СПОСОБ ЗАМЕЩЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ДЛИННЫХ КОСТЕЙ Российский патент 2000 года по МПК A61B17/56 

Предлагаемое изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии и может быть использовано при замещении дефектов длинных костей, а именно воссоздания формы кости, ее удлинения у взрослых и детей, регулировании роста, а также проведении органовосстанавливающих операций при культях верхних и нижних конечностей.

Замещение дефектов длинных костей до сих пор является одной из сложных проблем в травматологии и ортопедии. При лечении больных с данной патологией наиболее часто используют компрессионно-дистракционный остеосинтез по Илизарову и различные костно-пластические операции.

Известен способ замещения дефектов длинных костей путем остеотомии, фиксации фрагментов в аппарате Илизарова и проведения дозированной дистракции фрагментов кости до момента устранения дефекта кости. Во время дистракции в диапазоне между отломками костей образуется дистракционный регенерат. После окончания периода дистракции он состоит из трех частей: у концов отломков - со структурной костной ткани и в середине - из соединительной ткани разной степени зрелости. В периоде фиксации, который по времени превышает дистракцию, происходит перестройка дистракцинного регенератора в новообразованную костную ткань (1).

Наиболее близким к предлагаемому является способ замещения дефектов кости путем дозированной дистракции костного фрагмента с использованием аппарата Илизарова. После разреза кожи и выделения просимального конца фрагмента освежают его торец. Из метадиафизарного участка гомокости приготавливают трансплантат высотой 3 - 4 см, при этом протяженность губчатой структуры 4 - 8 мм, а его торцевая поверхность должна быть конгруэнтна обработанному торцу проксимального фрагмента. Трансплантат вплотную фиксируют к концу проксимального фрагмента. Фиксацию трансплантата осуществляют в течение 3 - 4 недель до формирования сращения между проксимальным фрагментом и трансплантатом, после чего приращенный трансплантат отрывают, создавая дистракционные усилия. После достижения дистальным концом трансплантата дистального фрагмента большеберцовой кости создают компрессию на стыке до полного сращения (2).

Однако известные способы замещения дефекта кости или удлинения сегмента конечности иногда приходится производить в условиях скомпрометированного кровоснабжения. При этом дистракционный регенерат слабо минерализован, средняя зона его превышает костные отделы в 5 - 10 раз и тогда перестройка регенерата затягивается на годы или образуется ложный сустав. Такие осложнения встречаются в 25% случаев (3). Следовательно, к недостаткам известных способов замещения дефектов кости по Илизарову и его различных модификаций следует отнести длительные сроки лечения.

При использовании известных технологий не осуществляется вмешательство непосредственно в процесс регенерации костной ткани на уровне регенерата, формирование новой кости происходит за счет естественного включения в этот процесс необходимых систем организма.

При свободной аутопластике увеличиваются сроки фиксации за счет медленного сращения концов трансплантата с костными отломками и длительных сроков его перестройки, что может привести к перелому трансплантата или его рассасыванию (4). Следовательно, к недостаткам известных способов замещения дефектов кости по Илизарову и его различных модификаций следует отнести длительные сроки лечения.

Задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ замещения дефектов кости, является сокращение сроков лечения ортопедического больного за счет стимуляции перестройки дистракционного регенерата в период фиксации сегмента конечности.

Поставленная задача решается тем, что осуществляют дозированную дистракцию костного отломка с использованием костного трансплантата. Новым в решении задачи то, что после завершения этапа дистракции в мягкотканый компонент дифракционного регенератор имплантируют костный трансплантат.

Имплантация костного трансплантата в мягкотканый компонент дистракционного регенерата после завершения этапа дистракции позволяет создать костный матрикс, в который прорастают кровеносные сосуды из параоссальных тканей и регенерата. В трансплантате отмечается активизация процесса перестройки, а вокруг него - регенерации. Срединная прослойка дистракционного регенерата более быстро замещается высокоминерализованной тканью. Трансплантат выполняет роль активатора остеогенеза и является "депо" микроэлементов (Ca, P, Fe, Cu и др.).

Проведенные патентные исследования по подклассу A 61 B 17/56 и анализ научно-медицинской информации, отражающей существующий уровень технологии замещения дефектов длинных костей, не выявили способов лечения, идентичных предложенному. Таким образом, предлагаемый способ замещения дефектов длинных костей является новым.

Взаимосвязь и взаимодействие существенных приемов предлагаемого способа лечения обеспечивает достижение нового технического и медицинского результата в решении поставленной задачи, а именно: сокращение сроков лечения ортопедического больного за счет стимуляции перестройки костного регенерата. Таким образом, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень.

Предлагаемый способ замещения дефектов длинных костей может быть широко применен в области лечения ортопедических больных, так как не требует исключительных средств для осуществления.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Под наркозом накладывают аппарат Илизарова из четырех колец на поврежденный сегмент длинной кости и производят остеотомию одного из отломков в заранее определенном месте. После чего выполняют дозированную дистракцию отломка кости общепринятым темпом 1 мм в сутки дробно (0,25 мм 4 раза в сутки). Процесс дистракции костного отломка продолжают до замещения дефекта кости.

После завершения периода дистракции производят по общепринятой методике взятие аутотранспланатата, например, из гребня подвздошной кости. При этом костный аутотранспланат выкраивают в виде пластины, толщиной не менее 2 мм, величиной, соизмеримой со срединной прослойкой мягкотканого дистракционного регенерата. С трансплантата удаляют надкостницу, и отмывают от крови в растворе гепарина. В сегменте конечности обозначают зону дистракционного регенерата, определяют границы концов фрагмента кости и выполняют продольный разрез по середине расстояния между ними. Затем в срединную прослойку новообразованного мягкотканого дистракционного регенерата имплантируют заготовленный трансплантат. После чего продолжают этап фиксации отломков кости в аппарате до образования новой кости.

Примеры осуществления способа.

Экспериментальные исследования были проведены на взрослых животных - кроликах породы "шиншилла" в возрасте от 1 до 2 лет с длиной голени от 11 до 13 см. Выполнено две серии экспериментов.

Пример 1.

Контрольная серия экспериментов (12 кроликов) - проведено удлинение правой голени при помощи дистракционного остеосинтеза известным методом с использованием аппарата Илизарова, темп дистракции - 2 мм в сутки дробно (0,25 х 8 раз в сутки) в течение 5 дней. За данный промежуток времени был получен дистракционный регенерат длиной 1 см. По данным рентгенографии отмечена слабость репаративного процесса, единичные "облаковидные" тени у концов костных отломков без формирования четкой структуры регенератора и усиленная периостальная реакция у концов костных отломков. От концов костных отломков отходили новообразованные костные трабекулы, ориентированные по вектору растяжения, слабоминерализованной консистенции. Более квалифицированные костные трабекулы немногочисленны, что свидетельствует о замедленном поступлении кальция в регенерат и ослаблении процесса регенерации при заданном темпе дистракции. Процент содержания костной ткани в диастазе был 32,4 + 0,5% (P < 0,05) по данным исследований, проведенных на рентгеновском электронно-анодном микроанализаторе "LINK 860-500", смонтированном на сканирующем электронном микроскопе "JSM-840", с помощью качественного микроанализа по программе "X-Ray Analyser" по изучению минерализации дистракционного регенерата. Присутствующие в образце микроэлементы идентифицированы по рентгеновскому спектру пиков для каждого наиболее распространенного элемента таблицы Менделеева с помощью линий-маркеров (KLM - маркеров). Результаты исследований основаны на картах рентгеновского электронно-зондового микроанализа в спектре лучей кальция, отражающих содержание кальция в исследуемом участке (5).

На 10 сутки фиксации рентгенологически установлено - регенерат приобрел зональную структуру, срединная зона величиной 3 мм была низкой по оптической плотности.

К 20 суткам фиксации в диапазоне увеличилось количество "облаковидных" теней дистракционного регенерата у проксимального и дистального отломка кости, мягкотканый компонент (срединная зона регенерата уменьшена до 2 мм). На 30 сутки периода фиксации аппарат был снят. Клинически подвижности в зоне новообразованной кости не отмечено. Срок эксперимента составил 45 суток.

Для иллюстрации контрольной серии экспериментов приводим фотографии с рентгенограмм голени кролика, история болезни N 100 - 102, см. фиг. 1.1-1.5:
1.1. - после операции;
1.2. - этап дистракции - срок 5 дней, диастаз между отломками 10 мм;
1.2а - карта рентгенологического электронно-зондового микроанализа в спектре лучей кальция - окончание периода дистракции (5 сутки этапа дистракции). Увеличение 10;
1.3. - 10 дней периода фиксации;
1.4. - 30 дней от начала периода фиксации;
1.4а - карта рентгенологического электронно-зондового микроанализа в спектре лучей кальция - окончание периода фиксации (30 суток фиксации). Увеличение 10;
1.5. - фото с рентгенограммы голени кролика - 10 дней после демонтажа аппарата внешней фиксации (демонтаж аппарата производился на 30 сутки от начала периода фиксации).

Пример 2.

В опытной серии эксперимента (13 кроликов) - удлинение голени осуществлялось аналогично контрольной группе животных. Через 5 дней после завершения периода дистракции из малоберцовой кости интактной конечности был взят трансплантат размерами 5 х 7 мм толщиной 0,2 - 0,3 мм. С трансплантата удалили надкостницу и поместили его в раствор гепарина. После чего на удлиненной конечности определили границы концов отломков кости, по передней поверхности правой голени произвели разрез длиной 6 мм и в срединную прослойку новообразованного мягкотканого регенерата имплантировали аутотрансплантат.

На 10 сутки периода фиксации рентгенологически установлено, что срединная зона дистракционного регенератора составляет 2 мм, костные тени регенератора, примыкающие к концам отломков, четко контурированы, вокруг трансплантата определялась тень костной плотности.

К 20 суткам срединная прослойка дистракционного регенерата не прослеживалась, трансплантат и регенерат представляют собой разнородную массу по оптической плотности, где очень трудно определить расположение трансплантата. Проведена клиническая проба - подвижности не выявлено. Аппарат Илизарова демонтирован. Срок эксперимента составил 30 дней.

Был проведен рентгенологический электронно-зондовый микроанализ по исследованию минерализации дистракционного регенерата по технологии, изложенной в примере 1. По результатам микроанализа было установлено, что к концу периода фиксации (20 дней) на картах рентгенологического электронно-зондового микроанализа обнаружено отсутствие срединной прослойки, которая замещена минерализованными костными трабекулами. Кортикальный слой регенерата был представлен слабоминерализованной костной тканью, отходящей от концов костных отломков. Процентное содержание кальция в дистракционном регенерате превышало на 31% результаты в контрольной группе животных и составило 73,7 + 0,3% (P < 0,01).

В качестве пояснения к проведенной опытной серии экспериментов приводим фотографии с рентгенограмм голени кролика опытной серии эксперимента, история болезни N 101 - 103, см. фиг. 2.1 - 2.6:
2.1 - после операции;
2.2. - после 5 дней дистракции;
2.2а - карта рентгенологического электронно-зондового микроанализа в спектре лучей Ca - окончание периода дистракции и имплантации трансплантата в дистракционный регенерат (5-е сутки дистракции). Увеличение 10;
2.3. - через 10 дней после начала периода фиксации (10 дней после имплантации трансплантат в новообразованный мягкотканый дистракционный регенерат);
2.4. - карта рентгенологического электронно-зондового микроанализа в спектре лучей Ca - окончание периода дистракции (20 дней). Увеличение 10;
2.5. - 20 дней фиксации, аппарат демонтирован;
2.6. - 10 дней после снятия аппарата.

В результате проведенных экспериментальных исследований было установлено, что помещаемый в мягкотканый дистракционный регенерат аутотрансплантат стимулирует процесс репаративной регенерации костной ткани в диастазе.

Пример 3 выполнения способа в клинической практике.

Больной Ц. Диагноз: неправильно срастающийся перелом средней трети левой голени. Хронический травматический остеомиелит левой большеберцовой кости, свищевая форма.

Операция - комбинированный чрескостный остеосинтез с фиксацией чрескостных элементов в кольцах аппарата Илизарова, сегментарная резекция концов отломков большеберцовой кости 87 мм, кортикотомия с ротационной остеоклазией верхней трети большеберцовой кости. Дренирование полости.

В послеоперационном периоде начата дистракция фрагментов кости по 1 мм в сутки дробно (0,25 мм х 4 раза в сутки) в течение 95 дней. На рентгенограмме в конце периода дистракции замечена низкая интенсивность теней регенерата, уменьшение их количества, что свидетельствует о слабости содержания рентгеноконтрастных элементов в регенерате, т. е. микроэлементов костной ткани. Принято решение активизировать процесс регенерации костной ткани путем использования аутотропансплантата. Трансплантат был взят из крыла подвздошной кости размером 60 мм х 20 мм и толщиной 5 мм, удавлена надкостница, трансплантат помещен в раствор гепарина для отмывания от крови. Инъекционными иглами определены границы мягкотканой зоны дистракционного регенерата, выполнен срединный разрез в сагиттальной плоскости и в регенерат имплантирован аутотранспланат. Через 29 дней после операции и фиксации фрагментов кости в аппарате Илизарова проведена клиническая проба - подвижности не обнаружено. Аппарат демонтирован.

Сущность клинического применения поясняется фотографиями с рентгенограмм вышеназванного больного Ц., см. фиг. 3.1 - 3.5:
3.1. - фото с рентгенограмм голени больного до лечения;
3.2. - после операции;
3.3. - через 80 дней замещения дефекта путем удлинения проксимального отломка большеберцовой кости;
3.4. - после снятия аппарата внешней фиксации (40 дней после помещения аутотрансплантата в новообразованный мягкотканый дистракционный регенерат). Срок лечения 172 дня (до дистракции 7 дней, дистракция 95 дней, фиксация - 30 дней до трансплантата и 40 дней после трансплантации);
3.5 - через 1 год после окончания лечения.

Выводы по больному. Примененный метод лечения позволил сократить срок периода дистракционного регенерата 87 мм и ускорил его перестройку в условиях сниженного кровотока (1,5 раза по сравнению со здоровой конечностью).

Таким образом, использование предлагаемого "Способа замещения дефектов длинных костей" в сравнении с другими известными способами позволило ускорить процесс лечения за счет внесения дополнительного очага микроэлементов в зону дистракционного регенерата. Срок лечения при размещении дефектов длинных костей сокращен в 1,5 - 2 раза.

Источники информации, принятые во внимание:
1. А. С. N 313533 (СССР). Способ замещения дефекта длинной трубчатой кости. / Г.А. Илизаров. - Б.И., N 6, 1971.

2. А.С. N 950328 (СССР). Способ замещения дефекта кости. / Илизаров Г.А. , Барабаш А.П., Хелимский А.М.. - Б.И., N 30, 1982.

3. Барабаш Ю. А. , Гордиенко В.П. Кровоснабжение при замещении костных дефектов голени //Современные аспекты травматологии и ортопедии. Казань: М, 1994, - С. 137 - 139.

4. Вассерштейн И. С. Дистракционно-комрессорный метод удлинения конечности с применением костного трубчатого гомотрансплантата. - Рига. 1971. С. 181.

5. Ирьянов Ю.М. Scanning electron microscopy of distraction bone regenerates // IX Russian Simposium on scanning electron microscopy and analytical methods of solids investigations may 22 - 24, 1995. - Chernogolovca, 1995, - P. 159 - 160.

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедии и травматологии, и может быть применимо для замещения дефектов длинных костей. Проводят дозированную дистракцию костного отломка. После завершения этапа дистракции имплантируют костный трансплантат в мягкотканый компонент дистракционного регенерата. Способ позволяет сократить срок лечения за счет стимуляции перестройки дистракционного регенерата в период фиксации сегмента кости. 3 ил.

Способ замещения дефектов длинных костей путем дозированной дистракции костного отломка с использованием костного трансплантата, отличающийся тем, что после завершения этапа дистракции костного отломка в мягкотканый компонент дистракционного регенерата имплантируют костный трансплантат.