Результат интеллектуальной деятельности: Способ прогнозирования нестабильности протеза при эндопротезировании крупных суставов

Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано при прогнозировании нестабильности протеза при эндопротезировании крупных суставов, в том числе, вызванное и перипротезной инфекцией.

Предварительная проверка видов искусственных конструкций эндопротеза на способность усилить интоксикацию, развить стрессовую реакцию с аллергическим компонентом необходима для профилактики нестабильности эндопротеза. Особенно в организме пожилых и старых людей, особенно с ограниченной подвижностью (гонартроз, коксартроз), отмечается высокое содержание продуктов незавершенного обмена веществ, катаболизма тканей, токсинов, что является высоким риском нежелательных осложнений при проведении эндопротезирования (развитие нестабильности эндопротеза).

Известен способ прогнозирования развития нестабильности эндопротеза после тотального эндопротезирования по поводу деформирующего коксартроза (Патент РФ №2397709, МПК А61В 10/00, G01N 33/53, публ. 2010), включающий исследование сыворотки крови пациента до операции и через 3 месяца после нее. Дополнительное исследование сыворотки крови осуществляют на 10-14 сутки после операции. Определяют уровень содержания ферритина и церулоплазмина. При повышении по отношению к норме уровня ферритина и церулоплазмина до операции, на 10-14 сутки и через 3 месяца и более прогнозируют развитие нестабильности эндопротеза в кости после эндопротезирования тазобедренного сустава.

Недостатком этого способа является то, что он позволяет прогнозировать нестабильность эндопротеза только после проведенного хирургического вмешательства, что значительность снижает ценность такого способа, так как прогноз развития нестабильности сустава необходим на этапе дооперационного обследования, что особенно важно как для пациента, так и для лечащего врача.

Известен способ прогнозирования результатов эндопротезирования тазобедренного сустава (Патент РФ 2173465, МПК G01N 33/53, G01N 33/48, публ. 2001), включающий исследование крови больного, при этом до операции в крови определяют ядерный индекс нейтрофилов, количество лимфоцитов и фагоцитарную активность нейтрофилов и, если ядерный индекс нейтрофилов превышает 0,05, количество лимфоцитов составляет более 1,8×10⁹/л, а фагоцитарная активность нейтрофилов менее 2,95×10⁹/л прогнозируют неблагоприятный результат - нестабильность эндопротезирования.

Недостатком этого способа является получение результатов исследования крови, характеризующих лишь общее состояние организма больного, не связанное с оценкой ответной реакции организма на предстоящее внедрение в кость протеза со свойствами той или иной конструкции.

Наиболее близким является способ прогнозирования нестабильности протеза при эндопротезировании крупных суставов (Патент РФ 2405448, МПК А61В 10/00, G01N 33/50, публ. 2010), включающий проведение исследования иммунологических показателей в периферической крови пациента до операции. У больных с дегенеративно-дистрофическими заболеваниями крупных суставов до операции эндопротезирования утром натощак забирают 5 мл стабилизированной венозной крови. В две пробирки вносят по 1 мл исследуемой крови и закрывают ватно-марлевым тампоном, инкубируют в термостате при 37°С в течение 3 часов, центрифугируют при 1500 об/мин в течение 5 минут, снимают надосадочную жидкость (супернатант) в отдельные пробирки. 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.

Недостатками этого способа являются большая трудоемкость исследований и отсутствие данных о непосредственном влиянии свойств искусственной конструкции протеза на ткани крупного сустава больного.

Поставленной задачей было устранение указанного недостатка, повышение точности прогноза возможного развития нестабильности эндопротеза за счет получения объективного результата реакции организма на различные виды искусственных конструкций протеза.

Для решения поставленной задачи при прогнозировании нестабильности протеза при эндопротезировании крупных суставов, включающем взятие натощак венозной крови, осуществление центрифугирования при 1500 об/мин, снятие надосадочной жидкости - супернатанта, который разливают в отдельные пробирки по 1 мл в каждую. Инкубируют пробы в термостате при 37°С, исследуют показатели крови. Новым является то, что одну пробирку с супернатантом оставляют контрольной, а в каждую из остальных пробирок помещают по одному образцу материала, из которого изготовлены протезы объемом 150-200 мм³ с возможностью полного размещения в супернатанте. При этом осуществляют инкубацию супернатанта всех проб в течение 18-24 часов, после чего для каждой пробы готовят не менее трех аналитических ячеек методом краевой дегидратации, микроскопируют их в поляризованном свете с подсчетом 100 анизоморфонов, в которых определяют количество дегенеративно-дистрофических анизоморфонов, и при выявлении в пробе с образцом материала дегенеративно-дистрофических анизоморфонов на 10% больше, чем в контрольной пробе, прогнозируют развитие нестабильности данного эндопротеза.

Увеличение количества дегенеративно-дистрофических анизоморфонов в опытных пробах по сравнению с контрольной могут быть вызваны как патологически измененными молекулами самой биологической жидкости, так и действием частиц металла, способных выступить в качестве аллергенов.

Способ позволяет определить фактическую реакцию супернатанта крови пациента с заболеванием крупных суставов в условиях in vitro на фрагмент того или иного материала конструкции эндопротеза. Использование данного способа позволит предупредить осложнения в послеоперационном периоде, связанные с неблагоприятной реакцией организма на материалы импланта в виде расшатывания (нестабильности) эндопротеза, вызванного развитием перипротезной инфекции, его отторжение и других факторов.

На фиг. 1 представлен один локус аналитической ячейки при микроскопии в поляризованном свете (х10) с наличием дегенеративно-дистрофических анизоморфонов и анизоморфонов без признаков деструкции; на фиг. 2 представлен анизоморфон без признаков деструкции в виде веерной структуры (позиция 1 на фиг. 1) при микроскопии в поляризованном свете (х400); на фиг. 3 представлен дегенеративно-дистрофический анизоморфон (позиция 2 на фиг. 1) при микроскопии в поляризованном свете (х400).

Способ осуществляется следующим образом.

Для осуществления данного способа предварительно были подготовлены фрагменты металлических протезов в виде небольших цилиндров объемом 150-200 мм³, удобных для размещения в пробирке, инкубируемой с супернатантом крови пациента.

Были апробированы 8 металлических материалов, из которых готовились различные части протеза.

Согласно ГОСТ Р ИСО 21534-2013 национальный стандарт Российской Федерации: имплантаты хирургические неактивные, имплантаты для замены суставов по перечню международных стандартов на материалы, признанные подходящими для производства суставных поверхностей имплантатов, используемых при протезировании суставов, подходящими для применения по конкретным показаниям признаны, в том числе и используемые в данной работе материалы.

1. Ковкая нержавеющая сталь (ИСО 5832-1)/ СВМПЭ (ИСО 5834-1, ИСО 5834-2);

2. Ковкий титановый сплав, содержащий 6-алюминия 4-ванадия (ИСО 5832-3)/ СВМПЭ (ИСО 5834-1, ИСО 5834-2);

3. Ковкий титановый сплав, содержащий 6-алюминия 7-ниобия (ИСО 5832-11)/ СВМПЭ (ИСО 5834-1, ИСО 5834-2);

4. Кобальт-хром-молибденовый литейный сплав (ИСО 5832-4)/ СВМПЭ (ИСО 5834-1, ИСО 5834-2);

5. Ковкий кобальт-хром-вольфрам-никелевый сплав (ИСО 5832-5)/ СВМПЭ (ИСО 5834-1, ИСО 5834-2);

6. Ковкий кобальт-никель-хром-молибденовый сплав (ИСО 5832-6)/ СВМПЭ (ИСО 5834-1, ИСО 5834-2);

7. Ковкий кобальт-никель-хром-молибден-вольфрам-железный сплав (ИСО 5832-8)/ СВМПЭ (ИСО 5834-1, ИСО 5834-2);

8. Ковкий кобальт-хром-молибденовый сплав (ИСО 5832-12)/ СВМПЭ (ИСО 5834-1, ИСО 5834-2).

У пациента, готовящегося к проведению эндопротезирования забирают строго натощак венозную кровь, которую центрифугируют в течение 10-15 минут при 1500 об/мин, снимают надосадочную жидкость (супернатант) и разливают в отдельные пробирки по 1 мл в каждую. Одна пробирка является контрольной, а в каждую из остальных опытных пробирок помещают по одному образцу материала, из которого изготовлены протезы. Далее все пробирки, включая контрольную, инкубируют в термостате при 37°С в течение 18-24 часов. Затем готовят аналитические ячейки методом краевой дегидратации: на поверхность предметного стекла наносят не менее 3 капель супернатанта в количестве 0,02 мл, каждую каплю накрывают покровным стеклом, дегидратируют полученные ячейки в течение 5-7 суток при температуре 25°С и относительной влажности 55-60% и микроскопируют их в поляризованном свете. Подсчитывают 100 анизоморфонов: дегенеративно-дистрофические анизоморфоны, т.е. анизоморфоны с поломками структуры, с наличием включений в виде мелкоточечных или нитевидных высокоанизотропных структур и без признаков деструкции.

Определяют процентное содержание дегенеративно-дистрофических анизоморфонов в контрольной пробе и в пробах с различными видами материала конструкции протеза.

Если количество дегенеративно-дистрофических анизоморфонов в опытной пробе составило на 10% больше, чем в контрольной пробе, прогнозируют развитие нестабильности протеза после проведения тотального эндопротезирования.

Преимущества данного способа заключаются в возможности прогнозировать развитие нестабильности сустава к определенным конструкциям искусственных протезов на этапе подготовки больного к эндопротезированию.

Пример 1.

Больной Н., 72 лет диагноз: Правосторонний гонартроз.

При инкубировании проб супернатанта крови с образцами металлических материалов в течение 18 часов, постановке метода краевой дегидратации и подсчете структур в аналитических ячейках, установлено, что в контрольной пробе количество дегенеративно-дистрофических анизоморфонов составило 44%.

В опытных пробах с образцами материалов протеза объемом 150 мм³ - количество дегенеративно-дистрофических анизоморфонов составило с: ковкой нержавеющей сталью - 67%, ковким сплавом на основе титана, 6-алюминия, 4-ванадия - 38%; ковким сплавом на основе титана, 6-алюминия, 7-ниобия - 42%; кобальт-хром-молибденовым литейным сплавом - 49%; ковким кобальт-хром-вольфрам-никелевым сплавом - 65%; ковким кобальт-никель-хром-молибденовым сплавом - 55%; ковким кобальт-никель-хром-молибденовый-вольфрам-железным сплавом - 62%; ковким кобальто-хромо-молибденовым сплавом - 48%.

Заключение: прогноз нестабильности протеза при эндопротезировании прогнозируется при установке эндопротеза из следующих образцов металлического материала: ковкая нержавеющая сталь, ковкий кобальт-хром-вольфрам-никелевый сплав; ковкий кобальт-никель-хром-молибденовый сплав; ковкий кобальт-никель-хром-молибденовый-вольфрам-железный сплав.

Больному выполнена операция эндопротезирования с установкой бедренного компонента из ковкого кобальт-хромо-молибденового сплава и болыпеберцового компонента из ковкого сплава на основе титана, 6-алюминия, 4-ванадия (Biomet AGC V2 Total System).

Рентгенологический контроль: через 6, 12, 24, 48 мес.после операции -без признаков расшатывания металлических конструкций. Функция сустава, оцененная в те же сроки, удовлетворительная.

Пример 2.

Больная В., 53 лет диагноз: Левосторонний коксартроз.

При инкубировании проб сыворотки крови с образцами металлических материалов в течение 24 часов, постановке метода краевой дегидратации и подсчете структур в аналитических ячейках, установлено, что в контрольной пробе количество дегенеративно-дистрофических анизоморфонов составило 52%.

Образцы материалов протезов были изготовлены объемом 200 мм³.

В опытных пробах количество дегенеративно-дистрофических анизоморфонов составило с: ковкой нержавеющей сталью - 76%, ковким сплавом на основе титана, 6-алюминия, 4-ванадия - 43%; ковким сплавом на основе титана, 6-алюминия, 7-ниобия - 73%; кобальт-хром-молибденовым литейным сплавом - 67%; ковким кобальт-хром-вольфрам-никелевым сплавом - 64%; ковким кобальт-никель-хром-молибденовым сплавом - 68%; ковким кобальт-никель-хром-молибденовый-вольфрам-железным сплавом - 64%; ковким кобальто-хромо-молибденовым сплавом - 48%.

Заключение: прогноз нестабильности протеза при эндопротезировании прогнозируется при установке эндопротеза из следующих образцов металлического материала: ковкая нержавеющая сталь, ковкий сплав на основе титана, 6-алюминия, 7-ниобия, кобальт-хром-молибденовый литейный сплав; ковкий кобальт-хром-вольфрам-никелевый сплав; ковкий кобальт-никель-хром-молибденовый сплав; ковкий кобальт-никель-хром-молибденовый-вольфрам-железный сплав.

Больной выполнена имплантация протеза тазобедренного сустава на основе титана, 6-алюминия, 4-ванадия (Zimmer Trilogy Acetabular System, M/L Taper Hip Prosthesis) с керамической парой трения.

Рентгенологический контроль: через 6, 12, 24, 48 мес. после операции - без признаков расшатывания металлических конструкций. Функция сустава, оцененная в те же в те же сроки, хорошая.

Пример 3.

Больной З., 43 лет, спортсмен. Диагноз: Посттравматический правосторонний гонартроз.

При инкубировании проб сыворотки крови с образцами металлических материалов в течение 20 часов, постановке метода краевой дегидратации и подсчете структур в аналитических ячейках, установлено, что в контрольной пробе количество дегенеративно-дистрофических анизоморфонов составило 42%.

Образцы материалов протезов были изготовлены объемом 185 мм³.

В опытных пробах количество дегенеративно-дистрофических анизоморфонов составило с: ковкой нержавеющей сталью - 84%, нелегированным титаном - 58%, ковким сплавом на основе титана, 6-алюминия, 4-ванадия - 57%; ковким сплавом на основе титана, 6-алюминия, 7-ниобия - 64%; кобальт-хром-молибденовым литейным сплавом - 67%; ковким кобальт-хром-вольфрам-никелевым сплавом - 69%; ковким кобальт-никель-хром-молибденовым сплавом - 70%; ковким кобальт-никель-хром-молибденовый-вольфрам-железным сплавом - 59%; ковким кобальто-хромо-молибденовым сплавом - 61%.

Заключение: прогноз нестабильности протеза при эндопротезировании прогнозируется при установке эндопротеза из всех апробированных металлических материалов.

В связи с отсутствием выбора, пациенту был имплантирован протез из кобальт-хром-молибденового литейного сплава (Biomet Vanguard Клее System), который был в наличии, а пациент отказался ожидать другого, например керамического, протеза.

Рентгенологический и клинический контроль: через 6 месяцев после операции выявил признаки перипротезной инфекции и септического расшатывания компонентов протеза. Пациенту была выполнена санирующая операция по удалению компонентов и имплантация спейсера импрегнированного антибиотиками. В дальнейшем запланирована ревизионное эндопротезирование конструкцией с титан-нитритным покрытием.

По предлагаемому способу проведены исследования перед протезированием у 31 пациента с диагнозом артроза крупных суставов, которым были проведены операции с учетом рекомендаций. Послеоперационные наблюдения в течение 2-5 лет показали, что нарушения стабильности компонентов протеза не произошло.

У 3 пациентов, которым протезирование было проведено, по разным обстоятельствам, без учета неблагоприятного прогноза, произошло нарушение стабильности протеза в связи с асептическими или септическими процессами.

Предлагаемый способ позволяет предупредить развитие патологии в виде нарушения стабильности протеза после эндопротезирования, которое значительно снизит качество жизни пациента, потребует повторного оперативного вмешательства, что нежелательно, особенно для пациентов старших возрастных групп, повысит материальные затраты.