Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Современные подходы к лечению сколиоза. влияние конструкционных материалов на организм: металлоз и особенности его проявления (Обзор литературы) .13
1.1 Общие представления о сколиозе: частота заболевания,этиология, патогенез,классификации .13
1.2 Хирургическое лечение сколиотической деформации Позвоночника .17
1.2.1 Общие принципы хирургического лечения сколиоза 17
1.2.2 Развитие методов и устройств для хирургического лечения сколиоза 18
1.2.3 Применение принципа полисегментарной динамической фиксации сколиоза 24
1.3 Результаты исследований клинической эффективности и частоты осложнений при использовании современных конструкций, не ограничивающих рост позвоночника 30
1.4 Металлоз: особенности проявлений при использовании различных конструкций в современной ортопедической практике 42
1.4.1 Химические основы развития металлоза в биологических средах 44
1.4.2 Изменение состояния биологических тканей при металлозе 45
глава 2. Материалы и методы исследования .49
2.1 Организация (дизайн исследования) 49
2.2 Клиническая характеристика больных 50
2.3 Особенности хирургического лечения больных со сколиозом .54
2.4 Инструментарий, использованный для лечения сколиоза
2.4.1 Система LSZ4 56
2.4.2 Система LSZ5 56
2.5 Методы исследования .62
2.5.1 Клиническое обследование 62
2.5.2 Методы лучевой диагностики .63
2.5.3.Биометрические исследования 64
2.5.4.Оборудование,использованное при проведении биомеханических испытаний 72
2.5.5 Лабораторные исследования ионов металла 81
2.5.6 Гистологическое исследование 82
2.6 Статистическая обработка полученных данных 82
ГЛАВА 3. Результаты лечения больных сколиозом 83
3.1 Результаты коррекции у пациентов при III степени тяжести сколиоза 83
3.2 Результаты коррекции у пациентов при IV степени тяжести сколиоза 83
3.3 Результаты коррекции у пациентов с различным типом поясничного искривления .84
3.4 Изменения баланса туловища у пациентов с различным типом поясничного искривления .85
3.5 Коррекция ротации апикального позвонка поясничной дуги в зависимости от типа поясничной деформации 87
ГЛАВА 4. Анализ проблем и осложнений, возникших при лечении сколиоза скользящими и стабильными системами .89
ГЛАВА 5. Исследование металлоза, вызванного скользящими титановыми конструкциями, у больных сколиозом 100
5.1 Оценка частоты осложнений после установки конструкции 100
5.2 Уровни ионов металлов в плазме крови больных сколиозом 100
5.3 Уровни ионов металлов в тканях, окружающих имплантат 101
5.4 Результаты гистологического исследования 104
5.5 Результаты динамического тестирования при сравнении крючковой системы LSZ и винтовой системы OVAL TWIST 105
5.6 Результаты тестирования методом вытягивания при сравнении крючковой системы LSZ и винтовой системы MONOPOLY VC 112
Клинические примеры 118
Заключение (обсуждение полученных результатов). 128
Выводы .138
Практические рекомендации .140
Список литературы .
- Развитие методов и устройств для хирургического лечения сколиоза
- Инструментарий, использованный для лечения сколиоза
- Изменения баланса туловища у пациентов с различным типом поясничного искривления
- Уровни ионов металлов в плазме крови больных сколиозом
Развитие методов и устройств для хирургического лечения сколиоза
Деформация позвоночника – сколиоз – ортопедическое заболевание, которое достаточно широко распространено и уже не одно тысячелетие привлекает свое внимание, как врачей, так и тех, кого этот недуг затронул. Эдвард Смит (2500 г. до н. э.), Гиппократ (460 – 370 до н. э.), Гален (131 – 201), Амбруаз Паре (1510 – 1590), Nicolas Andry (1658 - 1742), Antoine Portal (1742 – 1832), Francois Guillaume Le Vacher (1732 – 1816), Jean Andre Venel 1740 – 1791), James Paget (1814 – 1899), E. Albert (1902), Richard von Volkmann (1830 -1889), Russel Hibbs (1869 – 1932), Джон Мо (1906 – 1988), Я.Л. Цивьян (1920 – 1987), В.Д. Чаклин (1892 – 1976), Пол Харрингтон (1911 – 1980) – это только малая доля имен врачей-ортопедов, кто всю свою профессиональную жизнь отдал изучению и лечению сколиотической болезни. Но до сих пор дать окончательный ответ, что является причиной появления и развития деформации вертебрологи дать не могут, в связи с чем вопросы лечения этой патологии остаются сложной проблемой.
Частота выявляемости сколиоза в Российской Федерации составляет от 8 до 15% у детей и 7,2 % у взрослых [Ветрилэ С.Т. и др., 2004; Михайловский М.В., 2007]. В последние годы наблюдается тенденция к повышению заболеваемости сколиозом [Кулешов А.А., 2007]. Причиной повышенного внимания специалистов к этому заболеванию является вероятность прогрессирования деформации, что на начальном этапе, приводит к формированию косметического дефекта, а в последующем -присоединению различных видов соматической патологии. Сколиоз может возникать в любом возрасте, но в большинстве случаев представлен ювенильным идиопатическим сколиозом, который начинает развиваться у детей в возрасте от 3 до 10 лет [Aebi M., 2005]. Идиопатический сколиоз (ИС) выявляется у 0,2-6% подростков и значительно чаще у девочек, чем у мальчиков [Лака А.А. и др., 2006; Arlet V., Aebi M., 2013]. В одной из своих работ М.В. Михайловский представляет результаты углубленного анализа различных источников. Так, автор указывает, что соотношение девочек и мальчиков составляет примерно 4:1. Однако эти данные получены при анализе только оперированных пациентов [Михайловский М.В., 2007].
Успешное лечение любого заболевания возможно только в случае глубокого понимания этиологии и патогенеза. Существует несколько гипотез, рассматривающих влияние механических, неврологических, биохимических, генетических, мышечных и гормональных факторов на причины возникновения и развития сколиотической болезни. Несмотря на множество гипотез и предположений до настоящего времени не существует теории, четко определяющей причины возникновения, прогрессирования и стабилизации патологического процесса при ИС.
Наиболее полную этиологическую классификацию в 1995 г. опубликовал J. E. Lonstein [Lonstein J.E. et al., 1995]. Он выделил ряд групп сколиозов: нейромышечные сколиозы на почве миопатий, артрогрипоза, мышечной дистрофии, врожденной гипотонии, последствий нейропатий и полиомиелита, детского церебрального и спинального спастического паралича, нейрофиброматоза, сирингомиелии, травмы спинного мозга и т.д.; врожденные сколиозы, развивающиеся на основе костных аномалий; группа сколиозов, развивающихся из-за наличия патологии соединительной ткани (синдром Морфана, синдром Элерса-Данло); сколиозы, развивающиеся после травм, после хирургических вмешательств в результате рубцовых процессов после ожогов, после гнойно-воспалительных процессов и после хирургических вмешательств на органах грудной клетки; сколиозы, причиной которых стали ревматические заболевания, например ювенильный ревматоидный артрит. Существует группа редко встречающейся патологии остеохондродистрофические (дегенеративные) сколиозы, сколиозы после остеомиелита, в результате метаболических нарушений (рахит, несовершенный остеогенез и др.), сколиозы на почве патологии пояснично-крестцового сочленения (спондилолиз и спондилолистез), сколиозы вследствие опухолей.
Кроме того существуют сколиозы, при которых отсутствуют структурные изменения (истерические, анталгические, воспалительные, функциональные и прочие). Но наиболее распространенным типом сколиотической деформации является группа заболеваний, природа которых не выявлена – идиопатические сколиозы (ИС). В практической работе вертебрологам в 80% случаев приходится иметь дело именно с этой патологией.
Неоднозначны мнения исследователей о наличии определенного морфогенотипа, существовании половых различий и их влиянии на прогрессирование деформации и результаты лечения сколиоза [Alvarez-Martinez M.M. et al., 2011].
Главной проблемой у детей с ИС является непредсказуемость прогрессирования искривления позвоночника. Согласно «возрастной» классификации J. James (1970) выделяют четыре группы сколиозов по интегральным характеристикам: - сколиозы новорожденных и детей первых двух лет жизни; - сколиозы ювенильные (появляются после 4–5 лет, чаще всего имеют агрессивное течение); - сколиозы подростков (появляются в предпубертатном и начале пубертатного периода, теснейшим образом связаны с процессом роста ребенка, прогрессируют только в одной трети случаев); - сколиозы взрослых (не связаны с процессом роста, односторонние, часто при обследовании может быть выявлена конкретная причина — нейромиогенная) [James J. I., 1970].
Инструментарий, использованный для лечения сколиоза
Пластины ЭК, имеющие прямоугольное сечение, моделируются специальным инструментом. После моделирования пластины укладываются вдоль позвоночника и фиксируются к стойкам накидными клипсами, внутренний размер которых соответствует неполному сечению пластины, вследствие чего, пластина имеет возможность скользить внутри клипс, тем самым не препятствуя росту позвоночника. При необходимости зафиксировать пластину используется блокирующая накидная клипса, имеющая специальную цветовую маркировку. По мере фиксации корригирующих пластин и стабилизации конструкции происходит коррекция сколиотической деформации во фронтальной, сагиттальной и горизонтальной плоскостях. В основе механизма коррекции при использовании данной конструкции, лежит -редуцирующий механизм: пластины, фиксированные в накидных клипсах, по мере закручивания гаек опускается по резьбовым стойкам к крючку, за счет чего возникает редукция и трансляция, направленная на позвонки.
Для установки конструкции используется стандартный дорзальный доступ к позвоночнику. Скелетируются только основания остистых отростков с частью прилегающей дужки позвонков, не обнажая межпозвонковые суставы. Следующими этапами производится монтаж конструкции, описанный выше.
За счет минимального скелетирования задних структур позвоночника и легкости в установки ламинарных крючков кровопотеря при установке минимальна, время операции сокращено до минимума, что крайне важно при хирургии тяжелых деформаций позвоночника у больных с сопутствующей сердечно-легочной патологией.
Среднее продолжительность операции составляет - 72,5 мин, средняя интраоперационная кровопотеря – 153,5 мл, средняя кровопотеря в течение первых суток (по дренажам) – 520,3 мл, вертикализация пациентов происходит на 3 - 4 сутки после операции. При этом не используется внешняя иммобилизация. Основным показанием для применения системы LSZ5 в хирургии сколиозов являются тяжелые, прогрессирующие деформации позвоночника при сохранном потенциале его роста. Преимуществами системы LSZ5 являются: - возможность реализации потенциала роста; - быстрота и легкость установки системы, снижение риска осложнений при введении крючков; - уменьшение травматичности оперативного вмешательства; - минимальное скелетирование мягкотканных структур; - возможность простого и безопасного выпрямления и деротации позвоночника; - использование минимального набора инструментов.
Низкий профиль смонтированной конструкции обеспечивает минимальную травматизацию анатомических структур в послеоперационном периоде, а также позволяет использовать эндокорректор у детей с 6 лет. Контурирование конструкции под кожей минимизировано. По завершении роста позвоночника система LSZ5 демонтируется, позвоночник фиксируется стабильным вариантом эндокорректора.
Всем больным было проведено комплексное клиническое обследование с использованием наряду с клиническим также методов инструментальной (в том числе лучевой) и лабораторной диагностики. При оценке жалоб на момент исследования пациенты чаще всего отмечали утомляемость при физической нагрузке, после длительного нахождения в положениях сидя либо стоя, а также на наличие косметического дефекта. В ходе изучения анамнеза уточняли у родителей больных возраст, когда впервые выявлена деформация, особенности проводимого лечения, темпы прогрессирования сколиоза, наличие и срок появления боли и проявлений иных симптомов. Были проведены измерения роста больного, длины нижних конечностей. При осмотре у большинства пациентов отмечались достаточно выраженные проявления «дизрафического статуса», что проявлялось сочетанием рассеянной неврологической микросимптоматики и признаков диспластического развития: асимметрии черепа, зубочелюстных аномалий, плоскостопия либо полых стоп, гипертрихоза гипермобильность суставов и т.д. С учетом того, что сколиотическая деформация позвоночника представляет собой проявление сколиотической болезни, следует, безусловно, принимать во внимание возможные изменения внутренних органов и систем, что также учитывалось при обследовании пациентов. Объективизацию результатов осмотра до и после хирургического лечения выполняли с помощью фоторегистрации, при этом фотографии выполняли на фотокамеру в комплектации: фотокамера – CANON SX10.
При осмотре пациентов спереди оценивали отклонение туловища, высоту надплечий, симметричность грудных желез, высоту треугольников талии, расстояние от мечевидного отростка до верхних подвздошных остей.
При осмотре сзади определяли отклонение межъягодичной складки от линии отвеса, оценивали отклонение вершины дуги деформации от линии отвеса, высоту и симметрию лопаток. Выполняли тест Адамса, описывали характер реберной деформации, измеряли ее высоту при наклоне пациента вперед.
Также была выполнена оценка сагиттального профиля: выраженность поясничного лордоза и грудного кифоза.
При обследовании также оценивали объем активных движений позвоночника, пальпировали остистые отростки, паравертебральные точки, исследовали напряжение паравертебральных мышц.
Изменения баланса туловища у пациентов с различным типом поясничного искривления
Пациентка Т., период наблюдения с 2007 по 2013 гг. Диагноз: идиопатический сколиоз IV cт. Тип 3CN (2010 г.) (рисунок 5.13). С 2007 по 2010 гг. пациентка отказывалась от предложенного оперативного лечения (рисунок 5.13A-D). В 14 лет (2010 г.) деформация грудной дуги составила - 120 (рисунок 5.13D): основная дуга – грудная, с Th5 по L1; апикальный позвонок – Th7; угол исходной деформации в положении стоя - 120; угол ротации апикального позвонка - 45.
В 2010 г. больной была произведена хирургическая коррекция сколиотической деформации позвоночника с применением скользящего эндокорректора LSZ. Фиксация конструкции произведена от Th2 до L4 позвонка (рисунок 5.13E).
Угол грудной дуги после операции - 49 (рисунок 5.13E); ротация апикального позвонка - 25; коррекция деформации во фронтальной плоскости составила - 71 (59% от исходной); коррекция ротации - 20 (55% от исходной) (рисунок 5.13E). Течение послеоперационного периода без особенностей. За время наблюдения в послеоперационном периоде (2 года) наблюдалась некоторая потеря коррекции на 6 (12%), связанная с увеличением роста (рисунок 5.13F), которое составило +6 см. Сагиттальный профиль – нормокифотический (рисунок 5.13F). Баланс туловища не нарушен.
В 2013 г. выполнен второй этап хирургического лечения – замена скользящего эндокорректора LSZ на стабильную дорсальную конструкцию с транспедикулярной винтовой фиксацией (рисунок 5.13 G). В результате проведенного двухэтапного хирургического лечения с интервалом в 3 года, окончательная коррекция сколиоза составила 100 (83,3% от исходной). Важно, что несмотря на хирургическую коррекцию сколиоза в возрасте активного роста позвоночника, у пациента был сохранен потенциал роста, развитие тела было пропорциональным. А – Рентгенограмма позвоночника в прямой проекции (возраст 11 лет; 2007 г.); B - Рентгенограмма позвоночника в прямой проекции (12 лет; 2008 г.); C -Рентгенограмма позвоночника в прямой проекции (13 лет; 2009 г.); D -Рентгенограмма позвоночника в прямой проекции (14 лет; 2010 г.); E -Рентгенограмма позвоночника в прямой проекции после операции (14 лет; 2010 г.); F - Рентгенограмма позвоночника в прямой и боковой проекциях спустя 2 года после операции (16 лет; 2012 г.); G - Рентгенограмма позвоночника в прямой проекции после замены скользящей конструкции на стабильную (17 лет; 2013 г.)
Данные рентгенографии до операции: основная дуга – грудная, с Th6 по Th12; апикальный позвонок – Th8; угол исходной деформации в положении стоя - 86; угол ротации апикального позвонка - 26 (рисунок 5.14D).
Больному была произведена хирургическая коррекция сколиотической деформации с применением скользящего эндокорректора LSZ. Фиксация конструкции произведена от Th2 до L4 позвонка (рисунок 5.14Е).
Угол грудной дуги после операции - 14; ротация апикального позвонка - 3; коррекция деформации во фронтальной плоскости составила -72 (83.7% от исходной); коррекция ротации - 23 (88% от исходной). Баланс туловища не нарушен.
Течение послеоперационного периода без особенностей. За время наблюдения в послеоперационном периоде (3 года) наблюдалась некоторая потеря коррекции на 3 (21%), связанная с ростом позвоночника (рисунок 5.14F). Баланс туловища не нарушен.
Диагноз: Диспластический прогрессирующий S-образный сколиоз IV степени. Тип 3C-. Нейрофиброматоз 1 типа (рисунок 5.15).
Данные рентгенографии до операции: основная дуга – грудная, с Th4 по Th12; апикальный позвонок – Th6; угол исходной деформации в положении стоя - 96; угол ротации апикального позвонка - 45 (рисунок 5.152D).
Больной была произведена хирургическая коррекция сколиотической
деформации с применением скользящей конструкции LSZ,
имплантированной унилатерально из-за дефицита тканей, связанного с сопутствующим нейрофиброматозом. Фиксация конструкции произведена от Th2 до L2 позвонка (рисунок 5.15Е).
Остаточная деформация грудной дуги после операции 45; ротация апикального позвонка - 27; коррекция деформации во фронтальной плоскости составила - 51 (53% от исходной); коррекция ротации - 18 (40% от исходной). Баланс туловища не нарушен.
За время наблюдения (3 года) наблюдалось уменьшение остаточной деформации на 10, связанной с прибавкой в росте + 10 см (рисунок 5.15F).
Важно, что несмотря на то, что конструкция была имплантирована унилатерально, удалось добиться не только хирургической коррекции сколиоза, но и сохранить потенциал роста в возрасте активного роста позвоночника.
Данные рентгенографии до операции (рисунок 5.16A): основная дуга – грудная, с Th5 по Th12; апикальный позвонок – Th9; угол исходной деформации в положении стоя - 86; угол ротации апикального позвонка -28.
Больному была произведена хирургическая коррекция сколиотической деформации с применением скользящего эндокорректора LSZ. Фиксация конструкции произведена от Th2 до L4 позвонка.
Угол грудной дуги после операции - 21 (рисунок 5.16В); ротация апикального позвонка - 14; коррекция деформации во фронтальной плоскости составила - 65 (75% от исходной); коррекция ротации - 14 (50% от исходной).
Течение послеоперационного периода без особенностей. За время наблюдения (3 года) потери коррекции деформации не наблюдалось, прибавка в росте после операции составила +5 см; далее +1/1,5 см в год; суммарно + 8 см (рисунок 5.16С). В связи с завершением роста позвоночника в 2012 г. выполнен второй этап хирургического лечения (рисунок 5.16D) – замена скользящего эндокорректора LSZ на стабильную дорсальную конструкцию с селективной фиксацией грудного отдела позвоночника. В результате проведенного двухэтапного хирургического лечения с интервалом в 3 года окончательная коррекция сколиоза составила 96,6%. По завершении лечения фиксированным остался только грудной отдел позвоночника, поясничный отдел свободен от конструкции, его функция не нарушена.
Уровни ионов металлов в плазме крови больных сколиозом
Следует отметить, что в литературе имеются лишь единичные работы, посвященные оценке содержания ионов металлов в мягких тканях, прилегающих к имплантированным в позвоночник конструкциям. Wang J. et al. (1999) сообщили об уровне титана 30,36 мкг/г у пациентов с псевдоартрозом, которым была выполнена люмбарная декомпрессия и спондилодез с применением титановых транспедикулярных винтов, в то время как у пациентов со сплошным спондилодезом концентрация титана составила 0,6 мкг/г. В нашем исследовании содержание ионов металлов, в частности, титана, в тканях, окружающих область контакта стержня и фиксатора LSZ, было значительно выше (1300 мкг/г в тканях пациентов основной группы против 0,7 мкг/г в тканях пациентов контрольной группы). Аналогичное количество титана было обнаружено Agins H. et al. (1988) (до 3700 мкг/г, при среднем содержании 1047 мкг/г) в тканях, окружавших несостоятельные тотальные эндопротезы коленного сустава.
В одном из исследований было продемонстрировано, что более чем 50% частиц, извлеченных из тканей, окружающих скользящую конструкцию, превосходят по размеру 0,400 мкм [Lukina E. et al., 2015]. Эти величины совпадают с размерами кобальт-хромовых и титановых частиц, которые были обнаружены в тканях, окружающих эндопротезы тазобедренных суставов.
Учитывая эти данные, можно предположить, что высокие концентрации ионов титана и ванадия в тканях, окружающих конструкции LSZ, и нежелательные реакции в тканях, развивающиеся в ответ на накопление продуктов износа, могут быть причиной таких клинически значимых осложнений, как серомы и свищи, лечение которых требуют ревизионных хирургических вмешательств.
Полученные данные свидетельствуют о необходимости совершенствования износостойких покрытии при разработке титановых металлоконструкций для лечения сколиоза. Необходимо дополнительное увеличение износостойкости подобных конструкций для реализации всех преимуществ такого рода устройств. Увеличению прочности могут способствовать и оптимизация дизайна, а также нанесение на титановую поверхность любого биосовместимого износостойкого покрытия.
Заключительный этап работы был посвящен динамическому тестированию и сравнению крючковой системы LSZ и винтовой системы OVAL TWIST. Были изучены процессы расшатывания крючковой конструкции при сгибании-разгибании, наклонах в стороны и осевом вращении. Для достижения эффективной коррекции деформаций позвоночника в грудопоясничном отделе при сколиозе существует большое количество различных систем. Целью проведенного исследования явилось определение первичной силы вытягивания на отдельных позвонках с широким спектром плотности кости, чтобы сравнить методы фиксации конструкций при помощи винтов с фиксацией ламинарными крючками.
В ходе данного этапа исследования проведено изучение процесса расшатывания имплантатов при двух методах фиксации (транспедикулярных винтов и ламинарных крючков системы LSZ) при циклической долговременной нагрузке. Было выявлено, что препараты с ламинарными крючками системы LSZ достигали критерия прекращения тестирования по прошествии 27752 циклов (в среднем), в то время как препараты с транспедикулярными винтами проходили в среднем 30572 цикла до достижения критерия прекращения тестирования.
При оценке максимального числа пройденных циклов до достижения критерия прекращения тестирования между обеими группами значительной разницы не установлено. Для транспедикулярных винтов выявлена связь между уровнем минеральной плотности костей и показателем достигнутых циклов до наступления критерия прекращения тестирования, эта корреляция была сильной (R2=0,6225), в то время как в отношении фиксации ламинарным крючками выявлена корреляция умеренной силы (R2=0,395). Полученные данные свидетельствовали о том, что минеральная плотность костей лишь незначительно влияет на процесс расшатывания в системах с фиксацией ламинарными крючками, в то время как на процесс расшатывания транспедикулярных винтов влияет в значительно большей мере. При изучении процесса расшатывания имплантатов в зависимости от способа фиксации (транспедикулярными винтами и ламинарными крючками системы LSZ), было установлено, что для таких параметров, как максимальная сила вытягивания и жесткость фиксации для винтов определяются более высокие показатели, чем для ламинарных крючков. В то же время было выявлено, что значения параметра «энергия до максимальной силы» для крючковой фиксации значительно выше, чем для транспедикулярного винтового крепления.
Таким образом, наши исследования показывают, что использование скользящих систем для коррекции сколиоза продиктовано необходимостью оперативного лечения детей с незавершенным ростом. В то же время скользящие системы имеют свои недостатки, к которым относятся: усталостные переломы пластин и металлоз, возникающие из-за наличия фактора трения. В связи с этим целесообразно использовать скользящие системы только в период роста, однако по завершении роста позвоночника целесообразно планировать и осуществлять второй этап хирургического лечения. Первый этап представляет собой установку скользящей системы. Второй этап – удаление скользящей системы и установка стабильной стержневой системы. Следует отметить, что второй этап коррекции проводится во время выполнения одной операции и практически на корригированном позвоночнике, таким образом, этот этап технически менее травматичен и более безопасен.