Дегенеративные заболевания позвоночника, особенно шейный и поясничный дегенеративные заболевания, распространены и часто встречаются у населения среднего и пожилого возраста.
В последние годы заболеваемость растет год от года, и тенденция к ее увеличению становится все более молодой. Сращение позвоночника является безопасным и надежным и стало распространенным методом лечения этих заболеваний, включая переднее сращение, заднее межпозвонковое сращение, сращение мелких суставов и межламинарное сращение. Межтеловое сращение — это новый метод сращения тел позвонков, который направлен на снятие компрессии нервов, восстановление высоты межпозвонкового отверстия и нормальной физиологической кривизны позвоночника. Межтеловое сращение обеспечивает раннюю стабильность передней колонны и создает хорошие биомеханические условия для межтелового остеогенеза, что значительно повышает частоту межтелового сращения и снижает количество осложнений. Различные материалы и конструкции устройств для межпозвонкового сращения получили широкое признание при шейной и поясничной нестабильности, соскальзывании и заболеваниях дисков, при которых консервативное лечение не дало результатов. Среди них гомогенные аллогенные межпозвоночные устройства для сращения завоевывают все большее внимание благодаря своей хорошей остеогенной активности и клинической эффективности. В статье рассматривается ход исследований и клиническое применение аллогенных устройств для межпозвонкового синтеза.
Введение в разработку устройств для межпозвонкового синтеза
Бадги и Куслих первыми разработали устройство межпозвонкового сращения — систему BAK (BagbyandKuslich) — для использования человеком при лечении дегенеративных болей в нижней части спины. Для поддержания высоты межпозвоночного пространства, восстановления передней срединной опоры, увеличения пропускной способности межпозвоночных отверстий, уменьшения компрессии нервных корешков, уменьшения коллапса межпозвоночного пространства и образования псевдоартроза синтез заполнялся аутогенной костью и имплантировался в межпозвоночное пространство, которое затем фиксировалось пластинами или педикулярными гвоздями. С тех пор, с развитием биомеханики позвоночника и широким применением межтелового сращения, шейные и поясничные устройства для межтелового сращения быстро развиваются, и их разнообразие растет.
Существующие типы материалов для межпозвоночного соединения включают титановый сплав, углеродное волокно, полиэфирэфиркетон (PEEK) и рассасывающиеся биоматериалы. В связи с ограничениями самих материалов, все готовые устройства для межпозвоночного соединения имеют свои недостатки. Wang et al. проанализировали клинические данные 64 пациентов с передним шейным сращением с использованием титановых устройств BAK и обнаружили, что со временем высота межпозвоночного диска постепенно терялась, у девяти пациентов наблюдалось проседание сращения, а двум пациентам даже потребовалась повторная операция.
Очевидно, что титановая BAK-пластика не является идеальным выбором для долгосрочного поддержания высоты межтелового промежутка и физиологической кривизны позвоночника.
Кроме того, исследования показали, что у пациентов с остеопорозом металлические устройства для сращения чаще проседают, что может усугубить неврологические симптомы компрессии. Углеродное волокно имеет модуль упругости, более близкий к модулю упругости нормальной костной ткани, но является биосовместимым и может образовывать мелкие обломки, которые при длительном использовании могут вызвать стерильное воспаление. Резорбируемые биоматериалы для сращения в основном изготавливаются из полимолочной кислоты, продукты распада которой создают местную кислую среду, что не способствует остеогенезу. Кроме того, время рассасывания резорбируемых биоматериалов часто не соответствует времени остеогенеза человеческого организма и может легко разрушиться до достижения телом позвонка остеоинтеграции, что приведет к уменьшению межпозвоночного пространства. Материалы PEEK механически прочны, инертны, биосовместимы и гибки в обработке, и в настоящее время являются наиболее широко используемым материалом для межпозвоночных устройств в клинической практике. Однако, будучи полимерным материалом, он не рассасывается и может существовать только как инородное тело в межпозвонковом пространстве, занимая пространство, необходимое для сращения нормальной костной ткани, что может повлиять на скорость и механическую прочность сращения. lee et al. наблюдали 49 сращенных сегментов с использованием PEEK для заднего поясничного сращения, и результаты показали, что сращение PEEK сформировало прочное сращение в поздние сроки после операции. Из-за этих недостатков материала существует клиническая потребность в устройстве для межтелового сращения с прочностью, близкой к прочности кости, и хорошей остеокондуктивностью и остеоиндуктивностью. Поэтому гомогенным межтеловым сращениям уделяется все больше внимания.
Принципы и разработка устройств для аллогенного межпозвонкового сращения
В 1908 году Axhausen предложил теорию «ползучего замещения», которая используется и сегодня. Считается, что пересаженная кость обладает остеогенной активностью и обеспечивает остеогенную среду и строительные леса для образования новой кости, и что новая костная ткань может расти вдоль ее поверхности, в то время как пересаженная кость постепенно деградирует и полностью замещается новой костью. Клинически используемый аллотрансплантат кости включает в себя отменную кость и кортикальную кость, обе из которых имеют естественную трехмерную сетчатую структуру и богаты различными факторами роста, необходимыми для остеогенеза, обладают как остеокондуктивными, так и остеоиндуктивными преимуществами, и могут быть заменены ползком. Процент сращения межпозвоночных имплантатов, изготовленных только из отмененной кости, составляет от 46% до 90%, и они склонны к постоперационной потере щели, что требует дополнительной биомеханической поддержки со стороны внутренней фиксации, такой как передние пластины или задние педикулярные гвозди. Устройство для межпозвонкового синтеза из аллогенной кортикальной кости может обеспечить осевую поддержку передней части позвоночного столба, сохраняя при этом хорошую остеогенную способность, что позволяет избежать уменьшения межпозвонкового пространства.
Биомеханические принципы устройств для аллогенного межпозвонкового синтеза
Аллогенную кость обычно получают в течение 24 ч после смерти донора, немедленно обрабатывают и сохраняют путем свежего замораживания или сублимационной сушки. После пересадки аллотрансплантата образование новой кости на месте трансплантата стимулируется в основном за счет остеокондукции и остеоиндукции, а кость трансплантата постепенно деградирует, пока полностью не будет замещена новой костью. Иммунное отторжение является основным препятствием для выживания аллогенной кости, а снижение антигенности кости после криоконсервации может значительно снизить частоту иммунного отторжения. В настоящее время рекомендуется глубокая криоконсервация (-80°C). При этой температуре ферментативная активность в основном исчезает, что оказывает определенное влияние на снижение иммуногенности, а механическая прочность остается неизменной, что позволяет сохранять однородную кость в течение нескольких лет.
Механическая стабильность устройства межпозвонкового синтеза в основном обусловлена эффектом укрепления-компрессии и эффектом выравнивания нагрузки на интерфейс. После имплантации межпозвоночного соединения, сила фиксации подвергает мягкие ткани вокруг сращенного сегмента постоянному натяжению, а сращенный сегмент и устройство для соединения достигают трехмерной суперстатической фиксации, получая противосдвиговый и вращательный эффекты и оказывая самостабилизацию, так что устройство для межпозвоночного соединения может обеспечить немедленную и раннюю стабильность соединения позвоночника. Кроме того, устройство межпозвонкового соединения служит анатомическим каркасом, т.е. восстанавливает и поддерживает физиологический изгиб позвоночника, расширяет межпозвонковое отверстие и снимает компрессию нервных корешков, восстанавливая высоту межпозвонкового пространства и восстанавливая механическую и анатомическую стабильность передней части среднего отдела позвоночника.
Раннее кольцевое гомогенное костное межпозвонковое сращение
Ранние аллогенные межпозвонковые сращения были просто кольцевыми сращениями, сформированными путем простой обработки длинных костей, таких как аллогенная малоберцовая и бедренная кости. liljenqvist et al. сообщили о результатах 41 пациента со средним сроком наблюдения 30. Янссен и др. использовали аллогенную бедренную кость для межпозвонкового соединения, при этом средняя частота сращения составила 95%, а среднее время сращения — 8,7 месяцев. Янссен и др. использовали аллогенную кость Янссен и др. провели лечение 137 пациентов с использованием гомогенного бедренного кольца и достигли прочного сращения у 94% пациентов при среднем сроке наблюдения 18 месяцев. Они пришли к выводу, что гомогенная кость обеспечивает удовлетворительную биологическую среду.
Однако из-за формы и размера бедренного кольца его можно использовать только для переднего межтелового сращения, и в основном оно применяется в поясничном отделе позвоночника. Slosar et al. использовали аллотрансплантат фибулярного кольца, заполненного аутологичной костью BMP-2, для переднего поясничного сращения у пациентов с дегенерацией дисков, соскальзыванием позвонков и дегенеративным сколиозом, и все пациенты (45 пациентов/103 сегмента) достигли межпозвонкового сращения через 6 месяцев после операции. сращение прошло без серьезных осложнений.
Из-за хорошей остеогенной активности аутологичной подвздошной кости полученная частота сращения и клиническая эффективность считаются золотым стандартом для оценки межтелового сращения, поэтому результаты сравнения с аутологичной подвздошной костью важны для клинической работы. В полурандомизированном, проспективном, контролируемом исследовании с использованием однородного аллогенного фибулярного кольца и аутологичной подвздошной кости при переднем шейном сращении, хотя межпозвонковое сращение в фибулярном кольце было более поздним по сравнению с аутологичной подвздошной костью (63,1% сращения фибулярного кольца через 6 месяцев по сравнению с 89,2% аутологичной подвздошной кости), скорость сращения была сопоставимой через 24 месяца, и не было разницы в частоте схода устройства для сращения.
Таким образом, аллотрансплантат фибулярного кольца является подходящей альтернативой аутологичной подвздошной кости при переднем шейном сращении. Вышеупомянутое устройство для соединения межпозвоночных дисков из аллогенной кости не соответствует анатомической форме межпозвоночного пространства и имеет небольшую поверхность контакта с концевой пластинкой, что может привести к разрезанию концевой пластинки из-за концентрации напряжения, в результате чего увеличивается количество осложнений, таких как выпадение или отхождение сращения и псевдоартикулярное образование; кольцо из аллогенной кости изготавливается из натуральных материалов и имеет такие проблемы, как нерегулярные технические характеристики, большие различия в механической прочности, часто слишком большой или слишком маленький размер и неудобное обращение с натуральной формой. Трудно удовлетворить потребности стандартизированных хирургических операций, особенно тенденцию минимально инвазивной хирургии позвоночника.
Анатомический аллотрансплантат для межпозвоночного сращения
В ответ на недостатки простых фибулярных и бедренных колец для межтелового сращения постепенно используются аллогенные устройства для межтелового сращения, которые соответствуют анатомическим характеристикам межпозвонкового пространства. Основные конструктивные особенности этих устройств для сращения включают: верхняя и нижняя поверхности имеют определенную выпуклую кривизну, что соответствует слегка вогнутому анатомическому виду концевой пластины; контактная часть с концевой пластиной тела позвонка шероховатая или зубчатая, что увеличивает площадь контакта с концевой пластиной и не позволяет легко вывихнуть ее в заднем направлении; при разработке и производстве некоторых устройств для сращения также учитывается передняя выпуклость шейных и поясничных позвонков; формирование серии изделий со стандартизированной формой и полными техническими характеристиками, оснащенных специальными устройствами Устройство для сращения оснащено специальными инструментами.
Barnes et al. и Arnold et al. сообщили об однородном межпозвонковом устройстве для заднего сращения, которое изготовлено из двух кусков кортикальной кости с зубовидным выступом на верхней и нижней поверхностях, и два устройства для сращения имплантируются в межпозвонковое пространство параллельно. В многоцентровом проспективном исследовании клинические результаты анатомического межпозвонкового соединения аллотрансплантата были подтверждены в контролируемом исследовании с соединением PEEK, при этом частота сращения составила 95,2%, значительное улучшение индекса дисфункции Освестри, отсутствие значительной разницы по сравнению с соединением PEEK, отсутствие значительного уменьшения межпозвонкового пространства и отсутствие серьезных осложнений, таких как соскальзывание позвонков или ослабление внутренней фиксации. Другое доказательное исследование также подтвердило, что анатомический аллотрансплантат межпозвонкового сустава имеет такую же частоту сращения и клинические результаты, как и сращение с помощью PEEK.
Анатомический аллотрансплантат межтелового соединения изготавливается путем разрезания и придания формы кортикальной кости, причем форма может быть спроектирована и изготовлена по необходимости.
Поэтому область применения не ограничивается размером и внешним видом исходного материала, что позволяет максимально использовать ограниченный костный материал аллотрансплантата. В одном исследовании анатомическое межтеловое сращение из кортикальной кости бедренной кости использовалось для переднего шейного сращения и сравнивалось со сращением из кортикальной кости фибулярного происхождения. После 12-месячного наблюдения, несмотря на отсутствие существенной разницы в визуально-аналоговой оценке боли (VAS) и индексе дисфункции шейки матки (NDI), бедренное сращение сформировалось раньше, чем фибулярное, а бедренное сращение немного меньше проседало, чем фибулярное; кроме того, КТ-исследование выявило морфологические изменения (перелом или фрагментацию) как в бедренном, так и в фибулярном сращениях в различном соотношении, с частотой 10,8% и 53,2% соответственно.
Поскольку такие устройства для сращения, как PEEK и углеродное волокно, редко фрагментируются, вызывает беспокойство возникновение фрагментации однородных костных межпозвонковых устройств для сращения. Причиной меньшей фрагментации бедренного соединения может быть то, что бедренная и малоберцовая кости имеют одинаковую плотность, но индекс прочности бедренной кости больше, чем малоберцовой; кортикальная кость бедренной кости толще и имеет большую прочность на сжатие. Конечно, такое состояние может быть и нормальным явлением в процессе резорбции гомогенной аллотрансплантационной кости и формирования новой кости. Хотя частота сращения в данном отчете была удовлетворительной и серьезных осложнений не было, стоит продолжить наблюдение и изучение, чтобы выяснить, будут ли возникать долгосрочные осложнения по мере увеличения времени наблюдения.
Клиническое применение устройств для сращения межпозвоночных дисков из аллогенной кости
Показания
Аллогенные межпозвоночные сращения подходят для использования практически со всеми традиционными устройствами для сращения, изготовленными из металла или синтетических материалов. В качестве примера можно привести шейное межтеловое сращение: показаниями к клиническому применению шейного межтелового сращения являются неврогенный шейный спондилез, дегенеративная нестабильность шейного сегмента и шейный спондилез позвоночника с не-многосегментной компрессией (более 3 сегментов), не поддающиеся консервативному лечению. Что касается противопоказаний, Harcker et al. подчеркнули, что при наличии у пациентов остеопороза межпозвонковые сращения из гомогенной кости так же подвержены разрушению, как и сращения из других материалов, и поэтому не подходят для пациентов с тяжелым остеопорозом. Кроме того, конструкция межпозвонкового слияния основана на эффекте укрепления-компрессии, и травматические смещения тела позвонка при переломе, нарушающие соответствующие связочные и фиброзные кольцевые ткани, не могут быть включены в показания к операции.
Наполнители при межпозвонковом сращении
При межпозвонковом сращении аутологичная отменная кость, удаленная во время операции декомпрессии межпозвонкового диска, часто используется для заполнения устройства для сращения. Когда аутологичной кости недостаточно, широко используется аллогенная отменная кость, а для содействия сращению часто применяется рекомбинантный человеческий BMP-2. Многие исследователи считают, что BMP-2 может привести к 100% сращению, но при этом отмечается увеличение ранних осложнений, в основном резорбции кости или преходящей потери пространства. Учитывая отсутствие разницы в баллах VAS и частоте сращения, некоторые исследователи считают, что резорбцию кости следует рассматривать как процесс сращения, а не как осложнение.
Суждение о клиническом сращении
Трудно определить сращение после традиционных межпозвоночных соединений на основе металла. Поскольку рентгеновские лучи не проходят через металл и создают артефакты вокруг металла, рост трабекулярных соединений внутри и вокруг сращения не может быть непосредственно визуализирован на рентгеновских снимках, что затрудняет определение того, достигнуто ли межтеловое сращение. В отличие от этого, гомогенный сплав аллотрансплантата не сильно затемняет рентгеновские снимки и имеет значительное преимущество с точки зрения визуализации. В целом, считается, что сращение произошло, если на рентгеновском снимке видно новое трабекулярное соединение между позвонками. Как минимум, новое трабекулярное соединение представляет собой функциональную стабильность между позвоночными сегментами, которая может обеспечиваться костно-фиброзным соединением или фиксирующей картой внутри сращения. Кроме того, отсутствие боли и подвижность позвоночных сегментов пациента могут быть использованы в качестве основы для определения костного сращения.
Резюме
Преимущества устройств для сращения межпозвонковых позвонков из гомогенной кости можно кратко суммировать в следующие пять пунктов.
1. Структура устройства для сращения в большей степени соответствует нормальной морфологии межпозвоночного пространства.
2.Модуль упругости близок к модулю упругости нормальной человеческой кости.
3.Низкое влияние на визуализацию обследования.
4, может быть полностью поглощен.
5, обладают хорошей остеогенной активностью.
Хотя гомогенные межпозвоночные соединения показали хорошие результаты в клиническом применении и теоретически имеют преимущества в остеогенной активности и модуле упругости, все еще недостаточно доказательств того, что гомогенные межпозвоночные соединения имеют значительные преимущества перед другими материалами, такими как PEEK; В то же время, поскольку гомогенные межпозвонковые соединения используются в течение относительно короткого периода времени, не хватает данных долгосрочного наблюдения, чтобы судить об их долгосрочных эффектах; их патологические изменения в процессе соединения и визуализация Патологические изменения и визуализационные проявления в процессе соединения отличаются от таковых у металлических или синтетических устройств соединения, что заслуживает углубленного изучения. Поэтому оптимальные показания и долгосрочные результаты аллогенных межпозвонковых сращений все еще требуют глубокого изучения, чтобы предоставить достаточные доказательства для принятия клинических решений.