Мы разделили типы пластырей для ротаторной манжеты на четыре категории: сухожильные пластыри, недеградируемые пластыри для ротаторной манжеты, пластыри для ротаторной манжеты на основе внеклеточного матрикса и синтетические деградируемые пластыри для ротаторной манжеты. Из них синтетические биодеградируемые заплаты для ротаторной манжеты являются развивающимся направлением и не являются распространенным клиническим вариантом восстановления.
Сухожильные пластыри
Сухожильные заплатки могут быть использованы для снижения напряжения между сухожилием и костью и потенциально могут способствовать травмированию биопротеза, предоставляя факторы роста и точки крепления для поддержки роста клеток. В модели острого разрыва ротаторной манжеты, восстановленной с помощью сухожильных заплат, было обнаружено, что аутологичные клетки мыши начинают пролиферировать и мигрировать в сухожильную заплату, однако (и это не может быть подтверждено) неизвестно, остаются ли аутологичные клетки активными при дегенеративных и аваскулярных разрывах ротаторной манжеты.
Сухожильные заплаты могут быть как аллогенного, так и аутологичного происхождения. В одном исследовании 28 пациентов с массивными разрывами вращательной манжеты были восстановлены с использованием аллогенных заплат из ахиллова сухожилия, пателлярного сухожилия или сухожилия квадрицепса, и хотя наблюдалось улучшение послеоперационной функции, существенной разницы по сравнению с пациентами с аналогичными состояниями, которым была проведена только акромиопластика и очистка сустава, не было. Кроме того, у одного из пациентов с аллогенными сухожильными заплатами развилась инфекция, а у одного — тяжелая послеоперационная реакция иммунного отторжения.
Аутологичные сухожильные пластыри, полученные из собственного тела пациента, смогли уменьшить послеоперационное иммунное отторжение у пациентов. В литературе сообщалось об эффективности восстановления разрывов вращательной манжеты с помощью резецированного сухожилия бицепса Лонгуса. Помимо функции снижения напряжения между сухожилием и костью и потенциального обеспечения факторов роста и точек прикрепления для поддержания роста клеток, этот метод не требует хирургического удаления сухожилия из другой части тела. При этой процедуре повторно используется длинная головка сухожилия бицепса. В ретроспективном исследовании, сравнивающем эффективность восстановления массивного разрыва вращательной манжеты с использованием резецированной длинной головки сухожилия бицепса и без резецированной длинной головки сухожилия бицепса, не было выявлено существенной разницы в боли, диапазоне движения или клинических результатах плечевого сустава через 12 месяцев после операции, в то время как сила плечевого сустава была значительно выше в исследуемой группе, чем в контрольной группе, а частота неудач восстановления была значительно ниже, чем в контрольной группе. Результаты исследования сравнивались с результатами 24 пациентов с массивными разрывами вращательной манжеты и легкой жировой дегенерацией мышцы инфраспинатус, отремонтированных без частичной заплаты, и у обоих пациентов было отмечено значительное улучшение функции по сравнению с дооперационным периодом. Неспособность восстановить нормальную структуру соединения сухожилия с костью является важной причиной использования заплат для восстановления сухожилий. Однако в настоящее время не существует хорошего решения для заживления места прикрепления сухожилия к кости с помощью современных методов. В недавних исследованиях сообщалось об использовании аллогенных костных сухожилий для восстановления гигантских разрывов вращательной манжеты у собак, при этом отмечалась лучшая послеоперационная целостность заплаты из аллогенного костного сухожилия по сравнению с прямым дебридментным швом и восстановлением с помощью человеческих кожных заплат, полная интеграция аллогенной кости в кость хозяина и хорошее сращение аллогенного сухожилия.
Нерассасывающиеся пластыри для ротаторной манжеты
Использование нерассасывающегося каркаса для наращивания сухожилия надлодыжечной кости плечевой кости является наиболее распространенной формой восстановления, которая включает в себя простую хирургическую процедуру фиксации сухожилия к паренхиме кости с помощью нерассасывающегося якорного гвоздя. Этот метод, похожий на восстановление грыжи, представляет собой механическое и постоянное восстановление, которое позволяет ротаторной манжете заживать самостоятельно после восстановления. На основе этой концепции были разработаны и сконструированы различные недеградируемые пластыри для ротаторной манжеты, основными характеристиками которых являются высокая прочность на разрыв, хорошая гистосовместимость и отличные эксплуатационные свойства.
Об использовании пластырей на основе полиэстера, например, политетрафторэтилена (PTFE) для восстановления разрывов вращательной манжеты было сообщено в первом неконтролируемом исследовании, которое показало хорошую переносимость и улучшение функции в 23 из 25 случаев восстановления. Гистологические исследования с использованием пластырей из политетрафторэтилена показали, что пластырь плотно прирастает к кости и между пластырем и вращательной манжетой, без признаков окружающей воспалительной реакции.
Последнее исследование полиэфирных пластырей, имплантированных для восстановления разрывов вращательной манжеты, показало хорошую переносимость, значительное улучшение функции и облегчение боли у 41 пациента через 86 месяцев наблюдения, при этом у трех пациентов наблюдались повторные разрывы между пластырем и сухожилием. Авторы отметили, что новое поколение полиэфирных пластырей показало значительные улучшения с точки зрения высокой прочности на разрыв, низкого трения и отличной гистосовместимости в коротком послеоперационном периоде. Подобные результаты наблюдались и в других исследованиях и отчетах о случаях имплантации пластырей на основе полиэстера в течение 16-летнего периода наблюдения. Одно исследование, сравнивающее эффективность восстановления с помощью прямых швов, коллагеновых пластырей и полипропиленовых пластырей, выявило значительное преимущество полипропиленовых пластырей в функциональности, прочности и количестве рецидивов по сравнению с двумя другими методами восстановления в течение 3 лет наблюдения.
Разрабатываются и испытываются другие неразлагаемые материалы для пластырей, причем имеются многообещающие сообщения в отношении таких материалов, как поликарбонат полиуретан и политетрафторэтилен. Эти материалы обычно перерабатываются в пену, которая имеет соединительные поры для стимулирования роста хороших тканей. В одном исследовании поликарбонатно-полиуретановые пластыри использовались для восстановления гигантских разрывов вращательной манжеты у 10 пациентов, при этом наблюдалось значительное улучшение показателей ASES, UCLA, CADL и хорошая долговечность пластырей после операции. В 6-месячном исследовании 37 пациентов с непоправимыми разрывами ротаторной манжеты было показано, что использование заплат из расширенного политетрафторэтилена для восстановления массивных разрывов ротаторной манжеты было значительно эффективнее, чем прямое шовное восстановление.
Основная проблема нераспадающихся имплантируемых пластырей заключается в отсутствии долгосрочной целостности. Проводились исследования, в которых пластыри из углеродного волокна преподносились как идеальный материал для восстановления сухожилий и связок с хорошей механической прочностью, однако при длительном пребывании в организме эти материалы нарушают структурную целостность, мигрируют в другие ткани, вызывают хроническое воспаление и реакцию инородного тела и требуют повторной операции.
Преимущества нерассасывающихся материалов для восстановления разрывов ротаторной манжеты относительно краткосрочны, но могут нести ненужный долгосрочный риск. Однако, учитывая другие факторы, такие как возраст, размер, нерассасывающиеся пластыри для ротаторной манжеты по-прежнему являются лучшим вариантом для некоторых пациентов. Для понимания долгосрочной безопасности неразлагающихся материалов для имплантатов все еще необходимы более точные клинические данные.
Пластыри для вращательной манжеты из экстрацеллюлярного матрикса, т.е. биологические пластыри для вращательной манжеты
Исследования показали, что старение сухожилия и последующее разрушение после ремонта тесно связаны с изменениями в структуре тканевого матрикса, стимулирующими изменения в поведении клеток. Исходя из этой концепции, пластырь предназначен для создания временной матричной структуры для прикрепления коллагена внутренними популяциями клеток. Эксперименты in vitro показали, что биосовместимые клетки имплантируются в пластырь и биологические клетки самостоятельно восстанавливают разорванную ткань. Для создания таких пластырей требуется извлечение структур внеклеточного матрикса, таких как подслизистая оболочка тонкой кишки свиньи, дерма свиньи и кожа.
Эксперименты in vitro показали, что такие пластыри являются отличными точками прикрепления и культуральной средой для клеток сухожилий человека, особенно в отсутствие химического сшивания. Однако в исследованиях на животных возникла путаница, а в некоторых случаях были получены противоречивые сообщения о безопасности и эффективности. Иногда это происходит из-за несоответствующего или непоследовательного контроля отбора. В одном исследовании на модели острого разрыва ротаторной манжеты у крыс было установлено, что восстановление ротаторной манжеты с использованием подслизистой оболочки тонкой кишки свиньи в экспериментальной группе биомеханически превосходило восстановление в контрольной группе без усиления. В более поздних исследованиях тот же имплантат был использован в двух моделях крыс, одной «острой» и другой «хронической», и обнаружил значительную эффективность только в «хронической» группе. Однако в этом исследовании все еще не было адекватного контроля. В собачьей модели с использованием подслизистого материала для замены сухожилия результаты показали рост новой ткани внутри заплаты, которая обрела новую форму и интегрировалась в мышцу и кость. Однако при сравнении действия свиных дермальных пластырей и свиных подслизистых пластырей тонкого кишечника на модели овцы, дермальные пластыри показали превосходные результаты в отношении воспалительных маркеров фибриногена плазмы и степени оссификации. Авторы отметили, что подслизистый пластырь из тонкой кишки свиньи деградировал быстрее, чем дермальный пластырь, с почти полным поглощением в течение 9 недель. В исследовании с использованием свиных дермальных пластырей для восстановления повреждений надлопаточного сухожилия на модели африканской зеленой мартышки, гистологические исследования через 3 и 6 месяцев после операции показали, что пластыри восстановили структуру, подобную сухожилию, с однородным распределением фибробластов внутри пластырей, параллельным распределением коллагеновых волокон и большим количеством кровеносных сосудов, растущих в сухожилие, которые уменьшились до нормального уровня реципиентного сухожилия через 6 месяцев. В одном из исследований для восстановления гигантских разрывов вращательной манжеты использовались человеческие аллогенные дермальные пластыри, и было установлено, что состояние 45 пациентов было значительно лучше, чем до операции, на 24-68 месяце наблюдения, с высоким уровнем удовлетворенности пациентов и очень небольшим количеством пациентов, которым потребовалась повторная операция. В другом отчете оценивалась безопасность и эффективность артроскопического восстановления гигантских разрывов вращательной манжеты у людей с помощью рандомизированного контролируемого исследования. Частота полного восстановления составила 85% в экспериментальной группе по сравнению с 40% в контрольной группе.
В 2007 году скаффолд из богатой тромбоцитами плазмы был использован для достижения полного заживления в модели дефекта большеберцовой кости овцы. Через 16 недель механическая прочность, биосовместимость и остеоиндуктивность были значительно лучше, чем в контрольной группе. В одном из исследований сообщалось, что богатая тромбоцитами плазма может препятствовать интактной дифференцировке предшественников остеокластов человека. Впоследствии были проведены исследования богатой тромбоцитами плазмы для восстановления повреждений мягких тканей опорно-двигательного аппарата. Когортное исследование, сравнивающее использование тромбоцитарной плазмы с тромбоцитарной плазмой и без нее для восстановления разрывов ротаторной манжеты, показало четкие данные о том, что тромбоцитарная плазма ускоряет восстановление повреждений ротаторной манжеты и улучшает клинические симптомы, однако это исследование не смогло выявить важные различия в структурной целостности тканей. Исследование показало, что пластыри, изготовленные с использованием фиброзного матрикса тромбоцитов, снижают вероятность разрывов вращательной манжеты. Исследование не выявило существенных различий в послеоперационной клинической функции и структурной целостности тканей при использовании пластырей из фиброзного матрикса с тромбоцитами по сравнению с отсутствием пластырей при разрывах вращательной манжеты. Кроме того, самые последние данные, собранные в ходе 19 одноцентровых экспериментальных исследований с участием 1088 испытуемых и проанализированные META, выявили недостаточное количество доказательств эффективности тромболитической терапии при лечении травм мягких тканей опорно-двигательного аппарата.
К недостаткам пластырей из внеклеточного матрикса относятся плохая фиксация швов и низкие механические свойства, причем, по данным исследований, эластичность и прочность намного ниже, чем у нормальных сухожилий. В некоторых случаях эти недостатки преодолеваются добавлением армирующего материала, например, биоразлагаемых полимерных волокон. Другая проблема заключается в том, что в некоторых пластырях внеклеточного матрикса были обнаружены следы ДНК и клеточного содержимого, что может вызвать неблагоприятную воспалительную реакцию и передачу заболевания. Кроме того, сообщалось, что некоторые пластыри внеклеточного матрикса ассоциируются с хроническим воспалением, хотя об этом сообщалось на модели брюшной стенки крысы, а не на модели суставов.
Недавнее клиническое исследование показало результаты улучшения клинических исходов при использовании пластырей с экстрацеллюлярным матриксом, полученных из дермы свиньи, и пластырей из дермы человека. Проспективное рандомизированное исследование с использованием человеческих дермальных пластырей для восстановления 22 пациентов с массивными разрывами ротаторной манжеты привело к более высокой доле полных восстановлений ротаторной манжеты по сравнению с 20 пациентами с прямыми дебридментными швами, а также отсутствию побочных явлений при использовании человеческих дермальных пластырей. Однако эффективность этих имплантатов все еще остается под вопросом. Одно клиническое исследование показало очень плохие клинические результаты при восстановлении гигантских разрывов вращательной манжеты с помощью подслизистых заплат из тонкой кишки свиньи, что привело к 91% рецидивов. Этот результат был подтвержден и другими исследованиями, которые показали такие же плохие результаты в группе армированных подслизистых пластырей из тонкой кишки свиньи по сравнению с неармированной группой. Неудачное восстановление было связано с быстрым рассасыванием подслизистой заплаты из тонкой кишки свиньи и недостаточной механической поддержкой, обеспечиваемой восстановленным разрывом.
Эти данные подтверждают или опровергают эффективность пластырей для ротаторной манжеты с экстрацеллюлярным матриксом на основе порцина, поэтому их безопасность и эффективность по-прежнему трудно определить. Другим направлением исследований является использование пластырей для ротаторной манжеты из экстрацеллюлярного матрикса человеческого происхождения.
Синтетические деградирующие заплаты для ротаторной манжеты
Для того чтобы преодолеть проблемы стоимости и безопасности, связанные с пластырями на ротаторную манжету из внеклеточного матрикса, и добиться клеточного восстановления, начинают появляться синтетические, бионические и биодеградируемые пластыри на ротаторную манжету. Дизайн этих пластырей основан на концепции обеспечения непостоянной точки крепления для самовосстановления, пластыря, который может рассасываться в течение соответствующего периода времени, но при этом обладает хорошей биосовместимостью, хорошими механическими свойствами и подходящей эластичностью.
Обычно используемые биоразлагаемые полиэфирные материалы для пластырей на вращательную манжету включают сополимеры левополимолочной кислоты, сополимеры гидроксиуксусной кислоты молочной кислоты, поликапролактоны и сополимеры полипропиленгликоля. Кроме того, некоторые исследования предлагают использовать простые синтетические биоразлагаемые материалы, большинство из которых подчеркивают преимущества создания узорчатых структурных тел.
Коллагеновый пучок нормального сухожилия следует длинной оси сухожилия. С применением технологии электроспиннинга могут быть созданы новые пластыри для ротаторной манжеты, которые имитируют выравнивание коллагеновых волокон сухожилия, а в некоторых случаях волокна могут также переходить от выравнивания к случайному выравниванию в месте соединения сухожилия с костью. Было показано, что ряд узловых выровненных заплат ротаторной манжеты непосредственно влияет на выравнивание адгезивных клеток и воздействует на экспрессию структурных белков матрикса.
Концепция дизайна этих деградирующих пластырей для ротаторной манжеты, изготовленных методом электроспиннинга, также предполагает включение биологических организмов в биосинтетические пластыри. Для этого используются различные стратегии, такие как добавление стволовых клеток в пластырь, добавление матричного белка коллагена во время изготовления или имплантация факторов роста, которые медленно высвобождаются по мере деградации пластыря. Также были предложены методы, разработанные для имитации содержания материала в сухожильно-костном соединении. Поэтому использование биодеградируемых пластырей для биорепарации разрывов вращательной манжеты является актуальной тенденцией.
Исследования in vitro подтвердили, что как пластыри из сополимера молочной кислоты с гидроксиуксусной кислотой, так и пластыри из полипропиленгликоля, обработанные методом электроспиннинга, демонстрируют хорошую клеточную реакцию и биосовместимость. Дальнейшие исследования также показали, что для тех же материалов обработка методом электроспиннинга снижает иммунный ответ in vivo больше, чем другие распространенные процессы.
Синтетические деградирующие пластыри показали хорошие результаты в предварительных испытаниях эффективности на животных моделях. Волокнистые полипластыри без электроспиннинга были включены в модель козы и показали значительное улучшение прочности в первые три недели после операции, хотя это не было статистически значимым. Пластыри из поликапролактона, обработанные методом электроспиннинга, показали хорошую переносимость и хорошее проникновение клеток после 8 недель имплантации в крысиной модели, а рандомизированное контролируемое исследование показало, что ремонт с помощью электроспиннинговых пластырей из L-капролактона значительно улучшил модуль Юнга по сравнению с неармированным ремонтом.
Однако, в отличие от этих хороших результатов, существуют также опасения по поводу продуктов деградации этих полимеров. Было установлено, что высокие концентрации молочной и гидроксиуксусной кислоты токсичны для клеток сухожилий и остеобластов, а нетоксичные концентрации снижают пролиферацию клеток сухожилий и дифференцируют остеобласты. Поэтому скорость деградации и накопление кислых продуктов деградации важны для безопасности синтетических биоразлагаемых пластырей. Исследования также показали, что токсичность различных полимерных деградатов варьируется в экспериментах in vitro, но очевидно, что продукты деградации зависят от ткани. Поэтому будущие исследования должны быть направлены на достижение полной деградации пластыря при имплантации в организм, гарантируя, что выделение кислотных деградатов остается в безопасных пределах в течение всего жизненного цикла продукта.
Другой проблемой электроспан деградирующих пластырей являются их относительно низкие механические свойства, даже в выровненных структурах. Даже при использовании многослойных методов механические свойства более качественных структурированных материалов, таких как вязаные волокна сополимера молочной гидроксиуксусной кислоты или быстрые прототипные структуры поликапролактона, вплавляются в пластыри для улучшения механических свойств, но все же не до удовлетворительной степени.
Более глубокая проблема с электроспунными материалами заключается в том, что поровое пространство в заплатке слишком мало, что препятствует дальнейшей миграции клеток внутрь заплатки, так что новая структура ткани не совсем то, что нам нужно. Для преодоления этой проблемы недавно было разработано несколько методов, включая использование солевого или полимерного выщелачивания и усовершенствованных систем сбора.
Необходимо собрать дополнительные клинические данные об эффективности этих пластырей. В одном клиническом исследовании для восстановления 21 массивного разрыва ротаторной манжеты использовались биодеградируемые пластыри из полиэстера, при этом наблюдалось значительное улучшение функции и диапазона движения плеча пациента, а уровень удовлетворенности после операции составил 90%. В другом исследовании сообщалось, что в 18 случаях гигантских разрывов вращательной манжеты, восстановленных с помощью пластырей с L-полимолочной кислотой, послеоперационные функциональные показатели плечевого сустава значительно улучшились по сравнению с дооперационными показателями, а процент успешных операций составил 83% через 12 месяцев и 78% через 42 месяца. Показатели успеха составили 83% через 12 месяцев и 42 месяца после операции. По-прежнему не хватает клинических исследований или рандомизированных контролируемых исследований с большими выборками.
Резюме
В последние годы число операций по восстановлению ротаторной манжеты очень быстро увеличилось, однако хорошие показатели излечения еще не гарантированы, и существует необходимость улучшения прогноза для пациентов. Путь ремонта варьируется от визуально статичного ремонта, механического ремонта до биологически активного ремонта, который обеспечивает точки крепления для клеток организма для самовосстановления. Ни один из доступных в настоящее время методов не дает удовлетворительных результатов, и нет убедительных доказательств того, почему восстановление не удалось, например, из-за недостаточной механической поддержки или из-за осложнений, таких как инфекция или воспаление.