Питкин Марк Рафаилович — доктор технических наук, профессор Тафтского университета, Бостон, МА 02111, США. Тел.: 617-636-7000, e-mail: mpitkin@tuftsmedicalcenter.org
В рубрике: Оригинальные исследования
Год: 2022 Том: 4 Номер журнала: 2
Страницы: 58-67
Тип статьи: scientific and practical
УДК: 617-089.844
DOI: 10.26211/2658-4522-2022-4-2-58-67
Введение. Использование костномозгового канала для размещения имплантов при тотальном эндопротезировании суставов было парадигмой в ортопедии более века, а в технологии прямого крепления протезов конечностей к скелету — около трех десятилетий. Это положение таковым и остается, несмотря на то, что внутренние стенки канала могут резорбироваться, увеличивая его диаметр и, как следствие, снижая его способность удерживать имплант. Резорбция, или негативное ремоделирование, является неизбежным физиологическим компонентом развития и роста кости и является одним из факторов расшатывания имплантированного стержня.
Цель. В качестве возможного направления для уменьшения последствий отрицательного ремоделирования костномозгового канала в этой работе обращается внимание на анизотропию костного ремоделирования и предлагается методология имплантации, активирующая положительное ремоделирование.
Материалы и методы. Обсуждаемая методология использует остеогенез в циркулярном направлении, возникающий в ответ на дистракцию предварительно прорезанных пазов в костной трубке. Мы называем эту методику дистракционной имплантацией по аналогии с вариантом классического дистракционного остеогенеза доктора Илизарова, а именно — с дистракционным остеогенезом, осуществляемым не для удлинения, а для уширения конечности, когда распил кости делается в продольном направлении.
Результаты. Метод дистракционной имплантации представлен соответствующей конструкцией ножки импланта и проиллюстрирован пилотным исследованием на животных.
Обсуждение. Проанализированы сходства и различия между классическим дистракционным остеогенезом и новым методом (дистракционной имплантацией).
Заключение. Сходство нового метода дистракционной имплантации с классическим методом дистракционного остеогенеза в его модификации при распиле вдоль продольной оси кости заключаются в инициации процессов естественного ремоделирования кости в циркулярном направлении.
Временное снижение прочности костной трубки вследствие выполнения продольных распилов компенсируется существенным увеличением прочности как кости, так и крепления импланта после завершения ремоделирования кортикального слоя.
Новый метод дистракционной имплантации может представлять альтернативу принятым в настоящее время технологиям при условии обеспечения достаточной прочности кости в период между выполнением необходимых распилов и завершением циркулярной регенерации.
Представляется перспективным после дополнительных исследований применение нового метода дистракционной имплантации при прямом скелетном креплении протезов конечностей, а также при тотальном эндопротезировании суставов.
Ключевые слова: анизотропия регенерации, оссеоинтеграция, расшатывание импланта, резорбция, эндопротезивание
1. Hall CW. Developing a permanently attached artificial limb, Bull Prosthetics Res 1974;22:144-57.
2. Mooney V, Predecki PK, Renning J, Gray J. Skeletal extension of limb prosthetic attachment-problems in tissue reaction, Journal of Biomedical Materials Research 1971;5(6):143-59.
3. Owens LJ. Apparatus for connecting a prosthesis to a bone, US Patent 3,947,897, 1976.
4. Branemark P-I. Vital microscopy of bone marrow in rabbit, Scand J Clin Lab Invest Suppl 1959;38(11):1-82.
5. Branemark P-I. Anchoring element for implantation in tissue, for holding prosthesis, artificial joint components or the like, United States Patent 5,702,445, 1997.
6. Sooriakumaran S, Robinson KP, Ward DA. Pattern of Infection of Transfemoral Osseointegration, Proc. 11th World Congress, International Society for Prosthetics & Orthotics, Hong Kong, 2004. p. 252.
7. Branemark R, Berlin O, Hagberg K, Bergh P, Gunterberg B, Rydevik B. A novel osseointegrated percutaneous prosthetic system for the treatment of patients with transfemoral amputation: A prospective study of 51 patients, Bone Joint J. 2014;96-B(1):106-13.
8. Tsikandylakis G, Berlin O, Branemark R. Implant Survival, Adverse Events, and Bone Remodeling of Osseointegrated Percutaneous Implants for Transhumeral Amputees, Clinical Orthopaedics and Related Research. 2014:472(10):2947-56.
9. Leventhal GS, Titanium, a metal for surgery, J Bone Joint Surg Am. 1951;33-A(2):473-4.
10. Branemark PI, Hansson BO, Adell R, Breine U, Lindstrom J, Hallen O, Ohman A. Osseointegrated implants in the treatment of the edentulous jaw. Experience from a 10-year period, Scand J Plast Reconstr Surg Suppl. 1977;16:1-132.
11. lbrektsson A, Branemark PI, Hansson HA, Lindstrom J. Osseointegrated titanium implants. Requirements for ensuring a long-lasting, direct bone-to-implant anchorage in man, Acta Orthop Scand. 1981;52(2):155-70.
12. Nebergall A, Bragdon C, Antonellis A, Karrholm J, Branemark R, Malchau H. Stable fixation of an osseointegated implant system for above-the-knee amputees, Acta orthopaedica. 2012;83(2):121-8.
13. Bozic KJ, Kurtz SM, Lau E, Ong K, Vail TP, Berry DJ. The epidemiology of revision total hip arthroplasty in the United States, The Journal of Bone & Joint Surgery. 2009;91(1):128-33.
14. Malchau H, Herberts P, Eisler T, Garellick G, Soderman P. The Swedish total hip replacement register, The Journal of Bone & Joint Surgery. 2002;84(suppl 2):S2-S20.
15. Melvin JS, Karthikeyan T, Cope R, Fehring TK. Early failures in total hip arthroplasty — a changing paradigm, The Journal of arthroplasty. 2014;29(6):1285-8.
16. Bozic KJ, Berry J. Modes of failure in revision hip and knee replacement, Center for Disease Control, National Center for Health Statistics. 2004.
17. Doblare M, Garcia JM. Anisotropic bone remodelling model based on a continuum damage-repair theory, J Biomech. 2002;35(1):1-17.
18. Green PB. Cell Walls and the Geometry of Plant Growth, Brookhaven Symp Biol. 1964;16:203-17.
19. Thompson DAW. On growth and form, University press, Cambridge [Eng.], 1917.
20. Pitkin M. Design features of the implants for direct skeletal attachment of limb prostheses, Journal of Biomedical Materials Research Part A. 2013;101(11):3339-48. DOI: 10.1002/jbm.a.34606. [PMCID: PMS3758435].
21. Charnley J. Arthroplasty of the hip. A new operation, Lancet. 1961;1(7187):1129-32.
22. Frossard LA, Tranberg R, Haggstrom E, Pearcy M, Branemark R. Load on osseointegrated fixation of a transfemoral amputee during a fall: loading, descent, impact and recovery analysis, Prosthetics and orthotics international. 2010;34(1):85.
23. Pitkin M. One lesson from arthroplasty to osseointegration in a search for better fixation of in-bone implanted prosthesis, J Rehabil Res Dev. 2008;45(4):vii-xiv [PMC3178830].
24. Helgason B, Palsson H, Runarsson TP, Frossard L, Viceconti M. Risk of failure during gait for.direct skeletal attachment of a femoral prosthesis: A finite element study, Medical engineering & physics. 2009;31(5):595-600.
25. Al Muderis M, Khemka A, Lord SJ, Van de Meent H, Frolke JP. Safety of Osseointegrated Implants for Transfemoral Amputees: A Two-Center Prospective Cohort Study, J Bone Joint Surg Am. 2016;98(11):900-9.
26. Hagberg K, Branemark R. One hundred patients treated with osseointegrated transfemoral amputation prostheses—rehabilitation perspective, J Rehabil Res Dev. 2009;46(3):331.
27. Mohamed J, Reetz D, Van de Meent H, Schreuder H, Frolke JP, Leijendekkers R. What Are the Risk Factors for Mechanical Failure and Loosening of a Transfemoral Osseointegrated Implant System in Patients with a Lower-limb Amputation?, Clinical Orthopaedics and Related Research®. 2021;10:1097.
28. Ilizarov GA. Clinical application of the tension-stress effect for limb lengthening, Clin Orthop. 1990;(250):8-26.
29. Ilizarov G.A. The tension-stress effect on the genesis and growth of tissues. Part I. The influence of stability of fixation and soft-tissue preservation, Clin Orthop. 1989;(238):249-81.
30. Bowlby AA. Surgical Pathology and Morbid Anatomy, page 329, J. & A. Churchill. 640 p., London, 1895.
31. Pitkin M. In-bone implantable shaft for prosthetic joints or for direct skeletal attachment of external limb prostheses and method of its installation. US Patent No. 8992615 https://patents.google.com/patent/ US8992615B2/en, 2015.
32. Pitkin M. In-bone implantable shaft for prosthetic joints or for direct skeletal attachment of external limb
prostheses and method of its installation, US Patent Application No. 11/899068, 2007.
33. Bloebaum RD, Rebuttal to Pitkin JRRD Guest Editorial, J Rebabil Res Dev. 2008; 45 (4): vii-xiv, Journal of Rehabilitation Research and Development 2008;45(9).
34. Pitkin M, Raykhtsaum G, Pilling J, Shukeylo Y, Moxson V, Duz V, Lewandowski J, Connolly R, Kistenberg R, Dalton J, Prilutsky B, Jacobson S. Mathematical modeling and mechanical and histopathological testing of porous prosthetic pylon for direct skeletal attachment, J Rehabil Res Dev. 2009;46(3):315-30 [PMC2905739].
35. Pitkin M, Cassidy C, Muppavarapu R, Raymond J, Shevtsov M, Galibin O, Rousselle S. New method of fixation of in-bone implanted prosthesis, J Rehabil Res Dev. 2013;50(5)709-22; [PMC3785305].
36. Pitkin M. Distraction Implantation. A New Technique in Total Joint Arthroplasty and Direct Skeletal Attachment, EC Orthopaedics. 2018;9(5):285-92.
37. Compton J, Fragomen A, Rozbruch SR. Skeletal Repair in Distraction Osteogenesis: Mechanisms and Enhancements, JBJS Reviews. 2015;3(8):e2.
38. Ai-Aql ZS, Alagl AS, Graves DT. Gerstenfeld LC, Einhorn TA. Molecular mechanisms controlling bone formation during fracture healing and distraction osteogenesis, J Dent Res. 2008;87(2):107-18.