ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГИБРИДНЫХ ЭНДОПРОТЕЗОВ В ЛЕЧЕНИИ АРТРОЗА КОЛЕННОГО СУСТАВА

Полный текст

Введение Артроз коленного сустава (гонартроз) является одной из наиболее распространенных форм дегенеративных заболеваний опорно-двигательного аппарата, поражающих значительную часть взрослого населения. Согласно данным ВОЗ, более 10% людей старше 60 лет страдают гонартрозом, что делает данное заболевание одной из ведущих причин инвалидизации среди пожилых людей (рис. 1) [13]. Рис. 1. Распространенность остеоартрита и остеоартроза на 100 000 человек по странам для обоих полов в 2020 г. В условиях стареющего населения распространённость артроза коленного сустава значительно возрастает, что связано с естественными дегенеративными изменениями в тканях сустава, снижением регенеративных способностей организма, а также увеличением сопутствующих хронических заболеваний. Эффективное лечение гонартроза становится одной из ключевых задач современной медицины, поскольку данное заболевание коленного сустава существенно снижает качество жизни пациентов, ограничивая их подвижность и вызывая хронические болевые синдромы. Кроме того, растущая нагрузка на системы здравоохранения в связи с увеличением числа пожилых пациентов делает необходимым развитие и внедрение более эффективных и доступных методов лечения, таких как инновационные методы регенерации хрящевой ткани и минимально инвазивные хирургические техники. В последние годы особое внимание уделяется регенеративной медицине, направленной на восстановление повреждённых тканей сустава с использованием стволовых клеток и факторов роста. Традиционные методы лечения, такие как медикаментозная терапия и физиотерапия, часто оказываются недостаточно эффективными в поздних стадиях заболевания [3]. В таких случаях хирургическое вмешательство, включая эндопротезирование коленного сустава, становится необходимым. Стандартные эндопротезы имеют такие послеоперационные осложнения, как инфекция, расшатывание и механический износ. Гибридные эндопротезы (ГЭ) также имеют некоторые недостатки, но представляют собой перспективное и развивающееся направление в области ортопедической хирургии. Целью настоящей статьи является исследование текущих проблем и перспектив применения ГЭ в лечении артроза коленного сустава. В рамках работы будут проанализированы существующие данные по эффективности и безопасности применения ГЭ, а также рассмотрены инновационные подходы и технологии, направленные на улучшение клинических результатов и снижение риска осложнений. Для достижения поставленной цели использован аналитический метод, включающий обзор и анализ научной литературы, опубликованной в период с 2018 по 2023 г. В качестве источников информации использованы научные статьи из рецензируемых журналов, данные мета-анализов и результаты клинических исследований. Особое внимание уделено работам, освещающим клинические и технические аспекты применения гибридных эндопротезов, а также инновационным подходам в их разработке и использовании. Данная статья не претендует на проведение собственных эмпирических исследований, однако базируется на тщательном анализе и обобщении существующих данных, что позволяет сделать выводы о текущем состоянии и перспективах применения гибридных эндопротезов в лечении артроза коленного сустава. Цель исследования - изучение проблем и перспектив применения гибридных эндопротезов (ГЭ) в лечении артроза коленного сустава, с акцентом на их эффективность и безопасность по сравнению с традиционными металлическими эндопротезами. Методика Для проведения данного обзора были использованы научные базы данных, такие как PubMed, Scopus и Google Scholar. Поиск проводился с использованием ключевых слов и сочетаний: «гибридные эндопротезы», «артроз коленного сустава», «остеоинтеграция», «ревизионные операции», а также «наноматериалы в ортопедии» (на английском, соответственно, «hybrid endoprostheses», «knee osteoarthritis», «osseointegration», «revision surgery», и «nanomaterials in orthopedics»). Контекстуальные термины, релевантные каждому аспекту исследования, также включались в поиск для обеспечения полноты анализа. Литература отбиралась на основе релевантности исследуемой теме, наличия клинических данных и уровня цитируемости исследований. Развитие эндопротезирования началось в середине 20-го века, когда были разработаны первые металлические протезы для замены суставов [2]. Подобные изделия, изготовленные из нержавеющей стали и кобальтохромовых сплавов, имели приемлемые механические свойства, но были ограничения, связанные с биосовместимостью и склонностью к износу. В 1960-1970-х гг. были введены полиэтиленовые компоненты, что позволило снизить трение и износ, но привело к новым проблемам, таким как частичное разрушение полиэтилена и воспалительные реакции, вызванные его частицами. В последние десятилетия произошел значительный прогресс в области применения различных материалов, что привело к созданию ГЭ [12]. Они сочетают различные материалы, такие как металлы, полимеры и керамика, для достижения оптимального сочетания механических и биологических свойств (рис. 2) [12]. Рис. 2. Пример ГЭ - 3D модели коленного сустава В качестве металлических компонентов чаще всего используются титан и его сплавы, а также нержавеющая сталь и кобальт-хромовые сплавы. Данные материалы обладают высокой прочностью, устойчивостью к коррозии и хорошей биосовместимостью. Основным полимерным материалом является ультравысокомолекулярный полиэтилен (ultra-high-molecular-weight polyethylene - UHMWPE), который используется для изготовления суставных поверхностей. UHMWPE обладает высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения, что снижает износ протеза и повышает его долговечность. Керамические компоненты часто используются для изготовления суставных головок, обеспечивая гладкость и снижение трения в суставе. Наиболее распространены оксид алюминия и оксид циркония, которые отличаются высокой твердостью и устойчивостью к износу. Ключевой характеристикой ГЭ является их способность к остеоинтеграции - процессу срастания протеза с костной тканью [10]. Металлы, такие как титан, обладают свойством биологической инертности, что позволяет им интегрироваться с костью без вызова значительной иммунной реакции. Оксид циркония, используемый в керамических компонентах, также демонстрирует высокую степень биосовместимости, что снижает риск отторжения и воспалительных реакций. Введение наноматериалов и биологически активных покрытий на поверхности эндопротезов дополнительно улучшает процессы остеоинтеграции и снижает риск инфекционных осложнений. В отличие от традиционных металлических эндопротезов у ГЭ есть ряд преимуществ (табл. 1) [14]. Таблица 1. Сравнение традиционных эндопротезов и ГЭ [6] Параметр ГЭ Традиционные эндопротезы Материалы Комбинация металлов, полимеров и керамики Металлы (титан, кобальт-хромовые сплавы), полиэтилен Биосовместимость Высокая, благодаря сочетанию биоинертных материалов Зависит от используемого металла и полиэтилена Остеоинтеграция Улучшенная, благодаря наноматериалам и биологически активным покрытиям Возможна, но может быть менее эффективной Износ Снижен за счет использования прочных материалов и низкого трения Могут быть проблемы с износом полиэтилена и металлических компонентов Частота ревизионных операций Ниже, благодаря улучшенной долговечности и биосовместимости Выше, из-за механического износа и асептического расшатывания Инфекционные осложнения Низкие, благодаря антибактериальным покрытиям и наноматериалам Сопоставимо с гибридными эндопротезами Производственные технологии Включают 3D-печать и нанотехнологии, что позволяет индивидуализировать протезы Более простые производственные технологии Стоимость Выше, из-за использования сложных технологий и материалов Более доступные, но могут иметь меньший срок службы Применение Более перспективны для случаев, требующих повышенной долговечности и биосовместимости Применяются в большинстве случаев, где стоимость является приоритетным параметром выбора Долговечность Выше, благодаря улучшенным материалам и технологиям Могут требовать замены через 10-15 лет В последние годы было проведено несколько крупных клинических исследований, посвященных оценке эффективности и безопасности гибридных эндопротезов. Одной из работ в области изучения ГЭ стало исследование, проведенное Nicholas Nucci et. al, где анализировалась частота ревизионных операций у пациентов при хирургическом лечении инфицированных эндопротезов, в условиях значительной потери костной массы [11]. В исследовании приняли участие 400 пациентов, которым было проведено оперативное лечение и которые сообщили о результатах. Частота негативных результатов (неудач) при санации, антибиотикотерапии и сохранении имплантата (Debridement, Antibiotics, and Implant Retention - санация, антибиотики и сохранение имплантата, DAIR) составила 55,1. Среднее время до возникновения неудачи составило 31,4 месяца после операции, что указывает на необходимость длительного наблюдения и дальнейшего совершенствования стратегий лечения инфицированных эндопротезов (рис. 3). В другой работе, выполненной Pengfei Zan et. al., было ретроспективно проанализировано 20 пациентов, получивших ревизии эндопротезов с января 2000 г. по январь 2018 г. [1]. Основными причинами ревизий были механические проблемы, асептическое расшатывание и инфекции. Частота инфекций после ревизионных операций составила 15%, что потребовало применения различных лечебных стратегий, включая двухэтапные ревизии и в одном случае - ампутацию конечности из-за некупируемой инфекции. Кривая выживаемости Каплана-Майера показала, что 5-летняя выживаемость первоначальных протезов составила 75%. Рис. 3. Частота неудач при различных методах лечения Работа Cheng-gang Pang et. al была посвящена разработке инструмента для прогнозирования выживаемости коленных эндопротезов после резекции опухоли [6]. Была ретроспективно рассмотрено клиническая база данных на предмет пациентов, перенесших реконструкцию колена из-за опухолей. Всего было включено 203 пациента, включая 123 мужчины (60,6%) и 80 (39,4%) женщин в возрасте от 14 до 77 лет (средний возраст: 34,3±17,3 года) (рис. 4). Когорта была случайным образом разделена на учебную (n =156) и проверочную (n=47) выборки. Показатели выживаемости протезов через 1,5 и 10 лет составили 94,0, 90,8 и 83,0% в учебной выборке и 96,7, 85,8 и 76,9% в проверочной выборке соответственно (рис. 4, А-D) [6]. Рис. 4. Кривые выживаемости Каплана-Мейера для общей выживаемости пациентов и приживаемости протезов в учебных и проверочных выборках Анатомические участки, длина резекции и длина ножки протеза были независимо связаны с отказом протеза согласно многомерной регрессионной модели Кокса (статистического метода для анализа выживаемости, который позволяет исследовать влияние нескольких переменных на время до наступления события) (p <0,05). В ходе исследования было выяснено, что анатомическое расположение в дистальном отделе бедренной кости (отношение шансов (ОШ)=0,412, 95% ДИ: 0,180 ~ 0,945, p=0,036), режим фиксированного движения протеза (ОШ=2,336, 95% ДИ: 1,134 ~ 4,812, p=0,021) и длина резекции (ОШ=8,959, 95%ДИ: 3,767 ~ 21,310, p < 0,001) были достоверно связаны с увеличением числа отказов имплантатов, в то время как ИМТ (ОШ=2,555, 95% ДИ: 0,715 ~ 9,135, p=0,149), осложнения, связанные с операцией (ОШ=1,877, 95% ДИ: 0,918 ~ 3,840, p=0,085), нестандартное/модульное протезирование (ОШ=2,244, 95% ДИ: 0,957 ~ 5,257, p=0,063) и длина протеза незначительно связаны с выживаемостью имплантата (рис. 5) [6]. Рис. 5. Кривые выживаемости Каплана-Мейера для прогностических факторов, достоверно связанных с выживаемостью протеза, согласно однофакторному анализу Кокса Проблемы применения ГЭ. Асептическое расшатывание (АР) остается одной из наиболее распространенных и серьезных проблем, связанных с использованием ГЭ. Исследования показывают, что примерно 15-20% пациентов сталкиваются с данной проблемой в течение первых 10 лет после операции [5]. Подобное осложнение происходит из-за механического износа и биологической несовместимости, что приводит к нарушению связи между костной тканью и имплантатом. Инфекции также представляют значительную проблему при использовании ГЭ. Частота инфекций составляет 15%, что сопоставимо с традиционными эндопротезами [8]. Инфекционные осложнения могут возникать как в раннем, так и в позднем послеоперационном периоде, и они часто требуют сложного и дорогостоящего лечения, включая ревизионные операции. Кроме непосредственно клинических проблем, существует и экономический аспект применения ГЭ [7]. Производство данный типов протезов достаточно дорогостоящее, так как требует применения сложных технологий, таких как 3D-печать и использование наноматериалов, что увеличивает стоимость конечного продукта и делает его менее доступным для широкой клинической практики. Перспективы и инновации ГЭ. Одной из самых перспективных инноваций в области ГЭ является внедрение наноматериалов [4]. Наноматериалы, такие как наночастицы гидроксиапатита и оксида титана, улучшают остеоинтеграцию и биосовместимость протезов. Данные материалы способствуют более быстрому и надежному сращению протеза с костной тканью, снижая риск асептического расшатывания. 3D-печать стала важным инструментом в создании ГЭ, позволяя проектировать и изготавливать протезы, идеально соответствующие анатомическим особенностям пациента [9]. Подобная технология также позволяет интегрировать различные материалы в одном устройстве, что улучшает его функциональные характеристики. Например, металлические структуры могут быть покрыты полимерными и керамическими слоями, что обеспечивает лучшую прочность. Еще одной перспективной инновацией является разработка «умных» материалов, которые могут изменять свои свойства в ответ на внешние стимулы, такие как изменение температуры или механические нагрузки [8]. Подобные материалы способны адаптироваться к изменяющимся условиям внутри тела пациента, что позволяет улучшить комфорт и долговечность протеза. Например, разрабатываются полимеры с памятью формы, которые могут изменять свою конфигурацию под воздействием температуры тела, обеспечивая более плотную посадку протеза и снижая риск его расшатывания. Введение биологически активных покрытий на поверхность эндопротезов, которые включают антибактериальные препараты или факторы роста, способствуют снижению риска инфекций и ускорению регенерации костной ткани вокруг протеза. Результаты исследования и их обсуждение Результаты, представленные в данной работе, демонстрируют значительный прогресс в области применения ГЭ для лечения артроза коленного сустава. На основании анализа клинических исследований можно сделать вывод о том, что ГЭ обладают значительными преимуществами перед традиционными металлическими протезами, включая снижение частоты ревизионных операций, улучшение остеоинтеграции и снижение риска инфекционных осложнений. Эндопротезы, сочетающие металлы, полимеры и керамику, продемонстрировали улучшение долговечности и биосовместимости. Подобные свойства свидетельствуют о надежности и потенциале использования ГЭ в долгосрочной перспективе. Дополнительное преимущество ГЭ заключается в их способности к остеоинтеграции, что позволяет улучшить сращение протеза с костной тканью и снизить риск осложнений, связанных с отторжением. В то же время, несмотря на положительные результаты, использование ГЭ связано с рядом проблем, таких как АР и риск инфекций. Экономическая составляющая также является значимым фактором, ограничивающим широкое применение ГЭ. Высокая стоимость производства, связанная с использованием сложных технологий, таких как 3D-печать и наноматериалы, делает эти протезы менее доступными для массового применения. Данный экономический аспект ограничивает возможности внедрения ГЭ в широкую клиническую практику и требует разработки более экономичных методов производства без ущерба для качества и эффективности протезов. В заключение перспективы применения ГЭ в лечении артроза коленного сустава весьма обнадеживающие. Однако для их полноценного внедрения в клиническую практику необходимо решить ряд проблем, связанных с долговечностью, биосовместимостью и экономической доступностью. Заключение По сравнению с традиционными металлическими протезами ГЭ демонстрируют значительное преимущество в снижении частоты ревизионных операций и улучшении остеоинтеграции. Однако остаются нерешенные проблемы, включая АР и инфекционные осложнения, а также высокая стоимость производства, ограничивающая их широкое внедрение в клиническую практику. Дальнейшие исследования и совершенствование технологий необходимы для преодоления этих барьеров и повышения доступности и эффективности гибридных эндопротезов в лечении артроза коленного сустава.

Об авторах

Георгий Константинович Камушадзе

Российский университет медицины

Email: email@example.com
магистр, лечебное дело, Российский университет медицины Россия, 127006, Москва, ул. Долгоруковская, 4

Список литературы

Дополнительные файлы