АНТИМИКРОБНЫЙ СПЕЙСЕР ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА

Область техники
Полезная модель относится к медицине, конкретно к травматологии-ортопедии и фтизиатрии, и предназначена для выполнения хирургических вмешательств в ходе лечения больных с деструктивными формами туберкулезных кокситов.
Уровень техники
Тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава (ТЭТС) сегодня рассматривается как социально эффективное, безопасное и рентабельное хирургическое вмешательство.
Тотальное эндопротезирование на данный момент является самым эффективным хирургическим вмешательством при лечении пациентов с поздними стадиями заболеваний и тяжелыми последствиями травм тазобедренного сустава. В то же время данная операция сопряжена с рядом серьезных осложнений, одним из которых является развитие перипротезной инфекции, требующей больших экономических затрат на лечение и значительно снижающей качество жизни пациентов.
Согласно данным национальных регистров ряда стран и некоторых эпидемиологических исследований перипротезная инфекция является третьей по частоте причиной ревизионных операций после первичного эндопротезирования тазобедренного сустава и наиболее распространенной причиной неблагоприятного исхода эндопротезирования в ранние сроки (Шубняков И.И., Бояров А.А., Тихилов Р.М., Божкова С.А., Денисов А.О. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ СХЕМ АНТИМИКРОБНОЙ ПРОФИЛАКТИКИ ПРИ ПЕРВИЧНОМ ЭНДОПРОТЕЗИРОВАНИИ ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 4.).
Предотвращение инфекционных осложнений является важнейшей задачей первичного эндопротезирования и зависит не только от соблюдения общих принципов асептики, но и от корректности проводимой антибиотикопрофилактики (АП). Под периоперационной антимикробной профилактикой подразумевают предупреждение инфекций, возникающих вследствие оперативных вмешательств либо имеющих прямую связь с ними, но не лечение фоновой инфекции. Её суть заключается в достижении необходимых концентраций антибиотиков в тканях до момента их возможной контаминации и поддержании этого уровня в течение всей операции и первых 3–4 ч после оперативного вмешательства.
Использование двухэтапного эндопротезирования тазобедренного сустава при первичных туберкулезных кокситах является одним из основных методов лечения, позволяющим добиться эрадикации инфекционного процесса и восстановления утраченной функции сустава. Применение на первом этапе цементного спейсера позволяет:
1) сохранить анатомические взаимоотношения между резецированными суставными концами и обеспечить функциональную активность и удовлетворительное качество жизни пациента до установки основного импланта;
2) создать депо антимикробных препаратов, что в значительной степени повышает эффективность лечения инфекционной составляющей заболевания, осуществляя локальное воздействие на патогенную микрофлору в области сустава.
Известно применение спейсеров, изготовленных интраоперационно из костного цемента с добавлением антибиотиков. В этом случае в состав костного цемента механическим путем, как правило, вводят антибиотики с учетом определенной или предполагаемой чувствительности микрофлоры (RU138603; RU135904; RU13852; патент RU110979). Однако, их недостатком является невозможность достичь бактерицидной концентрации в очаге воспаления, т.к. при смешивании клинически значимых доз антибиотиков с цементом снижаются механические свойства имплантов.
Известен способ изготовления спейсера из костного цемента с антибиотиком, причем на завершающей стадии полимеризации на поверхность спейсера наносят антибиотик в виде порошка, внедряют его в верхний слой застывающего костного цемента, а установку спейсера производят в период максимального подъема температуры (RU2558466). Однако, при таком способе изготовления невозможно достичь равномерной концентрации антибиотика в поверхностях слоях и обеспечить длительное элюирование препарата в окружающие ткани.
Прототипом предложенной полезной модели является вариант артикулирующего «Спейсера тазобедренного сустава» (RU201180), состоящий из ножки и головки, выполненный из костного цемента и армированный по оси металлической арматурой, отличающийся тем, что на ножку спейсера нанесены прорези, а в нижней части головки - каналы, при этом прорези и каналы заполнены, а проксимальный конец металлической арматуры покрыт мантией, содержащей цемент и антимикробные препараты с противотуберкулезной активностью.
Недостатком прототипа является неравномерное насыщение поверхностных слоев спейсера противотуберкулезными препаратами и отсутствие их в непосредственно трущихся поверхностях изделия, что снижает уровень концентрации препаратов непосредственно в зоне резекции сустава.
Одним из возможных конструктивных решений, позволяющим избежать этих недостатков может являться создание спейсера тазобедренного сустава с двухкомпонентной головкой, внутренний компонент которой изготавливается из обычного официнального цемента с известными прочностными характеристиками, а наружный компонент выполняется из цементной мантии, содержащей антимикробные препараты с противотуберкулезной активностью в необходимых, в т.ч. и высоких концентрациях в зависимости от индивидуальной чувствительности микробного агента.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом применения модели является возможность обеспечить насыщение противотуберкулезными препаратами зону резекции и соприкасающиеся трущиеся поверхности головки спейсера с вертлужной впадиной и увеличить объем используемых антимикробных препаратов, добавляемых к костному цементу для увеличения концентрации препарата, попадающего в окружающие сустав биологические субстраты с целью достижения бактерицидных/бактериостатических эффектов при сохранении прочностных характеристик спейсера. Использование предлагаемой модели спейсера позволяет осуществлять местное введение лекарственных препаратов, вызывающих гибель возбудителей туберкулеза непосредственно в очаге воспаления, что способствует повышению эффективности терапии, снижает риск прогрессирования и рецидива заболевания, сокращает сроки проведения системной химиотерапии до 4-6 месяцев вместо 6-18 месяцев, рекомендуемых в настоящее время.
Сущность заявляемого устройства в том, что оно состоит из ножки, изготовленной из металлической арматуры, покрытой костным цементом с нанесенными ребрами и головки, выполненной из двух компонентов костного цемента. Внутренний компонент головки полушаровидной формы изготавливается из официнального костного цемента в специальной пластиковой форме нескольких типоразмеров (диаметром 44 мм, 46 мм, 48 мм, 50 мм, 52 мм, 54 мм и 56 мм). Размер внутреннего компонента формируется на 2 мм меньше размера вертлужной впадины оперируемого пациента. Для создания наружного компонента используется пластиковая форма размером на 2 мм больше, чем размер внутреннего компонента. Она заполняется костным цементом, смешанным на стадии порошка с антимикробными препаратами, обладающими противотуберкулезной активностью в массовом соотношении 10/1 с допустимой величиной погрешности, не превышающей 1%. После последующего добавления в порошковую смесь цемента с антимикробными препаратами жидкого полимера и начала реакции полимеризации, в форму погружается внутренний компонент головки и выдерживается до конца реакции полимеризации на 8-10 минуте. После затвердевания наружного компонента сформированная из двух компонентов цемента головка извлекается из пластиковой формы.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется следующими чертежами.
Фиг.1 Изготовление ножки спейсера из официнального цемента (без смешивания с антибиотиками), где 1- проксимальный конец металлической арматуры; 2- цементная мантия; 3-прорези в цементной мантии.
Фиг.2. Изготовление внутреннего компонента головки спейсера из официнального цемента, где 4-цементная головка; 5-пластиковая форма.
Фиг.3. Изготовление двухкомпонентной головки, где 6- наружный компонент головки, отлитый из цемента, насыщенного противотуберкулезными препаратами.
Фиг.4. Схематичное изображение готовой модели спейсера, где заштрихованные области-цементная мантия с противотуберкулезными препаратами.
Осуществление полезной модели
Для создания конструкции был проведен ряд экспериментов для исследования элюционных характеристик антимикробных препаратов с противотуберкулезной активностью, нагруженных в спейсер. По окончании эксперимента проведен анализ полученных данных в сравнении с результатами аналогичных экспериментов, проведенных с прототипом.
Изучение динамики выделения введенных лекарственных препаратов из объема отвержденного костного цемента проводили в статических условиях in vitro. Для этого образцы спейсера заявляемой формы с препаратами (изониазид, рифампицин), помещали в физиологический раствор и инкубировали при 37°С. Соотношение объема образца и жидкой среды составляло 1 к 10. Замену физиологического раствора осуществляли через 1, 3, 7, 14 и 28 дней, соответственно. Измеряя интенсивность поглощения при характерной длине волны (таблица 1) по предварительно построенным для каждого препарата зависимостям интенсивности поглощения от концентрации определяли его концентрацию.
В течение всего времени проведения эксперимента (28 суток) не удалось обнаружить появления дополнительных областей поглощения в полученных спектрах, что свидетельствует о стабильности вводимых препаратов в условиях эксперимента. Результаты исследования элюционных характеристик препаратов по сравнению с полученными у прототипа приведены в таблице. Данные прототипа приведены в скобках.
Таблица. Концентрация препаратов в растворе, скорость и степень их выделения.
Время, дни
Концентрация препарата в растворе, мг/мл
Скорость изменения концентрации в растворе, (мг/мл)/день
Доля выделившегося препарата,%
Количество препарата в образце (г) на 4 г цемента
0,4
0,4
0,4
Изониазид
1
802 (250)
802 (250)
5,1 (3,3)
3
270 (67)
80,2 (22,3)
6,8 (4.2)
7
90 (26)
16,1 (3.7)
7,1 (4,6)
14
67 (18)
8,9 (1,3)
7,8 (4,8)
28
59 (17)
5,1 (0,6)
8,1 (5,0)
Рифампицин
1
1300 (414)
1300 (414)
11,8 (5,5)
3
408 (101)
170 (33,7)
13,5 (6,9)
7
107 (32)
24,3 (4,6)
15,1 (7,3)
14
94 (27)
9,8 (1,9)
16,8 (7,7)
28
97 (31)
9,2 (1,1)
17,3 (8,1)
Из приведенных данных можно видеть, что концентрация, скорость изменения концентрации и доля выделившегося препарата у предлагаемой модели значительно выше, чем у прототипа. Основная часть препарата выделялась в течение первых суток инкубирования, причем полнота выделения снижалась по мере роста количества введенного антимикробного препарата. В последующие же дни скорость выделения и количество выделенного препарата очевидным образом снижались.
Очевидное увеличение концентрации антимикробного препарата в окружающей жидкой среде объясняется значительным увеличением площади поверхностного слоя цемента, насыщенного препаратом в предлагаемом изделии по сравнению с прототипом. Так, площадь головки спейсера, содержащая антимикробный препарат, составляет при диаметре 50 мм – 3925 кв.мм, в то время как у прототипа эти цифры составляют 250 кв.мм.
Говоря об общем количестве выделенного препарата, можно указать на тот факт, что наблюдаемая доля десорбированного антимикробного препарата от 3-8% соответствует количеству препарата, содержащегося в приповерхностном слое костного цемента толщиной всего 0,2-0,4 мм (около 2-4 % радиуса образца). Это подчеркивает необходимость увеличение площади насыщенной антимикробными препаратами поверхности спейсера,
Использование цементной смеси с более чем 10 % концентрацией изониазида и рифампицина для изготовления всего спейсера приведет к нарушению прочностных характеристик. То есть, необходимая бактерицидная концентрация с сохранением   прочностных характеристик может быть достигнута только использованием более 10% смеси в поверхностном слое спейсера.
Таким образом, предложенная полезная модель антимикробного спейсера тазобедренного сустава, нагруженного антимикробными препаратами с противотуберкулезной активностью, может быть использована для местного этиотропного воздействия на очаг воспаления при неизмененных прочностных характеристиках. В качестве антимикробного препарата с противотуберкулезной активностью могут быть использованы также стрептомицин, амикацин, канамицин, циклосерин, левофлоксацин, линезолид, бедаквилин.
Установка происходит следующим образом
Боковым разрезом обнажают полость тазобедренного сустава. Вывихивают головку бедренной кости, резецируют ее, удаляют капсулу сустава, гнойное содержимое, некротические ткани. Производят механическую и антисептическую обработку полости резецированного сустава. В бедренной кости по аналогии с техникой эндопротезирования рашпилем минимального размера формируют канал. Далее на отдельном столике изготавливают спейсер. Первым этапом методом литья из костного цемента изготавливают ножку спейсера в стерильной пластиковой пресс-форме, а по оси ножки располагают металлическую арматуру, обеспечивающую его прочность на сгибание. В верхней части ножки проксимальный конец металлической арматуры длиной 40 мм первом этапе остается временно непокрытым цементной мантией до изгиба. Размер пластиковой пресс-формы и соответственно ножки соответствует нулевому размеру рашпиля системы ЭСИ по аналогии с методикой установки эндопротеза. Пресс-форма содержит специальные продольные сужающиеся книзу выступы для формирования ребер на каркасе спейсера размерами 12±2 мм в проксимальном конце и 5±1 мм в дистальном и длиной 100±5 мм и глубиной 3 мм. Вторым этапом изготавливается головка спейсера. Первый (внутренний) компонент головки - полушаровидной формы, изготавливается целиком из костного цемента путем погружения проксимального конца металлической арматуры ножки в специальную пластиковую форму нескольких типоразмеров (диаметром 44 мм, 46 мм, 48 мм, 50 мм, 52 мм, 54 мм, 56 мм и 58 мм), заполненную жидким цементом на стадии полимеризации. Размер внутреннего компонента головки подбирается на 2 мм меньше размеров удаленной головки бедренной кости и вертлужной впадины. После частичного затвердевания первого компонента через 4-6 минут после начала полимеризации он извлекается из пластиковой формы. Далее изготавливается второй (наружный) компонент головки. Изначально в порошкообразный полимер костного цемента добавляются порошковые формы антимикробных препаратов с противотуберкулезной активностью в необходимой концентрации и перемешиваются механическим путем. Далее в порошковидную смесь полимера с антимикробным препаратом добавляется жидкий мономер, смесь помещается в пластиковую форму размером на 2 мм больше внутреннего компонента. Внутренний компонент головки погружается в заполненную цементно-антимикробным составом форму до затвердевания на 8-10 минуте после смешивания, после чего образец извлекается из пластиковой формы. Этим же цементно-антимикробным составом в виде мантии заполняются прорези между ребер на ножке спейсера.
Таким образом, головка спейсера, изготовленного по данной технологии, состоит из двух компонентов: первый (внутренний) выполнен из официнального цемента и соответственно обладает необходимыми прочностными характеристиками и может нести функциональную нагрузку; второй (наружный) толщиной 2 мм из смеси официнального цемента с антимикробным препаратом, обладает антимикробным эффектом. Также антимикробным действием обладает наружная мантия, которой заполнены прорези между ребер на ножке устройства. Соответственно, кроме опорно-двигательной функции, изготовленный спейсер выполняет роль депо с постепенным высвобождением антимикробного препарата в течение 28 суток по данным нашего эксперимента и по данным авторов, использующих костный цемент, нагруженный антибиотиками широкого спектра действия (http://medregion31.ru/PALACOS%20MV+G.pdf). Изготовленный спейсер вводится в канал бедренной кости. Головку спейсера вправляют в вертлужную впадину. Рану ушивают послойно с установкой дренажной системы. Дозированная ходьба разрешается через 2-4 дня после операции. (Руководство по хирургии тазобедренного сустава. Под редакцией Р.М. Тихилова, И.И. Шубнякова//. РНИИТО им. Р.Р. Вредена, 2014 г.-368 с..ISBN 978-5-990489738).
Клинический пример: пациент Д., 35 лет, находилась в клинике с диагнозом: активный туберкулез правого тазобедренного сустава, осложненный параартикулярным абсцессом. Сопутствующее заболевание – ВИЧ 4В ст., хронический вирусный гепатит С. Болен в течение шести месяцев. При поступлении отмечалась выраженная болезненность и ограничение движений в правом тазобедренном суставе, повышенная температура, наличие параартикулярных абсцессов. В нашей клинике 11.02.2021 произведена прицельная трепанобиопсия головки правой бедренной кости и пункционная биопсия тазобедренного сустава. При ПЦР-исследовании биологического материала обнаружена ДНК МБТ высокая бактериальная нагрузка. После проведения курса начальной противотуберкулезной терапии 21.04.2021 произведена операция в объеме резекции правого тазобедренного сустава, абсцессонекрэктомии, установки цементного спейсера
предложенной конструкции. При приготовлении насыщенной антибиотиком цементной мантии использовано 1 г левофлоксацина на 10 г цемента соответственно индивидуальной чувствительности микробиологического агента, определенной по результатам трепанобиопсии. В операционном материале была обнаружена ДНК МБТ, средняя бактериальная нагрузка, и гистологическая картина соответствовала туберкулёзному кокситу. Больной приступил к дозированной ходьбе на третьи сутки после операции. Послеоперационный период протекал без осложнений. Был выписана на амбулаторное лечение с рекомендациями продолжения противотуберкулезной химиотерапии по 1 режиму. На контрольных рентгенограммах и КТ от 25.05.2021 положение спейсера стабильное. Планируется проведение второго этапа эндопротезирования в августе 2021 после планового обследования.