Имплантни материали на базата на хидроксиапатит в остеопластичната хирургия - Традиционен
Х. А. Мусалатов, В. Г. Германов, Московска медицинска академия. И. М. Сеченова
Анализът на научната медицинска литература, практиката на водещи медицински изследователски центрове свидетелстват за появата и използването в съвременната медицина на нови имплантни материали на базата на хидроксиапатити (HAP-съдържащи материали). Физикохимичните свойства и структурата на материалите им позволяват да се разглеждат като матрица за образуване на млада костна тъкан, което прави възможно използването им като пластичен материал за заместване на костни дефекти заедно с традиционното костно присаждане и някои импланти за стимулиране на остеогенезата с намалени репаративни възможности на костната тъкан. В този смисъл новите материали, допълващи, а в някои случаи заместващи костното присаждане, могат да маркират ново направление в остеопластичната хирургия и имплантологията. Използването на тези материали в съвременните условия става особено актуално във връзка с появата на заболявания, предавани чрез различни среди на тялото, по-специално чрез кръвта. Въпреки това, технологията за използване на импланти, базирани на HAP материали при различни патологични състояния, особеностите на остеогенезата, базирана на тях в различни патологични ситуации, не са напълно проучени.
В момента на пазара на HAP импланти има голям брой продукти и препарати на различни чуждестранни и местни компании. Ще се опитаме да групираме наличните HAP материали според техните физикохимични характеристики, способност за взаимодействие с костната тъкан и историческа последователност на появата.
Предшественикът на продуктите от HAP материали е добре познатбиокерамика (корунд, цирконий). Керамиката няма сходство в структурата с костната тъкан. Този материал се счита за инертен по отношение на възможността за взаимодействие с костта, тъй като по време на покълването на костната тъкан няма химическо взаимодействие между импланта и костта. Костта расте само в порите на повърхностния слой на материала. Поради различните якостни характеристики на керамиката и костното вещество, може да се наблюдава износване и разрушаване на последното. Следователно имплантирането на керамични продукти, например протези на тялото на прешлените, често се допълва с авто- или ало-костна трансплантация.
Използваните в медицината имплантни материали на базата на хидроксиапатит представляват доста голяма група и не всички от тях се използват в травматологията и ортопедията. От физикохимична гледна точка това са керамика или прахове на основата на калций и фосфор. В зависимост от тънкостите на производствения процес, материалите от различни компании се различават по своите физикохимични характеристики и характеристики на взаимодействие с костната тъкан. Като цяло, както всяка керамика, HAP керамиката няма висока механична якост. В зависимост от технологичните особености и структура, някои видове HAP-керамика са способни на постепенна резорбция и заместване с костна тъкан при взаимодействие с биологични тъкани. Основно те се използват в травматологията-ортопедия за костно присаждане. Тази група керамика е представена от Intermedapatit. Нерезорбируемите видове хидроксиапатитна керамика се използват главно в стоматологията.
Материалите от ново поколение на базата на изкуствен хидроксиапатит включват биокомпозитни материали, подобни по структура на костната тъкан. Структурата на такива материали, в допълнение към хидроксиапатита, включва колаген. Точно присъствиетоколагенът, като матрица за хидроксиапатитните кристали, доближава тези материали по структура до структурата на биологичната костна тъкан. Тази група материали е представена от CollapAn (фирма Intermedapatit). Характеристика на лекарството е наличието на антибиотик в неговия състав. За да разберем качествения пробив в технологията на производство на композитни HAP материали, е необходимо да си припомним структурата на нормалната костна тъкан.
Минералното вещество на костта се състои главно от калциеви соли (фосфати и карбонати). Последните са структурно част от или образуват хидроксиапатитни кристали:
Ca[Ca3(PO4)2]3OH2=Ca10(PO4)6(OH)2. Фосфатните йони могат да бъдат частично заменени с карбонат. Този биологичен хидроксиапатит се различава от геоложкия по по-малък размер на кристала (дълга ос 100-400A), по-малко перфектен атомен ред и стехиометрия. Това дава значително по-голяма кристална повърхност на единица площ, висока реактивност и висока разтворимост. Следователно, когато взаимодейства с биологични течности, костта лесно обменя различни йони с тях. Минерализацията се извършва по протежение на колагеновите фибрили. Фибрилите, спирално преплитащи се един с друг, образуват колагенови влакна, които от своя страна образуват кватернерни колагенови структури. Между влакната има интерстициално вещество - посредник на метаболитните процеси в костната тъкан. Разбира се, такава уникална структура на костната тъкан все още не може да бъде напълно възпроизведена в композитни материали. Можете да се запознаете със структурата на биокомпозитните HAP материали на примера на CollapAn.
По данни на производителя хидроксиапатитният прах (химическа формула Ca5(PO4)3OH) за материал CollapAn се получава по собствена патентована технология по криохимичен метод.Хидроксилните и фосфатните йони могат да бъдат частично заменени с карбонат. Този състав доближава този HAP до биологичния. Параметри на хидроксиапатит на прах, произведен от Интермедапатит (по данни на производителя):
специфична повърхност - 95 кв. м / г;
субмикронен размер на кристалите - 0,02 микрона (образуват агломерати
моларното отношение Ca/P е 1,67 (в човешките кости 1,37–1,77).
За съжаление, точният химичен състав и съотношението на неговите компоненти в HAP праховете на други компании не е посочен в наличната литература. Това не ни позволява да сравняваме продукти от различни компании. Ултрафиният HAP прах, произведен от Intermedapatit, е равномерно разпределен в матрица от високо чист колаген от втори тип и антибиотик. Колагенът се отличава от повечето изкуствени полимери по пълната липса на токсичност, канцерогенност, способността да се използва напълно в организма, да стимулира репаративните процеси в тъканите и да образува силни комплекси с лекарствени вещества. Антибиотичните и хидроксиапатитните микрокристали постепенно се освобождават от колагеновата матрица по време на нейния лизис и се разлагат чрез химически трансформации до Ca и P йони, след което навлизат в структурата на костния регенерат, което е доказано чрез метода на изотопно маркиране. Биологичният HAP се отлага върху частиците на разтворения изкуствен хидроксиапатит чрез епитаксиален растеж, който формира минералната основа на бъдещата костна тъкан. Морфологични и клинични изследвания показват, че при използване на материала CollapAn в областта на дефект на костната тъкан, HA частици са открити вътре в костните трабекули и практически липсват в междутрабекуларните пространства. Експерименталната част от работата е извършена върху плъхове и зайци. Хистопатологично изследване на клиничнитеМатериалът показа, че на повърхността на гранулите CollapAn се образува остеоидна матрица, която постепенно узрява и се превръща в зряла ламелна кост, в която се определят резорбируеми хидроксиапатитни остатъци. Така материалът се заменя с нова костна тъкан без образуване на фиброзен слой. Образуването на нова кост започва директно върху CollapAn.
Антибиотикът, който е част от материала, постепенно се освобождава в костта и запазва висока антимикробна активност в продължение на 20 дни, след което активността му намалява наполовина. От антибиотиците CollapAn обикновено съдържа линкомицин или гентамицин. Въпреки това, по желание на клиента, производителят може да въведе всеки антибиотик в препарата. По този начин, както всички лекарства, съдържащи HAP, CollapAn има остеокондуктивност, а наличието на колаген и антибиотици в състава му придава противовъзпалителни, антимикробни и остеоиндуктивни свойства. По този начин физикохимичните свойства и характеристиките на взаимодействието на HAP материалите с костната тъкан определят обхвата на тяхното приложение в медицината.
В момента имплантите на основата на хидроксиапатит се използват в различни области на медицината: стоматология, лицево-челюстна хирургия, травматология, ортопедия, костна онкология, гнойна хирургия, гръбначна хирургия, неврохирургия и военно-полева хирургия.
По този начин използването на CollapAn допринася за по-благоприятния ход на процеса на раната, образуването на пълноценен калус и предотвратяването на гнойни усложнения. Според Централния институт по травматология и ортопедия при лечението на огнестрелни фрактури, усложнени от инфекция, употребата на CollapAn намалява продължителността на престоя на пациентите в клиниката с 2-3 седмици.
В гнойна травматологияCollapAn се използва за лечение на остеомиелит. В този случай костният дефект се запълва с лекарството след обширна некросеквестректомия. Положителен резултат се постига след първичната операция за саниране на фокуса в повече от 90% от случаите.
В ортопедичната онкология при пациенти със злокачествени и доброкачествени тумори, според литературата CollapAn се използва в комбинация с HAP-керамика след резекция на костна тъкан за пластика на дефекти. Рентгеновата динамика на поведението на импланти в костна рана показа, че CollapAn се заменя с нова костна тъкан много по-бързо от HAP-керамиката.
HAP-съдържащите материали са широко използвани в стоматологията. Използват се веднага след тежки травматични екстракции на зъби, с развит алвеолит, при отстраняване на челюстни кисти с различна етиология чрез имплантирането им в костен дефект след цистектомия. Използван е включително CollapAn. Проучванията показват, че той е ефективен на фона на бавен възпалителен процес поради продължителното действие на освободения антибиотик, а също така спомага за ускоряване на възстановяването в костната кухина по време на хлабава тампонада с този материал.
Възможността за дентална имплантация при пациенти с хипотрофия на алвеоларния процес е изследвана в Московския медицински и стоматологичен университет. На пациентите е извършена дентална имплантация със синус лифтинг и костно присаждане. За попълване и възстановяване на костната тъкан в създадения обем са използвани костни автотрансплантати и CollapAn. Три месеца по-късно се наблюдават радиологични признаци на репаративна регенерация около имплантите. Авторите заключават, че „при липса на костна тъкан в долната челюст може да се извърши зъбна имплантациядиректно в синус лифтинг и автоложно присаждане в комбинация с материал CollapAn”. С други думи, липсата на костно вещество може да бъде попълнена с помощта на autobone и CollapAn за това.
Проучването на възможностите за използване на полезните свойства на CollapAn в травматологията и ортопедията се извършва в редица водещи клинични центрове в страната. Една от първите работи, посветени на оперативната вертебрология, е извършена в Катедрата по травматология, ортопедия и хирургия при бедствия на Московската медицинска академия. И. М. Сеченов. Известно е, че лечението на някои наранявания и заболявания на гръбначния стълб е свързано с необходимостта от разширени резекции на телата на прешлените, което значително намалява репаративните възможности на костното легло при заместване на създадените дефекти с костни присадки или импланти и влошава тяхното оцеляване. Разработен е и е приложен на практика метод за междуведомствено сливане с помощта на CollapAn. Лекарството създава условия за оптимален ход на репаративните процеси в костната рана; ускорява образуването на костния блок на оперираните сегменти. Предложената техника позволява в някои случаи да се направи без присаждане на кост, което значително намалява травмата и продължителността на операцията. Изследванията за възможността за стимулиране на остеогенезата продължават. Предложени и патентовани са редица методи за хирургично лечение на сложна ортопедично-травматологична патология: медиални фрактури на шийката на бедрената кост, несвързани фрактури и фалшиви стави на дълги кости. Разгледани са въпросите за използването на импланти на базата на хидроксиапатит за пластична хирургия на черепни дефекти. Интересно продължение на работата на отделението е използването на HAP материали в комбинация с минимално инвазивни видове хирургични методи за лечение на заболявания и увреждания на опорно-двигателния апарат.
По този начин, въпреки редица проблеми, които не са напълно проучени, хидроксиапатит-съдържащите материали се използват все повече в медицината, особено в травматологията и ортопедията. Те са средство на избор при лечението на цяла гама от сложни ортопедични и травматологични патологии.