Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние проблемы патоморфологии, диагностики и лечения глубокой хирургической инфекции тазобедренного сустава (обзор литературы) 15
1.1 Критические аспекты эпидемиологии и систематизации хирургической инфекции тазобедренного сустава 15
1.2 Общая характеристика патоморфологии инфекционного процесса и его особенностей в опорных тканях 35
1.3 Современные методы лечения глубокой хирургической инфекции тазобедренного сустава .52
ГЛАВА 2 Материалы и методы исследования .69
2.1 Экспериментальная часть исследования 69
2.1.1 Характеристика экспериментального материала 69
2.1.2 Методика оперативного лечения, изготовления и применения антибактериальных спейсеров тазобедренного сустава 71
2.1.3 Методы экспериментального исследования
2.2 Протокол стендовых испытаний использования ультразвуковых технологий в эндопротезировании тазобедренного сустава 80
2.3 Клиническая часть исследования
2.3.1 Клинико-статистическая характеристика групп больных .86
2.3.2 Лечебная тактика и методы клинического исследования .92
2.4 Методы статистической обработки полученных данных
глава 3 Результаты применения спейсеров при экспериментальной остеомиелитической деструкции вертлужной впадины и проксимального отдела бедренной кости 98
3.1 Получение и клиническое подтверждение инфекционного процесса структур тазобедренного сустава – стартовая цель экспериментального исследования 98
3.1.1 Способ получения экспериментальной модели деструктивного гнойного коксита 98
3.1.2 Корреляция клинической картины, гематологических и иммунологических показателей у лабораторных животных в условиях остеомиелитического гнойного коксита 105
3.2 Эффективность применения спейсеров при послеоперационной остеомиелитической деструкции костных структур тазобедренного сустава .112
3.2.1 Динамика общей и локальной клинической картины 112
3.2.2 Изменения гематологических и иммунологических данных 116
3.2.3 Структура и показатели высеваемости патогенного изолята в процессе санации инфекционного очага 121
3.3 Репаративная регенерация костных структур как завершающий этап развития гнойного процесса при применении спейсеров 124
3.3.1 Рентгенологическая картина восстановления вертлужной впадины .124
3.3.2 Морфологическая верификация динамики остеогенных процессов 133
Глава 4 Клиническое обоснование использования спейсеров и низкочастотного ультразвука в этапной санации и артропластике тазобедренного сустава .
4.1 Особенности клинико-рентгенологической картины первичных гематогенных бактериальных артритов тазобедренного сустава 179
4.2 Клинические варианты течения послеоперационных остеомиелитических артритов тазобедренного сустава 187
4.3 Варианты остеомиелитической деструкции и локализации параартикулярных гнойных процессов при поздней глубокой периэндопротезной инфекции тазобедренного сустава .194
4.4 Новые варианты антибактериальных спейсеров тазобедренного сустава и формообразующие для их интраоперационного изготовления .198
4.4.1 Артикулирующий спейсер с метадиафизарной фиксацией, технология его интраоперационого изготовления и применения .198
4.4.2 Варианты неартикулирующих динамических антибактериальных спейсеров тазобедренного сустава .
4.5 Особенности элюции антибиотика из различных вариантов спейсеров тазобедренного сустава 216
4.6 Способ удаления стабильных компонентов эндопротезов тазобедренного сустава с применением низкочастотного ультразвука и устройства для его осуществления .226
Глава 5 Сравнительные результаты лечения больных с остеомиелитическими кокситами .. 243
5.1 Алгоритм санирующих мероприятий при различных вариантах глубокой хирургической инфекции тазобедренного сустава 243
5.2 Оценка показателей результативности выполнения санационного этапа системы ортопедического лечения больных с остеомиелитическими кокситами 251
5.2.1 Сравнительная оценка гематологических показателей 251
5.2.2 Варианты заживления послеоперационной раны, структура и динамика микробиологического пейзажа 262
5.2.3 Среднесрочные результаты подавления инфекции .271
5.3 Динамика показателей оптической плотности рентгенографического изображения костных структур вертлужной впадины .289
5.4 Клинико-морфологическая оценка ближайших и отдаленных результатов итоговой артропластики тазобедренного сустава .302
Заключение 310
Выводы 331
Практические рекомендации .333
Список литературы
- Общая характеристика патоморфологии инфекционного процесса и его особенностей в опорных тканях
- Методы экспериментального исследования
- Корреляция клинической картины, гематологических и иммунологических показателей у лабораторных животных в условиях остеомиелитического гнойного коксита
- Клинические варианты течения послеоперационных остеомиелитических артритов тазобедренного сустава
Введение к работе
Актуальность темы исследования и степень её разработанности.
Глубокая хирургическая инфекция тазобедренного сустава, манифестирующая
в виде бактериального деструктивного коксита и включающая первичные
гематогенные (септические) кокситы, а также послеоперационную инфекцию,
развившуюся после остеосинтеза или эндопротезирования, занимает особое и
весьма значимое место в ортопедической хирургии крупных суставов [Б.С.
Белов 2010; Р. М. Тихилов и др. 2013; M. J. Parker et al. 2007; J. Parvizi et al.
2011, 2013].
Это объясняется в первую очередь высокой частотой регистрации перечисленных этиологических форм бактериальных процессов, не имеющей тенденции к снижению. Так, первичные гематогенные кокситы являются одной из наиболее тяжелых по течению и неблагоприятных по прогнозу бактериальных патологий и ведут к потере функции сустава до 50% случаев [M. Wick et al., 2003; M. Kusma et al. 2012; C. Dim et al. 2014], с числом вторичных септических состояний и летальных исходов, составляющих 5%-18% [M. E. Shirtliff et al., 2002; A. J. Geirsson et al., 2008; C. J. Mathews et al., 2010].
Остеосинтез переломов проксимального отдела бедренной кости, интра-и периацетабулярных переломов костей таза сохраняет неизменное количество инфекционных осложнений, развивающихся до 16% случаев, провоцируя несращения переломов этой области в 30,1%, что в целом является причиной значительного числа (13%) повторных оперативных вмешательств и необратимого снижения функции сустава [А. В. Скороглядов и др., 2004; V. Mathews et al., 2004; J. Sipil et al., 2004; A. Kumar et al., 2005; P.-H. Hsieh et al., 2006; M. J. Parker et al., 2007; R. Rambania et al., 2010; T. Suzuki et al., 2010; M. Silveira et al., 2011].
Уровень глубокой инфекции после первичной замены тазобедренного сустава стабильно составляет от 1,2% до 1,8%, а при ревизионных вмешательствах достигает 29,3% [И. Ф. Ахтямов, 2006; В. М. Прохоренко, В. В.
4 Павлов, 2010; А. Б. Слободской и др. 2015; K. J. Bozic, M. D. Ries, 2005; T. N. Peel et al., 2012;]. Подавление инфекции после двухступенчатой реимплантации регистрируется только в 76% - 83% случаев при риске рецидива инфекции не менее чем в 8,5%-12,7% [J. Lange et al., 2012; K. R. Berend et al., 2013].
При первичных гематогенных бактериальных кокситах спектр
хирургических мероприятий начинается от пункционного ведения и
артроскопической санации и заканчивается расширенными резекциями и
артродезом, что ведет к противоречивым и неутешительным окончательным
результатам лечения [M. Wick et al., 2003; M. Kusma et al., 2012]. Возможность
достижения полной лечебной и функциональной реабилитации с
использованием технологий этапного лечения, завершающихся
эндопротезированием тазобедренного сустава, приводится в немногочисленных опубликованных научных исследованиях, не имеет четких показаний и сроков выполнения [F. Vilchez et al., 2011; M. Ettinger, M. Petri, 2012; E. Muoz-Mahamud et al., 2012]. Кроме того, в научной литературе не представлена систематизация вариантов течения первичных гематогенных кокситов в зависимости от локализации инфекционного процесса, что затрудняет выполнение диагностических и активных хирургических мероприятий.
Проблема лечения инфекционных осложнений остеосинтеза переломов проксимального отдела бедренной кости и вертлужной впадины осложняется наличием не только фиксирующей металлоконструкции, но и необходимостью восстановления опорной функции конечности при различной степени консолидации перелома [C. C. Wu, W. J. Chen, 2003; J. Sipil et al., 2004; H. Sharma, R. Kakar, 2006; T. A. El-khadrawe et al., 2012]. Предлагаемые варианты и методы окончательной хирургической и ортопедической реабилитации в виде санации, сохранения металлоконструкций или реостеосинтеза приводят к длительному лечению с малопрогнозируемым результатом.
Основным и наиболее эффективным методом лечения поздней глубокой
периэндопротезной инфекции является двухэтапное ревизионное
эндопротезирование с применением спейсеров на первом этапе после удаления
5
инфицированных компонентов эндопротеза [Р. М. Тихилов и др., 2008; A. D.
Toms et al., 2006.]. Такой подход ведет в 76-91,5% случаев к успеху при
заключительной ревизии [J. Lange et al., 2012.; K. R. Berend et al., 2013].
Неполностью решенными при лечении данной патологии являются проблемы
выбора оптимального варианта спейсера при сочетании его установки с
необходимостью дренирования костномозгового канала или полости таза при
наличии различных форм локальной бактериальной инфекции. Нестабильность
преформированного артикулирующего спейсера, возникающая при выявлении
остеомиелитических или пострезекционных дефектов костных структур
вертлужной впадины или проксимального отдела бедренной кости, требует
дифференцированного подхода, выработки алгоритма использования
преформированных и разработки новых вариантов динамических спейсеров,
обеспечивающих наиболее приемлемое сочетание санирующего и
функционального эффектов. Наконец, нерешенность проблемы определения
оптимальных условий и сроков выполнения ревизионных процедур после
купирования инфекции оставляет широкое поле для исследования и
обсуждения. В целом изложенные варианты хирургической инфекции
тазобедренного сустава, несмотря на кажущие принципиальные различия,
имеют однотипное течение, заключающееся в конечном развитии
деструктивного бактериального коксита, необратимо поражающего все анатомические элементы сустава, а значит, выработка стандартизированного комплексного подхода к лечению с акцентом на возможность успешного выполнения завершающего ортопедического этапа становится востребованной.
Замещение утраченных вследствие бактериального остеолиза костных структур традиционно проводится путем использования остеоиндуктивных материалов и ортопедических конструкций, что в итоге значительно усложняет и увеличивает стоимость лечения [В. И. Шевцов и др., 1996; K. N. Malizos, 2005; C. Colnot, 2009; A. R. Amini et al., 2012]. Вероятность органотипического восстановления кости рассматривается в ограниченном ряде работ, посвященных в основном оптимизации и стимуляции репаративной
6 регенерации при острой травме или её последствиях. Объективизация возможности регенерации костных структур тазобедренного сустава при инфекционном процессе является в настоящее время малоизученной проблемой, как в условиях эксперимента, так и в клинике [E. Ahlmann et al, 2002; W. C. Pederson, D. W. Person, 2007; P. V. Giannoudis et al., 2009; A. V. Korompilias et. al., 2009], а разрешение этой проблемы может привести к улучшению результатов и снижению затрат на лечение.
Интраоперационное использование ультразвуковых технологий
расширяет возможности и значительно улучшает результат хирургической
санации при удалении стабильных компонентов эндопротеза, что подчеркнуто
в ряде современных публикаций [Л. Б. Резник и др., 2012; P. R. Aldinger et al.,
2009]. Однако ресурс применения контактного разрушающего действия и
потенцирования антибактериального эффекта имеет значительный
неизученный потенциал, требует проведения дальнейших экспериментальных и клинических изысканий и внедрения разработок в ортопедическую практику. Все изложенное определило тему, цели и задачи данного исследования.
Цель исследования: разработать и научно обосновать
стандартизированный комплексный подход к лечению остеомиелитических бактериальных кокситов на основе сочетания новых принципов хирургической санации и ортопедической коррекции.
Задачи исследования
-
Разработать экспериментальную модель деструктивного гнойного коксита.
-
В условиях эксперимента выявить рентгенологические и морфологические закономерности процессов остеомиелитической деструкции и репаративной регенерации костных структур в условиях резекционной артропластики и применении различных вариантов локальных антибактериальных носителей.
-
На основе изучения клинико-рентгенологических вариантов течения хирургической инфекции тазобедренного сустава выделить формы первичных гематогенных и послеоперационных остеомиелитических кокситов.
-
Предложить и экспериментально обосновать новые методы удаления инфицированных стабильных компонентов эндопротезов цементной фиксации с использованием оригинальных ультразвуковых инструментов-волноводов.
-
Изучить в условиях эксперимента элюцию антибиотиков на примере ванкомицина из различных типов локальных антибактериальных имплантов, изготовленных на основе полиметилметакрилата.
-
Разработать технологию изготовления и тактику применения различных вариантов спейсеров тазобедренного сустава в зависимости от локализации и формы инфекционного процесса, величины и характера остеомиелитических и пострезекционных костных дефектов.
-
Разработать алгоритм лечения различных форм остеомиелитических кокситов.
-
Провести сравнительный анализ результатов лечения больных с различными формами остеомиелитических кокситов при использовании разработанных и традиционных методов санации и ортопедической коррекции.
Научная новизна исследования
На оригинальной модели деструктивного бактериального коксита у экспериментальных животных (Патент РФ на изобретение №2494468) установлены особенности течения инфекционного процесса и репаративной регенерации костно-хрящевых структур тазобедренного сустава при различных вариантах хирургической санации.
Доказана возможность реституции костных структур вертлужной впадины под воздействием артикулирующего спейсера как закономерного течения завершающего этапа инфекционного процесса.
На основе клинико-рентгенологического анализа впервые выделены различные формы деструктивных бактериальных кокситов.
Обоснована эффективность применения и разработана технология использования новых типов модифицированных ультразвуковых волноводов при удалении инфицированных компонентов эндопротеза.
Изучены особенности элюции антибиотиков на примере ванкомицина из различных типов локальных антибактериальных имплантов, изготовленных на основе полиметилметакрилата.
Разработаны новые варианты артикулирующих и неартикулирующих динамических спейсеров тазобедренного сустава, определена тактика их использования в зависимости от локализации и формы инфекционного процесса, величины и характера остеомиелитических и пострезекционных костных дефектов проксимального отдела бедренной кости и вертлужной впадины (Патенты РФ на полезную модель № 110262, № 110263, № 138352).
Разработана система комплексного ортопедического лечения больных с
остеомиелитическими деструктивными бактериальными кокситами,
обеспечивающая оптимизацию течения репаративных процессов костных
структур, условия для сокращения тяжести и травматичности
реконструктивных ортопедических вмешательств, улучшения окончательного функционального результата.
Теоретическая и практическая значимость исследования
Результаты экспериментальных исследований углубляют представления о вариантах течения завершающих этапов инфекционного процесса и механизмах репаративной регенерации костной ткани. Показана значимость механической стабилизации и сохранения нагрузки для органотипического восстановления костных структур тазобедренного сустава. Экспериментально подтверждена высокая антибактериальная активность спейсеров, установлены временные критерии элюции антибиотиков из полиметилметакрилата. На основании результатов проведенных исследований разработан новый алгоритм лечения хирургической инфекции тазобедренного сустава, сочетающий ранние мероприятия в виде хирургической санации, дополненной интраоперационным применением модифицированных хирургических ультразвуковых технологий и
9
индивидуализированным подходом к применению различных вариантов
спейсеров, а также завершающие – в объеме эндопротезирования
тазобедренного сустава, варианты и сроки которого определяются степенью
подавления инфекции и восстановления костных структур. Предложенный
лечебный алгоритм позволяет уменьшить число осложнений, рецидивов
заболевания, улучшить анатомо-функциональные результаты, как в
межэтапном периоде, так и после завершения ортопедической коррекции.
Методология и методы исследования
Методология исследования базировалась на системном подходе,
объединяющем общенаучные и специальные методы исследования. Для
постановки проблемы и предложения цели и задач был произведен
интегративный анализ отечественной и зарубежной научной литературы с
последующей разработкой дизайна работы, включающего два раздела –
экспериментальный и клинический. Экспериментальный раздел состоял из трех
серий исследований. Первая серия, выполненная на лабораторных животных,
была направлена на изучение выдвинутой концепции о возможной реституции
костных структур тазобедренного сустава как закономерного этапа развития
инфекционного процесса костной ткани. При этом использовались
клинические, лабораторные, рентгенологические морфологические и
статистические методы исследования. Вторая серия определяла критерии эффективности, безопасности и параметры интраоперационного использования ультразвуковых технологий в эндопротезировании тазобедренного сустава, для чего был проведен ряд стендовых лабораторных испытаний с изучением интересующих физических факторов (деполяризационных, температурных, прочностных). Третья серия экспериментальной части исследования была посвящена изучению особенностей элюции антибиотика (на примере ванкомицина) из различных вариантов локальных антибактериальных носителей, изготовленных на основе полиметилметакрилата. Исследование проводилось методом жидкостной хроматографии с автоматической УФ-спектрофотометрией.
10
Клинический раздел работы включал в себя контролируемое
рандомизированное открытое сравнительное проспективное когортное
исследование, разработанное в соответствии со стандартами и правилами
проведения экспериментов в клинической практике в РФ. В нем приняли
добровольное участие 154 пациента, которым выполнялись
стандартизированные лабораторные и инструментальные методы исследования. Статистическая обработка полученного фактического материала проводилась с использованием непараметрических методов: U-критерия Манна-Уитни, парного T-критерия Вилкоксона, показателей ANOVA с повторными измерениями.
Положения, выносимые на защиту:
-
Развитие хирургической инфекции тазобедренного сустава при вовлеченности глубоких структур приобретает универсальный характер, реализуется независимо от этиологических факторов в виде бактериального деструктивного коксита и ведет к необратимой частичной или полной утрате функции сустава.
-
Инфекционный процесс в костной ткани вертлужной впадины и проксимального отдела бедренной кости характеризуется стадийностью изменений и завершается реституцией при условии наличия внешнего индуктора, восстанавливающего артикуляцию и оптимальное распределение нагрузки или субституцией при отсутствии такого индуктора.
-
Использование модифицированных хирургических ультразвуковых технологий существенно снижает травматичность удаления стабильных инфицированных компонентов эндопротеза цементной фиксации и инфицированной полимерной мантии, способствует сохранению костной массы, повышает первичный санирующий эффект.
-
Разработанный универсальный алгоритм хирургических мероприятий, заключающийся в использовании двухэтапной ортопедической санации с применением патогенетически и клинически обоснованных вариантов спейсеров на начальном и ревизионного эндопротезирования на
11 заключительном этапе, обеспечивает лучший итоговый лечебный и функциональный результат.
Степень достоверности и апробация результатов проведенных исследований
Достоверность проведенного диссертационного исследования
подтверждается выбранным дизайном (рандомизированное открытое
сравнительное проспективное когортное исследование), достаточным
количеством клинических (154 пациента в сроки до 8 лет) и экспериментальных (15 лабораторных животных) наблюдений, использованием корректных методов статистического анализа и критериев включения/исключения. Выбор числа наблюдений для исследования отдельных показателей в сравниваемых группах базировался на методике Н.А. Плохинского и был достаточным для получения достоверных результатов. Первичная документация проверена комиссией, утвержденной приказом ректора ФГБОУ ВО ОмГМУ № 140 от 29.08.2016 г.
Основные положения диссертационного исследования доложены и обсуждены на первом (учредительном) съезде травматологов-ортопедов Сибирского федерального округа (г. Белокуриха, 2009); ежегодной научно-практической конференции с международным участием «Вреденовские чтения» (г. Санкт-Петербург, 2009, 2011, 2012); V и VII Межрегиональных научно-практических конференциях «Актуальные вопросы хирургии» (г. Омск, 2011, 2013); научно-практической конференции с международным участием «Илизаровские чтения» (г. Курган, 2011, 2016); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Ошибки и осложнения в травматологии и ортопедии» (г. Омск, 2011, 2013, 2015); I Конгрессе травматологов и ортопедов столицы (г. Москва, 2012); научно-практической конференции «Гнойные осложнения в травматологии и ортопедии» (г. Санкт-Петербург, 2012); 17-ом обучающем курсе SICOT (г. Москва, 2012); XVII Российском национальном конгрессе «Человек и его здоровье» (г. Санкт-Петербург, 2012); Всероссийской научно-практической
12 конференции с международным участием "Проблемы диагностики и лечения повреждений и заболеваний тазобедренного сустава» (г. Казань, 2013); X Юбилейном Всероссийском съезде травматологов-ортопедов (г. Москва, 2014); 2-ом Международном конгрессе "Раны и раневые инфекции" (г. Москва, 2014); VII межрегиональной научно-практической конференции "Актуальные вопросы эндопротезирования крупных суставов" (г. Чебоксары, 2015); Всероссийской научно-образовательной конференции «Научные достижения и современные технологии в Российской травматологии и ортопедии», IV Съезде травматологов-ортопедов Сибирского федерального округа, г. Омск, 2017.
Разработанные в процессе исследования алгоритм диагностики и
лечения хирургической инфекции тазобедренного сустава, новые
ультразвуковые волноводы, варианты спейсеров и формообразующих
используются в отделениях ортопедии и гнойной хирургии Клинического
медико-хирургического центра г. Омска, травматолого-ортопедическом
отделении Отделенческой клинической больницы ст. Омск,
травматологическом и ортопедическом отделениях МСЧ № 4 г. Омска, отделениях гнойной хирургии и травматологии Городской больницы скорой медицинской помощи № 2 г. Омска. Экспериментальные и клинические данные по морфологической верификации течения инфекционного процесса и особенностям регенерации костных структур, разработанный лечебный алгоритм используются в образовательном процессе обучения студентов 5 и 6-х курсов, интернов, ординаторов и курсантов системы последипломного образования на кафедре травматологии и ортопедии Омского государственного медицинского университета.
Публикации по теме исследования
По теме диссертации, опубликовано 27 научных работ, из них 15 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации материалов по кандидатским и докторским диссертациям, зарегистрированы 2 новых медицинских технологии, получены 5 патентов РФ на изобретения.
Личный вклад автора
Автор лично выполнил все операции по экспериментальному получению
модели бактериального деструктивного коксита и санирующие операции с
установкой спейсеров у лабораторных животных, проводил забор
морфологического материала и посмертное исследование сосудистого русла по
методу Гауха. Автор предложил варианты модификации ультразвуковых
волноводов для фрагментации и удаления полимерного ацетабулярного
компонента эндопротеза и типы спейсеров, принял участие в разработке
волноводов, спейсеров и формообразующих для их изготовления, выполнил
клиническую апробацию всех изготовленных моделей. Автор разработал
дизайн исследования по элюции ванкомицина, изготовил варианты
антибактериальных носителей, обобщил, систематизировал, статистически
обработал и интерпретировал полученные данные. Автору принадлежит
аналитический обзор литературы, систематизация клинических наблюдений,
им полностью выполнен анализ полученных клинических, рентгенологических
и функциональных данных. Автор лично выполнил или принял
непосредственное участие в более 90% всех первичных санирующих и окончательных ревизионных оперативных вмешательств, в послеоперационном ведении и анкетировании пациентов.
Объем и структура работы
Общая характеристика патоморфологии инфекционного процесса и его особенностей в опорных тканях
Новейшая история развития травматологии и ортопедии преимущественно связана с дальнейшим изучением, переосмыслением и систематизацией патологических механизмов, развивающихся при травмах и дегенеративно дистрофических заболеваниях опорно-двигательного аппарата. Это инициирует разработку и внедрение новых технологий консервативного лечения, оперативных приемов, систем остеосинтеза и эндопротезирования. Такое практически исключительное внимание к «чистой» ортопедической хирургии объяснимо актуальностью возникающих задач, нарастающей обширностью и разнообразием накопленных знаний, появлением новых абиогенных материалов, а главное – неизменной общественной потребностью в восстановлении утраченного качества жизни пациентов. Однако оборотной стороной усложнения методологических и технических решений лечебного процесса является прогнозируемое увеличения числа осложнений, среди которых ведущее место традиционно занимают инфекционные, составляя от 1,92% до 9,0% [179; 350].
Ортопедическая хирургия тазобедренного сустава в настоящее время также переживает новый и весьма продуктивный этап развития, что связано с целым рядом объективных факторов. К их числу следует отнести общепризнанную сегодня агрессивную тактику лечения больных с переломами проксимального отдела бедренной кости. Причиной этого является бесперспективность консервативного лечения на фоне общего постарения населения и увеличения числа пациентов с остеопорозом и другой системной патологией [165; 208; 318; 447]. Использование современных систем остеосинтеза, гарантирующих надежную, функциональную и малотравматичную фиксацию отломков, подталкивает специалистов к более широкому и обоснованному применению оперативных методов лечения [215; 338; 342]. При бесперспективности сращения эффективной альтернативой остеосинтезу становится ургентное эндопротезирование тазобедренного сустава [182; 474], которому некоторые авторы склонны отдавать предпочтение [286]. К следующим по порядку, но не по значимости факторам следует отнести вернувшийся в ортопедическом сообществе интерес к органосохраняющим операциям при травмах, диспластических и дегенеративно-дистрофических заболеваниях тазобедренного сустава. Современные варианты периацетабулярных остеотомий и реконструкций проксимального отдела бедренной кости способны отсрочить или заменить тотальное замещение тазобедренного сустава [332; 399; 425; 463; 475]. И, наконец, эндопротезирование, ставшее рутинной операцией при первичной артропластике и все в более возрастающем количестве выполняемое ревизионно, продолжает оставаться ведущим методом хирургической реабилитации при тяжелом необратимом поражении тазобедренного сустава [22; 71]. Следует отметить, что каждый из представленных вариантов оперативного лечения неизбежно имеет ряд поздних глубоких инфекционных осложнений, которые при наличии некоторых особенностей патогенеза в целом носят универсальный характер и проявляются в конечном итоге клинической картиной инфекционного бактериального коксита. Причиной последнего в указанных случаях становится патогенетический ряд, который проходит инфекционный процесс, начинаясь от имплант-ассоциированной инфекции, что ведет к последующей остеомиелитической деструкции и заканчивается тотальным поражением структур тазобедренного сустава. Но спектр хирургической инфекции тазобедренного сустава не может ограничиваться исключительно послеоперационной и периимплантной инфекцией. В последнее время обоснованное внимание ортопедов начинает смещаться к изучению другого, не менее тяжелого, ведущего к столь же катастрофическим последствиям для тазобедренного сустава патологическому процессу, представляющему реальную угрозу для жизни пациента – первично гематогенному (септическому) бактериальному кокситу [192; 204; 291; 243]. Объединяющими факторами, позволяющими рассматривать и септические кокситы и позднюю имплант ассоциированную инфекцию и гематогенные остеомиелиты проксимального отдела бедренной кости и вертлужной впадины как близкие и нуждающиеся в выработке единого понимания и единой стратегии лечения патологические процессы являются, кроме общей анатомической локализации и этиопатогенетических особенностей гематогенной микробной дессиминации, тяжелое поражение всех анатомо-функциональных составляющих сустава, которое ведет к полной потере его стато-динамической функции и необходимости выполнения «чистого» ортопедического восстановительного этапа лечения, которое невозможно без доказательного подавления инфекции.
Бактериальный коксит относится к группе пиогенных артритов (М00 согласно МКБ 10) и характеризуется как «воспалительный процесс, связанный с попаданием и развитием в суставе гноеродной инфекции» [7]. Первичные бактериальные гематогенные (инфекционные, септические) артриты являются одной из наиболее тяжелых по течению и неблагоприятных по прогнозу инфекционных патологий опорно-двигательной системы и ведут к потере функции сустава до 50% случаев [116; 117; 291; 331; 450], при этом число вторичных септических состояний и летальных исходов составляет от 5% до 18% [119; 154; 227; 309; 412]. В связи с этим существует обоснованное мнение, что вероятно следует «расценивать каждый острый моноартрит как инфекционный, пока не доказано обратное» [6]. Необходимо отметить, что количество больных септическими артритами не имеет тенденции к снижению, так J. J. Dubost с соавт. сообщили, что анализируя более 300 случаев за 20-летний период наблюдения они пришли к выводу, что ни заболеваемость, ни даже структура патогенов за исследуемое время существенно не изменились [331].
Методы экспериментального исследования
В последнее время широко обсуждается роль макроорганизма в таком развитии патологического инфекционного процесса, которое приводит к тяжелому повреждению высокоспециализированных опорных тканей. Высказывается мнение, что гиперергическая реакция иммунной системы в ответ на инвазию патогена создает условия для дальнейшего распространения инфекции, «расчищая для него пространство» [300; 479]. Это реализуется каскадом механизмов, начинающихся с продукции провоспалительных цитокинов (IL-1, IL-6, IL-8, TNF) моноцитами, нейтрофилами [32; 103; 299], и ведущих в итоге к избыточному накоплению основных, определяющих процессы резорбции и ремоделирования тканей, представителей семейства цинк-зависимых эндопептидаз – матриксных металлопротеиназ (ММП) [42]. Последние синтезируются и секретируются разнообразными клеточными представителями, включая мезенхимальные стромальные клетки, фибробласты, остеобласты, фагоциты, лейкоциты и в обычных условиях определяются в тканях в незначительных количествах [38]. При активации воспалительного ответа и последующей гиперпродукции ММП (ведущая роль среди активаторов принадлежит IL-1), наступает деградация и резорбция межклеточного матрикса, в том числе и за счет непосредственной стимуляции остеокластов [252]. А поскольку избыточное количество МПП (особенно МПП-2 и МПП-9) определяет антагонизм между процессами воспаления и репаративного гистогенеза [21], то при продолжающейся микробной инвазии деструктивные изменения в кости непрерывно нарастают. Подобная роль МПП описана и в процессах разрушения хрящевой ткани при ревматоидных заболеваниях, где деградация протеогликанов и коллагена вызывается МПП-1, МПП-8 и МПП-13 [107; 271]. Корреляция этого воспалительного процесса с инфекционным может служить объяснением быстрой гибели гиалинового хряща, наблюдаемой при прорыве инфекции в полость сустава в случае остеомиелитического поражения или при первичных гнойных артритах. С другой стороны, снижение гуморального и клеточного звеньев иммунитета также может стать одним из вероятностных факторов патогенеза. В качестве доказательств такого предположения сообщается о высокой смертности ВИЧ-инфицированных пациентов от осложненного течения скелетно-мышечных инфекций [326], у этой же категории больных чаще встречаются формы заболеваний, вызванные нетипичной микрофлорой [437]. Нарушения иммунитета, характерные для некоторых системных заболеваний крови, таких как серповидно-клеточная анемия, лимфогрануломатоз, способствует инвазии атипичной грибковой или сальмонеллезной флоры [188; 407; 415].
Отмечено, что генетическая предрасположенность является тем фактором, который может объяснять возникновение костной и суставной инфекции. Так, обнаружено, что встречаемость некоторых генотипов IL-1, IL-4, IL-6 гораздо выше у пациентов с остеомиелитом, чем в общей популяции [261; 267], то же касается выраженного полиморфизма регуляции матриксных металлопротеиназ у больных остеомиелитами в отличии от здоровых [99]. Избыточная выработка ММП, вызванная воздействием различных мутагенов на остеобласты, также может определять патологическую деструкцию костной и суставных тканей [106; 210].
Несмотря на вышеприведенные факты невозможно отрицать ведущую роль микробного фактора в развитии инфекционного процесса опорных тканей. По мнению большинства авторов, в качестве основного патогена остеомиелита и гнойного артрита взрослого населения выступает St. аureus, идентифицирующийся от 30% до 75% случаев [89; 232; 302; 366; 392; 452], в отличие от остеомиелитов детского возраста, где превалируют Streptococcus agalactiae, Escherichia coli, Haemophilus influenzae и Kingella kingae (Moraxella M 1) [156; 253; 276; 339]. Объяснение доминирования среди патогенов золотистого стафилококка заключается в экспрессии множества факторов, которые способствуют его высокой вневаскулярной адгезии к элементам внеклеточного матрикса (extracellular matrix – ECM). ЕСМ содержит ряд биологических структур, таких как фибронектин, фибриноген, альбумин, витронектин, коллаген и служит в качестве организующего субстрата для клеточных элементов хозяина, а в случае развития инфекции – становится первичным объектом колонизации. Золотистый стафилококк продуцирует белки-адгезины: fibronectin binding protein (FNBP), collagen binding protein (CNA) и fibrinogen clumping factor (CifA, CifB), способствующие, за счет связи с соответствующими структурами ЕСМ, фиксации микроорганизма, что является обязательным условием дальнейшего прогрессирования инфекции [218; 414]. Как рассматривалось ранее, развитие воспалительной реакции в области инвазии микроорганизмов ведет к активации матриксных металлопротеиназ и деградации компонентов матрикса, однако процесс «очищения пространства» для размножения патогена поддерживается и непосредственным влиянием последнего на клеточные элементы костной ткани. Адгезия стафилококка путем продукции различных субстанций, определяющих его вирулентность: белка А (агглютиногена А, SpA), полисахаридной капсулы, тейхоевых кислот, ферментов способствует развитию следующего каскада патологических реакций. Белок А, кроме ингибирования процессов фагоцитоза, оказывает непосредственное влияние на остеобласты и остеокласты связываясь и активируя различные рецепторы, в том числе –R-1 Tumour Necrosis Factor (TNFR-1) [422]. Это в свою очередь приводит к различным механизмам нарушения дифференцировки и активации остеокластов, угнетению пролиферации и апоптической гибели остеобластов, что в итоге вызывает прогрессирующий остеолиз, разрушение костной ткани, способствует дальнейшей инвазии и размножению микробов [128; 244; 420; 421; 423; 443].
Корреляция клинической картины, гематологических и иммунологических показателей у лабораторных животных в условиях остеомиелитического гнойного коксита
Экспериментальное исследование было проведено на базе вивария кафедры хирургии ФГБОУ ВО «Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина» (доктор вет. наук Ю. В. Чернигов) и кафедры судебной медицины с курсом правоведения ГОУ ВПО «Омский государственный медицинский университет» (зав. кафедрой – доктор мед. наук, профессор В.П. Конев). Задачами исследования являлись клиническое и морфологическое изучение инфекционного деструктивного процесса в костной ткани вертлужной впадины и проксимального отдела бедренной кости, а также возможностей и особенностей восстановления костных структур при использовании различных вариантов антибактериальных цементных систем (спейсеров). Для достижения поставленных задач необходимо было получить и исследовать деструктивный гнойный процесс в костных структурах вертлужной впадины и проксимального отдела бедренной кости, у лабораторных животных, структура, кровоснабжение и функция тазобедренного сустава которых по анатомическому строению, возможностям репаративной регенерации были бы относительно близки к тазобедренному суставу человека. [196]. Кроме того, исследуемые костные структуры тазобедренного сустава должны были быть достаточно крупными для того, чтобы после резекции и санации очага была возможность установки такого антибактериального цементного спейсера в костномозговой канал бедренной кости и вертлужную впадину, который был бы стабилен и содержал достаточное количество антибактериального препарата. В силу изложенных доводов оптимальными животными для выполнения запланированных исследований явились беспородные собаки. Вес животных колебался от 5 до 12кг, возраст от 12 до 18 месяцев. У собак этого возраста заканчивается структурное оформление суставной впадины независимо от полового диморфизма, при этом головка бедренной кости уже плотно контактирует с суставной впадиной, а инволютивные изменения развиваются в значительно более позднем возрасте (с 60 месяцев) [93]. Это создавало оптимальные условия для планируемого экспериментального исследования. Собаки содержались в одинаковых условиях и на одинаковом рационе, согласно рекомендациям по кормлению лабораторных животных, утвержденным институтом питания АМН СССР (1967г). Исследования проводились в соответствии с положениями, изложенными в приказе МЗ СССР № 754 от 12.08.77г. «О юридических и этических нормах проведения экспериментальных исследований на животных», а также учитывая принципы гуманности, постулированные в директивах Европейского сообщества (2010/63/EU).
Нами было выполнена серия экспериментов на 15 животных обоих полов. Все животные были разделены на три группы: контрольную группу, первую и вторую опытные группы – по 5 собак каждая. Во всех группах была получена экспериментальная модель гнойного коксита с верифицированной клинически, лабораторно и рентгенологически остеомиелитической деструкцией костных структур вертлужной впадины, головки и шейки бедренной кости. Затем всем животным выполнялось оперативное лечение в объеме артротомии, санации проксимального отдела бедренной кости путем е резекции на уровне базального отдела шейки. Санация вертлужной впадины достигалась резекцией в пределах здоровых тканей с помощью остеотомов и костных фрез в контрольной группе и экономной резекцией в обеих опытных группах. В контрольной группе операция заканчивалась промыванием раны растворами антибиотиков, дренированием и ушиванием. В обеих основных группах применялась иная тактика лечения, заключающаяся в установке вместо резецированных структур антибактериальных цементных спейсеров. В первой опытной группе вскрывался костномозговой канал бедренной кости, куда на костный цемент устанавливалась ножка артикулирующего цементного спейсера, головка последнего вправлялась в санированную вертлужную впадину. Во второй опытной группе использовался двухкомпонентный цементный спейсер, состоящий из вертлужного компонента, выполненного в виде сферы, соответствующей по размерам вертлужной впадине и бедренного компонента цилиндрической формы, повторяющего диаметр костномозгового канала и длиной 4-5см. В послеоперационном периоде во всех группах проводилась парентеральная антибактериальная терапия и перевязки. Животные выводились из эксперимента попарно из обеих опытных групп, а также из контрольной группы на 14-е, 30-е, 60-е, 90-е и 120-е сутки после санирующей операции.
Методика оперативного лечения, изготовления и применения антибактериальных спейсеров тазобедренного сустава Санирующее оперативное вмешательство проводилось на 30-е сутки после начала эксперимента. К этому сроку у всех лабораторных животных была достигнута экспериментальная модель деструкции костных структур тазобедренного сустава. В зависимости от распространенности гнойного процесса и предполагаемого уровня резекции использовались два варианта антибактериальных цементных спейсеров. В первой опытной группе после резекции сохранялись места прикрепления ротаторов бедра, кольцо, дно и верхний край вертлужной впадины. Наличие этих костных структур являлось основанием для установки артикулирующего спейсера с восстановлением стабильности сустава и отсутствием возможности его люксации в послеоперационном периоде. Во второй опытной группе в связи с предполагаемой высокой вероятностью нестабильности и люксации артикулирующего спейсера из-за разрушения или резекции указанных выше костных структур тазобедренного сустава использовался двухкомпонентный вариант спейсера. Основным аргументом применения именно такого варианта являлась необходимость исследования антибактериального эффекта и формообразующего влияния спейсера на костные структуры вертлужной впадины, которые существенно снижались или полностью выпадали при вывихе артикулирующего спейсера.
Методика оперативного лечения заключалась в следующем. Для подготовки к плановому оперативному вмешательству проводилась премедикация введением 0,1% раствора атропина и 2% раствора рометара. Всем животным выполнялся общий внутривенный наркоз дробным введением золетила 100 в дозировке по весу. В операционной животное фиксировалось на ветеринарном хирургическом столе Виноградова в положении на здоровом боку. После трехкратной обработки операционного поля 5% спиртовой настойкой йода и отграничения обработанной части конечности стерильным операционным бельем, производился оперативной доступ по старому послеоперационному рубцу, полученному при моделировании гнойного процесса. Обязательным этапом являлось иссечение свища или гнойной раны, резекция некротических и инфицированных тканей в глубине раны. После артротомии выделялась и вывихивалась головка бедренной кости, после чего осциллирующей пилой производилась резекция головки и шейки бедренной кости в базальном отделе. Шилом вскрывался костномозговой канал бедренной кости, рассверливался сверлами до необходимого диаметра. Ревизировалась вертлужная впадина, определялись очаги деструкции, которые удалялись остеотомами, шаровыми и коническими фрезами в пределах здоровых тканей. Рана обильно промывалась 3% раствором перекиси водорода и 0,5% водным раствором хлоргексидина-биглюконата. В дальнейшем в первой опытной группе с целью продленного антибактериального воздействия применялся артикулирующий спейсер. Основой для планирования размеров головки спейсера служила резецированная головка бедренной кости и использованный для обработки вертлужной впадины шаровидный ример. Спейсер изготавливался интраоперационно из полиметилметакрилата (костного цемента), содержащего антибиотик (гентамицин), армировался предизогнутым стержнем типа Богданова и устанавливался в костномозговой канал бедренной кости цементным способом фиксации (рис. 1).
Клинические варианты течения послеоперационных остеомиелитических артритов тазобедренного сустава
Клинические и лабораторные данные представленные выше убедительно свидетельствовали, что купирование инфекционного процесса достигалось у лабораторных животных в более короткие сроки в тех группах, где использовался локальный антибактериальный носитель. В обеих опытных группах раньше наступало заживление операционной раны, быстрее проходила нормализация гематологических и бактериологических показателей, однако динамика локальной картины в виде разрешения контрактуры и восстановления опороспособности оказалась несколько замедленной. Объяснить это противоречие необходимо было с точки зрения поставленной ранее одной из главных задач исследования, а именно понимания как ведут себя костные структуры проксимального отдела бедренной кости и вертлужной впадины при экономной органосохраняющей санирующей резекции, используемой в обеих основных группах.
Известно, что рентгенологическое исследование является базовым средством визуализации и оценки динамики патологических и восстановительных процессов, разворачивающихся в костном и суставном аппарате. В связи с этим всем экспериментальным животным проводилось рентгенологическое обследование в стандартной дорсо-вентральной проекции на этапе подтверждения гнойно-деструктивного процесса тазобедренного сустава, санации и установки спейсера и затем в 14, 30, 60 и 90-е сутки эксперимента.
В группе сравнения на 30-е сутки после получения гнойного коксита наблюдались разной степени выраженности деструктивные процессы, локализующиеся в головке бедренной кости и вертлужной впадины (рисунок 26). На представленной рентгенограмме определялась деструкция эпифиза бедренной кости, приводящая к уплощению головки бедренной кости, отсутствию рентгенологически определяющейся щели тазобедренного сустава, разрушение краниального и краниолатерального краев вертлужной впадины, вследствие чего изменялись физиологические взаимоотношения бедренной кости и вертлужной впадины: угол Норберга становился менее 105, индекс внедрения головки – менее 1, развивался патологический краниальный подвывих бедра. Санационная резекционная артропластика, выполненная на пике деструктивного инфекционного процесса, кардинально меняла рентгенологическую картину. На 14 сутки после проведения операции определялось отсутствие головки и частично шейки бедренной кости, контуры сохраненных структур выглядели нечеткими, что объяснялось медленно разрешающимся инфекционным процессом. Контуры вертлужной впадины также выглядели «размытыми», выявлялся явный постостеомиелитический и пострезекционный дефект краниального, краниолатерального, а также дорсального и вентрального краев (рис. 27 а).
Рентгенологическая картина костных структур тазобедренного сустава после выполнения резекционной артропластики (группа сравнения), где: а) 14-е сутки эксперимента, б) 30-е сутки эксперимента, в) 90-е сутки эксперимента К 30-м суткам на фоне купирования инфекционного процесса, подтвержденного нормализацией общего состояния, заживлением ран, восстановлением лабораторных показателей наблюдалась и положительная рентгенологическая динамика. Новых очагов деструкции костной ткани не выявлялось, отмечалось частичное восстановление дорсального края вертлужной впадины. Сохранившийся базальный отдел шейки бедренной кости смещался еще более краниально и находился на уровне краниолатерального края вертлужной впадины (рис. 27 б). К 90-м суткам эксперимента рентгенологическая картина оставалась неизменной. Вертлужная впадина имела прежние размеры, дальнейшего восстановления утраченных структур не наблюдалось. Не менялось и взаимоотношение вертлужной впадины и культи шейки бедренной кости, несмотря на клиническое восстановление опороспособности оперированной конечности. Последнему способствовал упор шейки в краниолатеральный край вертлужной впадины, но неоартроз в этой области не формировался (рис. 27в). 127 Во второй опытной группе, где оперативное лечение включало использование двухкомпонентного спейсера, наблюдалась двойственная рентгенологическая картина. Во всех наблюдаемых случаях после санации и установки спейсера патологический процесс останавливался (рис. 28). Рисунок 28 – Рентгенологическая картина после установки двухкомпонентного спейсера (вторая опытная группа, 14-е сутки), определяется патологический перелом дна левой вертлужной впадины На 14-е сутки в вертлужной впадине визуализировался тазовый компонент спейсера, а в костномозговом канале бедренной кости – бедренный компонент Костные дефекты краниолатерального и вентрального краев вертлужной впадины не влияли на стабильность тазового компонента. Как и в контрольной группе определялось смещение проксимального отдела бедренной кости в краниальную сторону. Дальнейшая рентгенологическая картина у животных этой группы выглядела неоднородной. В трех экспериментальных наблюдениях поздний постсанационный период характеризовался отсутствием рентгенологической динамики. Локализация обоих компонентов спейсера была стабильной, определялся прежних размеров дефект дна вертлужной впадины и проксимального отдела бедра, но без признаков продолжающейся остеомиелитической деструкции. Увеличения краниального смещения бедра не было, что объясняло сохранение опороспособности конечности возможным упором малого вертела в тазовый компонент спейсера (рис. 29).
В двух случаях у лабораторных животных была зарегистрирована отчетливая положительная динамика восстановления костных структур и вертлужной впадины и вертельной области. В период с 30 до 90-х суток после выполнения резекции и установки спейсера в области дефекта дна вертлужной впадины отмечалось нарастание костной массы. Такой же процесс протекал и в вертельной области (рис. 30).
При этом наблюдалось восстановление не только дна, но и всех остальных структурных элементов вертлужной впадины оперированной конечности: увеличивался массив передне-латерального и каудального краев, дорсальный контур приобретал гипертрофированные очертания. Заметная уже к 30-м суткам репарация фрагмента шейки бедренной кости завершалась к 90-м суткам полной структурно-функциональной перестройкой костной ткани базального отдела.
Наиболее существенная динамика была обнаружена при рентгенологическом обследовании животных первой опытной группы при применении артикулирующего спейсера. Остеомиелитическая деструкция вертлужной впадины и головки бедренной кости, патологический деструктивный подвывих бедра служили основой для выполнения санирующей операции (рис. 31).