СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ПРОТЕЗА ПРИ ЭНДОПРОТЕЗИРОВАНИИ КРУПНЫХ СУСТАВОВ Российский патент 2010 года по МПК A61B10/00 G01N33/50 

Предлагаемое изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии, ортопедии и иммунологии, и может быть использовано для прогнозирования развития нестабильности компонентов протеза у больных с дегенеративно-дистофическими заболеваниями крупных суставов (тазобедренных, коленных, голеностопных) при эндопротезировании.

Известен способ прогнозирования результатов эндопротезирования тазобедренного сустава, в частности развития нестабильности имплантата, осуществляемый на основании исследования крови больного до операции. Способ заключается в определении ядерного индекса нейтрофилов (отношение палочкоядерных нейтрофилов к сегментоядерным), фагоцитарной активности нейтрофилов (ФАН) и количества лимфоцитов. При выявлении ядерного индекса нейтрофилов выше 0,05, фагоцитарной активности нейтрофилов менее 2,95×10⁹/л и количества лимфоцитов более 1,8×10⁹/л прогнозируют неблагоприятный исход эндопротезирования (1).

Наиболее близким к предлагаемому является способ прогнозирования результатов эндопротезирования тазобедренного сустава, сущность которого состоит в исследовании уровня иммуноглобулина Б (Ig E), иммуноглобулина А (Ig A), содержания эозинофилов и наличия антител к солям металлов или полимерам, входящим в состав эндопротеза. Исследования проводят до операции эндопротезирования и через 1 и 3 месяца после нее. При наличии изменений иммунологических признаков, или хотя бы двух из них, в сравнении с дооперационными: повышение уровня сывороточного Ig A более 3,0 г/л, Ig E более чем в 2 раза, уровня эозинофилов более 7% и наличии антител к солям металлов или полимерам, входящим в состав эндопротеза, прогнозируют неблагоприятный исход оперативного лечения и развитие конфликта «эндопротез-сустав». Для категории больных, в анамнезе которых имелись аллергические заболевания, либо перенесшие операции, в результате которых были установлены металлоконструкции и у которых на основании исследования крови был установлен благоприятный прогноз результатов эндопротезирования, дополнительно проводят реакцию микропреципитации с компонентами эндопротеза (растворимые соли металлов, входящие в состав эндопротеза, вкладышевый полиэтилен, сухой костный цемент, растворитель для костного цемента) и при положительном результате прогнозируют неблагоприятный результат эндопротезиования (2).

Однако известные способы обладают существенными недостатками, а именно:

1. Известные способы прогнозирования результатов эндопротезирования основаны на определении антител к солям металлов или полимерам, входящим в состав эндопротеза, что весьма затруднительно и сомнительно, поскольку антитела - специфические молекулы, синтез которых индуцируют антигены, имеющие сложную химическую структуру, преимущественно пептидной природы.

2. Существенным недостатком последнего способа является необходимость проведения исследования крови до операции и в различные сроки послеоперационного периода для определения динамической зависимости изменения иммунологических показателей, что требует достаточно длительного наблюдения за больным для получения информации о прогнозе результатов эндопротезирования. Это обстоятельство не позволяет включить в план предоперационной подготовки и послеоперационной реабилитации больных препаратов, нормализующих иммунологический гомеостаз у пациентов с высоким риском развития возможных послеоперационных осложнений с целью профилактики их развития.

3. Не позволяют учитывать индивидуальную реактивность организма пациента и проводить иммунокорригирующую терапию в предоперационном периоде.

Исходя из существующего уровня технологий прогнозирования развития нестабильности компонентов протеза при эндопротезировании и устранения недостатков известных способов была поставлена задача: повысить объективность прогноза развития нестабильности протеза за счет более раннего определения индивидуальной иммунологической реактивности организма к различного рода повреждающим факторам и своевременно осуществить иммунологическую реабилитацию пациентов, а также упростить технологию прогнозирования и сократить кратность лабораторного исследования.

Поставленную задачу решают следующим образом.

Прогнозирование развития нестабильности компонентов протеза при эндопротезировании крупных суставов осуществляют путем исследования иммунологических показателей в периферической крови пациента до операции. Новым в решении поставленной задачи является то, что инкубируют клетки периферической крови без стимуляции митогеном и при стимуляции бактериальным липополисахаридом. В полученных супернатантах определяют концентрацию фактора некроза опухолей α (ФНО-α). Затем по соотношению показателя стимулированной продукции ФНО-α к показателю его спонтанного синтеза определяют индекс стимуляции и при значении установленного индекса более 2,5 прогнозируют высокий риск развития нестабильности компонентов протеза.

Поясняем существенные отличительные признаки предлагаемого способа прогнозирования нестабильности эндопротеза у больных с дегенеративно-дистрофическими заболеваниями крупных суставов при хирургическом лечении методом тотального эндопротезирования.

Актуальный вопрос эндопротезирования - возможность сосуществования имплантата и организма. Как всякий имплантат эндопротез следует рассматривать не только с механических, но и биологических позиций, учитывая, что он попадает в достаточно агрессивную по отношению к нему и изменчивую среду. Элементы конструкции эндопротеза, замещающие сустав, постоянно контактируют с основными компонентами иммунной системы, опосредующими неспецифические реакции и специфические иммунные механизмы (3).

Проведение исследования периферической крови с использованием иммунологических методов до операции позволяет учесть системную реакцию организма в ответ на хирургическую агрессию, связанную с продукцией провоспалительных цитокинов, в частности ФНО-α - одного из главных деструктивных медиаторов при остеоартрозах (4, 5). Увеличение секреции провоспалительных цитокинов стимулирует агрегацию лейкоцитов и привлечение в очаг воспаления дополнительного количества эффекторных клеток, повышает прокоагулянтный потенциал сосудистого эндотелия с нарушением микроциркуляции (6), что в конечном итоге может способствовать цитокинопосредованному повреждению тканей, окружающих имплантированный сустав, и формированию нестабильности компонентов эндопротеза. Определение уровня спонтанной и стимулированной бактериальным липополисахаридом (ЛПС-индуцированной) продукции ФНО-α с вычислением индекса стимуляции позволяет определить тип реагирования (нормо- или гиперэргический) у конкретного пациента в ответ на стимулирующее воздействие и прогнозировать риск развития нестабильности компонентов эндопротеза.

Определение индекса стимуляции по соотношению ЛПС-индуцированной продукции ФНО-α к его спонтанному уровню обеспечивает наибольшую информативность в оценке прогноза развития нестабильности компонентов протеза при эндопротезировании крупных суставов, поскольку позволяет выявить «латентные факторы-детерминаторы», воздействующие на процессы, протекающие в иммунной системе. В то время как методы «традиционной» оценки иммунного статуса, не всегда оказываются информативными и не позволяют идентифицировать уровень и характер дефектов системы иммунитета. Именно данный индекс может являться одним из интегральных показателей иммунобиологической защиты организма, отражающий функционирование неспецифических факторов и специфических иммунологических реакций.

Прогнозирование развития нестабильности компонентов эндопротеза по значению индекса соотношения стимулированной липополисахаридом продукции ФНО-α к уровню спонтанной продукции ФНО-α позволяет осуществить своевременную предоперационную подготовку пациентов и послеоперационную реабилитацию с целью улучшения результатов лечения при эндопротезировании крупных суставов (например, фармакологическую коррекцию с использованием иммунотропных лекарственных средств).

Определение прогноза развития послеоперационных осложнений по уровню продукции ФНО-α в интактных и стимулированных бактериальным липополисахаридом образцах до операции и выявление индекса стимуляции выше 2,5 позволяет прогнозировать развитие нестабильности компонентов протеза при эндопротезировании крупных суставов, в остальных случаях риск развития данного осложнения считают минимальным. Величина индекса, составляющая более 2,5 при высоком риске развития нестабильности компонентов эндопротеза и менее 2,5 при благоприятном течении, была рассчитана на основании иммунологического исследования периферической крови 30 пациентов с диспластическим коксартрозом III-IV степени и асептическим некрозом головки бедренной кости (АНГБК), проведенного до операции тотального эндопротезирования тазобедренного сустава. Из них у 23 пациентов был определен минимальный риск развития нестабильности компонентов эндопротеза, так как значение индекса составило менее 2,5 а у 7 больных риск развития нестабильности был определен как высокий - значение установленного индекса более 2,5.

Проведенные патентные исследования по подклассам G01N 33/48; G01N 33/68 и G01N 33/53, а также анализ научно-медицинской информации, отражающей существующий уровень технологий определения прогноза развития нестабильности компонентов протеза при эндопротезировании крупных суставов, не выявили идентичных технологий. Таким образом, предлагаемый способ прогнозирования развития нестабильности компонентов эндопротеза является новым.

Взаимосвязь и взаимодействие существенных приемов предлагаемого способа обеспечивают достижение нового медицинского результата в решении поставленной задачи, а именно повысить объективность прогноза развития послеоперационных осложнений в оптимальные сроки и улучшить качество хирургического лечения больных с дегенеративно-дистрофическими заболеваниями крупных суставов за счет своевременной оценки индивидуальной иммунологической реактивности организма и проведения иммунологической реабилитации пациентов, упрощения технологии и сокращения кратности лабораторного исследования. Таким образом, предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень.

Предлагаемый способ прогнозирования развития нестабильности компонентов протеза в послеоперационном периоде при эндопротезировании крупных суставов может быть широко применен в клинической практике, так как проведение лабораторных исследований с использованием иммуноферментного анализа широко распространено, других исключительных средств для проведения исследования не требуется.

Сущность предлагаемого способа прогнозирования развития нестабильности компонентов протеза в послеоперационном периоде при эндопротезировании крупных суставов заключается в следующем.

У больных с дегенеративно-дистрофическими заболеваниями крупных суставов до операции эндопротезирования утром натощак забирают 5 мл стабилизированной венозной крови. В две центрифужные пробирки вносят по 1 мл культуральной среды RPMI, содержащей 30 мг/мл глютамина и 50 мкг/мл гентамицина. В одну из пробирок добавляют бактериальный липополисахарид (ЛПС) в конечной концентрации 10 мкг/мл. В обе пробирки вносят по 1 мл исследуемой крови и закрывают ватно-марлевым тампоном. Взвесь клеток инкубируют в термостате при 37°C в течение 3 часов, центрифугируют при 1500 об/мин в течение 5 минут, снимают надосадочную жидкость (супернатант) в отдельные пробирки. Концентрацию фактора некроза опухолей α (ФНО-α) определяют в супернатантах методом твердофазного иммуноферментного анализа с использованием коммерческих тест-систем отечественных фирм-производителей («Протеиновый контур», С.-Петербург; ООО «Цитокин», С.-Петербург и др.). Определяют индекс стимуляции (ИС) - соотношение показателя стимулированной бактериальным липополисахаридом продукции ФНО-α к показателю спонтанной продукции ФНО-α. При выявлении индекса стимуляции выше 2,5 определяют высокий риск развития нестабильности компонентов эндопротеза, в остальных случаях риск развития данного осложнения считают минимальным. При выявлении у больного неблагоприятного прогноза течения отдаленного послеоперационного периода используют индивидуальную тактику ведения пациента, включающую назначение медикаментозной терапии с использованием препаратов иммунотропного ряда до операции и в раннем послеоперационном периоде. При благоприятном прогнозе предоперационную подготовку проводят без назначения иммунокорригирующих препаратов.

Сущность предлагаемого способа поясняется клиническими примерами.

Пример 1

Больная П., 1946 года рождения, госпитализирована в клинику НЦ РВХ СО РАМН в ноябре 2006 года на оперативное лечение.

Диагноз: двусторонний коксартроз III-IV степени, сгибательно-приводящие контрактуры обоих тазобедренных суставов, асимметрия таза; выраженный болевой синдром, больше справа.

До операции эндопротезирования утром натощак забрали 5 мл стабилизированной венозной крови. В две центрифужные пробирки внесли по 1 мл культуральной среды RPMI, содержащей 30 мг/мл глютамина и 50 мкг/мл гентамицина. В одну из пробирок добавили бактериальный липополисахарид (ЛПС) в конечной концентрации 10 мкг/мл. В обе пробирки внесли по 1 мл исследуемой крови и закрыли ватно-марлевым тампоном. Взвесь клеток инкубировали в термостате при 37°С в течение 3 часов, центрифугировали при 1500 об/мин в течение 5 минут, сняли надосадочную жидкость (супернатант) в отдельные пробирки.

Определили концентрацию ФНО-α в супернатантах, полученных после инкубации клеток периферической крови без стимуляции митогеном (спонтанная продукция) и при стимуляции бактериальным ЛПС (стимулированная продукция):

- уровень спонтанной продукции ФНО-α составил 736,66 пг/мл;

- уровень стимулированной продукции ФНО-α составил 2009,01 пг/мл.

Вычислили индекс стимуляции (ИС) - соотношение стимулированной продукции ФНО-α к его спонтанному уровню: ИС=2009,01: 736,66=2,72.

Прогноз: высокий риск развития нестабильности компонентов эндопротеза, так как значение ИС более 2,5. Иммунокоррекция в дооперационном периоде не проводилась.

Больной проведена операция: тотальное эндопротезирование правого тазобедренного сустава конструкцией «ЭСИ».

Через 6 месяцев после операции появился болевой синдром. Боли носили упорный характер. В марте 2008 года пациентка поступила в клинику повторно.

Диагноз: дефект проксимального отдела правой бедренной кости, тотальный эндопротез правого тазобедренного сустава; нестабильность тазового компонента эндопротеза; болевой синдром; остеопороз.

Выполнена операция: ревизия эндопротеза правого тазобедренного сустава, цементное реэндопротезирование тазового компонента конструкцией «ЭСИ».

Пример 2

Больная В., 1956 года рождения, госпитализирована в клинику НЦ РВХ СО РАМН в июне 2000 года на оперативное лечение. Диагноз: двухсторонний диспластический коксартроз III-IV степени, комбинированные контрактуры обоих тазобедренных суставов, относительное укорочение левой нижней конечности - 1,5 см, болевой синдром.

До операции проведено иммунологическое исследование с определением концентрации ФНО-α в супернатантах, полученных после инкубации клеток периферической крови без стимуляции митогенами (спонтанная продукция) и при стимуляции бактериальным ЛПС (стимулированная продукция):

- уровень спонтанной продукции ФНО-α составил 679,92 пг/мл;

- уровень стимулированной продукции ФНО-α составил 1109,53 пг/мл.

Вычислили индекс стимуляции (ИС) - соотношение стимулированной продукции ФНО-α к его спонтанному уровню: ИС=1109,53: 679,92=1,63.

Прогноз: минимальный риск развития нестабильности компонентов эндопротеза, т.к. значение ИС менее 2,5.

Больной проведена операция: тотальное эндопротезирование левого тазобедренного сустава конструкцией «ЭСИ». Послеоперационный период протекал без особенностей. Через месяц больной выполнено эндопротезирование правого тазобедренного сустава. При длительном наблюдении (до 2009 года) осложнений в виде развития нестабильности компонентов эндопротеза не выявлено.

Пример 3

Больной Б., 1947 года рождения, госпитализирован в клинику НЦ РВХ СО РАМН в ноябре 2002 года на оперативное лечение.

Диагноз: двухсторонний диспластический коксартроз справа - II степени, слева - III степени, болевой синдром.

До операции проведено иммунологическое исследование с определением концентрации ФНО-α в супернатантах, полученных после инкубации клеток периферической крови без стимуляции митогеном (спонтанная продукция) и при стимуляции бактериальным ЛПС (стимулированная продукция):

- уровень спонтанной продукции ФНО-α составил 1018,06 пг/мл;

- уровень стимулированной продукции ФНО-α составил 2962,19 пг/мл.

Вычислили индекс стимуляции (ИС) - соотношение стимулированной продукции ФНО-α к его спонтанному уровню: ИС=1109,53: 679,92=2,91.

Прогноз: высокий риск развития нестабильности компонентов эндопротеза, так как значение ИС более 2,5.

Было решено провести предоперационную подготовку и послеоперационную реабилитацию с включением в комплекс плановых мероприятий препарата «Тамерит», который обладает иммуномодулирующим, противовоспалительным и антиоксидантным действием. Тамерит регулирует функционально-метаболическую активность макрофагов и нейтрофильных гранулоцитов, угнетает продукцию гиперактивированнными макрофагами провоспалительных цитокинов (фактор некроза опухолей, интерлейкина 1 и др.). Препарат назначали в дозе 100 мг 1 раз в сутки внутримышечно в течение трех дней до операции. После чего больному была проведена операция: тотальное эндопротезирование левого тазобедренного сустава конструкцией «ЭСИ». После операции продолжили введение препарата, общий курс составил 10 инъекций. Послеоперационный период протекал без особенностей. При длительном наблюдении (до 2009 года) осложнений в виде развития нестабильности компонентов эндопротеза не наблюдалось.

По предлагаемому способу проведено иммунологическое исследование периферической крови 30 пациентов с диспластическим коксартрозом III-IV степени и асептическим некрозом головки бедренной кости (АНГБК) до операции тотального эндопротезирования тазобедренного сустава. Из них у 23 пациентов (см. таблицу 1) был определен минимальный риск развития нестабильности компонентов эндопротеза, у 7 больных риск развития нестабильности был определен как высокий (см. таблицу 2).

Таблица 1
Значения уровней спонтанной и стимулированной продукции ФНО-α у больных с коксартрозом и АНГБК с минимальным риском развития нестабильности компонентов эндопротеза № ФНО-α, пг/мл (спонт. продукция) ФНО-α, пг/мл (стим. продукция) ИС (стим./спонт.) 1. 863,58 1197,72 1,39 2. 1256,62 1728,39 1,36 3. 1195,99 1874,76 1,57 4. 1203,80 1548,45 1,29 5. 845,42 1450,68 1,72 6. 748,08 1329,95 1,78 7. 1094,14 1099,55 1,00 8. 466,54 634,48 1,36 9. 1113,15 1011,09 0,91 10. 1050,55 1555,97 1,48 11. 835,28 1003,80 1,20 12. 300,84 345,68 1,15 13. 476,15 567,31 1,19 14. 679,92 1109,53 1,63 15. 934,05 1447,86 1,55 16. 1018,06 1962,19 1,92 17. 422,70 715,54 1,69 18. 1292,49 2060,36 1,59 19. 1208,85 2085,76 1,73 20. 877,32 1614,12 1,83 21. 1352,59 1286,25 0,95 22. 933,42 1731,48 1,85 23. 876,96 1239,89 1,41

Из таблицы 1 следует, что индексы стимуляции у пациентов данной группы (23 человека) колебались в пределах от 0,91 до 1,92, т.е. составили менее 2,5, что позволило прогнозировать минимальный риск развития нестабильности компонентов эндопротеза. При длительном наблюдении за больными (до 2009 года) осложнений не зафиксировано.

Таблица 2
Значения уровней спонтанной и стимулированной продукции ФНО-а у больных с коксартрозом и АНГБК с высоким риском развития нестабильности компонентов эндопротеза № ФНО-α, пг/мл (спонт. продукция) ФНО-α, пг/мл (стим. продукция) ИС (стим./спонт.) 1. 1018,06 2962,19 2,91 2. 915,46 3048,93 3,33 3. 135,84 1804,55 13,28 4. 934,05 2447,86 2,62 5. 736,66 2009,01 2,72 6. 962,48 2501,84 2,59 7. 458,38 2009,71 4,38

Из таблицы 2 следует, что индексы стимуляции у пациентов данной группы (7 человек) колебались в пределах от 2,59 до 13,28, т.е. составили более 2,5, что позволило прогнозировать высокий риск развития нестабильности компонентов эндопротеза. В течение первых двух лет после операции 3 пациентам было проведено ревизионное эндопротезирование. Остальным пациентам в комплекс подготовительных и реабилитационных мероприятий была включена иммунотропная терапия. При наблюдении до 2009 года осложнений не выявлено.

Таким образом, предлагаемый «Способ прогнозирования нестабильности протеза при эндопротезировании крупных суставов» в сравнении с известными технологиями позволяет повысить объективность прогноза развития нестабильности протеза за счет определения индивидуальной иммунологической реактивности организма в дооперационном периоде к различного рода повреждающим факторам, в частности к факторам хирургической агрессии. Своевременно осуществить предоперационную подготовку с включением в комплекс мероприятий препаратов иммунотропного ряда и иммунологическую реабилитацию пациентов. Упростить технологию прогнозирования и сократить кратность лабораторного исследования.

Источники информации

1. Патент РФ №2173465 «Способ прогнозирования результатов эндопротезирования тазобедренного сустава».

2. Патент РФ №2128341 «Способ прогнозирования результатов эндопротезирования тазобедренного сустава».

3. Бердюгина О.В. Клиническое значение лабораторных тестов в прогнозировании результатов оперативного лечения крупных суставов / О.В.Бердюгина // Новые технологии в лечении и реабилитации больных с патологией суставов: Всерос. Науч.-практ. конф. - Курган. 2004. - С.51-52.

4. Goldring S.R. The role cytokines in cartilage matrix degeneration in osteoarthritis / S.R. Goldring, M.B. Goldring // Clin. Orthop. - 2004. - №427S. - P.27-36.

5. Кетлинский С.А. Цитокины. / C.A.Кетлинский, А.С.Симбирцев. - С-Пб.: Фолиант, 2008. - 549 с.

6. Тотолян А.А. Клетки иммунной системы. / А.А.Тотолян, И.С.Фрейдлин. - СПб.: Наука, 2000. - 231 с.

Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии, ортопедии и иммунологии. Для прогнозирования нестабильности протеза при эндопротезировании крупных суставов проводят исследование иммунологических показателей в периферической крови пациента до операции. Клетки периферической крови инкубируют без стимуляции митогеном и при стимуляции бактериальным липополисахаридом. В полученных супернатантах определяют концентрацию ФНО-α. Определяют индекс стимуляции по соотношению стимулированной продукции ФНО-α к его спонтанному уровню. При значении установленного индекса более 2,5 прогнозируют высокий риск развития нестабильности компонентов эндопротеза. Способ позволяет повысить объективность прогноза развития нестабильности протеза за счет более раннего определения индивидуальной иммунологической реактивности организма к повреждающим факторам различного рода и своевременно осуществить иммунологическую реабилитацию пациентов, а также упростить технологию прогнозирования и сократить кратность лабораторного исследования. 2 табл.

Способ прогнозирования нестабильности протеза при эндопротезировании крупных суставов, включающий исследование иммунологических показателей в периферической крови пациента до операции, отличающийся тем, что клетки периферической крови инкубируют без стимуляции митогеном и при стимуляции бактериальным липополисахаридом, затем в полученных супернатантах определяют концентрацию ФНО-α, после чего определяют индекс стимуляции по соотношению стимулированной продукции ФНО-α к его спонтанному уровню и при значении установленного индекса более 2,5 прогнозируют высокий риск развития нестабильности компонентов эндопротеза.