи
та ортопедп
Резюме. Робота присвячена досл1дженню розвитку використання бюматер1ал1в для замщення дефект1в довгихюсток. Останнми десятил1ттями намтилась активна тенденция, спрямована на створення матералв, як замняють пошкоджен шюрн1 покриви, м'язову та ксткову тканину, судини та нервов\ волокна. На да-ний перод так матерали дютали назву «б1оматер1али». Одним ¡з перспективних напрямюв е виготовлення композиц1йнихматералв на основ\ воскла. Розглянуто особливост використання б1оматер1ал1в рзноI при-роди, позитивнавластивост тапроблеми, пов'язаизIхвикористанням. Сформульовановимогидо сучасних б1оматер1ал1в, як використовуються для ¡мплантацИ. Коротко охарактеризовано еволюц1ю даного напрям-ку та основн в1хи. Визначено перспективна напрямки щодо подальшихдосл1джень уданй галуз'1. Ключовi слова: ¡мплантати; воскло; керамка; боматерал
За останш десятилптя значного поширення набу-ли методи хiрургiчного втручання при переломах та захворюваннях йстково! системи, спрямоваш на за-повнення дефеклв исток. У випадках iмпресiйних переломiв, несправжшх суглобiв исток, дегенератив-но-йстозних захворюваннях та пухлинах для збере-ження опорно! функци истки е потреба в замщенш дефекту йстково! тканини алотрансплантатами.
Добре вивчено умови для репаративно! регенераци Йстково! тканини при переломах. Це точна репози-щя кiсткових вщламйв, стабiльна фiксацiя кiсткових фрагментiв, бережне вiдношення до тканин, що за-безпечують кровопостачання. Дотримання цих умов сприяе досягненню добрих результатiв хiрургiчного лiкування.
З практично! точки зору управлшня процесом фор-мування йстково! тканини розглядають з двох сторш:
а) активний вплив на швидйсть репаративно! регенераци пошкоджено! йстково! тканини;
б) можливють впливу на розвиток истки в постна-тальному перiодi, при порушеннях розвитку в ембрю-нальному перiодi.
Протягом останшх десятилiть зростае тенденцiя щодо створення матерiалiв для замiщення пошкодже-них шйрних покривiв, м'язово! та йстково! тканин, судин i нервiв. Тай матерiали дiстали назву «бюмате-р1али».
Бiоматерiали — це матерiали, призначеш для того, щоб служити межею подiлу з бiологiчними системами, для того щоб оцшювати, лшувати, нарощувати або замiнювати будь-яку тканину, орган або функ-цiю тша [6]. Розвиток iндустрi! протезування сугло-бiв дав значний поштовх до розробки i дослiдження бiоматерiалiв для лшування кiстково-м'язово! системи. Провщне мiсце серед трансплантатiв для йстково'! системи зайняли керамiчнi матерiали. Вони широко використовуються в iмплантатах для остео-синтезу та протезування в травматологи, ортопеди та щелепно-лицевш хiрургi!, пломбувальних мате-рiалах у стоматологи та медико-косметичних засо-бах [1, 5]. Кльйсть хворих, яй потребують хГрур-гiчного втручання з приводу вщновлення цiлiсностi кiстки, в США становить бшьше нiж 1 млн чоловш щорiчно.
Сучаснi вимоги до бiоматерiалiв стосуються як хь мiчних, так i механiчних властивостей. Вщсутшсть не-гативних хiмiчних реакцш з тканинами та мГжтсзнин-ною рiдиною, вiдсутнiсть корози, мiцнiсть матерiалу, стiйкiсть до утворення трщин, зносостшйсть, вщсут-нють реакци з боку 1мунно! системи, консолiдацiя з йстковою тканиною, а також стимулящя остогенезу е обов'язковими вимогами для сучасного трансплантата йстково! тканини. Тому пошуки та розробки бюмате-рiалiв тривають.
© «Травма» / «Травма» / «Trauma» («Travma»), 2019
© Видавець Заславський О.Ю. / Издатель Заславский А.Ю. / Publisher Zaslavsky O.Yu., 2019
Для кореспонденци: Шимон В.М., доктор медичних наук, професор, медичний факультет, Ужгородський нацюнальний ун1верситет, пл. Народна, 1, м. Ужгород, 88000, УкраТна; e-mail: [email protected]
For correspondence: V.M. Shimon, MD, PhD, Professor, medical faculty, Uzhhorod National University, Narodna Sq., 3, Uzhhorod, 88000, Ukraine; e-mail: [email protected]
Бюактивш матерiали на основi кальцш-фосфат-но1 керамiки та бюскла на основi кремнiю харак-теризуються утворенням дуже тiсного хiмiчного зв'язку з шсткою (зв'язковий остеогенез). Завдяки сво1й хiмiчнiй структурi цi матерiали покращують утворення шстково1 тканини, iмпортуючи з поверх-нi матерiалу ^мплантату) певнi iони та iндукуючи утворення безперервного зв'язку мiж тканиною та поверхнею iмплантату. В сучаснiй травматологи та ортопедп для замiщення дефекпв шстково1 тканини все часпше застосовують керамiчнi матерiали, до яких вщносимо гiдроксiапатити та 1х аналоги. Вони входять до числа небагатьох бюактивних ма-терiалiв, якi мають здатнiсть до остеоштеграцп — утворення безпосереднього контакту i функщо-нального зв'язку iз кiстковою тканиною. Розмiри зерен гiдроксiапатиту можуть варiювати вщ одного до декiлькох сотень нанометрiв. Останнiми роками в лiтературi з'явився новий термш «нанокерамша бюсумюна», що означае наноструктурований ке-рамiчний матерiал, що застосовуеться при замiнi шсток.
Одним iз перспективних напрямкiв е виготов-лення композицiйних матерiалiв на основi бiоскла з використанням рiзних зв'язуючих матерiалiв, бiологiчно активних речовин, яш могли б забез-печувати остеошдукщю остеопластичного матерь алу для утворення матрищ, на якiй буде формува-тися кiсткова тканина [2]. За даними лиератури, все частше застосовують систему «пдрокаапа-тит — трикальцшфосфат» (ГА/ТКФ). Концепцiя бiофазних композицшних матерiалiв у системi ГА/ТКФ розроблена з огляду на пропозицп мож-ливого регулювання кiнетики бюдеградаци, змь нюючи спiввiдношення ГА i ТКФ нерегульованих фаз в одному матерiалi в сторону збшьшення ТКФ. Розчинення ТКФ у ршинах органiзму сприяе про-цесу мiнералiзацil, а бюлопчна поведiнка залежить вiд спiввiдношення ГА/ТКФ [3].
У травматологи та ортопеди iмплантати з мета-лу посщають одне з провiдних мiсць. Часпше за все вони використовуються для замши певно! дь лянки шстки при протезуваннi або для вщновлен-ня опорно1 функци зламано1 шстки. 1мплантати для внутршньо1 фшсаци повинш вiдповiдати за-вданням функцiонального лшування — забезпе-чення надшно1 фшсаци перелому протягом 12—16 мiсяцiв. Це досить тривалий перюд часу, i тому вибирають матерiали, стiйкi до втомного руйну-вання. Такi матерiали повиннi мати добру плас-тичшсть щодо можливостi iндивiдуального мо-делювання на кютковш поверхнi, i водночас пластична деформащя iмплантату повинна бути мшмальною пiсля фшсаци до шстки з метою збереження репозици при фiзичному наванта-женнi.
Матерiал, який використовуеться для iмплан-тацп, повинен бути бюсумюним, не змшюва-ти свогх фiзичних та хiмiчних властивостей. Вш
матерiали, що використовуються в медициш, за впливом на живi тканини дiляться на три основш групи:
1) токсичнi матерiали (ванадш, нiкель, хром, ко-лодiум);
2) нетоксичш матерiали (гелiй, золото, амонш);
3) iнертнi матерiали (титан, цирконш).
Вивчаючи електрохiмiчнi реакци, М. Pourbaix
(1984) дiйшов висновку, що як iмплантати можна використовувати або благородш метали (з чистою металiчною поверхнею), або метали, вкрит шаром оксвддв (Ti, Та, Nb, Сг).
За актившстю впливу на репаративний остеогенез вс метали можна вщнести до бiоактивних (нержавiюча сталь i кобальтохромовi сплави) або до бюшертних (оксиди титану i амонiю). Вщомо, що бiоактивних матерiалiв, якi б пришвидшували репаративний остеогенез, немае.
Всi матерiали тiею чи шшою мiрою пiддаються корози через вплив рщин людського органiзму. Корозiя збiльшуеться приблизно в 100 разiв, якщо захиснi властивостi порушуються, наприклад при тертi [4]. В таких випадках iмплантати не можуть забезпечувати стабшьну фiксацiю протягом часу, потрiбного для консолшацп перелому кiстки, i на-стае руйнування iмплантату, змщення вiдламкiв, уповiльнюеться процес консолшаци, формуеться несправжнш суглоб, що призводить до незадовшь-них результатiв лiкування, а iнодi до iнвалiдностi хворого.
В сучаснш травматологи та ортопедп нерщ-ко доводиться стикатися iз запальним процесом, який розвиваеться в дефект шстково1 тканини, що виник внаслiдок уламкових або iмпресивних переломiв, несправжнiх суглобiв, iнфекцiйних i патологiчних змiн у кютщ, дегенеративно-шстоз-них перебудов, при резекци первинних кiсткових або метастатичних пухлин або у випадку деяких шших захворювань кiсток. Здебiльшого дефекти потребують замщення для збереження мщносп та опорно1 функци кiстки. Вшомо, що для замiщення кiсткових дефекпв, поряд з автотрансплантатами, також можуть бути використаш рiзнi бюрезорбу-кт матерiали. Здатнiсть до регенераци шстково1 тканини прямо залежить вiд наявност кровообь гу в зонi дефекту шстки. Кровообiг погiршуеться, коли в стшщ дефекту йде склерозування або фор-мування фiброзноl тканини. Так хронiчнi дефекти кютково1 тканини виникають у низщ клiнiчних випадшв i потребують замiщення. Використання металiчних iмплантатiв у травматологiчних i ор-топедичних хiрургiчних втручаннях призводить до збшьшення числа повторних оперативних втру-чань внаслшок розвитку рiзних ускладнень. При цьому видалення iмплантатiв супроводжуеть-ся виникненням дефекту кiстки з порушенням И кровообiгу.
Крiм тяжких хрошчних дефектiв шстково1 тканини, утворених внаслщок хiрургiчних втручань,
е низка патолопчних процес1в, як1 призводять до некрозу дшянки к1стки — остеонекрозу та супро-воджуються формуванням дефект1в 1з розвитком грубих деформац1й. Патогенез утворення шстко-вих дефект1в обумовлений м1кроциркуляторними порушеннями кровооб1гу д1лянки к1стки, через що йде пошкодження остеоцит1в з поступовим ура-женням шстково!' тканини, суглобового хряща та надшснищ.
На сучасному еташ, при всьому р1зномангт шст-ково-пластичних матер1ал1в, як1 включають алоген-ну к1стку, нестерил1зований ыстковий матер1ал i низку аналогiв на основi рiзних видiв бiокерамiки, немае iдеальних матерiалiв, якi б задовольняли вшм вимогам. Це породжуе нову проблему, що потребуе виршення щонайскорше. З одного боку, матерiал повинен бути достатньо мщним, а з шшого — для забезпечення довготривалого ефекту вш повинен добре штегруватися з навколишньою кiсткою.
Нинi найкращi остеопластичнi властивостi мае власна кютка, особливо у виглядi трансплантата на судиннш нiжцi. Вона мае найвищу схильнiсть до остеоiнтеграцiï i не викликае нiяких побiчних реак-цш. Великим недолiком кiсткових автотрансплан-тапв у традицiйному виглядi е ix обмежений об'ем i ослаблення донорсько! зони, а також неможли-вють 1'х використання в умовах шфекци. Багато-обiцяючим варiантом об'емно! шстково!' пластики е теxнiка Masquelet, проте ця технолопя потребуе довготривало! реабштаци таких пацieнтiв. Тому в даний час, у разi потреби замщення дефектiв великого об'ему, перевага вщдаеться або рiзним варiантам кiстковоï автопластики, яп мають на метi вщновити кiсткову основу, або протезуванню шсткового дефекту металевими або керамiчними iмплантатами з метою створення опори. Кiстковi алотрансплантати мають високу меxанiчну стш-кiсть та остеоiндуктивнi якостi, що виявляються не тiльки в заморожених i люфшзованих алотран-сплантатах губчасто! кiстки. Використання ало-трансплантатiв у 90—92 % випадшв сприяе вщнов-ленню дефектiв, проте е низка труднощiв, таких як складнiсть заготовки i збереження алошстки, проблема сумюносп, асептичнi та iнфекцiйнi запальш процеси, вiдторгнення, переломи i розсмоктуван-ня великих трансплантатiв, а також необхщшсть довготривало!' iммобiлiзацiï сегмента. Тому на да-ному етапi наукових дослщжень все частiше по-шуки матерiалiв для замiщення дефектiв шстково!' тканини йдуть в напрямку бюскла, що бшьшою мiрою може позбавити недолшв, якi притаманнi аломатерiалам.
До типових представнипв бiоактивниx матерiа-лiв належить бiоскло (найчастiше використовуеть-ся склад iз 24,5% Na2O, 24,5% CaO, 45,0% SiO2, 6% P2O5), в якому при його змш може змiнюватись i бiоактивнiсть та бюрезорбщя, а також матерiали на основi гiдроксiапатиту — Ca10(PO4)6(OH)2, твердо!' i пористо! керамши.
На нашу думку, таы пошуки в надскладному та експериментальному напрямку будуть мати ваго-мий вклад у лшування дефектiв кiсток.
Конфлiкт iHTepeciB. Автори заявляють про вщ-сутшсть конфлiкту iнтересiв при пiдготовцi дано! статть
Список лiтератури
1. Кореньков О.В. Порiвняльний вплив гранул i блока в-трикальцшфосфату на динамжу загоення експери-ментального дефекту довгог кстки скелета. Медична наука в практику охорони здоров'я матерiали Всеу-крашськоИ науково-практичног конференци молодих вчених (м. Полтава, 9 грудня 2016р.). Полтава. 2016. С. 96.
2. Кудяшев А.Л, Губочкин Н.Т. Оценка кровоснабжения несвободного костного аутотрансплантата при лечении больного с ложным суставом ладьевидной кости запястья (клиническое наблюдение). Травматология и ортопедия России. 2008. № 1. С. 59-61.
3. Рерих В.В., Аветисян А.Р., Зайдман А.М. и др. Сравнительный анализ остеоинтеграции алюмооксидных биокерамических гранул в эксперименте. Хирургия позвоночника. 2014. № 2. С. 87-101.
4. Glorion Ch. Complications des allongements des membres. Cahiers d'enseignement de la SOFCOT. Elsevier, 2000. P. 165182.
5. Korenkov O.V. Comparative influence of bifase and biocomposite calciumphosphate osteoplastic material on the regenerative process dynamics of the experimental defect of compact bone tissue. Natural Science Readings. Abstract book (Bratislava, May 18—21, 2017). Bratislava. 2017. P. 38-39.
6. Suchanek W, Yoshimura M. Processing and properties of hydroxyapatite-based biomaterials for use as hard tissue replacement implants. J. Mater. Res. 1998. Vol. 13, Iss. 1. P. 94-117.
7. Sluga M, Pfeiffer M, Kotz R, Nehrer S. Lower limb deformities in children: two-stage correction using Taylor spatial frame. J. Pediatr. Orthop. 2003. Vol. 12. № 2. P. 123-128.
8. Reddi A.H. Role of morphogenetic proteins in skeletal tissue engineering and regeneration. Nat. Biotechnol. 1998. Vol. 16. № 3. P. 247-252.
9. Steinemann S.G. Corrosion of surgical implants — in vivo and in vitro tests. Evaluation of Biomaterials. Chichester: John Wiley & Sons, 1980. P. 1-34.
10. Suchanek W, Yoshimura M. Processing and properties of hydroxyapatite-based biomaterials for use as hard tissue replacement implants. J. Mater. Res. 1998. Vol. 13, lss. 1. P. 94-117.
Отримано/Received 20.02.2019 Рецензовано/Revised 25.03.2019 Прийнято до друку/Accepted 20.11.2019 ■
Шимон В.М., Алфелдий С.П., Стойка В.В., Шимон М.В. Ужгородский национальный университет, г. Ужгород, Украина
Заместительные трансплантаты в травматологии и ортопедии
Резюме. Работа посвящена исследованию развития использования биоматериалов для замещения дефектов длинных костей. В последние десятилетия наметилась активная тенденция в разработке материалов, заменяющих поврежденные кожные покровы, мышечную, костную ткань, сосуды и нервные волокна. Такие материалы получили название «биоматериалы». Одним из перспективных направлений является изготовление композиционных материалов на основе биостекла. Рассмотрены особенности использова-
ния биоматериалов различной природы, их положительные свойства и проблемы, связанные с их использованием. Сформулированы требования к современным биоматериалам, использующимся для имплантации. Кратко охарактеризованы эволюция данного направления и основные вехи. Определены перспективные направления для дальнейших исследований в этой области.
Ключевые слова: имплантаты; биостекло; керамика; биоматериал
V.M. Shimon, S.P. Alfeldiy, V.V. Stoika, M.V. Shimon Uzhhorod National University, Uzhhorod, Ukraine
Substitute grafts in traumatology and orthopedics
Abstract. The work studies the development of the use of biomaterials to replace defects in long bones. In recent decades, there has been an active trend in the development of materials that replace damaged skin, muscle and bone tissue, vessels and nerve fibers. Such materials are called biomaterials. One of the promising areas is the production of composite materials based on bioglass. Features of using biomaterials of various nature, advantages and problems associ-
ated with their use are considered. The requirements for modern biomaterials that are used for implantation are formulated. They must maintain biocompatibility, do not change their physical and chemical properties. The evolution of this area and the main milestones were described briefly. Promising areas for further researches in this field are identified.
Keywords: implants; bioglass; ceramics; biomaterial
