Микробиологический профиль зоны имплантации в условиях различной механической компрессии чрескожных имплантатов: экспериментальное исследование

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Актуальность. Инфицирование чрескожных имплантатов у пациентов с ампутациями конечностей является наиболее частым осложнением.

Цель исследования — оценка микробиологического обсеменения зоны имплантации в зависимости от механической компрессии имплантата в условиях его дополнительной внешней фиксации.

Материал и методы. Исследование выполнено на 36 самцах кроликов. Всем животным осуществляли распил большеберцовой кости на границе верхней и средней третей. Затем рассверливали костномозговой канал и устанавливали чрескожный имплантат в культю большеберцовой кости. Сегмент и имплантат фиксировали аппаратом Илизарова. Тридцати животным дополнительно устанавливали компрессионное устройство. Использовали 5 режимов компрессии, соответственно этому было сформировано 6 экспериментальных групп по 6 животных в каждой: группа 1 — без компрессии; группа 2 — компрессия на имплантат силой 0,053 Н/мм2; группа 3 — компрессия на имплантат силой 0,105 Н/мм2; группа 4 — компрессия на имплантат силой 0,158 Н/мм2; группа 5 — компрессия на имплантат силой 0,211 Н/мм2; группа 6 — компрессия на имплантат силой 0,263 Н/мм2. Удерживающее устройство демонтировали через 6 нед. после имплантации, общий период наблюдения составил 26 нед. Исследовали микрофлору места вхождения имплантата в кожу (интерфейс имплантат/кожа), определяли уровень лейкоцитов в крови и уровень С-реактивного белка в сыворотке крови.

Результаты. На 9–10-е сут. после имплантации в месте выхода металлического имплантата у животных разных групп обнаруживались существенные отличия микробного пейзажа. Наибольшее количество штаммов обнаружено у животных групп 1, 5 и 6; наименьшее — в группах 2 и 3. Наиболее часто обнаруживаемые штаммы — S. saprophyticus и Enterococcus spp. Наибольшее статистически значимое повышение уровня С-реактивного белка в сыворотке крови отмечалось у животных группы 6. Уровень лейкоцитов у животных всех групп статистически значимо не изменялся относительно дооперационных значений. У животных с лучшей остеоинтеграцией (в группах 2 и 3 не было случаев выпадения имплантатов) наблюдалось минимальное число растущих штаммов.

Заключение. Микробиологический профиль зоны имплантации в условиях различной механической компрессии чрескожных имплантатов изменяется в зависимости от величины нагрузок. Применение нагрузок в пределах 0,053–0,105 Н/мм2 лучше сказывается на приживаемости имплантатов и обсемененности зоны имплантации, чем отсутствие компрессии.

Об авторах

Максим Валерьевич Стогов

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: stogo_off@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-8516-8571
SPIN-код: 9345-8300
Scopus Author ID: 26024482600
ResearcherId: N-5847-2018

д-р биол. наук

Россия, 640014, Курган, ул. М. Ульяновой, д. 6

Андрей Александрович Еманов

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России

Email: a_eman@list.ru
ORCID iD: 0000-0003-2890-3597
SPIN-код: 1151-7941
Scopus Author ID: 55963731500
ResearcherId: H-2378-2018

канд. вет. наук

Россия, 640014, Курган, ул. М. Ульяновой, д. 6

Наталья Викторовна Годовых

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России

Email: natalia_nvn@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8512-4165
SPIN-код: 2642-3640
Scopus Author ID: 56403259900
ResearcherId: ACV-8266-2022

младший научный сотрудник, отдел доклинических и лабораторных исследований

Россия, 640014, Курган, ул. М. Ульяновой, д. 6

Евгений Николаевич Овчинников

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России

Email: omu00@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-5595-1706
SPIN-код: 9560-3360
Scopus Author ID: 57194208169
ResearcherId: L-5439-2015

канд. биол. наук

Россия, 640014, Курган, ул. М. Ульяновой, д. 6

Наталья Владимировна Тушина

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России

Email: ntushina76@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1322-608X
SPIN-код: 7554-9130
Scopus Author ID: 44062153800
ResearcherId: AAF-1375-2020

канд. биол. наук

Россия, 640014, Курган, ул. М. Ульяновой, д. 6

Виктор Павлович Кузнецов

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России; ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина» Минобрнауки России

Email: wpkuzn@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8949-6345
SPIN-код: 7321-4466
Scopus Author ID: 57191966571
ResearcherId: AAE-8174-2020

д-р техн. наук

Россия, 640014, Курган, ул. М. Ульяновой, д. 6; Екатеринбург

Список литературы

  1. Zaid M.B., O’Donnell R.J., Potter B.K., Forsberg J.A. Orthopaedic osseointegration: state of the art. J Am Acad Orthop Surg. 2019;27(22):e977-985. doi: 10.5435/JAAOS-D-19-00016.
  2. Корюков А.А., Губин А.В., Кузнецов В.П., Борзунов Д.Ю., Антипов А.В., Овчинников Е.Н. и др. Возможности улучшения функции и косметики культей пальцев кисти методом оссеоинтеграции. Гений ортопедии. 2016;(4):22-28. doi: 10.18019/1028-4427-2016-4-22-28. Koriukov A.A., Gubin A.V., Kuznetsov V.P., Borzunov D.Iu., Antipov A.V., Ovchinnikov E.N. et al. [Possibilities of improving the function and esthetic appearance of finger stumps using the method of osseointegration]. Genij Ortopedii. 2016;(4):22-28. (In Russian). doi: 10.18019/1028-4427-2016-4-22-28.
  3. Branemark R., Berlin O., Hagberg K., Bergh P., Gunterberg B., Rydevik B. A novel osseointegrated percutaneous prosthetic system for the treatment of patients with transfemoral amputation: a prospective study of 51 patients. Bone Joint J. 2014;96-B(1):106-113. doi: 10.1302/0301-620X.96B1.31905.
  4. Hoyt B.W., Walsh S.A., Forsberg J.A. Osseointegrated prostheses for the rehabilitation of amputees (OPRA): results and clinical perspective. Expert Rev Med Devices. 2020;17(1):17-25. doi: 10.1080/17434440.2020.1704623.
  5. Reif T.J., Khabyeh-Hasbani N., Jaime K.M., Sheridan G.A., Otterburn D.M., Rozbruch S.R. Early experience with femoral and tibial bone-anchored osseointegration prostheses. JBJS Open Access. 2021;6(3):e21.00072. doi: 10.2106/JBJS.OA.21.00072.
  6. Diaz Balzani L., Ciuffreda M., Vadalà G., Di Pino G., Papalia R., Denaro V. Osseointegration for lower and upper-limb amputation a systematic review of clinical outcomes and complications. J Biol Regul Homeost Agents. 2020;34(4 Suppl. 3):315-326.
  7. Hebert J.S., Rehani M., Stiegelmar R. Osseointegration for lower-limb amputation: a systematic review of clinical outcomes. JBJS Rev. 2017;5(10):e10. doi: 10.2106/JBJS.RVW.17.00037.
  8. Ontario Health (Quality). Osseointegrated prosthetic implants for people with lower-limb amputation: a health technology assessment. Ont Health Technol Assess Ser. 2019;19(7):1-126. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6939984/.
  9. Calabrese G., Franco D., Petralia S., Monforte F., Condorelli G.G., Squarzoni S. et al. Dual-functional nano-functionalized titanium scaffolds to inhibit bacterial growth and enhance osteointegration. Nanomaterials (Basel). 2021;11(10):2634. doi: 10.3390/nano11102634.
  10. Fischer N.G., Chen X., Astleford-Hopper K., He J., Mullikin A.F., Mansky K.C. et al. Antimicrobial and enzyme-responsive multi-peptide surfaces for bone-anchored devices. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021;125:112108. doi: 10.1016/j.msec.2021.112108.
  11. Song Y.W., Paeng K.W., Kim M.J., Cha J.K., Jung U.W., Jung R.E. et al. Secondary stability achieved in dental implants with a calcium-coated sandblasted, large-grit, acid-etched (SLA) surface and a chemically modified SLA surface placed without mechanical engagement: A preclinical study. Clin Oral Implants Res. 2021;32(12):1474-1483. doi: 10.1111/clr.13848.
  12. Wang X., Ning B., Pei X. Tantalum and its derivatives in orthopedic and dental implants: osteogenesis and antibacterial properties. Colloids Surf B Biointerfaces. 2021;208:112055. doi: 10.1016/j.colsurfb.2021.112055.
  13. Li Y., Branemark R. Osseointegrated prostheses for rehabilitation following amputation: the pioneering Swedish model. Unfallchirurg. 2017;120(4):285-292. doi: 10.1007/s00113-017-0331-4.
  14. Thesleff A., Branemark R., Hakansson B., Ortiz-Catalan M. Biomechanical characterisation of bone-anchored implant systems for amputation limb prostheses: a systematic review. Ann Biomed Eng. 2018;46(3): 377-391. doi: 10.1007/s10439-017-1976-4.
  15. Branemark R.P., Hagberg K., Kulbacka-Ortiz K., Berlin O., Rydevik B. Osseointegrated percutaneous prosthetic system for the treatment of patients with transfemoral amputation: a prospective five-year follow-up of patient-reported outcomes and complications. J Am Acad Orthop Surg. 2019;27(16):e743-e751. doi: 10.5435/JAAOS-D-17-00621.
  16. Meric G., Mageiros L., Pensar J., Laabei M., Yahara K., Pascoe B. et al. Disease-associated genotypes of the commensal skin bacterium Staphylococcus epidermidis. Nature Communications. 2018;9(1):5034. doi: 10.1038/s41467-018-07368-7.
  17. Zaborowska M., Tillander J., Branemark R., Hagberg L., Thomsen P., Trobos M. Biofilm formation and antimicrobial susceptibility of staphylococci and enterococci from osteomyelitis associated with percutaneous orthopaedic implants. J Biomed Mater Res Part B. 2017;105(8):2630-2640. doi: 10.1002/jbm.b.33803.
  18. Tillander J., Hagberg K., Berlin O., Hagberg L., Branemark R. Osteomyelitis risk in patients with transfemoral amputations treated with osseointegration prostheses. Clin Orthop Relat Res. 2017;475(12):3100-3108. doi: 10.1007/s11999-017-5507-2.
  19. Egert M., Simmering R., Riedel C.U. The association of the skin microbiota with health, immunity, and disease. Clin Pharmacol Ther. 2017;102(1):62-69. doi: 10.1002/cpt.698.
  20. Dantas T., Padrao J., da Silva M.R., Pinto P., Madeira S. et al. Bacteria co-culture adhesion on different texturized zirconia surfaces. J Mech Behav Biomed Mater. 2021;123:104786. doi: 10.1016/j.jmbbm.2021.104786.
  21. Pääkkönen M., Kallio M.J., Kallio P.E., Peltola H. C-reactive protein versus erythrocyte sedimentation rate, white blood cell count and alkaline phosphatase in diagnosing bacteraemia in bone and joint infections. J Paediatr Child Health. 2013;49(3):E189-192. doi: 10.1111/jpc.12122.
  22. Гаюк В.Д., Клюшин Н.М., Бурнашов С.И. Воспаление мягких тканей вокруг чрескостных элементов и спицевой остеомиелит: литературный обзор. Гений ортопедии. 2019;25(3):407-412. doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-3-407-412. Gayuk V.D., Kliushin N.M., Burnashov S.I. [Pin site soft tissue infection and osteomyelitis: literature review]. Genij Ortopedii. 2019;25(3):407-412. (In Russian). doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-3-407-412.
  23. Overmann A.L., Aparicio C., Richards J.T., Mutreja I., Fischer N.G., Wade S.M. et al. Orthopaedic osseointegration: Implantology and future directions. J Orthop Res. 2020;38(7):1445-1454. doi: 10.1002/jor.24576.
  24. Lenneras M., Tsikandylakis G., Trobos M., Omar O., Vazirisani F., Palmquist A. et al. The clinical, radiological, microbiological, and molecular profile of the skin-penetration site of transfemoral amputees treated with bone-anchored prostheses. J Biomed Mater Res A. 2017;105(2):578-589. doi: 10.1002/jbm.a.35935.
  25. Gristina A.G. Biomaterial-centered infection: microbial adhesion versus tissue integration. Science. 1987;237(4822):1588-1595. doi: 10.1126/science.3629258.
  26. Pilz M., Staats K., Tobudic S., Assadian O., Presterl E., Windhager R. et al. Zirconium nitride coating reduced staphylococcus epidermidis biofilm formation on orthopaedic implant surfaces: an in vitro study. Clin Orthop Relat Res. 2019;477(2):461-466. doi: 10.1097/CORR.0000000000000568.
  27. Rochford E.T., Subbiahdoss G., Moriarty T.F., Poulsson A.H., van der Mei H.C., Busscher H.J. et al. An in vitro investigation of bacteria-osteoblast competition on oxygen plasma-modified PEEK. J Biomed Mater Res A. 2014;102(12):4427-4434. doi: 10.1002/jbm.a.35130.
  28. Subbiahdoss G., Kuijer R., Busscher H., van der Mei H. Mammalian cell growth versus biofilm formation on biomaterial surfaces in an in vitro post-operative contamination model. Microbiology. 2010;156 (Pt 10):3073-3078. doi: 10.1099/mic.0.040378-0.
  29. Campoccia D., Testoni F., Ravaioli S., Cangini I., Maso A., Speziale P. et al. Orthopedic implant infections: incompetence of Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus lugdunensis, and Enterococcus faecalis to invade osteoblasts. J Biomed Mater Res A. 2016;104(3):788-801. doi: 10.1002/jbm.a.35564.
  30. Stracquadanio S., Musso N., Costantino A., Lazzaro L.M., Stefani S., Bongiorno D. Staphylococcus aureus internalization in osteoblast cells: mechanisms, interactions and biochemical processes. What did we learn from experimental models? Pathogens. 2021;10(2):239. doi: 10.3390/pathogens10020239.
  31. Hinton P.V., Rackard S.M., Kennedy O.D. In vivo osteocyte mechanotransduction: recent developments and future directions. Curr Osteoporos Rep. 2018;16(6):746-753. doi: 10.1007/s11914-018-0485-1.
  32. Maycas M., Esbrit P., Gortázar A.R. Molecular mechanisms in bone mechanotransduction. Histol Histopathol. 2017;32(8):751-760. doi: 10.14670/HH-11-858.
  33. Somemura S., Kumai T., Yatabe K., Sasaki C. Fujiya H., Niki H. et al. Physiologic mechanical stress directly induces bone formation by activating glucose transporter 1 (GLUT 1) in osteoblasts, inducing signaling via NAD+-dependent deacetylase (Sirtuin 1) and Runt-Related Transcription Factor 2 (Runx2). Int J Mol Sci. 2021;22(16):9070. doi: 10.3390/ijms22169070.
  34. Солдатов Ю.П., Стогов М.В., Овчинников Е.Н., Губин А.В., Городнова Н.В. Аппарат внешней фиксации конструкции Г.А. Илизарова. Оценка клинической эффективности и безопасности (обзор литературы). Гений ортопедии. 2019;25(4):588-599. doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-4-588-599. Soldatov Yu.P., Stogov M.V., Ovchinnikov E.N., Gubin A.V., Gorodnova N.V. [Evaluation of clinical efficacy and safety of the Ilizarov apparatus for external fixation (literature review)]. Genij Ortopedii. 2019;25(4):588-599. (In Russian). doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-4-588-599.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рентгенограммы после операции. Имплантат в большеберцовой кости: a — без компрессионного устройства (группа 1); b — с компрессионным устройством

Скачать (23KB)
Метаданные

© Стогов М.В., Еманов А.А., Годовых Н.В., Овчинников Е.Н., Тушина Н.В., Кузнецов В.П., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».