БИОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ЧРЕСКОЖНОЙ ВЕРТЕБРОПЛАСТИКИ

Цель исследования. Определить оптимальный состав композитного материала на основе костного цемента и биоактивных керамик для чрескожной вертебропластики.

Материал и методы. Проведено две серии экспериментальных исследований. Остеопороз моделировали у 19 крыс алиментарным методом, подтвержденным гистологически у трех животных. У 16 крыс передним доступом в теле L6 делали сферический дефект тонким бором, который заполняли костным цементом (Osteopol-V) в I группе (n = 8), композитным материалом (Osteopol-V – 80 %; гидроксиапатит – 4 %; трикальцийфосфат – 16 %) во II группе (n = 8). Через три месяца после вертебропластики тела позвонков извлекали, по четыре позвонка из каждой группы исследовали биомеханическими методами, по четыре – гистологическими.

Результаты. Математические расчеты подтвердили, что модуль упругости композитного материала наиболее близок к модулю кортикальной кости, если композит содержит 80–90 % костного цемента и соотношение гидроксиапатита к трикальцийфосфату – 2:8. Механические испытания образцов показали, что наибольшей прочностью обладает материал в составе 80 % костного цемента, 4 % гидроксиапатита и 16 % трикальцийфосфата. Сравнительное экспериментальное исследование прочности интактных тел позвонков и тел позвонков через три месяца после вертебропластики с костным цементом (I группа) и новым композитным материалом (II группа) показало, что композитный материал обеспечивает более высокую прочность, врастание кост-ной ткани в резорбирующую керамику и плотную остеоинтеграцию.

Заключение. Новый инъецируемый материал существенно повышает прочность и жесткость не только сломанного, но и интактного остеопоротичного тела позвонка, может быть использован для рестабилизации остеопорозного компрессионного перелома и для предупреждения компрессии тел позвонков при остеопорозе.

1. Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. М., 2000.

2. Дубок В.А. Биокерамика – вчера, сегодня, завтра // Порошковая металлургия. 2000. № 7–8. С. 69–87.

3. Дуров О.В., Шевелев И.Н., Тиссен Т.Н. Вертебропластика при лечении заболеваний позвоночника // Вопросы нейрохирургии. 2004. № 1. С. 21–25.

4. Педаченко Е.Г., Кущаев С.В. Костные цементы для пункционной вертебропластики // Ортопед., травматол. и протезир. 2001. № 1. С. 108–114.

5. Педаченко Е.Г., Кущаев С.В., Рогожин В.А. и др. Пункционная вертебропластика при агрессивных гемангиомах тел позвонков // Вопросы нейрохирургии. 2004. № 1. С. 16–21.

6. Слуцкий Л.И. Биохимия нормальной и патологически измененной соединительной ткани. Рига, 1968.

7. Щепеткин И.А. Кальцийфосфатные материалы в биологических средах // Успехи соврем. биологии. 1995. Т. 115. Вып. 1. С. 58–73.

8. Alvares L., Perez-Higueras A., Quinones D., et al. Vertebroplasty in the treatment of vertebral tumors: postprocedural outcome and quality of life // Eur. Spine J. 2003. Vol. 12. P. 356–360.

9. Belkoff S.M., Maroney M., Fenton D.C., et al. An in vitro biomechanical evaluation of bone cements used in percutaneous vertebroplasty // Bone. 1999. Vol. 25. Suppl. 2. P. 23S–26S.

10. Belkoff S.M., Mathis J.M., Erbe E.M., et al. Biomechanical evaluation of a new bone cement for use in vertebroplasty // Spine. 2000. Vol. 25. P. 1061–1064.

11. Belkoff S.M., Molloy S. Temperature measurement during polymerization of polymethylmethacrilate cement used for vertebroplasty // Spine. 2003. Vol. 28. P. 1555–1559.

12. Berlemann U., Franz T., Orler R., et al. Kyphoplasty for treatment of osteoporotic vertebral fractures: a prospective non-randomized study // Eur. Spine J. 2004. Vol. 13. P. 496–501.

13. Cotten A., Dewatre F., Cortet B., et al. Percutaneous vertebroplasty for osteolytic metastases and myeloma: effects of the percentage of lesion filling and the leakage of methyl methacrylate at clinical follow-up // Radiology. 1996. Vol. 200. P. 525–530.

14. Deramond H., Depriester C., Galibert P., et al. Percutaneous vertebroplasty with polymethylmethacrylate. Technique, indications, and results // Radiol. Clin. North Am. 1998. Vol. 36. P. 533–546.

15. Gaitanis I.N., Hadjipavlou A.G., Katonis P.G., et al. Balloon kyphoplasty for the treatment of pathological vertebral compressive fractures // Eur. Spine J. 2005. Vol. 14. P. 250–260.

16. Galibert P., Deramond H., Rosat P., et al. [Preliminary note on the treatment of vertebral angioma by percutaneous acrylic vertebroplasty] // Neurochirurqie. 1987. Vol. 33. P. 166–168. French.

17. Garfin S.R., Yuan H.A., Reiley M.A. New technologies in spine: kyphoplasty and vertebroplasty for the treatment of painful osteoporotic compression fractures // Spine. 2001. Vol. 26. P. 1511–1515.

18. Harms J., Mausle E. Tissue reaction to ceramic implant material // J. Biomed. Mater. Res. 1979. Vol. 13. P. 67–87.

19. Heini P.F., Orler R. Kyphoplasty for treatment of osteoporotic vertebral fractures // Eur. Spine J. 2004. Vol. 13. P. 184–192.

20. Higgins K.B., Harten R.D., Langrana N.A., et al. Biomechanical effects of unipedicular vertebroplasty on intact vertebrae // Spine. 2003. Vol. 28. P. 1540–1548.

21. Jang J.S., Kim D.Y., Lee S.H. Efficacy of percutaneous vertebroplasty in the treatment of intravertebral pseudarthrosis associated with noninfected avascular necrosis of the vertebral body // Spine. 2003. Vol. 28. P. 1588–1592.

22. Jarvik J.G., Kallmes D.F., Mirza S.K. Vertebroplasty: learning more, but not enough // Spine. 2003. Vol. 28. P. 1487–1489.

23. Mehbod A., Aunoble S., Le-Huec J.C. Vertebroplasty for osteoporotic spine fracture: prevention and treatment // Eur. Spine J. 2003. Vol. 12. Suppl. 2. P. S155–S162.

24. Molloy S., Mathis J.M., Belkoff S.M. The effect of vertebral body persentage fill on mechanical behavior during percutaneous vertebroplasty // Spine. 2003. Vol. 28. P. 1549–1554.

25. Osteopol®-V Vertebroplasty. Biomet-Merck, 2004.

26. Schildhauer T.A., Bennett A.P., Wright T.M., et al. Intravertebral body reconstruction with an injectable in situ-setting carbonated apatite: biomechanical evaluation of a minimally invasive technique // J. Orthop. Res. 1999. Vol. 17. P. 67–72.

27. Togawa D., Bauer T.W., Lieberman I.H., et al. Histologic evaluation of human vertebral bodies after vertebral augmentation with polymethyl methacrylate // Spine. 2003. Vol. 28. P. 1521–1527.

28. Tohmeh A.G., Mathis J.M., Fenton D.C., et al. Biomechanical efficacy of unipedicular versus bipedicular vertebroplasty of the management of osteoporotic compression fractures // Spine. 1999. Vol. 24. P. 1772–1776.

29. Weill A., Chiras J., Simon J.M., et al. Spinal metastases: indications for and results of percutaneous injection of acrylic surgical cement // Radiology. 1996. Vol. 199. P. 241–247.