НАО «Медицинский университет Караганды»
УДК 616.71-002.2-001-089 На правах рукописи
КОШАНОВА АМИНА АМАНТАЙКЫЗЫ
Разработка и экспериментально-морфологическое обоснование импрегнации антибиотиком костного аллографта заготовленного по Марбургской системе на
модели остеомиелита
6D110100 – Медицина
Диссертация на соискание степени доктора философии (PhD)
Научный консультанты:
Тулеубаев Берик Еркебуланович доктор медицинских наук, ассоциированный профессор.
НАО «Медицинский университет Караганды»
Тусупбекова Майда Масхаповна, доктор медицинских наук, профессор.
НАО «Медицинский университет Караганды»
Воробьев Константин Александрович кандидат медицинских наук, научный сотрудник научно-исследовательского центра Военно-медицинской академии имени С.М. Кирова Минобороны России, г. Санкт-Петербург
Караганда, 2022
2
СОДЕРЖАНИЕ
Нормативные ссылки ……… 3
Обозначения и сокращения ………. 4
Введение ……… 5
ГЛАВА 1 Обзор литературы ………... 11
1.1 Современный взгляд на концепцию костной инфекции ……… 11
1.2 Диагностика хронического остеомиелита ……..…………... 13
1.2.1 Визуальная диагностика хронического остеомиелита ... 13
1.2.2 Морфология костной ткани при хроническом остеомиелите …… 15
1.3 Классификация остеомиелита ……….. 16
1.4 Хирургические и консервативные методы лечения хронического остеомиелита ……… 18
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ……… 22
2.1 Заготовка и импрегнация костного аллографта ………. 24
2.2 Подготовка инокулята ……….. 26
2.3 Создание модели хронического остеомиелита на экспериментальных животных ……… 27
2.4 Формирование экспериментальных групп для проведения лечения хронического остеомиелита………... 30
2.5 Микробиологическое исследование полученных образцов ………. 32
2.6 Гистологическое исследование полученных образцов ………. 33
2.7 Статистические методы обработки данных ………... 36
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ …….. 37
3.1 Разработка способа импрегнации аллографта, заготовленного по Марбургской системе костного банка антибиотиками по оригинальной методике ……… 37
3.2 Клиническая, рентгенологическая и гистологическая характеристика модели хронического остеомиелита у кроликов в эксперименте ……… 39
3.3 Клинические особенности течения хронического остеомиелита с применением и без применения костного аллографта ……….. 46
3.4 Сравнительная характеристика гистологических изменений в костной ткани с применением и без применения костного аллографта .. 48
3.5 Оценка микробиологической эффективности применения костных аллографтов в сравнении с биодеградируемым материалом ……… 59
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……… 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ……… 67
Приложение А ……….. 82
Приложение Б ………... 83
Приложение В ………... 84
Приложение Г ………... 85
3
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
Закон Республики Казахстан «О науке» от 18.02.2011 г. № 407-IV ЗРК;
Инструкция по оформлению диссертации и автореферата, утвержденные приказом Председателя ВАК МОН РК №377-3ж от 28.09.2004;
Государственный общеобязательный стандарт послевузовского образования.
Докторантура, утвержденный приказом МОН РК от 31 октября 2018 года № 604;
Правила присуждения ученых степеней, утвержденные приказом МОН РК от 31 марта 2011 года № 127;
Межгосударственные стандарты: ГОСТ 7.32-2001 (Введен взамен ГОСТ 7.32- 2017 с 01.02.2019 г. с установлением переходного периода для ГОСТ 7.32-2001 до 01.02.2020 г.). Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления;
ГОСТ 7.1-2003. Библиографическая запись. Библиографическое описание.
Общие требования и правила составления.
Приказ Министра здравоохранения Республики Казахстан от 15 мая 2015 года
№348 О внесении изменения в приказ Министра здравоохранения Республики Казахстан от 12 ноября 2009 года № 697 «Об утверждении Правил проведения медико-биологических экспериментов, доклинических (неклинических) и клинических исследований.
Заключение этической комиссии КГМУ № 4 от 25.09.2017 года. Присвоенный номер 13.
Методические рекомендации к оформлению диссертации на соискание степени доктора философии (PhD), доктора по профилю
Требования к оформлению диссертаций протокол №8 от 24.03.2016.
4
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ВОЗ – всемирная организация здравоохранения
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота КоА – коэнзим А
МПК – минимальная подавляющая концентрация МРТ – магнитно-резонансная томография
ПММА - полиметилметакрилат
ПЭМ – просвечивающая электронная микроскопия ПЭТ – позитронно-эмисионная томография
ПЦР – полимеразная цепная реакция СОЭ – скорость оседания эритроцитов СРБ – С-реактивный белок
США – Соединенные штаты Америки
MRSA – метициллин резистентный золотистый стафилококк
5
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы лечения хронического остеомиелита определяется значительной распространенностью заболевания среди всех возрастных групп населения и неуклонным ростом травматизма, тяжестью и длительностью течения патологического процесса, а также трудностями профилактики и терапии данной патологии, активностью во внедрении хирургических методов лечения [1-3]. Несмотря на широкое применение малоинвазивных технологий и активную хирургическую тактику проблема хронического остеомиелита остается не решенной. Установлено что, после лечения хронического остеомиелита все еще отмечаются высокие показатели неудовлетворительных исходов и инвалидизации, достигающей 50-90% [3]. Адекватным лечением хронического остеомиелита является: ликвидация инфекции, путем санации и создания высоких концентраций антибиотика в очаге поражения и одномоментное заполнение дефекта костной ткани. Известно, что традиционными методами лечения остеомиелита служит системная антибиотикотерапия и хирургическая санация очага инфекции. После любой некросеквестрэктомии в кости остаются дефекты, которые самостоятельно не регенерируют и постоянно поддерживают воспаление [4-5]. Пространство, возникающее вследствие хирургической обработки, необходимо заполнить, чтобы предотвратить перенос и рецидив инфекции. Основу патогенетических механизмов хронического остеомиелита составляет комплекс ишемических, инфекционно-воспалительных и репаративных изменений в кости и окружающих мягких тканях. Структурно-функциональные изменения определяются особенностями возбудителей инфекционного процесса, характером и выраженностью воспалительных и репаративных процессов в зоне поражения. Гистологическое исследование является «золотым стандартом» по отношению к любым визуализационным методикам в комплексе с лучевыми и микробиологическими методами [6].
В настоящее время освещены патоморфологические изменения при остеомиелите и показаны отличия между острым и хроническим типами воспалительного процесса в кости [6]. Пропитанные антибиотиком различные наполнители могут выступать в качестве местной противоинфекционной системы высвобождения лекарства, которые не только заполняют образовавшийся дефект в кости после хирургической обработки раны, но также обеспечивают высокие концентрации антибиотиков в очаге, без увеличения уровня антибиотика в сыворотке крови. Сегодня в травматологии и ортопедии имеется значительное число как биодеградируемых, так и не разлагаемых материалов, участвующих в механизмах репаративного процесса костной ткани. Особой популярностью пользуются костные трансплантаты, которые близки по своему строению и полностью перестраиваются. Отрицательными сторонами применения костных аутотрансплантатов является травматичность при заготовке, ограниченные ресурсы донорских зон, опасность переломов и хронических болевых синдромов в месте забора донорского материала [1]. При
6
заготовке аллографтов от поствитальных доноров отрицательными моментами являются сложность их получения, необходимость наличия специальной базы производства, где они будут проходить обработку, стерилизацию, обезжиривание, обесклеточивание. При перестройке аллографта высвобождение химических элементов, накопившихся в процессе их производства приводит к местной реакции в виде ухудшения интеграции.
Начиная с 1993 в Европе начали использоваться аллотрансплантаты, заготовленные по Марбургской системе костного банка. В этой технологии применяется метод особенной термической обработки аллографта, с помощью которого, в клинических условиях, во время артропластики, ранее утилизируемая головка бедренной кости может сохраняться как ткань от живого донора, которая имеет множество неоспоримых и доказанных преимуществ.
Последние десятилетия в клинических и медико-социальных исследованиях серьезное внимание уделяется оценке качества жизни пациентов. Согласно современному подходу ВОЗ, при заболеваниях с хроническим течением, каким является остеомиелит, оценка качества жизни имеет большое значение наряду с клинико-функциональными показателями.
Следует отметить, что затраты на лечение одного больного остеомиелитом трубчатых костей в течении всего периода болезни могут составлять 500 тыс.
евро [12]. Особую социальную, медицинскую, экономическую и психологическую значимость приобретает лечение хронического остеомиелита, так как чаще встречается у трудоспособного населения (21-50 лет), в 90%
случаев требует длительного лечения, нередко приводит к инвалидизации у 45% больных [3].
Учитывая вышеизложенные проблемы в терапии хронического остеомиелита назрела необходимость поиска путей по созданию костного аллографта импрегнированного антибиотиком. Решение поставленной задачи благоприятно скажется на лечении данной категории больных и таким образом отразится на его экономической составляющей.
Рабочая гипотеза – разработка костного аллографта импрегнированного антимикробным препаратом и заготовленного по Марбургской системе с испытанием на модели хронического остеомиелита позволит доказать его способность к эффективному транспорту антибиотика с подавлением основных штаммов в остеомиелитическом очаге.
Цель исследования - разработать костный аллографт импрегнированный антибиотиком, заготовленный по Марбургской системе с изучением его эффективности на модели хронического остеомиелита с оценкой клинико- морфологических особенностей репаративного процесса костной ткани в эксперименте.
7
Задачи исследования.
1. Разработать методику импрегнации антибиотиком костного аллографта, заготовленного по Марбургской системе.
2. Создать модель хронического остеомиелита на кроликах для отработки, предлагаемой методика импрегнации антибиотиком костного аллографта.
3. Дать гистологическую характеристику костной ткани с применением костного аллографта импрегнированного антибиотиком по предложенной методике «Импрегнации антибиотиком костного аллографта» и по стандартной (обычной) технологии.
4. Оценить антибактериальную эффективность костного аллографта импрегнированного антибиотиком по разработанной технологии на основной штамм остеомиелита S. aureus.
Научная новизна
- Впервые проведена гистологическая характеристика репаративного процесса костной ткани с применением костного аллографта импрегнированного антибиотика заготовленного по Марбургской системе.
- Впервые дана антибактериальная оценка эффективности применения костного аллографта заготовленного по Марбургской системе импрегнированного антибиотиком по разработанной технологии на основной штамм остеомиелита.
Основные положения, выносимые на защиту:
- предложенная методика импрегнации антибиотиком костного аллографта, заготовленного по Марбургской системе позволяет равномерно импрегнировать растворами лекарственных веществ спонгиозную ткань костного аллографта на всю его толщу;
- созданная модель хронического остеомиелита на кроликах позволяет неоднократно воспроизводить модель хронического остеомиелита в разные периоды его развития с одинаковым конечным результатом;
- создан «Алгоритм морфологической оценки остеомиелита в модели на животных», который позволяет провести макроскопическую и гистологическую оценку активности остеомиелита, а также оценить перестройку репаративного процесса костной ткани и сравнить эффективность хирургического лечения на разных этапах на основании полученных данных;
- оценка антибактериальной терапии показала положительный эффект применения костного аллографта импрегнированного антибиотиком по оригинальной методике в отношении S. aureus в остеомиелитическом очаге.
Практическая значимость
Проведенные в диссертационной работе исследования расширяют имеющиеся представления о применении заменителей костной ткани для пластики обширных костных дефектов при хроническом остеомиелите с использованием представленного нового биодеградируемого костного
8
аллографта импрегнированного антибиотиком по оригинальной технологии, что подтверждается результатами клинико-морфологических исследований.
Накопленная научная база обосновывает потенциальную возможность применения костного аллографта импрегнированного антибиотиком по оригинальной технологии в клинической практике, которая может быть использована в качестве альтернативного материала для заполнения дефектов костной ткани при хроническом остеомиелите и имеет морфологическое обоснование этапов репартивного процесса.
Полученный нами продукт позволит после проведения клинических исследований покрыть потребность в биологическом имплантате с направленным антибактериальным действием для лечения больных с хроническим остеомиелитом.
Связь диссертации с другими научно-исследовательскими работами Диссертационная работа выполнена в рамках грантового финансирования МОН РК №AP05133674 «Разработка и применение импрегнированного антибиотиком аллографта, заготовленного по Марбургской системе костного банка для лечения остеомиелита».
Личный вклад автора
Диссертантом совместно с научным руководителем и научным коллективом разработано устройство для перфорирования костных аллографтов с целью их дальнейшей импрегнации антибиотиком.
Самостоятельно реализовано экспериментальное исследование на 144 лабораторных животных по изучению структурных изменений зоны дефекта и эффективности заполнения костным аллографтом по оригинальной технологии импрегнированного антибиотиком с проведением гистологического исследования, оценке адгезивных свойств аллографта. Автором проведено моделирование дефекта бедренной кости у экспериментальных животных с последующим забор материала для гистологического исследования, выведением животных из эксперимента. Все операции на животных выполнялись автором лично в коллективе с коллегами. Полученный материал систематизирован, документирован и оформлен в виде диссертационной работы лично соискателем.
Апробация работы
Основные положения диссертации доложены и обсуждены:
- на международном зарубежном конгрессе «26th EORS Annual Meeting» (г.
Galway, Ireland, 2018 г.);
- на The III International scientific and educational conference “The Internationalization of continuing medical education. Prospection”, Aktobe, Kazakhstan, 2019 г.;
- на международном зарубежном конгрессе «20th EFORT Congress»
(Португалия) 2019 г.;
9
- на «Российская наука в современном мире» XXVII Международная научно-практическая конференция. Сборник статей. Часть 1. - Москва: Научно- издательский центр «Актуальность.РФ», 2020;
- на the European Congress of Trauma and Emergency Surgery. - Oslo, Norway, 2020,
- на 28th EORS Annual Meeting. - Izmir, Turkey, 2020;
- на 1st Virtual EFORT Congress, 2020;
- на расширенном заседании кафедры хирургических дисциплин и кафедры патологии НАО «Медицинский университет Караганды»;
- на областном обществе травматологов и ортопедов.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 18 научных работ, из них:
- 3 в научных изданиях, рекомендованных Комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК;
- 3 публикации в международных научных изданиях, входящих на момент публикации статей в информационную базу Scopus:
- Тулеубаев Б.Е., Сагинова Д.А., Кошанова А.А., Ташметов Э.Р., Сагинов А.М., Беляев А.М. Импрегнация антибиотиком костного аллографта:
микробиологический сравнительный анализ // Новости хирургии. - 2019. - N 5. - С.489-495;
- Tuleubaev B., Saginova D., Saginov A., Tashmetov E., Koshanova A. Heat treated bone allograft as an antibiotic carrier for local application. // Georgian medical news.-2020.-№9 (306). - S. 142 – 146;
- Tuleubaev B., Kamyshanskiy E., Saginova D., Tashmetov E., Koshanova A. A Histologic and Histomorphometric Analysis of Bone Tissue Regeneration with Perforated Bone Allograft in Rabbit Femur Defect // Open Access Macedonian Journal of Medical Sciences.-2021.-№9 (А). - S. 12-18.
Получен патент на полезную модель № 3980, МПК А61М 31/00 (2006.01), опубликовано от 17 мая 2019 года. Тулеубаев Б.Е., Абиев Т.М., Сагинова Д.А., Сагинов А.М., Руденко А.П., Кошанова А.А., Арутюнян М.Г., Долотбек уулу А.
Шабанов А.А. Устройство для перфорирования костного аллографта.
Свидетельство о внесении сведений в государственный реестр прав на объекты, охраняемые авторским правом № 9335 от 20.04.2020 г. МЮ РК:
Тулеубаев Б.Е., Камышанский Е.К., Сагинова Д.А., Кошанова А.А., Ташметов Э.Р. «Алгоритм морфологической оценки остеомиелита в модели на животных».
Свидетельство о внесении сведений в государственный реестр прав на объекты, охраняемые авторским правом № 13857 от 11.12.2020 г. МЮ РК:
Тулеубаев Б.Е., Сагинова Д.А., Сагинов А.М., Кошанова А.А. «Способ моделирования хронического локализованного остеомиелита диафизарной зоне с наличием секвестра».
10
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 85 страницах компьютерного набора текстового редактора Microsoft Word, состоит из введения, 3 разделов основной части, заключения и списка использованных источников. Диссертация иллюстрирована 6 таблицами и 49 рисунками. Список литературы включает 211 источников на русском и английском языках.
11
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Современный взгляд на концепцию костной инфекции
Остеомиелит, определяемый как воспаление кости, часто вызываемое бактериальной инфекцией, является одним из старейших заболеваний в истории [13]. Инфекция костей может быть вызвана эндогенным посевом, известным как гематогенный остеомиелит [14], или экзогенным посевом, путем заражения места перелома или хирургического оборудования во время имплантации.
Ежегодно выполняется более 1,5 миллиона операций тотального эндопротезирования тазобедренного и коленного суставов [15-22], инфекция костей остается наиболее серьезным и разрушительным риском, связанным с ортопедическими имплантатами. На протяжении десятилетий было понятно, что добавление чужеродного материала к биологической среде обеспечивает место для прикрепления и колонизации бактерий [23-27]. Кроме того, износ ортопедических протезов, вызванный движением, вызывает выделение
«мусора», что приводит к локальному воспалению и созданию благоприятного места для развития инфекции [28].
Хотя достижения в области профилактики и асептической хирургической техники снизили частоту ортопедических инфекций после артропластики тазобедренного или коленного суставов, тщательные исследования хирургических вмешательств продемонстрировали, что уровень инфицирования при плановой хирургии не может быть снижен ниже 1% –2%
[29-32]. Кроме того, частота рецидивов или хронических инфекций после двухэтапной ревизионной операции по-прежнему достигает 33% [32-34].
Несмотря на стратегии лечения инфекции, такие как хирургическая обработка раны, полная замена оборудования и агрессивная долгосрочная противомикробная терапия, инфекции продолжают повторяться. В целом стоимость лечения остеомиелита, связанного с имплантатами, в 2020 году, по прогнозам, превысит 1,62 миллиарда долларов [31]. Эти данные согласуются с выводами Международного консенсусного совещания по скелетно-мышечным инфекциям 2018 года, которое показало, что частота инфицирования для всех ортопедов составляет от 0,1% до 30% при стоимости от 17 000 до 150 000 долларов США на пациента [31].
Превалирует 75% случаев остеомиелита вызваны патогенами рода Staphylococcus [35-36]. В частности, золотистый стафилококк является наиболее распространенным патогеном, выделяемым от связанного с имплантатом остемиелита [35-46] и более 50% случаев вызваны трудно поддающимися лечению метициллин-резистентными штаммами S. aureus [48]. По этим причинам S. aureus будет в центре внимания данного обзора. Другие патогены, вызывающие остеомиелит, включают виды Enterococcus, Pseudomonas и Streptococcus [48].
12
S. aureus - чрезвычайно универсальный условно-патогенный микроорганизм, который может инфицировать почти все системы органов в организме человека, вызывая опасное для жизни заболевание [37], сохраняя при этом способность бессимптомно колонизировать 20 – 60% людей [42].
Инвазивный успех инфекции S. aureus можно объяснить его арсеналом факторов вирулентности и механизмами резистентности, включая секретируемые токсины [45], приверженности как средства уклонения от иммунитета [46], образования биопленок [37], создания медленнорастущего варианта небольшой колонии субпопуляции и развитие устойчивости к противомикробным препаратам [40]. В результате этих высокоразвитых патогенных механизмов персистенции клинический рецидив остеомиелита, вызванного S. aureus, после десятилетий ремиссии остается важной проблемой [48-60].
Прошло более 200 лет с тех пор, как сэр Бенджамин Броди описал бактериальный абсцесс в кости, носящий его имя [13] и 40 лет с тех пор, как гипотеза Уильяма Костертона о биопленке объяснила патогенный способ существования, с помощью которого «сидячие» бактерии прикрепляются к имплантатам и некротической ткани во время хронической инфекции [39].
Основываясь на этих фундаментальных концепциях костной инфекции, в 1970- х годах был разработан стандарт лечения остеомиелита, связанного с имплантатом, в первую очередь перипротезной инфекции, которая включает: 1) удаление инфицированного имплантата, 2) обширное лечение, хирургическая обработка прилегающей кости и мягких тканей и 3) заполнение костной полости акриловым цементом с антибиотиками. В ретроспективном анализе 825 одноэтапных реимплантаций с использованием этого подхода при инфицированной тотальной артропластике тазобедренного сустава доказано, что S. aureus был наиболее часто встречающимся патогеном, и что показатель 5-летней выживаемости составлял только 77% [27]. Примечательно, что результаты Международного консенсусного совещания 2018 года по скелетно- мышечным инфекциям не показали изменений в показателях перипротезной инфекции, первичном патогене, алгоритме лечения и плохих результатах, поскольку этот первоначальный стандарт лечения был установлен полвека назад [17,21]. Однако в последнее время в нашем понимании микробного патогенеза, устойчивости к антибиотикам и остеоиммунологии костной инфекции произошли достижения в фундаментальной и трансляционной науке, которые требуют переоценки клинического лечения костной инфекции. Таким образом, цель этого обзора - выделить эти потенциальные прорывы, которые бросают вызов научным предпосылкам устоявшихся парадигм, включая
«острый и хронический» остеомиелит, внутриклеточную инфекцию костных клеток и эффективность костного цемента, содержащего антибиотики. Кроме того, рассматривая новые концепции в области костной инфекции, с особым акцентом на патогенез S. aureus при хроническом остеомиелите, мы стремимся обсудить новые методы диагностики, иммунизации и терапии, которые могут изменить это опасное состояние.
13
1.2 Диагностика хронического остеомиелита
Диагностика остеомиелита основывается на выявлении клинических признаков: болевого синдрома, лихорадки, нарушений функции опорно- двигательного аппарата с учѐтом характерной морфологической картины мягких и твѐрдых тканей, «воспалительных» сдвигах в крови [61], на харак- терных рентгенологических изменениях, а также нарушений со стороны иммунной системы. В зависимости от формы остеомиелита трудности в поста- новке диагноза, безусловно, существуют. Так, если ранняя диагностика острого гематогенного остеомиелита остаѐтся трудной в связи с нехарактерными клиническими проявлениями и отсутствием изменений на рентгеновских снимках, то констатировать факт хронического остеомиелита не представляет серьѐзных затруднений [62,63].
Симптоматика остеомиелита весьма разнообразна и неспецифична, за- висит от вирулентности возбудителя, реактивности организма, локализации процесса, наличия осложнений [61]. Поэтому проблема ранней и точной диагностики гнойного процесса остаѐтся чрезвычайно важной и в настоящее время.
1.2.1 Визуальная диагностика хронического остеомиелита
Обзорная рентгенография является и в настоящее время решающим методом в диагностике остеомиелита, позволяющим подтвердить или опровергнуть диагноз, определить локализацию очага поражения, степень выраженности и протяжѐнность костных изменений. В зависимости от формы, длительности процесса рентгенологическая картина будет неоди- наковой. Чем тяжелее протекает процесс, тем отчѐтливее выявляются костные изменения. Первые отклонения в рентгеноархитектонике кости можно зафиксировать только со 2-ой недели заболевания [64-74]. Раньше других обнаруживаются признаки острого гематогенного остеомиелита, обусловленные изменением мягких тканей. Мышцы, непосредственно прилегающие к очагу поражения, увеличиваются в объѐме и уплотняются при отсутствии контурности отдельных мышечных пучков. В костной ткани исчезает структура губчатого и коркового веществ, появляются очаги ограниченного остеопороза и деструкции овальной или удлинѐнной формы.
Одновременно с этим можно отметить намечающиеся репаративные процессы, проявляющиеся утолщением и отслойкой надкостницы, которые являются патогномоничным рентгенологическим признаком остеомиелита. На 1 4 - 2 1 сутки наблюдается истончение коркового вещества кости, усиление остеопороза, переход воспаления на диафиз с увеличением числа очагов и зон деструкции, порозность и прозрачность кости [75,76]. По данным других исследователей, эти изменения можно наблюдать уже на 7 - 14 сутки [77]. В более поздние сроки (30-е сутки) деструкция кости заканчивается образованием одной или нескольких полостей, в которых располагаются отторгнувшиеся
14
омертвевшие фрагменты кости [78-81]. Секвестры, являясь вторым патогномоничным признаком, характеризуются повышенной интенсивностью тени и полоской просветления вокруг. По мере отслойки надкостницы периостальные наложения становятся плотнее и сливаются с костью, что проявляется на снимках утолщением коркового вещества и неровностью его контуров. Острый гематогенный остеомиелит плоских костей характеризуется более поздним проявлением, менее выраженной периостальной реакцией и меньшей контрастностью теней секвестров [82].
Рентгенологически хронический гематогенный остеомиелит характери- зуется нарастанием пролиферативного оссифицирующего процесса, уменьшением порозности кости с последующим замещением остеосклерозом, образованием крупных секвестров с шероховатыми вследствие лакуны ре- зорбции концами, окружѐнными плотными склерозированными стенками (секвестральной капсулой), утолщением надкостницы, сливающейся с корковым веществом, увеличением поперечника кости, сужением костномозгового канала [83-87].
Наряду с периостальной реакцией к характерному признаку остеомиелита относят и утолщение кости с образованием одной или нескольких полостей, окружѐнных зоной склероза [88].
Установлено, что при травматических и воспалительных заболеваниях костей уже с первых дней развития патологического процесса происходят существенные изменения в минерализации костной ткани поражѐнной конечности. Эти изменения наиболее выражены в остром периоде болезни, а по мере выздоровления содержание минеральных солей постепенно нормализу- ется [89-94]. На сегодняшний день известно несколько методов определения степени минерализации костной ткани: химического анализа биоптата костной ткани, «визуальной биопсии» [95], ультразвуковой денситометрии [96], программно-цифровой [97]. Метод «визуальной биопсии» заключается в определении количества минеральных солей с использованием градуи- рованного клина-эталона, изготовленного из материала, близкого по плотности к кости и снабжѐнного метрической шкалой с точным указанием количества фосфорно-кальциевых солей. При выполнении снимка клин-эталон помещают на кассете рядом с исследуемой частью тела, а затем после фотообработки рентгеновской плѐнки визуально сопоставляют оптическую плотность изображения исследуемого участка кости с аналогичной оптической плотностью изображения клина-эталона [98]. Ультразвуковую денситометрию можно осуществить с помощью денситометра «Achilles+» (Lunar, USA). При этом основным диагностическим критерием является показатель минеральной плотности костной ткани. Но эти методы являются либо трудоѐмки ми и не всегда выполнимыми, как, например, химический анализ, либо пред полагают наличие погрешностей в результатах («визуальной биопсии»), либо дорогими и требуют наличие специального оборудования (ультразвуковая денситометрия).
15
Не так давно стал известен программно-цифровой способ определения оптической плотности костной ткани, суть которого заключается в сканиро- вании рентгенограмм и определении разницы оптической плотности зон интереса с помощью функции Histogram программы обработки фотоизображений Adobe Photoshop CS2 [99]. Последний был несколько модифицирован и весьма успешно использован для оценки оптической плотности бедренных костей при рахите собак [100]. Данный метод неинвазивен, отличается достаточной простотой и позволяет объективно оценить состояние костного матрикса, ограничиваясь наличием только персонального компьютера и сканера [99].
В ветеринарной лечебной практике обзорная рентгенография также является основным методом, позволяющим достоверно диагностировать остеомиелит. Информации об изменениях минерального состава костной ткани повреждѐнных остеомиелитом костей, нами в доступной литературе не обнаружено.
1.2.2 Морфология костной ткани при хроническом остеомиелите
Морфологические изменения при остром гематогенном остеомиелите достаточно разнообразны. Так, например, некоторые исследователи [101], занимавшиеся изучением морфологических изменений в костях при остео миелите, макроскопически отмечали костный мозг тѐмно-красного, цвета с участками разжижения, истончѐнную костную пластинку, очагово- утолщенный и отслоенный периост, порозность кости, местами с дефектами, наполненными гноем. Микроскопически на ранних стадиях процесса обна- руживали нарушения микроциркуляции, выражающиеся в расстройстве кровообращения: стазах, тромбозах сосудов, обширных кровоизлияниях, появлении аваскулярных зон, явлений синдрома диссеминированного внутрисосудистого свѐртывания крови. Костный мозг становился тусклым, серо-жѐлтого цвета, был пропитан серозно-геморрагическим или гнойным экссудатом, с очагами некроза, абсцессами. Поздние стадии характеризовались деструктивными изменениями надкостницы, иногда до полного еѐ исчезновения, перерождением костного мозга, секвестрацией эндоста и губчатого вещества метафизов. Отмечалась инфильтрация костной ткани лимфоидными и макрофагальными элементами [99].
Другие авторы [101] в острую фазу травматического остеомиелита наблюдали очаг поражения без чѐтких границ, с обширной зоной некроза костного мозга в центре, в реактивной зоне - пролиферация незрелых клеток (фибробластов, остеобластов, эндотелиоцитов). К седьмым суткам после остеотомии краевые отделы некротизированного участка костного мозга находились в состоянии гнойного расплавления. Через неделю отмечался активный рост грануляций, которые могут длительно сохраняться в очаге в виде внутренней оболочки капсулы остеомиелитического очага.
Микроскопически выявлялся некроз костного мозга и компактного вещества
16
костной ткани, в центре которого в сосудистых каналах и межбалочных пространствах содержался гнойный или фибринозно-гнойный экссудат. На границе некротизированных участков - процесс демаркации с образованием резорбционных полостей, занятых грануляционной тканью. На эндостальной и периостальной поверхностях кортикальной части кости имелись регенераты из незрелой ретикулофиброзной костной ткани, окружѐнные фиброзной тканью.
Характерными для хронического остеомиелита морфологическими изменениями являются образование секвестров и секвестральной капсулы [99].
Выделяют пять структурно-обусловленных типов поражения кости: локальный периостально-кортикальный, секторальный, циркулярный, внутриканальный и инкапсулированный. Каждый тип поражения имеет свои морфологические особенности, которые характеризуются наличием некротических изменений костной и грануляционной тканей, инфильтрации лимфогистиоцитарными клеточными элементами, микроабсцессами в губчатой и компактной кости, очагами фиброза. Характерным для хронических воспали тельных поражений костей является вторичное реактивное костеобразование с формированием костноостеоидных трабекул на фоне зрелой грануляционной ткани [101].
Морфологические изменения в мягких и твѐрдых тканях при остеомиелите у животных остаются не изученными. Имеется лишь общая информация о макроскопических изменениях в кости: секвестры, окружѐнные секвестральной коробкой, скопление гнойного экссудата в деструктивных полостях, а при затяжном течении процесса - пропитывание окружающих мягких тканей гнойным экссудатом. Эти изменения обнаружить можно лишь в ходе оперативного вмешательства.
1.3 Классификация остеомиелита
Многие факторы могут увеличить риск остеомиелита, включая диабет, ожирение, злокачественные новообразования, иммунодефицит, злоупотребление психоактивными веществами, недоедание и травмы [102-104].
Из-за больших различий в популяциях пациентов, бимодального распределения по возрасту (большинство пациентов моложе 20 или старше 50) и различной клинической картины, рекомендации по классификации для выбора подходящего лечения широко варьируются и не принимаются повсеместно.
Выявление остеомиелита в клинике основывается на комбинации методов, включая: клинические признаки, рентгенологию [99] и мазок из раны с помощью культуры микроорганизмов или полимеразной цепной реакции (ПЦР) для идентификации видов возбудителя. После установки диагноз остеомиелита обычно подразделяется на субъективно определенные группы по подострой, острой или хронической стадии тяжести заболевания.
В своей простейшей форме классификация остеомиелита основывается на продолжительности заболевания, чтобы предложить конкретный курс лечения.
Острый остеомиелит обычно описывает недавно перенесенную костную
17
инфекцию, которая вызывает системное воспаление [101]. Хронический остеомиелит - это инфекция костей, имеющая более длительный характер, с минимальными системными симптомами и наличием ключевых патологических признаков, таких как лимфоплазмоцитарный инфильтрат, фиброз костного мозга и реактивное образование новой кости. Остеомиелит в хронической стадии иногда определяют уже через 4 недели [105-108], так как первоначальная картина заболевания проявляется до 6 месяцев [109-116] и обычно требует хирургического вмешательства [117]. Однако отсутствует научное обоснование выбора конкретного момента времени, что приводит к отсутствию консенсуса среди медицинских специалистов.
Другие методы классификации, связанные с продолжительностью заболевания и клиническими признаками, включают методы рентгенографии [105,118]. Рентгенография играет жизненно важную роль в диагностике остеомиелита и может использоваться для оценки степени инфицированности, анатомии и даже конкретных признаков острой или хронической стадии заболевания, таких как наличие синусового тракта, секвестра (бессосудистой некротической кости) или обертка (образование новой кости) [119]. К сожалению, точность типичных рентгенографических методов ограничена при обнаружении заболевания на низком уровне, а также при наличии металлических имплантатов, которые ухудшают качество изображения из-за артефактов.
Интраоперационное гистопатологическое исследование может быть использовано для выявления областей острой инфекции в образцах перипротезных тканей. Предыдущие исследования показали, что острое воспаление, определяемое наличием> 1–10 полиморфно-ядерных лейкоцитов в нескольких полях зрения с большим увеличением (400×), может быть полезным предиктором острой инфекции [120-130]. Однако вариабельность проявления остеомиелита простирается от различий между пациентами до вариабельности на клеточном уровне в пределах одного очага поражения.
При гистологическом исследовании сегмента инфицированной кости на предмет признаков острого и хронического воспаления становится ясно, что признаки острого и хронического остеомиелита могут присутствовать в одном и том же образце. К примеру, в случае острого остеомиелита в предплюсневой кости под инфицированной язвой у пациента с диабетом можно наблюдать отчетливые характеристики острой инфекции, а также хронического воспаления в одном и том же поражении. Область острой инфекции можно определить по наличию преимущественно недавно активированных нейтрофилов, а также по фиброваскулярной грануляционной ткани вокруг очагов мертвой кости. Однако рядом с этим поражением идентифицируются признаки хронического воспаления, когда нормальный костный мозг заменяется фиброзом, реактивным образованием кости, кровеносными сосудами и скоплениями лимфоцитов и плазматических клеток. Этот случай подчеркивает значительную степень неоднородности, которая может существовать в пределах одного очага остеомиелита, и типична для многих
18
инфицированных язв стопы с основным остеомиелитом, который лечили консервативно до операции.
В совокупности эмпирические определения остеомиелита в острой и хронической стадиях не позволяют точно и всесторонне описать степень инфекции. Данная классификация острой и хронической стадий заболевания значительно снижает рекомендации по лечению. По этим причинам рекомендуется избегать классификации остеомиелита, зависящей от времени, из-за крайней вариабельности возбудителя и пациента, а также патофизиологической вариабельности на клеточном уровне.
Отсутствие окончательных методов для эффективного различения острых и хронических инфекций костей без биопсии и гистологического исследования делает протоколы лечения, основанные на таких классификациях, практически бессмысленными. На всех стадиях инфицирования протеза следует предполагать, что у пациента существует риск образования абсцесса мягких тканей, образования биопленки на имплантатах и колонизации кортикального слоя кости бактериями.
Альтернативные системы классификации, основанные на критериях, таких как состояние организма, степень заболевания [131-134] и предыдущая госпитализация [135-141], были предложены для руководства и повышения эффективности лечения заболевания. Хотя эти классификации достигли минимальной тяги и не смогли достичь консенсуса среди медицинских специалистов, они демонстрируют конструктивный прогресс в определении остеомиелита. Таким образом, хотя пришло время обновить клинические определения «острой и хронической» костной инфекции, поскольку этот вопрос был определен как «важнейший приоритет исследований Международного консенсусного совещания 2018 года» (ICM 2018) по скелетно- мышечной инфекции [24,28], обнаружено, что эта проблема является наиболее спорной темой в этой области. Примечательно, что три попытки составить рекомендацию по вопросу: «Какой рекомендуемый временной интервал разделяет острую и хроническую перипротезную инфекцию (4 недели, 90 дней и т. д.)?» не удалось [24,28].
Таким образом, учитывая сложности клинической оценки острого и хронического течения остеомиелита необходимы дальнейшие поиски выработки критериев верификации данного процесса, что необходимо для коррекции лечения данной категории пациентов.
1.4 Хирургические и консервативные методы лечения хронического остеомиелита
Тактика лечебной помощи при гнойном остеомиелите должна пресле- довать две цели: освобождение организма от очага инфекции и повышение сопротивляемости организма, его иммунитета [142-145].
Основной целью любого метода лечения больных с гнойно- некротическими процессами является раннее удаление девитализированных
19
тканей, подавление микрофлоры, ускорение процессов регенерации и вос- становление целостности кости [146-147]. Лечение пациентов с гнойно- некротическим процессом должно быть комплексным. Ведущим звеном должно являться оперативное вмешательство - радикальная, но экономная фистулосеквестрнекрэ
