Искусственная связка
Искусственные связки — это устройства, используемые для замены поврежденных связок . Сегодня наиболее распространенным применением искусственных связок является реконструкция передней крестообразной связки . [ 1 ] Хотя аутотрансплантация остается наиболее распространенным методом реконструкции связок, с момента ее создания в эпоху Первой мировой войны было разработано множество материалов и структур для оптимизации искусственной связки . [ 2 ] Многие современные искусственные связки изготовлены из синтетических полимеров, например полиэтилентерефталата . [ 3 ] Для улучшения биосовместимости синтетических полимеров были добавлены различные покрытия. [ 3 ] Ранние искусственные связки, разработанные в 1980-х годах, оказались неэффективными из-за износа материала. [ 4 ] В настоящее время искусственная связка Ligament Advanced Reinforcement System (LARS) широко используется в клинических целях. [ 5 ] Тканевая инженерия — это растущая область исследований, целью которой является регенерация и восстановление функции связок. [ 2 ]
История
[ редактировать ]Исследования искусственных связок начались в эпоху Первой мировой войны . [ 2 ] В первом задокументированном случае искусственной связки в 1914 году доктор Корнер использовал кусок серебряной нити в качестве синтетического трансплантата для восстановления разорванной передней крестообразной связки ( ПКС ). [ 2 ] В 1918 году для замены крестообразной связки была использована шелковая связка. [ 2 ]
В начале 1980-х годов технологический прогресс в химии и материаловедении способствовал разработке материалов, пригодных для медицины. Врачи использовали эти синтетические материалы в клинических целях. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило искусственную связку из Gore-Tex для использования при реконструкции передней крестообразной связки в 1986 году. [ 6 ]
Конструкция искусственных связок в 1980-х годах состояла из двух основных частей: относительно жесткого троса или ленты и цилиндров из силиконовой резины на одном или обоих концах. [ 2 ] Кабель или лента обычно изготавливались из полиэтилена , нейлона или углеродного волокна . Цилиндры из силиконовой резины различались по размеру, чтобы подходить пациентам разного роста. [ 2 ] [ 7 ] [ 1 ] Теоретически гибкость силиконовой резины допускает некоторую деформацию при относительно небольших нагрузках, а искусственная связка затвердевает, сохраняя свою форму при более высоких нагрузках. [ 7 ] [ 1 ] На практике эта конструкция так и не достигла своей цели — имитировать свойства естественной связки. [ 8 ] Механические характеристики искусственных связок были недостаточными для широкого клинического применения. В долгосрочной перспективе наблюдались потеря производительности, осложнения и неудачи. [ 8 ]
Износ материала способствовал неэффективности ранних искусственных связок. [ 4 ] Проблемы возникнут через месяцы и годы после лечения. [ 2 ] [ 4 ] Дж. Э. Паулос отметил в отчете об Gore-Tex использовании при реконструкции передней крестообразной связки : «Первые результаты применения протеза Gore-Tex, используемого для реконструкции передней крестообразной связки , показали низкий уровень неудач. К сожалению, при длительном наблюдении частота осложнений продолжает расти. Механические повреждения, выпоты и инфекции продолжают возникать». [ 2 ] В то время материалы, используемые в искусственных связках, не могли поддерживать адекватные механические характеристики. [ 2 ] [ 4 ] Механические характеристики многих из этих материалов со временем ухудшаются. [ 1 ] [ 8 ] [ 4 ]
Текущий дизайн
[ редактировать ]Основное применение современных искусственных связок – реконструкция передней крестообразной связки . Многие искусственные связки стремятся имитировать или превосходить производительность родной передней крестообразной связки . [ 5 ] Механические характеристики искусственной связки можно охарактеризовать устойчивостью к истиранию при изгибе и вращении , устойчивостью к усталости . [ 2 ] и предотвращение соскальзывания или разрыва трансплантата. [ 9 ] Биосовместимость важна для функционирования искусственной связки in vivo. [ 3 ] Биосовместимость связана с врастанием новых тканей, [ 10 ] миграция фибробластов, остеоинтеграция кости, уменьшение воспаления , предотвращение инфильтрации рубцовой ткани и улучшение гидрофильности. [ 3 ] Было показано, что врастание тканей и миграция фибробластов улучшают механическую прочность искусственной связки. [ 10 ] а остеоинтеграция с окружающей костью может снизить вероятность соскальзывания трансплантата. [ 9 ] Многие искусственные связки предназначены для минимизации воспаления и инфильтрации рубцовой ткани, поскольку они могут снизить механическую прочность и вызвать разрыв трансплантата. [ 3 ] Конструкция искусственных связок направлена на улучшение гидрофильности, поскольку гидрофобность может вызвать естественную реакцию хозяина на инородные тела. [ 3 ]
Ligament Advanced Reinforcement (LARS) — ведущая искусственная связка в операциях по восстановлению передней крестообразной связки. Они изготовлены из полиэтилентерефталата (ПЭТ). [ 3 ] Они состоят из внутрикостной и внутрисуставной части. Внутрикостный отдел состоит из продольных волокон, ограниченных вязаной поперечной структурой. Эта вязаная структура помогает предотвратить деформацию и истирание. [ 5 ] [ 11 ] Внутрисуставная часть выполнена из продольных волокон, предварительно перекрученных под углом 90 градусов. Этот раздел предназначен для предотвращения усталости и содействия врастанию тканей. [ 5 ] Связки Leeds Keio состоят из сетчатой структуры из полиэстера . Он стремится имитировать механические свойства родного ACL. Пористая природа связки может способствовать прорастанию ткани, что, как было показано, улучшает механические свойства. [ 5 ] Искусственный трансплантат PGA Dacron состоит на 75% из плетеной биоразлагаемой полигликолевой кислоты и на 25% из постоянной лавсановой нити. [ 11 ] Искусственная связка Kennedy LAD изготовлена из полипропиленовых лент. Он предназначен для содействия прорастанию тканей и постепенному переносу нагрузки на новую связку. [ 10 ]
Собственная крестообразная связка человека имеет предел прочности порядка килоньютонов. [ 3 ] и удлинение при разрушении примерно 10%. [ 10 ] Механические свойства нативной передней крестообразной связки различаются у разных людей. Сила крестообразной связки у ребенка обычно выше, чем у взрослого. [ 10 ] Искусственные связки PGA Dacron имеют предел прочности на растяжение около 3500 Н и среднее предельное удлинение около 20%. [ 10 ] Связки ПМЖВ Кеннеди имеют предел прочности при разрушении около 1500 Н и приблизительную жесткость 50 Н/мм. [ 10 ] Искусственные связки Лидса-Кейо имеют предел прочности на растяжение около 2000 Н и жесткость около 250 Н/мм после врастания ткани. [ 10 ] Искусственные связки LARS имеют различные механические свойства в зависимости от количества используемых волокон. Связка большего диаметра будет иметь большую прочность на растяжение. В ходе испытаний связка LARS калибра 60 продемонстрировала предел прочности на разрыв 2500 Н, а связка калибра 120 — 5600 Н. [ 5 ] [ 12 ] Было показано, что вросшая ткань улучшает вязкоупругие свойства и снижает трение. [ 5 ]
К искусственным связкам были добавлены покрытия для улучшения их биосовместимости. из биостекла 58S и гидроксиапатита улучшают остеоинтеграцию и клеточную активность in vitro и в исследованиях на животных. Было показано, что покрытия [ 3 ] при нанесении на связки ПЭТ методом замачивания. [ 2 ] [ 3 ] Исследования на животных показали, что обработка поверхности гидроксипропилцеллюлозой улучшает остеоинтеграцию ПЭТ-связок. [ 2 ] ПЭТ без покрытия гидрофобен, поэтому покрытия предназначены для улучшения гидрофильности. [ 3 ] Покрытия из гиалуроновой кислоты могут уменьшить гидрофобность и, как было показано, уменьшают образование рубцовой ткани и воспаление in vivo. [ 3 ] Композитные покрытия из гиалуроновой кислоты и хитозана можно наносить на поверхность искусственных связок послойным методом, и было показано, что они усиливают образование новой кости на границе связок у мышей. [ 9 ] Хитозан используется для уменьшения гидрофобности и улучшения остеоинтеграции и отложения минералов, а гиалуроновая кислота способствует дифференцировке и росту клеток. [ 9 ] из поли(стиролсульфоната натрия) улучшают функциональность коленного сустава и имитируют нативную крестообразную связку. Исследования на животных показали, что покрытия [ 2 ] [ 13 ]
Клиническое применение
[ редактировать ]Передняя крестообразная связка (ПКС) — это часто повреждаемая структура человеческого тела, которая без медицинского лечения может вызвать вторичные повреждения коленей, такие как разрывы мениска и дегенерация суставного хряща. Реконструкция передней крестообразной связки — широко применяемая методика при травме передней крестообразной связки, проводимая у 30% пациентов и позволяющая восстановить стабильность структуры коленного сустава. [ 2 ] [ 14 ] Традиционные реконструкции ПКС используют аутотрансплантаты или аллотрансплантаты, которые требуют длительного времени реабилитации и в большинстве случаев приводят к развитию донорской заболеваемости в долгосрочной перспективе. [ 11 ]
Ранний интерес к искусственным связкам привел к внедрению нечеловеческих тканей, таких как связки Proplast, изготовленные из тефлона и углеродных волокон, и Polyflex, изготовленные из полипропилена . [ 10 ] [ 15 ] Результаты продемонстрировали плохую устойчивость к скручивающим силам. [ 11 ] Одобренный FDA в 1986 году и позже принятый в клиниках, протез крестообразной связки Gore-Tex продемонстрировал низкий уровень механических повреждений, но высокий уровень разрывов в последующем. [ 16 ] Затем от Gore Tex отказались при операции по поводу крестообразной связки, и Лидс-Кейо затем была использована связка (ЛК). В более поздних долгосрочных исследованиях LK-связка сначала продемонстрировала многообещающие характеристики, но все же показала низкие показатели стабильности через 2 года и увеличение дегенеративных изменений по сравнению с противоположным суставом за одно десятилетие. [ 17 ] [ 18 ] В 21 веке связка Ligament Advanced Reinforcement (LARS) стала самой популярной искусственной связкой на рынке. Связки LARS не только обеспечивают удовлетворительные результаты на начальном этапе, но и не меняют своих характеристик в течение как минимум 2 лет. [ 19 ] Связки LARS демонстрируют более высокую стабильность и более низкий уровень заболеваемости по сравнению с аутотрансплантатами в краткосрочных исследованиях, а в 9-летнем исследовании связка LARS показала 100% выживаемость. [ 5 ] Синтетические трансплантаты ПКС всегда вызывают расползание, усталость и разрушение, поэтому спрос на синтетические трансплантаты с достаточным запасом, удовлетворительными механическими свойствами и низким уровнем заболеваемости существенно высок. [ 5 ] В настоящее время связка LARS наиболее сопоставима как с аутотрансплантатами, так и с другими синтетическими трансплантатами. [ 5 ]
Осложнениями, которые обычно возникают при использовании искусственных связок после первых десяти лет, являются разрывы, остатки износа, синовит, рецидивирующая нестабильность, остеолиз и хронические выпоты. [ 10 ] Осложнения обычно не возникают сразу после операции или через относительно короткий период времени, а в некоторых случаях начинают проявляться после первых десяти лет. Последующие исследования необходимы для изучения эффективности некоторых синтетических материалов для искусственных связок и наблюдения за состоянием здоровья пациентов. [ 10 ] Частота разрывов обычно регистрируется через 2–5 лет. [ 10 ]
Тканевая инженерия
[ редактировать ]Хотя будущее искусственных связок неизвестно, ведущие исследователи в области тканевой инженерии стремятся регенерировать и восстанавливать связки для восстановления нормальной функции. [ 2 ] Тканевая инженерия ПКС будет основана на заживлении медиальной коллатеральной связки (MCL), поскольку ПКС не заживает естественным путем. [ 2 ] Семенные клетки будут использоваться в тканевой инженерии для восстановления связок ПКС. Семенная клетка должна обладать такими качествами, как: легкодоступность, способность к пролиферации и эффективность в выработке зрелого внеклеточного матрикса. костного мозга Стволовые клетки, такие как мезенхимальные стволовые клетки , стволовые клетки жировой ткани, периваскулярные стволовые клетки и фибробласты крайней плоти человека, обычно используются в тканевой инженерии. [ 2 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Даваринос Н., О'Нил Б.Дж., Кертин В. (2014). «Краткая история реконструкции передней крестообразной связки» . Достижения ортопедической хирургии . 2014 : 706042. doi : 10.1155/2014/706042 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р Чен Т, Цзян Дж, Чен С (январь 2015 г.). «Состояние и развитие клинического применения искусственных связок» . Азиатско-Тихоокеанский журнал спортивной медицины, артроскопии, реабилитации и технологий . 2 (1): 15–26. дои : 10.1016/j.asmart.2014.11.001 . ПМЦ 5730644 . ПМИД 29264235 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л Ли Х, Чен С (февраль 2015 г.). «Биомедицинские покрытия на искусственных связках из полиэтилентерефталата». Журнал исследований биомедицинских материалов. Часть А. 103 (2): 839–45. дои : 10.1002/jbm.a.35218 . ПМИД 24825100 .
- ^ Jump up to: а б с д и Айхрот П.М., Кэннон-младший WD (1 января 1992 г.). Хирургия коленного сустава: современная практика . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-85317-090-4 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Илиадис Д.П., Бурлос Д.Н., Мастрокалос Д.С., Хронопулос Э., Бабис Г.К. (июнь 2016 г.). «Искусственная связка LARS по сравнению с чисто полиэфирной связкой ABC для реконструкции передней крестообразной связки» . Ортопедический журнал спортивной медицины . 4 (6): 2325967116653359. doi : 10.1177/2325967116653359 . ПМЦ 4933937 . ПМИД 27453894 .
- ^ США-FDA. «Руководящий документ по подготовке исключений для исследуемых устройств и заявок на предпродажное одобрение для внутрисуставных протезов связок коленного сустава» (PDF) . Управление по контролю за продуктами и лекарствами .
- ^ Jump up to: а б Дженкинс Д.Х., МакКиббин Б. (ноябрь 1980 г.). «Роль гибких имплантатов из углеродного волокна в качестве заменителей сухожилий и связок в клинической практике. Предварительный отчет» . Журнал костной и суставной хирургии. Британский том . 62-Б (4): 497–9. дои : 10.1302/0301-620X.62B4.7430232 . ПМИД 7430232 .
- ^ Jump up to: а б с Куппоне М., Сидхом Б.Б. (2001). «Влияние удлинения имплантата и способа фиксации на слабость коленного сустава после реконструкции передней крестообразной связки искусственной связкой: исследование на трупе». Журнал ортопедической науки . 6 (3): 253–61. дои : 10.1007/s007760100044 . ПМИД 11484120 . S2CID 6272767 .
- ^ Jump up to: а б с д Ли Х, Ге Ю, Чжан П, Ву Л, Чен С (ноябрь 2011 г.). «Влияние послойного покрытия хитозан-гиалуроновая кислота на приживление трансплантата к кости искусственной связки из поли(этилентерефталата)». Журнал биоматериаловедения. Полимерное издание . 23 (1–4): 425–38. дои : 10.1163/092050610X551989 . ПМИД 21255485 . S2CID 42571974 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л Леньяни К., Вентура А., Терзаги К., Борго Э., Альбисетти В. (апрель 2010 г.). «Реконструкция передней крестообразной связки синтетическими трансплантатами. Обзор литературы» . Международная ортопедия . 34 (4): 465–71. дои : 10.1007/s00264-010-0963-2 . ПМК 2903133 . ПМИД 20157811 .
- ^ Jump up to: а б с д Цзя Цзы, Чжан С., Цао С.К., Сюэ CC, Лю Т.З., Хуан X, Сюй В.Д. (июль 2017 г.). «Сравнение искусственного трансплантата и аутотрансплантата при реконструкции передней крестообразной связки: метаанализ» . BMC Заболевания опорно-двигательного аппарата . 18 (1): 309. дои : 10.1186/s12891-017-1672-4 . ПМК 5517802 . ПМИД 28724372 .
- ^ Лю ЗТ, Чжан XL, Цзян Ю, Цзэн БФ (февраль 2010 г.). «Четырехпрядный аутотрансплантат сухожилия подколенного сухожилия в сравнении с искусственной связкой LARS для реконструкции передней крестообразной связки» . Международная ортопедия . 34 (1): 45–9. дои : 10.1007/s00264-009-0768-3 . ПМК 2899266 . ПМИД 19396441 .
- ^ Фрост, Оливия (29 ноября 2019 г.). «Разработка биоактивных и биоразлагаемых синтетических связок» . Сеть новостей инноваций . Проверено 22 июля 2024 г.
- ^ Чимино Ф, Волк Б.С., Сеттер Д (октябрь 2010 г.). «Повреждение передней крестообразной связки: диагностика, лечение и профилактика» . Американский семейный врач . 82 (8): 917–22. ПМИД 20949884 .
- ^ Денди DJ, Фланаган JP, Стинмейер В. (июль 1982 г.). «Артроскопия и лечение разрыва передней крестообразной связки». Клиническая ортопедия и связанные с ней исследования (167): 43–9. ПМИД 6896483 .
- ^ Вредмарк Т, Энгстрем Б (1 июня 1993 г.). «Пятилетние результаты реконструкции передней крестообразной связки с помощью высокопрочной связки Stryker Dacron». Хирургия коленного сустава, Спортивная травматология, Артроскопия . 1 (2): 71–5. дои : 10.1007/BF01565455 . ПМИД 8536011 . S2CID 12856081 .
- ^ Рэдинг Дж., Петерсон Л. (1 мая 1995 г.). «Клинический опыт использования искусственной связки Лидса-Кейо при реконструкции передней крестообразной связки. Проспективное двухлетнее последующее исследование». Американский журнал спортивной медицины . 23 (3): 316–9. дои : 10.1177/036354659502300311 . ПМИД 7661259 . S2CID 28416792 .
- ^ Мюррей А.В., Макникол М.Ф. (февраль 2004 г.). «Результаты реконструкции передней крестообразной связки Лидса-Кейо за 10-16 лет». Колено . 11 (1): 9–14. дои : 10.1016/S0968-0160(03)00076-0 . ПМИД 14967321 .
- ^ Нау Т., Лавуа П., Дюваль Н. (апрель 2002 г.). «Новое поколение искусственных связок в реконструкции передней крестообразной связки. Двухлетнее наблюдение за рандомизированным исследованием» . Журнал костной и суставной хирургии. Британский том . 84 (3): 356–60. дои : 10.1302/0301-620x.84b3.12400 . ПМИД 12002492 .