Імплантаційні матеріали на основі гідроксіапатиту у кістковопластичній хірургії - Традиційна
Х. А. Мусалатов, Ст Г. Германов, Московська медична академія ім. І. М. Сєченова
Аналіз наукової медичної літератури, практика провідних медичних наукових центрів свідчать про появу та почате застосування в сучасній медицині нових імплантаційних матеріалів на основі гідроксиапатитів (ГАП-містять матеріалів). Фізико-хімічні властивості та структура матеріалів дозволяють їх розглядати як матрицю для утворення молодої кісткової тканини, що дає можливість їх використовувати як пластичний матеріал для заміщення кісткових дефектів поряд з традиційною кістковою пластикою, а деякі імплантати і для стимуляції остеогенезу при знижених репаративних можливостях кісткової. тканини. У цьому сенсі нові матеріали, доповнюючи, а в ряді випадків і замінюючи кісткову пластику, можуть позначити новий напрямок у кістковопластичній хірургії та імплантології. Застосування цих матеріалів у сучасних умовах стає особливо актуальним через появу захворювань, що передаються через різні середовища організму, зокрема, через кров. Однак, технологія застосування імплантатів на основі ГАП-матеріалів при різних патологічних станах, особливості остеогенезу на їх основі за різних патологічних ситуацій до кінця не вивчені.
В даний час на ринку ГАП-імплантатів існує велика кількість виробів та препаратів різних зарубіжних та вітчизняних фірм. Ми спробуємо згрупувати доступні ГАП-матеріали згідно з їх фізико-хімічними характеристиками, здатністю взаємодії з кістковою тканиною та історичною послідовністю появи.
Попередником виробів із ГАП-матеріалів є широко відомабіокераміка (корундова, цирконієва). Кераміка не має подібності у будові з кістковою тканиною. Цей матеріал вважається інертним щодо можливості взаємодії з кісткою, тому що при проростанні кісткової тканини не відбувається хімічної взаємодії між імплантатом та кісткою. Кістка проростає тільки в пори поверхневого шару матеріалу. Через різні характеристики міцності кераміки і кісткової речовини може спостерігатися знос і руйнування останнього. Тому імплантацію керамічних виробів, наприклад, протезів тіл хребців, часто доповнюють пересадкою ауто- або алокощі.
Імплантаційні матеріали на основі гідроксиапатитів, що застосовуються в медицині, становлять досить велику групу і не всі з них використовуються в травматології та ортопедії. З фізико-хімічної точки зору це кераміка чи порошки на основі кальцію та фосфору. Залежно від тонкощів технологічного процесу виготовлення матеріали різних фірм відрізняються фізико-хімічними характеристиками та особливостями взаємодії з кістковою тканиною. В цілому, як і будь-яка кераміка, ГАП-кераміка не має великої механічної міцності. Залежно від технологічних особливостей та будови, деякі види ГАП-кераміки здатні при взаємодії з біологічними тканинами до поступової резорбції та заміщення кістковою тканиною. В основному саме вони використовуються в травматології-ортопедії для кісткової пластики. Представляє цю групу кераміки фірма "Інтермедапатіт". Види гідроксиапатитової кераміки, що не резорбуються, використовуються, в основному, в стоматології.
До матеріалів нового покоління на основі штучного гідроксіапатиту відносяться біокомпозиційні матеріали, у будові подібні до кісткової тканини. До структури таких матеріалів, крім гідроксиапатиту, входить колаген. Саме наявністьколагену, як матриці для кристалів гідроксіапатиту, наближає ці матеріали щодо будови до структури біологічної кісткової тканини. Цю групу матеріалів представляє Коллапан (фірма "Інтермедапатит"). Особливістю препарату є у його складі антибіотика. Щоб зрозуміти якісний ривок технології виробництва композитних ГАП-матеріалів, необхідно згадати будову нормальної кісткової тканини.
Мінеральна речовина кістки складається в основному із солей кальцію (фосфатів та карбонатів). Останні структурно входять до складу, або утворюють кристали гідроксіапатиту:
Ca[Ca3(PO4)2]3OH2=Ca10(PO4)6(OH)2. Фосфатні іони можуть частково замінюватися карбонатом. Цей біологічний гідроксіапатит відрізняється від геологічного меншим розміром кристалів (довга вісь 100-400А), менш досконалим атомним порядком, а також стехіометрією. Це дає значно більшу поверхню кристала на одиницю площі, високу реактивність та більшу розчинність. Отже, при взаємодії з біологічними рідинами кістка легко здійснює обмін з ними різними іонами. Мінералізація здійснюється вздовж фібрил колагену. Фібрили, переплітаючись спірально між собою, утворюють волокна колагену, які у свою чергу утворюють четвертинні колагенові структури. Між волокнами знаходиться проміжна речовина – посередник обмінних процесів у кістковій тканині. Безумовно, таку унікальну будову кісткової тканини повною мірою повторити у композиційних матеріалах поки що неможливо. Ознайомитись із будовою біокомпозитних ГАП-матеріалів можна на прикладі препарату Коллапан.
За даними фірми-виробника, порошок гідроксиапатиту (хімічна формула Ca5(PO4)3OH) для матеріалу Коллапан отримують за власною запатентованою технологією кріохімічним методом.Гідроксильні та фосфатні іони можуть частково заміщатися карбонатом. Це за складом наближає цей ГАП до біологічного. Параметри порошку гідроксиапатиту, виробленого фірмою "Інтермедапатит" (за даними фірми-виробника):
питома поверхня – 95 кв м/р;
субмікронний розмір кристалів - 0,02 мкм (утворюють агломерати
молярне відношення Ca/P - 1,67 (у кістках людини 1,37-1,77).
На жаль, точний хімічний склад та співвідношення його компонентів у ГАП-порошках інших фірм у доступній літературі не вказується. Не дозволяє нам порівнювати продукцію різних фірм. Ультрадисперсний порошок ГАП фірми "Інтермедапатит" рівномірно розподілений у матриці з особливо чистого колагену другого типу та антибіотика. Від більшості штучних полімерів колаген відрізняється повною відсутністю токсичності, канцерогенності, здатністю повністю утилізуватися в організмі, стимулювати репаративні процеси у тканинах та утворювати міцні комплекси з лікарськими речовинами. Антибіотик і мікрокристали гідроксиапатиту поступово вивільняються з колагенової матриці при її лізисі і розкладаються шляхом хімічних перетворень до іонів Ca і P, потім входячи в структуру кісткового регенерату, що було доведено методом ізотопної мітки. На частинках штучного гідроксиапатиту, що розчиняється, шляхом епітаксійного росту осаджується біологічний ГАП, що становить мінеральну основу майбутньої кісткової тканини. Морфологічні та клінічні дослідження показали, що частинки ГАП при використанні матеріалу Коллапан в області дефекту кісткової тканини визначалися всередині кісткових трабекул і практично їх не було в міжтрабекулярних просторах. Експериментальна частина роботи виконувалася на щурах та кроликах. Патогістологічне дослідження клінічногоматеріалу показало, що на поверхні гранул КоллапАна формується остеоїдний матрикс, поступово дозріває і перетворюється на зрілу пластинчасту кістку, в якій визначаються залишки гідроксиапатиту, що резорбується. Таким чином, матеріал заміщується новою кістковою тканиною без утворення фіброзного прошарку. Формування нової кістки починається безпосередньо на Коллапані.
Антибіотик, що входить до складу матеріалу, поступово виділяється в кістку і зберігає високу антимікробну активність протягом 20 діб, після чого активність його знижується вдвічі. З антибіотиків до складу Коллапана, як правило, входять лінкоміцин або гентаміцин. Однак, за бажанням замовника, фірма-виробник до складу препарату може вводити будь-який антибіотик. Таким чином, як і всі препарати, що містять ГАП, КоллапАн має остеокондуктивність, а присутність у його складі колагену та антибіотиків надає йому протизапальні, антимікробні та остеоіндуктивні властивості. Таким чином, фізико-хімічні властивості та особливості взаємодії ГАП-матеріалів з кістковою тканиною та визначають сферу застосування їх у медицині.
В даний час імплантати на основі гідроксиапатитів використовуються в різних галузях медицини: в стоматології, щелепно-лицьовій хірургії, травматології, ортопедії, кістковій онкології, гнійній хірургії, хребті, нейрохірургії, військово-польової хірургії.
Так, використання Коллапана сприяє більш сприятливому перебігу ранового процесу, формуванню повноцінної кісткової мозолі, попередження гнійних ускладнень. За даними Центрального інституту травматології та ортопедії, при лікуванні вогнепальних переломів, ускладнених інфекцією застосування КоллапАна скорочує терміни перебування хворих у клініці на 2–3 тижні.
У гнійній травматологіїКоллапан використовується для лікування остеомієліту. При цьому препаратом заповнюють кістковий дефект після великих некросеквестректомій. Позитивний результат досягається після первинної операції із санації вогнища більш ніж у 90 % випадків.
В ортопедичній онкології у хворих із злоякісними та доброякісними пухлинами за даними літератури після виконання резекції кісткової тканини для пластики дефектів використовувався Коллапан у поєднанні з ГАП-керамікою. Рентгенологічна динаміка поведінки імплантатів у кістковій рані показала, що Коллапан значно швидше заміщається новою кістковою тканиною в порівнянні з ГАП-керамікою.
Широке використання отримали ГАП-содержащие матеріали у стоматології. Їх використовують відразу після важких травматичних екстракцій зубів, при альвеолітах, що розвилися, при видаленні кіст щелеп різної етіології шляхом їх імплантації в дефект кістки після цистектомії. У тому числі був використаний і Коллапан. Дослідження показали, що він ефективний на тлі в'ялопоточного запального процесу за рахунок пролонгованої дії антибіотика, що виділяється, а також сприяє прискоренню репарації в кістковій порожнині при пухкій тампонаді її цим матеріалом.
У Московському медико-стоматологічному університеті досліджено можливість проведення дентальної імплантації у пацієнтів із гіпотрофією альвеолярного відростка. Хворим виконувалася дентальна імплантація із синус-ліфтингом та кістковою пластикою. Для заповнення та відновлення кісткової тканини у створеному обсязі використовували кісткові аутотрансплантати та Коллапан. Через три місяці рентгенологічно спостерігалися ознаки репаративної регенерації довкола імплантатів. Автори роблять висновок, що “при нестачі кісткової тканини в ділянці нижньої щелепи дентальна імплантація може бути виконанабезпосередньо при синус-ліфтінгу та аутокостній пластиці в комбінації з матеріалом Коллапан”. Іншими словами, недолік кісткової речовини можна поповнювати, використовуючи для цього ауток і Коллапан.
Вивчення можливостей використання корисних властивостей Коллапана в травматології-ортопедії проводиться у ряді провідних клінічних центрів країни. Одні з перших робіт, присвячені оперативній вертебрології, було виконано на кафедрі травматології, ортопедії та хірургії катастроф Московської медичної академії ім. І. М. Сєченова. Відомо, що лікування деяких пошкоджень та захворювань хребта пов'язане з необхідністю розширених резекцій тіл хребців, що значно знижує репаративні можливості кісткового ложа при заміщенні створених дефектів трансплантатами кісток або імплантатами і погіршує їх приживаність. Розроблено та впроваджено в практику спосіб міжтілового спондилодезу з використанням КоллапАна. Препарат створює умови оптимального перебігу репаративних процесів у кістковій рані; прискорює формування кісткового блоку оперованих сегментів. Запропонована методика дозволяє у ряді випадків обійтися без кісткової пластики, що суттєво знижує травматичність та тривалість оперативного втручання. Дослідження можливості стимуляції остеогенезу продовжуються. Запропоновано та запотентовано низку методик оперативного лікування складної ортопедо-травматологічної патології: медіальних переломів шийки стегна, незрощених переломів та хибних суглобів довгих кісток. Розглядаються питання щодо використання імплантатів на основі гідроксиапатиту для пластики дефектів черепа. Цікаве продовження роботи кафедри – використання ГАП-матеріалів у комплексі з малоінвазивними видами оперативних методів лікування захворювань та пошкоджень опорно-рухової системи.
Таким чином, незважаючи на ряд до кінця не вивчених питань, гідроксиапатит містять матеріали знаходять все більше застосування в медицині, особливо травматології-ортопедії. Вони є засобом вибору для лікування цілого кола складної ортопедо-травматологічної патології.