Способ хирургического лечения костно-хрящевых дефектов мыщелков бедренной кости

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано при оперативном лечении рассекающего остеохондрита (болезнь Кенига) мыщелков бедренной кости.

Известен способ восстановления суставного хряща мыщелков бедренной кости (RU 2224476 С2), заключающийся в комбинированном замещении дефекта хряща трансплантатами цилиндрической формы из аутокости (взятых из ненагружаемых участков одноименного мыщелка бедренной кости) и аллокости, предварительно обработанной раствором формалин - димексид - мономецин - преднизолон.

Во время операции выполняется санация участка некротизированного хряща и субхондральной кости (до уровня жизнеспособной субхондральной кости). Формируются каналы на расстоянии 1-1,5 мм друг от друга, глубиной чуть больше высоты трансплантата, в которые в шахматном порядке укладываются трансплантаты.

Известный способ имеет следующие недостатки.

1. Использование в качестве материала для замещения дефекта хряща и кости - аллотрансплантатов. Такой пластический материал лишен механических прочностных свойств за счет освобождения в процессе обработки и стерилизации минеральных компонентов. Такие трансплантаты обладают минимальной остеоиндуктивностью. Как показал анализ отдаленных исходов таких операций, аллотрансплантаты в большинстве случаев лизируются.

2. Низкая, в сравнении с аутопластикой, скорость процессов биологической перестройки аллотрансплантатов (дифференцирование клеток, их пролиферация, резорбция погибшей кости и новообразуемой кости при ее ремоделировании, формирование органического внеклеточного матрикса и его минерализация).

3. Создание в зоне поражения хряща каналов, глубина которых превышает размер формируемого трансплантата, что способствует развитию нестабильности костного трансплантата и последующему его лизису.

4. Отказ от туннелизации имплантируемых столбиков-трансплантатов и субхондральной кости, делает невозможным миграцию мезенхимальных стволовых клеток костного мозга. Регенеративный потенциал этих клеток хорошо известен.

5 Отказ от замещения цилиндрических донорских участков в местах забора аутотрансплантатов, что увеличивает риск развития кровотечения и хрупкость донорской зоны.

Нами поставлена задача - разработать современный высокоэффективный метод лечения костно-хрящевых дефектов коленного сустава, лишенный указанный выше недостатков.

Данный метод особенно актуален для пациентов с потерей костной массы в зоне поражения кости и хряща.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в:

- восстановлении конгруэнтности пораженного отдела коленного сустава, быстром регрессе болевого синдрома и восстановлении опорной способности нижней конечности за счет создания стабильного кровоснабжаемого костного аутотрансплантата, создания условий для миграции мезенхимальных стволовых клеток костного мозга из здоровой субхондральной кости, обеспечения стабилизации клеточного «суперсгустка» и стимуляции его дифференциации для формирования и репарации хрящевой ткани путем использования кровоснабжаемых аутотрансплантатов субхондральной кости в сочетании с имплантацией коллагеновой матрицы;

- профилактике осложнений, обусловленных кровотечением, хрупкостью донорской раны за счет замещении донорских участков (мест забора костных аутотрансплантатов) трансплантатами из лиофилизированной аллокости.

Таким образом, заявляемый способ предполагает комплекс взаимодополняемых приемов, включающих создание жизнеспособных костных трансплантатов, приемов, обеспечивающих миграцию мезенхимальных стволовых клеток из здоровой субхондральной кости в зону дефекта, стабилизацию клеточного «суперсгустка» и стимуляцию его дифференциации для формирования и репарации хрящевой ткани.

При этом имплантация на восстановленную стабильную костную основу коллагеновой матрицы (синтезированного из коллагена животных биологического продукта), которая со временем трансформируется в волокнистую хрящевую ткань, ведет к быстрому восстановлению конгруэнтности пораженного отдела коленного сустава.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При хирургическом лечении костно-хрящевого дефекта мыщелка бедренной кости имплантируют аутотрансплантаты цилиндрической формы в зону дефекта. Сначала санируют зону дефекта мыщелка до жизнеспособной субхондральной кости путем высверливания патологической костной ткани с использованием полой цилиндрической фрезы. При этом формируют цилиндрические костные дефекты, сохраняя перемычки между ними шириной 2-3 мм и длиной, соответствующей длине прилежащих сформированных цилиндрических дефектов. Затем со стороны боковой поверхности одного или двух мыщелков бедренной кости забирают цилиндрические костные спонгиозные трансплантаты, имплантируют их в сформированные цилиндрические дефекты и фиксируют методом заклинивания. После чего выполняют туннелизацию имплантированных трансплантатов и подлежащей субхондральной кости, просверливая в них каналы диаметром 2-2,4 мм, располагая их на расстоянии 5-7 мм друг от друга. При этом глубина рассверливания превышает длину имплантированного трансплантата на 10-15 мм. Далее имплантируют на зону дефекта хряща коллагеновую матрицу и подшивают ее к гиалиновому хрящу, окружающему дефект. Область забора трансплантатов заполняют цилиндрами лиофилизированной аллокости и фиксируют методом заклинивания.

Изобретение поясняется следующими фигурами.

На фиг. 1 представлено удаление некротизированой хрящевой пластины из зоны поражения мыщелка бедра.

На фиг. 2 показаны форма и размеры костно-хрящевого дефекта после моделирования и выравнивании его краев.

На фиг. 3 показан этап высверливания цилиндрической фрезой патологической кости из эпицентра костно-хрящевого дефекта медиального мыщелка бедра.

На фиг. 4 представлены цилиндрические дефекты в зоне поражения мыщелка после удаления патологической кости.

На фиг. 5 представлен забор костного спонгиозного аутотрансплантата из противоположного мыщелка бедренной кости.

На фиг. 6 показан этап имплантации в зону костно-хрящевого дефекта трех аутологичных столбиков-трансплантатов: восстановлена конгруэнтность пораженного мыщелка бедренной кости.

На фиг. 7 представлен внешний вид зоны поражения мыщелка бедренной кости после рассверливания имплантированных столбиков-трансплантатов.

На фиг. 8 показана смоделированная по форме шаблона коллагеновая матрица.

На фиг. 9 показана матрица, уложенная в зону дефекта хряща.

На фиг. 10 представлена матрица, полностью подшитая к окружающему здоровому гиалиновому хрящу.

На фиг. 11 показан лиофилизированный аллогенный мыщелок большеберцовой кости.

На фиг. 12 представлен завершающий этап операции: оба донорских отверстия заполнены аллотрансплантатами.

Способ осуществляется следующим образом.

При выполнении гибридной костно-хрящевой трансплантации проводят тщательную санацию зоны дефекта до жизнеспособной субхондральной кости путей высверливания патологической видоизмененной костной ткани с использованием полых цилиндрических фрез.

При этом в зоне поражения кости образуется цилиндрический дефект необходимого диаметра и глубины. Количество формируемых дефектов определяется площадью костно-хрящевого дефекта. Для обеспечения стабильности имплантируемых позже в эти дефекты костных аутотрансплантатов при высверливании патологический кости между цилиндрическими костными дефектами сохраняют костные перемычки шириной 2-3 мм и длиной, соответствующей длине прилежащих сформированных цилиндрических дефектов.

При помощи полой цилиндрической фрезы с алмазными напылением диаметром на 1-1,5 мм больше диаметра используемой на предыдущем этапе операции фрезы с боковой поверхности одного (или обоих) мыщелков бедренной кости осуществляют забор цилиндрического костного спонгиозного трансплантата (трансплантататов), длина которого соответствует длине сформированного цилиндрического дефекта.

С учетом результатов предоперационного планирования осуществляется моделирование длины и количества этих столбиков-аутотрансплантатов таким образом, чтобы заполнить все сформированные цилиндрические дефекты в кости.

Смоделированные спонгиозные столбики-трансплантаты имплантируют в сформированные цилиндрические дефекты в зоне костно-хрящевого дефекта, образовавшихся при удалении патологической кости. Их фиксация осуществляется методом заклинивания.

Спицей диаметром 2-2,4 мм (как показали наши наблюдения, это оптимальный диаметр отверстий, для обеспечения транспорта мезенхимальных стволовых клеток костного мозга), рассверливают имплантированные столбики-трансплантаты и подлежащую субхондральную кость. Глубина рассверливания должна превышать длину имплантированных трансплантатов на 10-15 мм и доходить до здоровых кровоснабжаемых слоев кости. При этом в столбиках-трансплантататах получают каналы, расположенные на расстоянии 5-7 мм друг от друга.

Эта манипуляция необходима для обеспечения транспорта мезенхимальных стволовых клеток костного мозга. Результатом этой манипуляции является кровотечение из рассверленных отверстий и формирование кровяного сгустка на поверхности имплантированных столбиков трансплантатов.

Смоделированная по форме и размеру дефекта коллагеновая матрица, (предварительно увлажненная физиологическим раствором с целью увеличения ее эластичности) имплантируется на зону дефекта и подшивается рассасывающейся атравматичной нитью к окружающему дефект здоровому гиалиновому хрящу. Поступающие на поверхность мезенхимальные стволовые клетки стабилизируются коллагеновой матрицей с последующей стимуляцией их к дифференциации и формированию хрящевой ткани, а плотная поверхность матрицы не позволяет проникать сгустку из стволовых клеток в полость коленного сустава. Могут быть использованы, например, следующие коллагеновые матрицы: ChondroGide, синтезированная из свиного коллагена и матрица Novocart, синтезированная из бычьего коллагена.

Боковые отверстия в местах забора спонгиозных аутотрансплантатов заполняются костными столбиками, полученными из лиофилизированной аллокости. Фиксация алло столбиков также осуществляется методом заклинивания.

Таким образом, предлагаемый способ включает следующие этапы.

Этап 1. При обширных костно-хрящевых дефектах выполняется артротомия коленного сустава. Визуальная оценка площади и глубины поражения костно-хрящевого дефекта. Санация и выравнивание краев дефекта. Окончательное моделирование формы и размера дефекта с использованием шаблона.

Этап 2. Полыми цилиндрическими фрезами (с алмазным напылением на конце) производится высверливание и удаление патологической видоизмененной субхондральной кости из эпицентра дефекта до жизнеспособных кровоточащих краев, что определяется еще на этапах предоперационного планирования по данным МРТ и МСКТ. При этом образуются цилиндрические дефекты кости соответствующего диаметра и глубины. Например, если по данным КТ и МРТ глубина нежизнеспособной кости составляет 10 мм, то высверливание кости из очага поражения должно производиться на 5 мм глубже (до здоровых слоев). Для обеспечения стабильности имплантируемых в последующем в эти дефекты костных аутотрансплантатов, при высверливании патологической кости важно сохранить костную перемычку шириной 2-3 мм.

Этап 3. При помощи полой цилиндрической фрезы диаметром на 1-1,5 мм больше диаметра фрезы, используемой на предыдущем этапе операции, с боковой ненагружаемой поверхности противоположного (или того же) мыщелка бедренной кости осуществляется забор костного спонгиозного аутотрансплантата цилиндрической формы. Количество таких трансплантатов зависит от площади костно-хрящевого дефекта и должно соответствовать количеству цилиндрических дефектов, сформированных при высверливании патологической кости. Как правило, бывает достаточным забор 3-4-х столбиков трансплантатов длиной 15-20 мм.

Этап 4. Подготовленные к имплантации костные аутотрансплантаты поочередно имплантируются в цилиндрические дефекты кости в зоне поражения (образовавшихся при удалении патологической кости) и фиксируются методом плотного заклинивания. Такая фиксация обеспечивается разницей в диаметрах фрез, которыми выполняли удаление патологической кости и забор аутологичных столбиков трансплантатов.

После имплантации все столбики трансплантаты и подлежащая кость рассверливаются сверлом или спицей диаметром 2-2,4 мм на глубину, превышающую на 10-15 мм глубину имплантированных костных аутотрансплантатов. Такое рассверливание должно обеспечить в последующем транспорт мезенхимальных стволовых клеток костного мозга на поверхность дефекта.

Этап 5. Моделирование и имплантация коллагеновой матрицы.

С помощью того же шаблона, которым моделировали зону костно-хрящевого дефекта, производится моделирование коллагеновой матрицы, являющейся продуктом синтеза из коллагена 1-го и 3-го типа животных. Матрица увлажняется физиологическим раствором в течение 5 минут, после чего она становится более эластичной и легко поддается манипуляциям с ней. Матрица укладывается на поверхность дефекта мыщелка и подшивается по краям к здоровому гиалиновому хрящу тонкими (6,0) рассасывающимися атравматичными нитями, обеспечивая стабилизацию сгустка из мезенхимальных стволовых клеток в зоне поражения.

Этап 6. Заполнение донорских отверстий аллогенной костью.

Для заполнения донорских дефектов используются лиофилизированные аллогенные мыщелки большеберцовых или бедренных костей. Забор цилиндрических алло трансплантатов производится полой фрезой, диаметр которой на 2 мм больше диаметра донорских отверстий. После забора аллотрансплантаты моделируются по длине и имплантируются в донорские отверстия. Прочная фиксация алло трансплантатов обеспечивается за счет их плотного заклинивания из-за разницы диаметров.

Использование такого пластического материала имеет ряд преимуществ: низкая стоимость алло материалов, хорошая остеоинтеграция и консолидация «кость-кость», хорошая биологическая совместимость, снижены до минимума риски отторжения аллокости и передачи инфекций от донора (обработка и стерилизация алло материалов обеспечивается глубокой лиофилизацией и неоднократной гамма стерилизацией).

Операция заканчивается ушиванием операционной раны с активным дренированием коленного сустава.

Клинический пример.

Пациент И., 22 лет, давность заболевания 1,5 года. Диагноз: рассекающий остеохондрит (болезнь Кенига) медиального мыщелка правой бедренной кости. На исходных данных магнитно-резонансной и компьютерной томографии определялся костно-хрящевой дефект с полным отделением некротизированной хрящевой пластины, что явилось следствием нарушения кровоснабжения в этой зоне.

В плановом порядке под эпидуральной анестезией пациенту выполнена операция: артротомия; костная аутопластика дефекта мыщелка 3-мя спонгиозными циллиндрическими трансплантатами; имплантация коллагеновой матрицы; заполнение донорских отверстий аллокостью в соответствии с предлагаемым способом. При этом ширина костных перемычек составила 2-3 мм, общая глубина рассверливания (трансплантата и подлежащей кости) превысила длину имплантированного трансплантата на 10-15 мм и составила 25-30 мм, диаметр каналов 2-2,4 мм, расположение на расстоянии 5-7 мм друг от друга.

В послеоперационном периоде проводилось консервативное лечение, лечебная физкультура. Со 2-го дня после операции пациент приступил к разработке движений в коленном суставе. Полный объем движений восстановился через 3 недели после операции. Со 2-го дня после операции и в течение 2-х месяцев разрешалась ходьба без нагрузки на оперированную конечность.

На серии компьютерных томограммах в динамике в сроки 1, 3, 6 месяцев после операции отчетливо выявлялись признаки сращения костных аутотрансплантатов с восстановлением конгруэнтности суставной поверхности мыщелка бедра.

При контрольном осмотре через 6 месяцев пациент жалоб не предъявлял. Отмечал полное исчезновение болевого синдрома, отсутствие выпота в суставе. Отмечено полное восстановление амплитуды движений в коленном суставе, тонуса и силы мышц конечности. Результат операции расценен как хороший.

По данной методике прооперировано 18 пациентов с рассекающим остеохондритом (болезнь Кенига) мыщелков бедренных костей. Все пациенты находились под наблюдением оперировавшего хирурга. Каждые 3 месяца проводились контрольные клинические осмотры и инструментальные исследования (магнитно-резонансная и компьютерная томографии). Отдаленные результаты в сроки до 3-х лет изучены у всех пациентов. Во всех случаях отмечено полное восстановление функции коленного сустава, купирование болевого синдрома. Все пациенты вернулись к прежнему уровню физической активности, труду, и были удовлетворены результатами лечения.

Таким образом, предлагаемый способ заключается в трансплантации оптимального биологического материала - аутокости, взятой с ненагружаемой боковой поверхности мыщелка бедренной кости. Донорские столбики забираются фрезами большего размера и имплантируются методом заклинивания в костные каналы зоны дефекта с сохранением костной перемычки, что позволяет добиться стабильного трансплантата. Последующая туннелизация имплантируемых столбиков дает возможность миграции мезенхимальных стволовых клеток на поверхность, что увеличивает кровоснабжения трансплантата. Имплантация коллагеновой матрицы на поверхность дефекта приводит к стабилизации сгустка стволовых клеток и дальнейшей его трансформации в стабильную хрящеподобную ткань, занимающую всю зону дефекта, что ведет к восстановлению конгруэнтности коленного сустава, регрессу болевого синдрома и восстановлению опорной способности нижней конечности.