Размещено на http://www.allbest.ru/

Державна установа "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка

Академії медичних наук України”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата медичних наук

Дегенеративні захворювання суміжних (до оперованого) сегментів хребта (експериментально-клінічне дослідження)

14.01.21 - травматологія та ортопедія

Федак Володимир Іванович

Харків - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державній установі "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України”

Науковий консультант:

доктор медичних наук професор заслужений діяч науки і техніки України РАДЧЕНКО Володимир Олександрович Державна установа "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України”, заступник директора з наукової роботи, завідувач відділом малоінвазивної та інструментальної хірургії хребта

Офіційні опоненти:

доктор медичних наук професор ШЕВЧЕНКО Станіслав Дмитрович Державна установа "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка АМН України”, головний науковий співробітник відділу патології хребта та суглобів дитячого віку доктор медичних наук професор БУР'ЯНОВ Олександр Анатолійович Національний медичний університет імені О.О. Богомольця МОЗ України завідувач кафедри травматології та ортопедії

Захист відбудеться "15” жовтня 2010 р. об 11.30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.607.01 Державної установи "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України" (61024 м. Харків, вул. Пушкінська, 80).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державної установи "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України" (61024 м. Харків, вул. Пушкінська, 80)

Автореферат розісланий "14” вересня 2010 р.

В.О. вченого секретаря спеціалізованої вченої ради, доктор медичних наук О.А. Тяжелов

Актуальність дослідження. Проблема лікування травматичних ушкоджень та дегенеративних захворювань хребта є однією з актуальних у галузі травматології та ортопедії, бо кількість пацієнтів з роками не зменшується (Радченко В. А та ін., 2004, Корж Н.А., Барыш А.Е., 2005; Продан А.И., Барыш А.Е., 2005). Найбільш розповсюдженими методами лікування захворювань хребта залишаються хірургічні (ендопротезування міжхребцевого диска та різні типи спондилодезу) з використанням різноманітних технічних пристроїв та імплантаційних матеріалів (Радченко В.А. та ін., 2004, Продан А.И., Радченко В.А., Корж Н.А., 2008, 2009, Emery S.E., Bolesta M.J., 1994). Впродовж останніх 50 років спондилодез розглядається як стандартний хірургічний метод лікування численних дегенеративних захворювань хребта. На цей час існує чимало фундаментальних наукових робіт, котрі присвячені визначенню місця спондилодезу у сучасній хірургії хребта, розробкам нових типів спондилодезу з використанням різних заглибних фіксаторів (Корж Н.А., 2005, Schelegel J.D., Smith J.A., Schleusener R.L., 1996, Shin M., Ryu K., Kim I., Park C., 2007.). В останні 10 років спостерігається активізація у галузі розробки та удосконалення нових технологій лікування, пов'язаних з впровадженням у хірургію хребта малоінвазивних методів (Н.А. Корж, А.Е. Барыш, 2005; Krugluger J., Knachr K., 2001).

Проте при наявному прогресі у хірургічному лікуванні ушкоджень хребта відзначається значний відсоток відстрочених ускладнень. Значне місце серед них належить розвитку дегенерації у сегментах хребта суміжних до оперованого. Вже накопичено значний матеріал щодо наявності патологічних змін у суміжних хребтових сегментах після проведення стабілізуючих та відновних операцій у шийному, поперековому та попереково-крижовому відділах хребта (Akamaru T., 2003; Радченко В.О., 2008). Так, за даними V. C. Traуnelis (2002), після виконання спондилодезу на поперековому відділі хребта у 50 % пацієнтів відмічалися поперекові болі, а 15 % пацієнтів вимагали повторного хірургічного втручання. Подібні результати після проведення спондилодезу зафіксував і J.C. Chiu et al. (2002) - від 15 % до 50 % пацієнтів мали порушення у вище та нижче розташованих суміжних сегментах. Це спонукає дослідників активізувати розробки у напрямку всебічного аналізу пізніх післяопераційних ускладнень у хребтових рухових сегментах, суміжних до оперованого, та удосконалення нових технологій лікування (Радченко В.А., Корж Н.А., 2004; Продан А.И., Радченко В.А., Корж Н.А., 2008, 2009; Aota Y. et al., 1995; Axelsson P. еt al., 1997; Levin D.A., Hale J.J., Bendo J.A., 2007., Park P., Garton H.J., Gala V.C. et al., 2004).

Безперечним досягненням вітчизняної вертебрології стали експериментальні та клінічні дослідження, виконані в ДУ "Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка АМН України", в результаті яких було розроблено підходи до лікування дегенеративних захворювань шийного відділу хребта (Корж Н.А., Барыш А.Е., Попсуйшапка К.А., 2003), створена нова технологія заднього напруженого трансартикулярного артродезуючого металоцервікоспондилодезу, а також розроблені підходи до лікування дегенеративних захворювань шийного відділу хребта та стенозуючого диспластичного спондилолістезу (Барыш А.Е., 2008, Продан А.И., Грунтовский А.Г., 2004), впроваджена в клінічну практику нова система транспедикулярної фіксації "МОСТ" на основі стержнів (Радченко В.А., Рябов О.В., Піонтковский В.К., 2007).

Проте і до цього часу залишаються невивченими механізми розвитку дегенеративних порушень у суміжних хребтових сегментах, не доведено існування кореляційних зв'язків між клінічними та рентгенологічними проявами, не встановлена залежність змін у каудальних та краніальних сегментах від стану ділянки спондилодезу. Розв'язання вказаних питань є важливим для розуміння впливу проведеного хірургічного втручання на розвиток віддалених патологічних змін у суміжних хребтових сегментах та для розробки тактики лікування їх наслідків. Практично відсутні експериментальні роботи, в яких би досліджувались причини розвитку ускладнень у суміжних хребтових сегментах.

Зв'язок роботи з науковими темами. Дисертаційна робота виконана згідно з планом науково-дослідних робіт Державної установи "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України" ("Вивчити в експерименті структуру та механічні властивості суміжних хребтових сегментів при різних варіантах імплантації біоматеріалів у тіло хребця”, шифр теми ЦФ 2007.2 АМН України, держреєстрація №0107U000107. Автор провів інформаційний та патентний пошук, виконав аналіз тенденцій розвитку даного напрямку ортопедії, провів експерименти на тваринах, брав участь у морфологічних дослідженнях, аналізі результатів математичного моделювання з використанням методу кінцевих елементів, приймав участь у розробці нового за дизайном ендопротеза для міжтілового спондилодезу та його експериментальному обґрунтуванні, проведенні хірургічних втручань у хворих з дегенеративними захворюваннями хребта.

Мета дослідження: визначити фактори ризику та особливості проявів дегенерації суміжних (до оперованого) сегментів хребта після міжтілового спондилодезу для удосконалення профілактики дегенеративних захворювань поперекового відділу хребта.

Завдання дослідження:

1. Проаналізувати та узагальнити дані щодо тенденцій розвитку проблеми пізніх післяопераційних ускладнень у суміжних, до оперованого, хребтових сегментах після виконання різних видів міжтілового спондилодезу в клінічних умовах та в експерименті.

2. На основі ретроспективного аналізу дослідити клінічний стан та рентгенморфометричні ознаки суміжних сегментів хребта у хворих до і після спондилодезу.

3. Визначити фактори ризику розвитку дегенерації суміжних хребтових сегментів після міжтілового спондилодезу з імплантатами з корундової кераміки у хворих з дегенеративними захворюваннями поперекового відділу хребта.

4. Вивчити структурну організацію тканин суміжних хребтових сегментів (краніальних та каудальних до оперованого сегмента) кроликів після введення у міжтіловий проміжок імплантатів із різних біоматеріалів (титан, корунд, вуглець).

5. На основі математичного моделювання з використанням методики кінцевих елементів та морфологічних досліджень обґрунтувати оптимальні за біомеханічними характеристиками та матеріалом конструктивні варіанти ендопротезів для міжтілового спондилодезу людини.

6. Дослідити структурну організацію та міцнісні характеристики хребтових сегментів експериментальних тварин у разі введення у тіла хребців та міжтіловий проміжок ендопротезів, обґрунтованих методом математичного моделювання.

Об'єкт дослідження - дегенеративні зміни у суміжних хребтових сегментах після міжтілового спондилодезу.

Предмет дослідження - суміжні (до оперованого) хребтові сегменти людини та тварин після міжтілового спондилодезу, фактори ризику розвитку дегенеративних змін, ендопротези.

Методи дослідження - клінічні та рентгенологічні методи для обстеження хворих з дегенеративними захворюваннями хребта та верифікації результатів; гістологічний аналіз - для оцінки структурних змін у кістковій тканині, міжхребцевому диску та дуговідросткових суглобах; електронно-мікроскопічний - для вивчення ультраструктурної організації клітин та матриксу досліджуваних тканин; морфометричний метод - для кількісної характеристики тканинних структур; метод математичного моделювання з використанням методики кінцевих елементів для обґрунтування оптимальних за біомеханічними характеристиками та матеріалом конструктивних варіантів імплантатів для міжтілового спондилодезу людини; статистичний аналіз - для оцінки вірогідності результатів вимірів.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше виконано комплексне клініко-експериментальне дослідження, у якому поєднано аналіз стану хребта у хворих на віддалений термін після спондилодезу, розроблений дизайн ендопротезів на основі методів математичного моделювання з експериментальними морфологічними та біомеханічними дослідженнями ділянки спондилодезу при використанні ендопротезів із різних матеріалів, що забезпечило розкриття механізмів розвитку деструктивних змін у суміжних хребтових сегментах.

Вперше виявлені особливості формування зони контакту у разі використання для міжтілового спондилодезу імплантатів із різних біоматеріалів та вивчено їх вплив на розвиток змін у суміжних хребтових сегментах. Доведено, що імплантація у міжтіловий проміжок поперекового відділу хребта тварин ендопротезів із корундової кераміки, титану та вуглецю призводить до розвитку виражених у різній мірі змін у всіх компонентах суміжних хребтових сегментів, які залежать від особливостей остеоінтеграції у зоні імплантації. Вперше доведено, що виражена остеоінтеграція керамічного міжтілового ендопротезу супроводжується високими, при порівнянні з вуглецевими та титановими імплантатами, міцнісними характеристиками хребтових сегментів. Деструктивні порушення у суміжних (до зони спондилодезу) міжхребцевих дисках та дуговідросткових суглобах переважають при використанні вуглецевих та титанових імплантатів при порівняні з керамічними імплантатами.

Вперше встановлені кореляційні взаємозв'язки між станом зони спондилодезу (остеоінтеграція ендопротезів) та змінами у міжхребцевих дисках суміжних хребтових сегментів і дуговідросткових суглобах. Виявлена висока ймовірність розвитку деструктивних змін у дуговідросткових суглобах в залежності від порушень у міжхребцевих дисках.

Розроблені нові математичні моделі для оцінки впливу на напружено-деформований стан хребтового сегменту ендопротезів з різних матеріалів.

Вперше методами математичного моделювання обґрунтовані оптимальні за матеріалом та біомеханічними характеристиками конструктивні варіанти ендопротезів для міжтілового спондилодезу людини, котрі забезпечують високий рівень остеоінтеграції та стабілізації ендопротезу у ділянці спондилодезу, що було доведено результатами експериментальних досліджень на тваринах. Введення у міжтіловий проміжок поперекового відділу кролика імплантату, оптимальні конструктивні особливості котрого були математично обґрунтовані, супроводжувалось слабо вираженими реактивними змінами у суміжних хребтових сегментах.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень напружено-деформованого стану системи хребтового сегменту з ендопротезом, дизайн якого було обґрунтовано на основі методів математичного моделювання, а також результати експериментальних досліджень на тваринах дозволили виготовити оптимальні за конструкцією та матеріалом ендопротези для виконання міжтілового спондилодезу поперекового відділу хребта людини.

Виявлені негативні фактори ризику розвитку дегенеративних змін суміжних сегментів при наявності порушень у ділянці спондилодезу: зниження індексу міжтілового проміжку, збільшення індексу форми проміжку, наявність анте - та ретролістезу, зміщення імплантату у фронтальній площині, резорбція кісткової тканини навколо фіксатора, а також вік пацієнта, тривалість захворювання, неврологічний дефіцит. Урахування цих факторів дозволяє підвищити ефективність діагностики захворювань суміжних сегментів та сприяє своєчасному запобіганню розвитку ускладнень.

Результати досліджень впроваджено в клінічну практику Державної установи "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України”, комунальної міської клінічної лікарні швидкої медичної допомоги м. Львів, Івано-Франківської обласної клінічної лікарні та в учбовий процес кафедр травматології та ортопедії Харківського національного медичного університету МОЗ України, Харківської медичної академії післядипломної освіти МОЗ України, Луганського державного медичного університету МОЗ України, а також кафедри анатомії людини; гістології, цитології та ембріології Луганського державного медичного університету МОЗ України.

Особистий внесок здобувача. Автором вивчено стан проблеми, самостійно проведено патентний та інформаційний пошук, аналіз тенденцій розвитку даного напрямку ортопедії. Автор брав участь у проведенні експериментів на тваринах, морфологічних та математичних дослідженнях, розробці нового за дизайном імплантату для міжтілового спондилодезу, що представлено у деклараційному патенті на винахід № 43430. Математичне моделювання проведено на кафедрі теорії систем автоматизованого проектування механізмів і машин Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут” за консультативною допомогою завідувача кафедри доктора технічних наук професора М.І. Ткачука. Експериментальні дослідження виконано в лабораторії експериментального моделювання (завідуюча к. б. н. Малишкіна С. В.), та матеріал проаналізовано у лабораторії морфології сполучної тканини Державної Установи "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України" за консультативною допомогою завідуючої лабораторією доктора біологічних наук професора Н.В. Дєдух. Участь співавторів відображено у відповідних спільних публікаціях. Автор приймав участь у проведенні хірургічних втручань у хворих з дегенеративними захворюваннями хребта, обстеженні хворих та аналізі результатів міжтілового спондилодезу.

Апробація роботи. Результати роботи викладені на міжнародній науково-технічній конференції пам'яті академіка В.І. Моссаковського "Актуальні проблеми механіки суцільного середовища і міцності конструкції" (Дніпропетровськ, 2007), XV міжнародній науково-практичній конференції "Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я" (Харків, 2007), Всеукраїнській науково-практичній конференції з міжнародною участю "Біоматеріали в ортопедії та травматології" (Харків, 2008), XVI міжнародній науково-практичній конференції "Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я", (Харків, 2008), науково-практичній конференції нейрохірургів України "Нейрохірургічні аспекти діагностики та лікування нейрогенних больових синдромів" (АР Крим, м. Коктебель, 2009 р.), ІІІ Міжнародній українсько-польській конференції "Помилки та ускладнення в травматології та ортопедії" (Яремча-Івано-Франківськ, 2009), Міжнародному конгресі "The Combined SICOT-RCOST Annual Meeting" (Pattaya, Thailand, 2009).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 11 наукових праць, з них 5 статей у провідних наукових фахових виданнях, 1 патент України, 5 робіт в матеріалах наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація містить вступ, 6 глав, висновки, список використаної літератури та додатки. Обсяг дисертації - 175 сторінок машинописного тексту. Робота ілюстрована 37 таблицями та 72 рисунками. Список літератури містить 21 українсько-російськомовну роботу, а також 101 джерело зарубіжних авторів.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність, сформульовано мету і завдання дослідження, його наукову новизну та практичне значення.

У першому розділі досліджено проблемні питання міжтілового спондилодезу при дегенеративних захворюваннях хребта. Останні 50 років спондилодез став стандартом лікування багатьох захворювань хребта, однак аналіз літературних джерел свідчить про наявність значного (від 16 % до 92 %) відсотка дегенеративних змін у суміжних хребтових сегментах поперекового відділу хребта при застосуванні спондилодезу. Такі порушення спостерігаються вже в ранньому післяопераційному періоді - через 1-2 роки, та прогресують у віддалені терміни. За даними різних авторів існують протиріччя в наявності кореляції між симптомами захворювання (клінічними ознаками) і рентгенологічними показниками. Одержані неоднозначні результати щодо розвитку дегенерації у суміжних хребтових сегментах, розташованих вище та нижче оперованого. Відсутні дослідження, у яких були б проаналізовані дегенеративні зміни у суміжних сегментах в залежності від використаних міжтілових ендопротезів (матеріал та конструкція). Не вивчено значення впливу якості ділянки спондилодезу на вище та нижче розташовані хребтові сегменти, а також не визначені кореляційні зв'язки між проявами дегенеративних змін у міжхребцевих дисках та дуговідросткових суглобах.

З огляду на приведені у аналітичному розділі результати клінічних спостережень та експериментальних досліджень, можна стверджувати, що поряд з досягненнями у вивченні етіопатогенезу захворювань суміжних сегментів після виконаних стабілізуючих операцій на хребті, існує низка невирішених питань у даній проблем. Тому для розкриття механізмів розвитку захворювань суміжних сегментів, встановлення факторів ризику їх виникнення, зниження відсотка ускладнень у суміжних хребтових сегментах, існує необхідність у проведенні комплексних клінічних та експериментальних розробок.

У другому розділі роботи представлено матеріал та методи дослідження. Матеріалом клінічного дослідження були результати хірургічного лікування 152 хворих з дегенеративними захворюваннями поперекового відділу хребта, яким у відділі малоінвазивної та інструментальної хірургії хребта Державної установи "Інституту патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка АМН України" та відділенні нейрохірургії хребта і спинного мозку Івано-Франківської обласної клінічної лікарні були виконані декомпресивно-стабілізуючі хірургічні втручання на хребті з використанням заднього односегментарного міжтілового спондилодезу імплантатом із корундової кераміки. У 96,7 % пацієнтів спондилодез було виконано на рівні L IV-L V. Обстежено 71 чоловіка і 81 жінку. Середній вік досліджених пацієнтів складав 44,2 ± 1,4 років. Обстеження пацієнтів після міжтілового спондилодезу корундовою керамікою проводили в середньому через 9,4 ± 1,02 років.

Клінічне обстеження хворих здійснювали за загальновідомими та широко розповсюдженими методиками дослідження ортопедичних хворих. Враховували скарги, анамнез хвороби, можливості об'єктивного дослідження. Результати лікування оцінювали за допомогою опитувача Oswestry.

Для об'єктивної оцінки міжхребцевих дисків суміжних хребтових сегментів після операції заднього міжтілового спондилодезу корундовою керамікою було використано наступні показники: індекс диска та індекс форми диска. Морфометричний аналіз індексу диска та індексу форми диска, суміжних до оперованого хребтового сегменту, було проведено до оперативного лікування, а також у віддалені терміни після хірурігчного втручання.

Для біомеханічного обґрунтування оптимальної конструкції та матеріалу ендопротезу для міжтілового спондилодезу і визначення напружено-деформованого стану хребтового сегмента було використано моделювання на основі методу кінцевих елементів. Традиційний метод кінцевих елементів був доповнений методологією побудови числових моделей на основі методу узагальненого параметричного опису біомеханічних систем. Для ендопротезів були використані матеріали з різними механічними характеристиками.

Експериментальні дослідження виконані на 14 кролях породи шиншила та 45 білих лабораторних щурах (популяції ЕБК ДУ "Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка АМН України").

Робота виконана у трьох серіях експериментів:

1 серія - імплантація ендопротезів із корундової кераміки, титану та шаруватого вуглецю у міжтіловий проміжок (L ІІІ - L IV) поперекового відділу хребта кроликів - 9 кроликів (імплантацію ендопротезів виконували у міжтіловий проміжок після видалення більшої частини міжхребцевого диска), двох інтактних кроликів було використано у якості контролю для визначення висоти міжхребцевих дисків поперекового відділу хребта;

2 серія - імплантація ендопротезів овальної форми із корундової кераміки у міжтіловий проміжок (L ІІІ - L IV) поперекового відділу хребта кроликів - 3 кролика.

3 серія - щурам імплантацію ендопротезів виконували у міжтіловий проміжок на рівні С VI - С VII хвостового відділу хребта та фіксували оперований сегмент титановою скобою.

У роботі використані гістологічні, гістохімічні (аналіз глікозаміногліканів), електронномікроскопічні та морфометричні методи дослідження. Для аналізу у кроликів виділяли хребет, виконували рентгенографію і після скелетування вилучали оперований хребтовий сегмент (два тіла хребця з міжтіловим проміжком, куди імплантували ендопротез) та два суміжні хребтові сегменти - краніальний та каудальний, в яких досліджували міжхребцевий диск, тіло хребця та дуговідросткові суглоби.

У щурів виділяли фрагмент хвостового відділу хребта з оперованим та суміжними (нижній і верхній) хребтовими сегментами.

Аналіз досліджуваних параметрів між верхніми та нижніми хребтовими сегментами у групах з різними імплантованими матеріалами проводили за допомогою непараметричного критерію Вілкоксона для парних порівнянь.

Статистичну обробку даних проводили при використанні пакетів SPSS 11.0 та MS Excel.

Для біомеханічного дослідження були взяті анатомічні препарати хвостового відділу хребта щурів, які включали чотири хребтових рухових сегментів, разом з оперованим сегментом. Дослідження виконували на приладі, який було спеціально розроблено для подібних експериментів (Стауде В.А. 2004). У разі оцінки анатомічних препаратів хребтових рухових сегментів з оперованим сегментом визначені згинаючі зусилля та величину деформації.

Власні дослідження складаються з трьох розділів, у яких представлено аналіз та обґрунтування результатів клінічних досліджень щодо вивчення суміжних хребтових сегментів після спондилодезу; експериментальні дослідження на тваринах пов'язані з вивченням структурної організації хребтових сегментів, суміжних до оперованого. Розділ з математичним моделюванням спрямований на пошук та обґрунтування оптимальних (з точки зору біомеханіки) конструкцій, а також матеріалу ендопротеза для міжтілового спондилодезу. В експериментальних умовах обґрунтовано остеоінтеграційні якості розробленого ендопротезу.

У клінічній частині роботи висвітлені результати клініко-рентгенологічного дослідження 152 хворих з дегенеративними захворюваннями поперекового відділу хребта і виявлені чинники, які негативно впливають на результат лікування.

За даними оцінки, проведеної з використанням шкали Oswestry, усіх хворих після спондилодезу на термін дослідження (9,4±1,02 років) було розділено на дві групи: 1 група - задовільні результати лікування (85 хворих); 2 група - незадовільні результати лікування (67 хворих), котрі були пов'язані з низьким рівнем реабілітації.

За віком та статтю кількість пацієнтів у двох групах була практично однакова, але у 2 групі з низьким індексом реабілітації відсоток пацієнтів у віці 51 - 60 років і більше 60 років складав 26,9 %, в той час як в 1 групі - 16,4 %.

За даними анамнезу виявлено, що на доопераційному етапі показники тривалості захворювання у 2 групі на термін від 5 до 10 років і більше були в 1,3 рази вищі при порівнянні з 1 групою.

Після спондилодезу на досліджуваний термін 69 % пацієнтів 1 групи відмічали відсутність болю, у той час як у 56 % пацієнтів 2 групи біль носив характер люмбоішіалгії з переважанням ішіалгії. Більший відсоток хворих (64,2 %), які скаржилися на постійний біль, зафіксовано у 2 групі, при порівнянні з 1 групою, у якій таких пацієнтів було 36,5 %.

Під час дослідження деформацій хребта у фронтальній та сагітальній площинах встановлено, що у 9 % пацієнтів другої групи зафіксовано сколіоз, у 58,2 % - відмічено збільшення лордозу поперекового відділу.

У 70 % хворих 2 групи відмічено неврологічний дефіцит, і тільки у 5 % пацієнтів 1 групи.

Під час дослідження зони спондилодезу не було встановлено вірогідної різниці у показниках індексу міжтілового проміжку хворих 1 та 2 груп. Відмінним у хворих 2 групи було збільшення відсотка (на 29,6 %) ділянок спондилодезу з порушенням форми. У 16 % хворих цієї ж групи зафіксовано резорбцію кісткової тканини навколо керамічного імплантату, а у 5,9 % - ретролістез.

Різниця між показниками норми та порушенням форми міжтілового проміжку за рахунок його асиметрії (>2,0), була достовірно вищою у 2 групі пацієнтів (чІ=17,02, р<0,001), що вказувало на гіперлордозування сегменту.

У досліджених групах хворих до операції виявлено помірно виражений спондилоартроз: у 42,7 % (47 сегментів) пацієнтів 1 групи, та у 44,3 % (43 сегменти) пацієнтів 2 групи. Вірогідної відмінності між показниками хворих двох груп не виявлено. Однак після оперативного лікування у хворих обох груп на термін дослідження відмічалось збільшення кількості суміжних сегментів з ознаками спондилоартрозу. Так, у 1 групі хворих переважав помірно виражений спондилоартроз (93,7 %, 77 сегментів). У 2 групі хворих на долю помірно вираженого спондилоартрозу припадало 84,5 % (82 сегменти), але у 15,5 % (15 сегментів) - діагностували виражений спондилоартроз.

Достовірні відмінності зафіксовано у разі порівняння індексу диска двох груп пацієнтів за показником "Id", що є ознакою сплющення міжхребцевого диска. Однак у 1 групі хворих виявлено, що після операції, як у краніальних, так і у каудальних сегментах хребта, мало місце зниження відсотка дисків з порушенням Id> 0,35 на 34,55 % та 20 % відповідно. В той час, як у 2 групі хворих кількість дисків з ознаками сплющення краніально та каудально розташованих до ділянки спондилодезу, була після операції вища, ніж до операції, на 25,77 % та 17,19 % відповідно.

Під час порівняльного аналізу результатів спондилодезу на досліджений термін (9,4 ± 1,02 роки) була виявлена вірогідна відмінність між двома групами за показником індексу форми диска "If > 1,5", як у краніальних так і у каудальних дисках. Крім того, у каудальних дисках (хворих обох груп) достовірні відмінності виявлені і за показником "If від 1,2 до 1,5".

У 1 групі хворих після операції кількість краніальних сегментів з ознаками If > 1,5 збільшилася на 24,54 % (до операції - 8,18 %). У 2 групі хворих цей показник збільшився на 19,59 %, однак необхідно враховувати, що до операції гіперлордоз мав місце у 42,26 % пацієнтів.

У каудальних сегментах хворих 1 групи відмічено на даний термін дослідження зниження кількості сегментів з гіперлордозом - на 20 %, у той же час як у 2 групі кількість пацієнтів з гіперлордозом складала 83,63 % і, при порівнянні із станом до операції, цей показник збільшився на 14,54 %.

Під час дослідження каудальних сегментів до операції у пацієнтів 1 та 2 груп виявлено спондилоартроз у 64,3 % (45 сегментів) та у 63,6 % (35 сегментів), відповідно. Вірогідної відмінності між цими показниками не встановлено. Але відсоток пацієнтів з вираженим спондилоартрозом у 2 групі пацієнтів відрізнявся від показників пацієнтів 1 групи на 24,8 % на досліджуваний термін після операції (чІ = 8,2, р = 0.03).

У хворих 2 групи у краніальних суміжних сегментах в однаковій кількості (4,12 %) випадків спостерігався як ретро-, так і спондилолістез. У каудальних суміжних сегментах виявлено ретролістез у 23,64% хворих. У одної хворої 2 групи мав місце патологічний перелом краніальних хребців на фоні системного остеопорозу.

хребтовий сегмент оперований дегенеративний

Таким чином, після міжтілового спондилодезу, виконаного пацієнтам з приводу дегенеративних захворювань поперекового відділу хребта, через 9,4 ± 1,02 років після операції виникають дегенеративні порушення у хребтових сегментах, суміжних до оперованого. Особливості зони спондилодезу впливають у післяопераційному періоді на структурну організацію суміжних хребтових сегментів, а саме: зниження індексу міжтілового проміжку та порушення його форми, резорбція кісткової тканини навколо фіксатора, зміщення імплантату у фронтальній площині, а також наявність антелістезу та ретролістезу, що доведено у проведеному дослідженні. Дегенеративні зміни суміжних міжхребцевих дисків та прояви спондилоартрозу були значимими у хребтових рухових сегментах, розташованих як краніально, так і каудально, у пацієнтів 2 групи з вираженими негативними клінічними симптомами та рентгенологічними проявами. В цій групі ми спостерігали ретро - та антелістез, що проявлялось появою симптомів нестабільності поперекового відділу. Врахування таких факторів, як вік, тривалість захворювання пацієнта, наявність дегенеративних змін суміжних сегментів, вибір оптимального об'єму операції при плануванні хірургічного лікування дозволить знизити частоту захворювань суміжних сегментів.

У експериментальному розділі викладено результати досліджень суміжних сегментів в разі імплантації в міжтіловий проміжок матеріалів з різними остеоінтеграційними властивостями.

Під час порівняння деструктивних змін у міжхребцевих дисках, суміжних до оперованого, з використанням різних імплантатів, встановлено, що найбільш вираженими вони були в разі застосування матеріалів з низьким рівнем остеоінтеграції, а саме - шаруватого вуглецю. Це виявлено як у краніальних, так і у каудальних міжхребцевих дисках. Також зафіксовано зниження висоти дисків. У разі імплантації кераміки не було встановлено вірогідної різниці у висоті каудального та краніального міжхребцевих дисків. В умовах застосування титанових зразків була відмічена тенденція до зменшення висоти каудального міжхребцевого диску.

Під час аналізу розвитку деструктивних змін у суміжних міжхребцевих дисках звертала увагу поява ділянок з порушенням метахромазії та щільності клітин, орієнтації пучків колагенових волокон у пластинах, як зовнішніх, так і внутрішніх ділянок фіброзного кільця. Зміна топографії розташування пластин та характерної кутової орієнтації колагенових волокон у пластинах призводила до їх розшарування та розривів.

Дослідження дозволили дати об'єктивну оцінку ділянки спондилодезу в залежності від остеоінтеграційних властивостей біоматеріалів, та її впливу на стан міжхребцевих дисків, суміжних до оперованого, а також провести порівняння відмічених змін у краніальних та каудальних суміжних міжхребцевих дисках. Встановлено, що у разі імплантації біоматеріалів у міжтіловий проміжок, більш виражені деструктивні зміни спостерігались у каудальному міжхребцевому диску.

Імплантація біоматеріалів у міжтіловий проміжок призводить до розвитку деструктивних змін не тільки у міжхребцевих дисках, а також у дуговідросткових суглобах. Між виявленими змінами спостерігається позитивний кореляційний зв'язок. Найбільш виражені деструктивні зміни виявляються при використанні матеріалу з низькими остеоінтеграційними властивостями.

У п'ятому розділі наведені результати експериментальних досліджень біомеханічних властивостей суміжних хребтових сегментів з імплантованими міжхребцевими ендопротезами та додатковою фіксацією титановою скобою.

Під час порівняльного морфологічного аналізу стану суміжних хребтових сегментів при введенні титанової скоби у тіла хребців та імплантатів із корундової кераміки, вуглецю та титану в міжтіловий проміжок, було встановлено, що деструкція суміжних хребтових сегментів була менш вираженою у разі порівняння з показниками тварин у серії експерименту без фіксації.

У шостому розділі проведено аналітичне дослідження напружено-деформованого стану біомеханічної системи "ендопротез - тіла хребців" поперекових хребтових сегментів в умовах використання ендопротезів міжхребцевих дисків різної конструкції.

В роботі було прораховано чотири варіанти конструкції ендопротезів (у формі призми, овальної форми, овальної форми з округлими краями, овальної форми з округлими краями та системою отворів).

Високі остеоінтеграційні якості корундової кераміки доведені як у експериментальних, так і клінічних дослідженнях. Також встановлені міцнісні якості вказаного матеріалу, у разі вивчення розподілу напруги і переміщень у досліджуваній біомеханічній системі. Математичними розрахунками для людини середнього росту (172 см) та маси (75 кг) визначені такі розміри ендопротезу: довжина - 32 мм, ширина - 18 мм, висота - 8 мм. Діаметри отворів: центральний - 7 мм, бокові - по 5 мм.

У разі введення у міжтіловий проміжок поперекового відділу хребта кроликів імплантатів розробленої конструкції із корундової кераміки (обґрунтованої методом математичного моделювання) у суміжних хребтових сегментах спостерігались найменш виражені деструктивні порушення при порівнянні зі станом суміжних хребтових сегментів, у яких спондилодез виконано титаном чи вуглецем. Висота суміжних краніальних та каудальних міжхребцевих дисків, в умовах введення у міжтіловий проміжок створеного керамічного імплантату, вірогідно не відрізнялась. Стабільність імплантату забезпечувалась за рахунок зрощення тіл хребців по створеним отворам в імплантаті, що сприяло вираженої остеоінтеграції керамічного матеріалу по території апофізів. Результат експериментального дослідження свідчить про позитивний вплив математично обґрунтованої конструкції імплантату при порівнянні з раніше дослідженими імплантатами.

Висновки

1. Після міжтілового спондилодезу імплантатом із корундової кераміки, виконаного пацієнтам з приводу дегенеративних захворювань поперекового відділу хребта, при аналізі через 9,4 ± 1,02 років після операції виявлені дегенеративні порушення у хребтових сегментах, суміжних до оперованого: зниження індексу міжхребцевого диска та збільшення індексу його форми. У пацієнтів з високим показником реабілітації (1 група) після операції виявлено зниження індексу диска на 13,08 % у краніальних сегментах і на 14 % - у каудальних. У 22,24 % пацієнтів з низьким показником реабілітації (2 група) зниження індексу диска мало місце у каудальних сегментах.

2. Особливості зони спондилодезу, а саме: зниження індексу міжтілового проміжку та порушення його форми, резорбція кісткової тканини навколо фіксатора, зміщення імплантату у фронтальній площині, а також наявність антелістезу та ретролістезу, спондилоартрозу, виступають як фактори ризику, котрі негативно впливають у післяопераційному періоді на структурну організацію суміжних хребтових сегментів. У пацієнтів 2 групи відмічено вірогідне зниження показників: форми міжтілового простору за рахунок його асиметрії, зміщення імплантату у фронтальній площині, підвищення кількості пацієнтів з вираженим спондилоартрозом.

3. Дегенеративні зміни у краніальних та каудальних суміжних міжхребцевих дисках після спондилодезу у пацієнтів 2 групи спостерігались відповідно на 25,77 % та 17,19 % частіше, ніж у 1 групі. Кількість краніальних та каудальних хребтових рухових сегментів з спондилоартрозом у пацієнтів 2 групи з вираженими негативними клінічними симптомами та рентгенологічними проявами на 24,8 % більша, ніж у 1 групі. Відсоток спондилоартрозу був вірогідно вищим у каудальних сегментах у пацієнтів обох груп - 21,6 % (1 група) і 19,3 % (2 група).

Ретро - та антелістез спостерігався тільки у пацієнтів 2 групи (27,76 % та 4,12 %, відповідно), що проявлялося появою симптомів нестабільності поперекового відділу хребта.

4. Імплантація у міжтіловий проміжок поперекового відділу хребта кроликів ендопротезів із корундової кераміки, вуглецю або титану призводить до розвитку виражених в різній мірі порушень у суміжних сегментах хребта. Прояви деструктивних змін залежать від стану зони спондилодезу: остеоінтеграційних властивостей матеріалу імплантованого ендопротезу, рівня розташування суміжного сегмента та його структурних компонентів. Деструктивні зміни у міжхребцевих дисках, дуговідросткових суглобах та тілах хребців суміжних (до оперованого) хребтових сегментів переважають при застосуванні титанового імплантату.

5. При імплантації біоматеріалів у міжтіловий проміжок хребта тварин спостерігається позитивний кореляційний зв'язок між дегенеративними проявами у парі "міжхребцевий диск та дуговідростковий суглоб” при застосуванні вуглецевих (r = 0,689, р = 0,017) та титанових (r = 0,849, р = 0,004) імплантатів. Вказана залежність з високою ймовірністю знайдена у 84 % експериментальних тварин. Доля дисперсії змінної "дуговідростковий суглоб", обумовленої впливом змінної "диск" (r = 0,817) становить (81-82%). При імплантації кераміки ця залежність менша.

6. Обґрунтовані оптимальні за біомеханічними характеристиками та матеріалом конструктивні варіанти ендопротезів для міжтілового спондилодезу людини на основі математичного моделювання з використанням методу кінцевих елементів. Доведена доцільність виконання ендопротезу із корундової кераміки з системою отворів в його середній частині, а також округленням по зовнішньому та внутрішньому периметрам ендопротеза. При експериментальній апробації ендопротезу розробленої конструкції на тваринах спостерігалось зрощення тіл хребців по створеним отворам за рахунок вираженої остеоінтеграції матеріалу. Імплантат розробленого дизайну покращує міцнісні характеристики хребтових рухових сегментів і сприяє зниженню дегенеративних проявів у суміжних сегментах. Створено теоретичне підґрунтя стосовно впливу конструктивних особливостей та матеріалу ендопротезів на суміжні хребтові рухові сегменти.

Список робіт, опублікованих за темою дисертації

1. Ткачук Н.А. К вопросу о расчетно-эксперементальном исследовании напряженно-деформированого состояния биомеханических систем / Н.А. Ткачук, В.К. Пионтковский, В.И. Федак, Ю.В. Веретельник // Вісник НТУ "ХПІ" - Харків: НТУ "ХПІ”, 2007. - № 23. - С.99 - 121. - (Тем. вип. "Машинознавство та САПР”).

2. Радченко В.О. Структурна організація тканин хребтових сегментів, суміжних до оперованого тіла хребця щурів, при різних варіантах розташування в ньому металевих імплантатів / В.О. Радченко, Н.В. Дєдух, С.В. Малишкіна, Н.Ю. Шкодовська, В.І. Федак, В.К. Піонтковський // Медицина и … - 2008. - № 4 (22). - С.81-87.

3. Радченко В.О. Структурна організація суміжних хребцевих сегментів кролика при введенні у міжтіловий проміжок поперекового відділу хребта імплантатів із різних біоматеріалів / В.О. Радченко, Н.В. Дєдух, С.В. Малишкіна, В.І. Федак // Ортопедия, травматология и протезирование. - 2009 - №2. - С.69-75.

4. Радченко В.О. Дегенеративні зміни суміжних сегментів після стабілізуючих операцій на хребті / В.О. Радченко, Н.В. Дєдух, С.В. Малишкіна, В.І. Федак // Ортопедия, травматология и протезирование. - 2009. - № 3 - С.101-111.

5. Радченко В.О. Дегенеративні захворювання суміжних (до оперованого) сегментів хребта / В.О. Радченко, В.І. Федак // Український морфологічний альманах. - 2010. - Т.8, № 2. - С.173-175.

6. Деклараційний патент на корисну модель №43430 Україна, МПК G09В 23/28, G09В 23/32. Кінцево-елементна модель поперекового відділу хребта / Радченко В.А., Ткачук М.А., Тимченко І.Б., Сосніна Ю.К., Веретельник Ю.В., Веретельник О.В., Федак В. І.; заявник та патентовласник ДУ "Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка АМН України”. - № u200904297; заявл.30.04.2009; опубл.10.08.2009; Бюл. № 15.

7. Веретельник Ю.В. Моделирование напружено-деформированного состояния сегментов позвоночника с эндопротезированием межтеловой опоры / Ю.В. Веретельник, О.В. Веретельник, Н.А. Ткачук, В.И. Федак: мат. XVІ міжнар. науково-практична конф. ["Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я"], (Харків, 17-18 травня 2007). - Харків: НТУ "ХПІ", 2007. - С.144.

8. Веретельник Ю.В. Напружено-деформований стан біомеханічних систем: теорія і компютерне моделювання Ю.В. Веретельник, О.В. Веретельник, В.О. Радченко, В.І. Федак, М.А. Ткачук: мат. міжнар. НТК пам'яті академіка В.І. Моссаковського. ["Актуальні проблеми механіки суцільного середовища і міцності конструкцій"], (жовтень 2007). - Дніпропетровськ, 2007. - С.310-311.

9. Веретельник Ю.В. Метод скінчених елементів у задачі моделювання напружено-деформованого стану сегментів хребта з ендопротезуванням міжтілової опори / Ю.В. Веретельник, М.А. Ткачук, В.І. Федак: мат. XVIІ міжнар. науково-практична конф. ["Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я"] (Харків, 4-6 червня 2008). - Харків: НТУ "ХПІ", 2008. - С. 19.

10. Костицький М. Вплив керамоспондилодезу поперекового відділу хребта на дегенерацію суміжних сегментів / М. Костицький, В. Федак, О. Костицька: мат. науково-практичної конференції нейрохірургів України // Український нейрохірургічний журнал. - 2009. - № 3 (47). - C.24.

11. Kostytsky M. M. Adjacent Segment Degeneration in the Lumbar Spine after ceramospondylodesis / M. M. Kostytsky, V.I. Fedak, O. M. Kostytska: тез. доповідей ІІІ міжнар. українсько-польської конф. ["Помилки та ускладнення в травматології та ортопедії"], (Яремче-Івано-Франківськ, 9-10 жовтня 2009 р.) / МОЗ України, АМН України, Асоціація ортопед. - травмат. України, Івано-Франківський нац. мед. університет, Івано-Франківський ОКЛ. - Яремче-Івано-Франківськ, 2009. - С.102-105.

Анотація

Федак В.І. Дегенеративні захворювання суміжних (до оперованого) сегментів хребта (експериментально-клінічне дослідження). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.01.21 - травматологія та ортопедія. - Державна установа "Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України", Харків, 2010.

Дисертацію присвячено проблемам хірургічного лікування дегенеративних захворювань поперекового відділу хребта з використанням міжтілового спондилодезу. В результаті ретроспективного клініко-рентгенологічного обстеження 152 хворих у 67 з них на досліджуваний термін (9,4 ± 1,02 роки) виявлено незадовільні результати. Встановлено, що якість спондилодезу: зниження індексу міжтілового проміжку та порушення його форми, резорбція кісткової тканини навколо фіксатора, зміщення імплантату у фронтальній площині, а також наявність антелістезу та ретролістезу, спондилоартрозу, виступають як фактори, що негативно впливають у післяопераційному періоді на структурну організацію суміжних хребтових сегментів.

Морфологічні експериментальні дослідження на тваринах показали, що матеріали з низькими остеоінтеграційними властивостями мають значний вплив на дегенерацію суміжних хребтових сегментів (міжхребцевого диска та дуговідросчатих суглобів).

За допомогою математичного моделювання на основі методу кінцевих елементів обґрунтовано оптимальний за біомеханічними характеристиками та матеріалом дизайн міжтілового ендопротезу. Під час проведення експериментальних досліджень на тваринах та біомеханічного дослідження доведена доцільність виконання ендопротезу із корундової кераміки із системою отворів в середній його частині та округленням по зовнішньому і внутрішньому периметрам ендопротезу. Врахування факторів тривалості захворювання, віку, наявності дегенерації суміжних сегментів повинно враховуватися у виборі об'єму хірургічного лікування для профілактики подальшої дегенерації суміжних сегментів.

Ключові слова: дегенерація суміжних сегментів, спондилодез поперекового відділу, фактори ризику.

Аннотация

Федак В.И. Дегенеративные заболевания смежных (к оперированному) сегментах позвоночника (экспериментально-клиническое исследование). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности 14.01.21 - травматология и ортопедия. - Государственное учреждение "Институт патологии позвоночника и суставов имени профессора М.И. Ситенко Академии медицинских наук Украины", Харьков, 2010.

Диссертация посвящена проблемам хирургического лечения дегенеративных заболеваний поясничного отдела позвоночника с использованием межтелового спондилодеза. В результате ретроспективного клинико-рентгенологического обследования 152 больных у 67 из них через 9,4 ± 1,02 года выявлены неудовлетворительные результаты. Установлено, что качество спондилодеза: снижение индекса межтелового промежутка и нарушения его формы, резорбция костной ткани вокруг фиксатора, смещение имплантата во фронтальной плоскости, а также наличие антелистеза и ретролистеза, спондилоартроза, выступают как факторы, которые негативно влияют в послеоперационном периоде на структурную организацию смежных позвонковых сегментов. Кроме того, учет факторов, связанных с продолжительностью болезни, возрастом, поможет в выборе объема хирургического лечения для профилактики дальнейшего развития дегенерации смежных сегментов.

В экспериментальном разделе изложены результаты исследований смежных сегментов при имплантации в межтеловой промежуток материалов с разными остеоинтегративными свойствами. В результате проведенных исследований дана объективная оценка влияния остеоинтегративных качеств биоматериалов, имплантированных в межтеловой промежуток, на состояние межпозвонковых дисков, смежных с оперированным, а также проведен сравнительный анализ изменений в краниальных и каудальных смежных межпозвонковых дисках.

При сравнении изменений в межпозвонковых дисках, смежных с оперированным, при использовании различных имплантатов, установлено, что наиболее выраженные нарушения имели место при применении материалов с низким уровнем остеоинтеграции, а именно - слоистого углерода. Изменения высоты дисков наблюдались как в краниально, так и в каудально расположенных межпозвонковых дисках. При имплантации корундовой керамики не выявлено статистически достоверной разницы между высотой каудального и краниального межпозвонковых дисков. Имплантация титановых образцов в межтеловой промежуток сопровождалась уменьшением высоты каудального межпозвонкового диска.

При анализе развития деструктивных изменений в смежных межпозвонковых дисках обращало внимание появление участков с нарушенной метахромазией, сниженной плотностью клеток. Наблюдалось нарушение ориентации пучков коллагеновых волокон во внутренних и внешних пластинах фиброзного кольца, что приводило к расслоению пластин и формированию микротрещин.

Наряду с выявленными изменениями в межпозвонковых дисках выявлено, что имплантация биоматериалов в межтеловой промежуток приводит к развитию деструктивных изменений в дугоотростчатых суставах. Между выявленными нарушениями наблюдается положительная корреляционная связь. Выраженные деструктивные изменения отмечены при использовании материала с низкими остеоинтегративными свойствами.

В пятом разделе приведены результаты экспериментальных исследований биомеханических свойств смежных позвоночных сегментов с имплантированными эндопротезами и дополнительной фиксацией титановой скобой.

При сравнительном морфологическом анализе состояния смежных позвоночных сегментов при введении титановой скобы в тела позвонков и имплантатов из корундовой керамики, углерода и титана в межтеловой промежуток было установлено, что деструкция смежных позвоночных сегментов была менее выраженной по сравнению с серией эксперимента без фиксации.

С помощью математического моделирования на основе метода конечных элементов обосновано оптимальный за биомеханическими характеристиками и материалом дизайн эндопротеза. Доказана целесообразность изготовления эндопротеза из корундовой керамики с системой отверстий в средней части и скруглениями по внешнему и внутреннему периметрам эндопротеза. В экспериментальных исследованиях на животных показано, что при использовании разработанной конструкции эндопротеза, дегенеративных нарушений в смежных сегментах на исследованные сроки не выявлено.

Ключевые слова: дегенерация смежных сегментов, спондилодез поясничного отдела, факторы риска.

Annotation

Fedak V.I. Degenerative diseases of adjacent spine segments (experimental and clinical investigation). - Manuscript.

...