ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Министерство здравоохранения Российской Федерации Биокерамические имплантаты в хирургии позвоночника Авторы: Рерих В. В., Аветисян* А. Р., Кирилова И. А., Ластевский А. Д., Байдарбеков М. У. 14.00.28 - нейрохирургия Москва 2014 Введение: ИМТЦ ФГБУ ННИИТО ОАО НЭВЗ-Н Биокерамические алюмоксидные гранулы в с диаметром 1 мм. Сквозная пора с диаметром 500 μm. Прочность на сжатие не менее 300 MPa. Рентгенография пациента Т. 63 лет: транскутанная транспедикулярная фиксация D11-D12-L1 позвонков, транспедикулярная пластика дефектов тела D12 гранулами на основе гидроксиапатита морских кораллов. 2 Цель исследования: Оценить изменения формы и прочности тел поврежденных позвонков грудопоясничного переходного отдела позвоночника при транспедикулярной пластике высокопрочными алюмооксидными гранулами и гранулами депротеинизированной костной ткани. 3 Материалы и методы: Забор и хранение материалов 1)24 позвонка, забранных из грудопоясничного переходного отдела позвоночника четырех трупов (два мужчины и две женщины, средний возраст 60,25 лет). 2)Позвонки очищались от мягких тканей 3)Тотчас после забора позвонки замораживались и хранились при температуре -20°С в пластиковых пакетах (A. Boger, P. Heini, M. Windolf et al., 2007; A. J. Fields, G. L. Lee, T. M. Keaveny, 2010; A. I. Hussein, E. F. Morgan, 2013). 1. 2. 3. 4 Boger A. Adjacent vertebral failure after vertebroplasty: a biomechanical study of low-modulus PMMA cement / A. Boger, P. Heini, M. Windolf, E. Schneider // Eur Spine J (2007) 16:2118–2125. – DOI 0.1007/s00586-007-0473-0 Fields A. J. Mechanisms of initial endplate failure in the human vertebral body / A. J. Fields, G. L. Lee, T. M. Keaveny // J Biomech. – 2010 December 1; 43(16): 3126–3131. doi:10.1016/j.jbiomech.2010.08.002. Hussein A. I. The Effect of Intra-Vertebral Heterogeneity in Microstructure on Vertebral Strength and Failure Patterns / A. I. Hussein, E. F. Morgan // Osteoporos Int. - 2013 March; 24(3): 979–989. doi:10.1007/s00198-012-2039-1. Материалы и методы: Лучевая диагностика 1)Денситометрия позвонков на двухэнергетическом рентгеновском денситометре: Группа 1 (n = 10) BMD = 0,570 г/см2 Группа 2 (n = 9) BMD = 0,571 г/см2 Группа 3 (n = 5) BMD = 0,507 г/см2 2)Рентгенография всех забранных позвонков в прямой, боковой и аксиальной проекции: До деформации 3)Рентгеновская морфометрия: измерялась высота передней (H1), средней (H2) и задней (H3) части тела позвонка в боковой проекции. 5 После деформации После реконструкции После деформации 2 Материалы и методы: Механические испытания и реконструкция позвонков 1) Деформация позвонков путем аксиального сжатия (5 мм/мин) их тел на испытательной системе с определением прочности на сжатие. Деформация позвонков при сжатии: 6 Фотография препарата №7, закрепленного в платформах пресса механической испытательной системы. Группа 1 (n = 10) 10 мм (до 30% H1) Группа 2 (n = 9) 10 мм (до 30% H1) Группа 3 (n = 5) 50% H1 Фотография препарата №7 (третья серия экспериментов) на этапе реконструкции тела пластическими гранулами: в корнях дуг позвонка сформированы каналы, слева установлена воронка для транспедикулярного введение гранул в тело позвонка. Материалы и методы: Механические испытания и реконструкция позвонков Имплантируемые гранулы: Формула расчета объема необходимого пластического материала для полной коррекции деформации тела позвонка в эксперименте. 7 Группа 1 и 3 Биокерамические алюмоксидные цилиндры с диаметром 1 мм. Сквозная пора с диаметром 500 μm. Группа 2 Гранулы депротеинизированной костной ткани размерами 1-2 мм. Прочность на сжатие не менее 300 MPa. Прочность на сжатие 50 -100 MPa. Материалы и методы: Методы статистического анализа данных 1) Нормальности распределения значений в анализируемых выборках верифицировалась методом Шапиро-Вилкса (Shapiro-Wilk's W test) 2) Однофакторный дисперсионный анализ ANOVA (англ. 1-way ANOVA) 3) Непараметрический U-критерий Манна-Уитни (англ. Mann-Whitney U-test) 8 Результаты: Группы 1 и 2 •компрессионные переломы тел с симметричным уменьшением высот их передней и задней части •без образования фрагментов А •высота средней части тел позвонков изменялась в большей степени Magerl et al.: A1.3; коллапс тела позвонка (без достижения полного значения). Б 9 Результаты: Группы 3 •выраженная деформация тела с уменьшением высоты передней, средней и задней части тел приблизительно на 40% от исходных значений А •фрагментация тел позвонков с разрушением замыкательных пластин, передней и задней стенки Magerl et al.: A1.3; коллапс тела позвонка (без достижения полного значения). 10 Результаты: 11 Результаты: H1, H2 и H3 после реконструкции были достоверно больше, чем значения до реконструкции во всех группах 12 Результаты: Тело позвонка с гранулами это композиционный материал, состоящий из компонентов. Прочность композиционного материала будет соответствовать промежуточному значению, расположенному между прочностными характеристиками компонентов. 13 В группе 1 (Al2O3) прочность на сжатие была больше исходного значения на 8% В группе 2 (ДПГК) - меньше исходного значения на 23,01% Результаты: Группе 1 заданная деформация 30% высоты В группе 3 заданная деформация составляла 50% высоты тел: происходило разрушение передней и задней стенки тела позвонка 14 Исходное среднее значение прочности на сжатие тел позвонков в группе 3 было равно 2,48832 МПа, после реконструкции – 0,97981 МПа, что соответствовало 38% первоначального значения. Заключение: • Транспедикулярная пластика дефектов костной ткани тел позвонков высокопрочными алюмооксидными гранулами эффективно восстанавливает формы тел позвонков практически до исходных значений; • Применение более прочных гранул на основе алюмооксидной биокерамики позволяет не только восстановить форму, но и прочность тел позвонков; • Восстановление прочности на сжатие происходит в случае целостности задней стенки тела позвонка. 14 Адрес: г. Новосибирск, ул. Фрунзе, 17 Телефон: +7 (383) 363-31-31 E-mail: [email protected] www.niito.ru