В настоящее время одним из наиболее эффективных методов восстановления сагиттального баланса и стабилизации оперированного позвоночного двигательного сегмента при декомпрессивно-стабилизирующих или реконструктивно-восстановительных оперативных вмешательствах на передних и средних опорных колоннах позвоночника является передний межтеловой спондилодез телозамещающими имплантатами (ТЗИ) [1].

В ассортименте спинальных хирургов имеется большое количество различных имплантатов, отличающихся по конструктивному решению [2]. Применяемые в клинических условиях ТЗИ далеки от совершенства, поэтому, кроме положительных, обладают и отрицательными техническими характеристиками, что отражается на их функциональных возможностях.

Цель исследования — классифицировать имплантаты для переднего межтелового спондилодеза в зависимости от их конструктивных особенностей и функциональных возможностей с целью оптимизации выбора конструкций ТЗИ при реконструктивных вмешательствах на позвоночнике.

Информационный поиск выполнен с использованием базы MedLine по ключевым словам «expandable cage», «distractable cage», «expandable vertebral body replacement», «distractable vertebral body replacement», «expandable VBR», «distractable VBR», «distractible cage», «distractible vertebral body replacement», «distractible VBR». Дополнительно произведена выборка из статей, отобранных по MeSH terms «Spinal Diseases/surgery», «Orthopedic Fixation Devices», «Orthopedic Procedures/instrumentation», «Spine/surgery». Поиск русскоязычных источников осуществлялся с использованием базы Научная электронная библиотека eLIBRARY.RU.

Для изучения особенностей дизайна различных имплантатов было отобрано 25 видов ТЗИ с характерными для телозамещающих систем конструктивными решениями их основных узлов. Дополнительно проведен анализ информации, изложенной в рекламных проспектах, аннотациях и сообщениях размещенных на интернет-ресурсах фирм—производителей анализируемых конструкций.

Проведены статические испытания механических особенностей имплантатов для переднего межтелового спондилодеза на специальном оборудовании (свидетельство о поверке испытательной установки Р-0,5 № 21/1701) и математическое моделирование с использованием метода конечных элементов с целью определения особенностей напряженно-деформированного состояния при замещении тел позвонков искусственными имплантатами разных конструкций.

ТЗИ, применяемые для реконструкции тел позвонков, предусматривают решение следующих задач.

I. Реконструкция. Реконструкция и восстановление физиологических размеров позвоночного двигательного сегмента с целью коррекции сагиттального баланса. Имплантируемые телозамещающие эндопротезы должны иметь определенный размер в зависимости от величины костного дефекта, образовавшегося после корпорэктомии или резекции тела позвонка.

Наличие или отсутствие возможности изменения вертикального размера имплантатов представляется одной из определяющих характеристик конструкций и позволяет классифицировать их следующим образом:

К недостаткам таких систем можно отнести отсутствие возможности дозированной коррекции вертикального размера оперируемого сегмента, так как для заполнения дефекта между телами, смежными с резецированным позвонком, в каждом конкретном случае необходим большой набор типоразмеров имплантатов [3].

При использовании таких ТЗИ могут возникать сложности в определении их оптимального размера. При этом необходимо учитывать, что полученная конструкция представляет собой моноблок, имеющий определенный хирургом фиксированный размер [4].

При погрешности в определении высоты эндопротеза возникают две ситуации:

а) если длина ТЗИ больше необходимого размера, то напряжение, вызванное компрессионным нагружением ПДС в системе «металл — тело позвонка», будет высоким, что приведет к ускорению процессов резорбции костной ткани и повысит риск пролабирования (миграции) имплантата в тела позвонков [5];

б) если длина ТЗИ меньше необходимого размера, то попытка восстановления сагиттального баланса будет неэффективной, так как не будет достигнута необходимая реклинация сегмента. Отсутствие стабильности эндопротеза в межтеловом промежутке приведет к его подвижности.

Дисбаланс распределения нагружения в определенных участках системы «имплант — тело позвонка» в различных функциональных положениях оперированного сегмента будет иметь импульсный характер, что также вызовет разрушение замыкательных пластин тел позвонков и повысит риск миграции имплантата [6].

В настоящее время их можно считать наиболее эффективными и совершенными при восстановлении передней опоры. Они оптимизируют процесс коррекции сагиттального баланса за счет возможности дозированного изменения расстояния между смежными с резецированным позвонками, что является главным преимуществом данных систем, позволяющим максимально реализовать поставленные перед ними задачи.

II. Стабилизация. Неотъемлемым этапом любого оперативного вмешательства, связанного с частичным или полным удалением тел позвонков или их фрагментов, является надежная фиксация оперированного позвоночного двигательного сегмента с целью обеспечения условий для образования адекватного костного блока.

Известно, что стабилизирующие возможности ТЗИ при реконструкции позвоночного двигательного сегмента допускают разделение конструкций на два типа.

Тип А — конструкции, предназначенные для реконструкции позвоночного двигательного сегмента. Стабилизирующие возможности таких систем недостаточны для сохранения интраоперационной коррекции сагиттального баланса. При их использовании необходимо дополнительно фиксировать сегмент вентральными пластинами или транспедикулярными системами.

Тип Б — конструкции, позволяющие выполнять реконструкцию и стабилизацию позвоночного двигательного сегмента без использования дополнительной фиксации вентральной пластиной [7, 8].

Особенности данных имплантатов:

— делают вмешательство менее травматичным;

— позволяют с помощью одного доступа и одной конструкции решать поставленные задачи;

— менее металлоемки в сравнении с сочетанием конструкций типа, А и дополнительными стабилизирующими системами. Имеют меньший вес;

— сокращают время и уменьшают себестоимость инструментального обеспечения операции.

III. Создание условий для формирования костного блока

Металлические имплантаты достаточно эффективны при интраоперационной коррекции сагиттального баланса. Однако процент послеоперационных осложнений, связанных с миграцией конструкций, остается достаточно высоким — 3—12% [9]. Это объясняется разрушением (продавливания) костных структур тел позвонков в результате разницы модулей упругости костной ткани и металла в условиях высокого давления торцевых поверхностей кейджей на замыкательные пластины тел позвонков, остеолизом и ускорением процессов резорбции костной ткани в системе «костная ткань — эндопротез».

Костное сращение позвонков оперированного позвоночного двигательного сегмента необходимо для сохранения достигнутой коррекции сагиттального баланса. В этой связи одной из важных характеристик ТЗИ является обеспечение условий для формирования опороспособного костного блока в зоне имплантации. Между тем некоторые имеющиеся конструкции не способствуют формированию эффективного костного регенерата ввиду недостаточного объема полости, заполняемой аутокостью или ее заменителями, малой площади и плотности контакта наполнителя с замыкательными пластинами тел позвонков. Признаки несостоятельности переднего спондилодеза зачастую являются показанием к повторным хирургическим вмешательствам и могут проявляться как в ближайшем, так и отдаленном послеоперационном периоде [10, 11].

Конструктивные характеристики как монолитных, так и телескопических систем определяют уровень их функциональных возможностей [12, 13].

По диапазону и эффективности решения конструкциями поставленных задач, т. е. по их функциям, они делятся на четыре группы.

I. Конструкции с функцией «реконструкция». Некоторые особенности конструкций ADD, Obelisc, TeCorp, Теллур, X-MESH, XRL, Xpand, XPAND-R, GIZA, VBR-Actipore, ECD, Hydrolift, Synex System ограничивают их эффективность в создании условий для формирования костного сращения позвонков оперированного позвоночного двигательного сегмента (рис. 1).

Примером может служить конструкция ADD. Имплантат удобен в эксплуатации, не требует дополнительных инструментов (ретракторов), однако механизм его раздвижения находится внутри конструкции, что уменьшает объем полости для заполнения био- или композитным материалом.

По нашему мнению, имплантаты этой группы достаточно эффективны в качестве реклинирующих систем. При их использовании необходима дополнительная стабилизация сегмента или сегментов вентральными пластинами либо транспедикулярными системами.

II. Конструкции с функцией «реконструкция + стабилизация». Имплантаты ADDplus, BodyVertEx, Монолит, FORTIFYI имеют более широкий диапазон функциональных характеристик за счет возможности получения необходимой реклинации и стабилизации позвоночного двигательного сегмента. То есть они одновременно выполняют и функции конструкций группы А, и вентральных пластин.

III. Конструкции с функцией «реконструкция + полость для материала». Величина полости для наполнителя у моноблочных конструкций определенно больше, чем у телескопических систем. Наиболее близкими к конструкции Mech, с этой точки зрения, являются телескопические имплантаты X-tenz, VERTE-SPAN, VBR, VLIFT (рис. 2).

Они выполняют функцию реконструкции и в той или иной степени обеспечивают условия для образования костного сращения позвонков. При этом необходимо отметить, что величина объема полости для наполнителя в телескопических ТЗИ зависит от конструктивных особенностей имплантата, т. е. от их общего объема и объема, занимаемого раздвижным механизмом. Указанные конструкции применяются в сочетании с дополнительными стабилизирующими системами (вентральные пластины или транспедикулярные системы).

IV. Конструкции с функцией «реконструкция + стабилизация + создание условий для образования костного блока». ТЗИ этой группы рационально сочетают технические характеристики, позволяющие максимально повысить клиническую результативность переднего металлоспондилодеза. Они эффективны при реконструкции и стабилизации оперированного позвоночного двигательного сегмента, делают возможным формирование опороспособного костного блока за счет наличия значительных объемов полости для наполнителя (аутокость или ее заменители). Обращает на себя внимание имплантат TPS (рис. 3),

Его конструкция делает возможным уплотнение материала в зоне контакта с телом позвонка после установки в костном дефекте и реклинации позвоночного двигательного сегмента. Однако значительная величина отверстия на боковых поверхностях может создавать сложности в плотном заполнении материалом (фрагментированной аутокостью или ее заменителями) внутренней полости. Он относится к имплантатам с реечным восприятием компрессионного нагружения. С точки зрения восприятия компрессионных нагрузок осесимметричные конструкции (VBR), в отличие от систем типа ТРS, эффективнее и надежнее за счет равномерного распределения напряжения. Такие кейджи, в отличие от систем типа VBR, более металлоемки и обладают бóльшим весом, менее технологичны в изготовлении, что повышает их себестоимость и делает менее доступными для пациентов.

Для выполнения переднего металлоспондилодеза на уровне шейного отдела позвоночника также используются конструкции ADD, ADDplus, BodyVertEx, TeCorp, Монолит, ECD. В сравнении с эндопротезом Mech и телескопическими системами типа verte-span, VBR, VLIFT объем их полости для наполнителя ограничен. Кроме того, их дизайн не предусматривает возможность повышения плотности контакта наполнителя ТЗИ с костными структурами тела позвонка после реконструкции.

Нами проведен анализ характеристик конструкций кейджей, применяемых при переднем металлоспондилодезе на уровне шейного отдела позвоночника. Разработана конструкция вертикального цилиндрического телескопического сетчатого телозамещающего эндопротеза (LAS) (рис. 4).

Имплантат относится к конструкциям типа В (гибридные ТЗИ) и не требует дополнительной стабилизации вентральными пластинами. Имеет значительный объем внутренней полости для наполнителя, что приближает его по этой характеристике к полым цилиндрическим сетчатым кейджам типа Mech. Классифицируется как конструкция с осесимметричным восприятием нагружения, вследствие чего имеет малый вес. Для уменьшения количества составляющих элементов, снижения веса и повышения технологичности впервые использован способ деформационной блокировки резьбы, вместо винтовой блокировки, рабочего положения металлических имплантатов для переднего металлоспондилодеза. Диаметр и расположение отверстий на полукорпусах имплантата дают возможность дополнительного заполнения наполнителем и его уплотнения непосредственно в зоне контакта эндопротеза с замыкательными пластинами соседних с резецированным позвонков.

Предложенная классификация конструктивных особенностей и функциональных возможностей телозамещающих эндопротезов дает возможность выбора оптимальной конструкции среди множества телозамещающих имплантатов, присутствующих на рынке.

Проведенный анализ функциональных характеристик ТЗИ для переднего спондилодеза позволяет классифицировать телозамещающие системы на четыре группы в зависимости от диапазона и эффективности решения поставленных задач при выполнении реконструктивных оперативных вмешательств на передней и средней опорных колоннах позвоночника.

На наш взгляд, представленная классификация позволяет оценивать преимущества и недостатки различных имплантатов с целью объективной оценки механизмов возникновения возможных послеоперационных осложнений и их предупреждения. Приведенные данные могут облегчить оптимальный выбор конструкции с учетом особенностей клинической ситуации в каждом конкретном случае.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

*e-mail: AlexeyNS@gmail.com