Перкутанна автоложна костномозъчна трансплантация за лечение на несрастнали счупвания



01/11/2006
Перкутанната автоложна костномозъчна трансплантация е ефективен и сигурен метод за лечение на атрофични несрастнали фрактури на тибиалната диафиза, показаха резултатите от проучване на Hernigou и Poignard, публикувани в Journal of Bone and Joint Surgery (1). Ефективността на метода е зависима от броя и концентрацията на прогениторните клетки в костномозъчния аспират и трансплантираната автографтна суспензия. Остеогенният капацитет на костния мозък е доказан и проучен в редица изследвания. Костният мозък, аспириран от хълбочното крило, съдържа прогениторни клетки, които могат да стимулират и осъществят костно срастване при несрастнало счупване. Все още обаче е недостатъчна информацията за количеството и концентрацията на тези клетки, необходима за постигане на срастване. При животни е доказано успешно лечение на несраствания с автоложна трансплантация на костен мозък и е демонстрирана позитивна връзка между клетъчната концентрация и остеогенния капацитет на костния мозък. Целта на проучването е да определи броят и концентрацията на трансплантираните прогениторни клетки, обемът на калуса след трансплантацията на концентриран костен мозък и честотата на клинично постигнато срастване. Методът е приложен на 60 пациенти (38 мъже и 22 жени) с установено несрастване на тибиалната диафиза за периода 1990-2000. Диабет, алкохолна злоупотреба, тютюнопушене и прием на лекарства, повлияващи физиологията на костния мозък, са регистрирани при 15 от пациентите. Фрактурите са локализирани в: проксималната (17), средната (31) и дисталната (12) част на тибиалната диафиза. Средната възраст на пациентите е 40 години (18-78); 12 от фрактурите са изолирани, затворени и нискоенергийни, лекувани консервативно с гипсова имобилизация; 48 от счупванията са открити, лекувани с външен фиксатор. При всички открити фрактури е била извършена рутинна мекотъканна обработка, включваща щателен дебридман, промивка и дефинитивно затваряне на раната в рамките на три дни*. За несрастване се счита ненастъпване на костно срастване на мястото на фрактурата за шест месеца и липса на рентгенологично забележима прогресираща репарация между 3-ия и 6-ия месец след счупването. Поради минималното образуване на калус, несрастванията се считат за атрофични. Интервалът между настъпване на фрактурата и инжектирането на костния мозък варира от 6 до 12 месеца (средно 31 седмици). Фрактурите се приемат за неинфектирани на базата на липса на системни белези на инфекция; същото е потвърдено от негативни микробиологични култури от посявката на аспират от мястото на несрастването. Разместването на фрагментите варира от 0 до 20% (средно 6%), като разстоянието между тях е във всички случаи по-малко от 5 мм. Чрез мултивариантен анализ е определена зависимостта между крайните показатели на лечението, като настъпване на срастване, времето за осъществяването му и обем на минерализирания калус на четвъртия месец, от една страна и променливите, като общ брой и концентрация на инжектираните CFU-F, възраст, пол, състояние на пациента, разместване на фрактурата и типа и според класификацията на Gustilo-Anderson, от друга. Оперативна техника Под обща анестезия се аспирира костен мозък от двете предни хълбочни крила**. Костният мозък се аспирира на малки фракции от 4 ml, за да се намали разреждането с периферна кръв. Извършват се три до пет пункции на хълбочните крила на около 2 см една от друга. Аспиратът се съхранява в пластмасови сакове, съдържащи антикоагулантен разтвор и се филтрира, за да се отделят клетъчните агрегати и мазнините. Концентриране на костномозъчния пунктат: след 5-минутно центрофугиране на 1200 g в клетъчен сепаратор, се получава концентрирана фракция; след центрофугирането могат да се отделят тежките полинуклеарни клетки от периферията и леките ацелуларни еритроцити от центъра. Концентрираната фракция съдържа прогениторни клетки, но и други мононуклеарни клетки, които могат да бъдат източник на остеогенни и ангиогенни цитокини. След центрофугирането от 300 ml костномозъчен аспират се добива 50 ml концентрирана фракция, която се подготвя за инжектиране в спринцовка. Интраосално реинжектиране: Обработеният по този начин костен мозък се инжектира в междината на несрастването и около костните краища през троакар под контрола на образен усилвател. Фиброзната тъкан на мястото на несрастването не се премахва. Предоперативно се извършват AP, латерални Ro-графии и CT. За оценка на калусната формация следоперативно се правят стандартни Ro-графии на трета и четвърта седмица, и всеки месец до настъпване на костно срастване. Обемът на минерализирания калус се изчислява въз основа на CT-срезове, извършени предоперативно и четири месеца след процедурата. Единствената лечебна процедура при цитираното френско проучване е перкутанното инжектиране на костен мозък. След процедурата са използвани същата гипсова имобилизация или външен фиксатор. Всички пациенти спазват стандартен следоперативен протокол***. При липса на болки и образни данни за кортикално примостяване и заличаване на фрактурната линия , гипсът или външният фиксатор се отстраняват в края на третия месец. Лечението се счита за успешно ако клиничните и Ro-графски критерии за срастване са изпълнени в рамките на шест месеца от процедурата. Пациентите се проследяват за три години. Анализ на костномозъчния аспират За определяне на броя на трансплантираните съединително-тъканни прогениторни клетки се използва измерване на фибробластните колония-образуващи единици (CFU-F)****. Костномозъчният аспират се култивира in vitro преди и след концентрирането и броят на ядроносните клетки се определя със стандартен Malassez хемоцитометър. На 10 ден от култивацията след оцветяване по Гимза под инвертен микроскоп се изброяват CFU-F. Резултати При 53 от 60 пациенти се постига костно срастване с Ro-графска поява на калуса между третата седмица и втория месец след инжектирането. Обемът на минерализирания калус на четвъртия месец, изчислен според CT-срезовете, е средно 3,1 см3 (0.8-5.3 см3). Скъсяването на крайника варира от 0 до 25 мм (средно 5.4 мм) и в преобладаващата част от случаите не се регистрира повече от три градуса ангулация във фронталната и сагиталната равнина; само в седем от случаите е отчетено увеличаване на първоначалното разместване с 5% до 10%. При седем от 60 пациенти не настъпва срастване, като обемът на калуса в тези случаи е <0.5 см3; при трима ангулацията е повече от 10 градуса, а разместването-повече от 20%. И при седемте случая е извършена по-нататъшна хирургична интервенция. В случаите на неуспех концентрацията на прогениторни клетки показва значително по-ниски стойности (634+/-187 прогенитори/см3), отколкото в случаите , завършили със срастване (2835+/-1160/см3). Наблюдава се негативна корелация между времето, необходимо за настъпване на срастване и концентрацията на CFU-F в графта (p=0.04). Влияние оказва също видът на фрактурата (по-дълъг период за настъпване на срастване при II и III тип открити фрактури), локализацията (дисталните фрактури показват по-бавно зарастване) и придружаващите заболявания. Средният брой на CFU-F е 33+/-8 на 1 милион ядроносни клетки в аспирирания костен мозък. Броят на ядроносните клетки в 1 ml спада значително с възрастта, без значителна разлика между двата пола (p=0.26). Броят на прогениторните клетки спада значително с напредване на възрастта само при жените (p=0.04). Аспирираният костен мозък съдържа средно 612+/-134 прогенитори/см3, съответно 2579+/-1121 прогенитори/см3 след концентрирането. Средният брой на инжектираните прогениторни клетки в мястото на несрастването е 51x10000. Придружаващите морбидности не повлияват значително популацията на добитите клетки. Не са регистрирани интра- и следоперативни усложнения като спадане на кислородната сатурация и промяна на пулса и кръвното налягане, развитие на компартмент-синдром или болка в мястото на инжектирането. Обсъждане През последните две десетилетия са развити редица техники за лечение на несрастнали счупвания - от инвазивни (включително вътрешна фиксация и остеопластика) до неинвазивни процедури (ултразвук и пулсово-електромагнитно поле). Техниката на перкутанно инжектиране на автоложен костен мозък представлява миниинвазивна алтернатива. Проучването на Hernigou и Poignard показа, че методът е безопасен и ефективен начин за лечение на неинфектирани атрофични псевдоартрози на тибиалната диафиза. Рискът за мастна емболия по време на инжектирането се свежда до теоритичен минимум чрез филтриране на аспирата. Методът е използван в комбинация с кор-декомпресия от същите автори за лечение на остеонекроза на бедрената глава и постигнатите резултати в ранните фази на заболяването са много добри (2). Историческият преглед на хирургичния опит и литературата сочи отстраняването на фиброзната тъкан в мястото на несрастването в комбинация с механична стабилизация за основно в лечението на псевдоартрозите. При цитирания метод фиброзната тъкан на мястото на псевдоартрозата не се резецира; тя осифицира след инжектирането на костния мозък. Механизмът на трансформация на фиброзната тъкан в костен калус остава ненапълно уточнен. Не е установено дали костният мозък превръща директно съединителната тъкан в кост или интерпониумът се преобразува след като примостяващият калус (от инжектирането на костен мозък около костните краища) възпрепятства микродвиженията на мястото на несрастването. Ограничение на техниката е липсата на оценка на ефективността и в присъствието на вътрешна фиксация (i.m. пирон или плака). Перкутанното инжектиране на костен мозък не може да бъде използвано като единствен метод за лечение на несрастнало счупване със значителна предшестваща ангулация, деформация или скъсяване, налагащи директен достъп до мястото на псевдоартрозата. Недостатък на изследването е липсата на плацебо-контролирана кохорта. Khanal и сътр. установяват по-кратък срок за настъпване на срастване (3.65 срещу 4.31 месеца), оценено по липсата на болка и патологична подвижност и Ro-графско примостяване на три от четирите кортекса, при пресни закрити счупвания на тибиалната диафиза, лекувани с инжектиране на костен мозък и гипсова имобилизация в сравнвние с групата, лекувана само с гипсова имобилизация (3). Проучването установява права зависимост между обема на постигнатия калус и броя на прогениторните клетки в графта. Вариабилността в остеогенния потенциал на костния мозък между отделните пациенти представлява ограничение на метода. В случая броя и концентрацията на прогениторните клетки е определена ретроспективно, след култивирането на фибробластните колонии. В бъдеще, възможността за интраоперативното определяне на тези показатели би имала голямо практическо значение с оглед промяната на количеството на трансплантирания субстрат и евентуалната комбинация на техниката с друг метод на лечение. Въз основа на резултатите си, Hernigou и Poignard считат, че графтът трябва да съдържа повече от 1000 прогенитори/см3. Това има практическо приложение по отношение на начина на обработка на аспирирания костен мозък*****. В експериментално проучване Muschler и Boehm установяват, че количеството на остеобластните прогенитори, определено по броя на колониите, продуциращи алкална фосфатаза, нараства с увеличаване количеството на аспирирания костен мозък до 2 ml и спада при по-нататъшното му увеличаване поради разреждане с периферна кръв (4). Възможно е концентрацията на прогениторите да оказва съществено влияние върху оцеляването на клетките след трансплантацията им. Вероятно количеството наличен кислород е ограничаващ фактор след трансплантацията. Трансплантиране само на тези клетки, които имат отношение към костното срастване, е начин да се намали “конкуренцията” за кислород между прогениторите и останалите клетки (5). Използването на порьозен имплантируем материал може да послужи за концентриране и селекция на съединително-тъканни прогенитори. Обогатен костен матрикс в комбинация с костномозъчен съсирек постига по-висок скор на срастване при модел на задна спинална фузия, сравнено с имплантирането само на костен мозък, според Muschler и Мatsukura (6). Възможно е в бъдеще същата цел да бъде постигната и с употреба на растежни фактори. (МЗ) * Според класификацията на Gustilo-Andersen, 36 от откритите фрактури са тип I, 8 – тип II, 2 – тип IIIA, 1 – тип IIIB и 1 – тип III C. При 7 от 48-те открити фрактури вече е било приложено оперативно лечение с автотрансплантация на спонгиозна кост от хълбочното крило средно четири месеца преди аспирацията на костен мозък ** Със скосена игла (6-8 см дължина и 1.5 мм вътрешен диаметър) се достига до спонгиоза и се аспирира костен мозък в 10 ml спринцовка. На определена дълбочина иглата се завърта на 45 градуса между отделните аспирации. След едно пълно завъртане същата процедура се повтаря на по-малка дълбочина , отново с неколкократно завъртане на иглата. *** Ненатоварване през първия месец, частично натоварване при появата на Ro-данни за образуване на калус и пълно натоварване от третия месец **** Фибробластите не са остеогенни клетки, но според теорията на плурипотентните клетъчни линии, остеоцитите се развиват от колония-образуващи прогениторни клетки в костния мозък ***** Неконцентрираният костен мозък съдържа средно 600 прогениторни клетки/см3 Използвани източници: 1. Hernigou P, Poignard A. Percutaneous autologous bone-marrow grafting for nonunions. J Bone Joint Surg. 2005; 87:1430-1437 2. Hernigou P, Beaujean F. Treatment of osteonecrosis with autologous bone marrow grafting. Clin Orthop Relat Res. 2002; 405:14-23 3. Khanal G, Garg M, Singh G. A prospective randomized trial of percutaneous marrow injection in a series of closed fresh tibial fractures Clin Orthop Relat Res 2001; 399: 38-43 4. Muschler GF, Boehm C, Easley K. Aspiration to obtain osteoblast progenitor cells from human bone marrow: the influence of aspiration volume. J Bone Joint Surg Am. 1997; 79: 1699-709 5. Hernigou P, Beaujean F. Progeniteurs osteoblastiques de la moelle osseuse des cretes iliaques: leur variation en fonction de la pathologie, de l’age, du sexe. Revue du Rhumatisme. 2003; 70: 949-50 6. Muschler GF, Nitto H, Matsukura Y, Boehm C, Valdevit A, Kambic H. Spine fusion using cell matrix composites enriched in bone marrow-derived cells. Clin Orthop Relat Res. 2003; 407: 102-17