МОДЕРНИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ФИКСАЦИИ АНТЕРИОРНОЙ КРЕСТООБРАЗНОЙ СВЯЗКИ: ОБЗОР ПОСЛЕДНИХ ДОСТИЖЕНИЙ

АННОТАЦИЯ

Модернизация методов фиксации антериорной крестообразной связки (АКС) является важным аспектом современной ортопедической хирургии. Данная статья представляет обзор последних достижений в этой области, включая использование биодеградируемых фиксаторов, синтетических материалов и минимально инвазивных хирургических техник. Особое внимание уделено инновационным разработкам, таким как нанотехнологии и биомеханические модели, которые открывают новые перспективы для улучшения методов фиксации АКС. Приведенные данные показывают, что современные методы фиксации АКС способствуют повышению эффективности и безопасности процедур, снижая риск осложнений и ускоряя процесс восстановления пациентов. В заключении статьи сделан вывод о необходимости дальнейших исследований и разработок в этой области для достижения оптимальных клинических результатов.

ABSTRACT

The modernization of anterior cruciate ligament (ACL) fixation methods is a crucial aspect of contemporary orthopedic surgery. This article presents a review of recent advancements in this field, including the use of biodegradable fixators, synthetic materials, and minimally invasive surgical techniques. Special attention is given to innovative developments such as nanotechnology and biomechanical models, which open new perspectives for improving ACL fixation methods. The presented data show that modern ACL fixation methods enhance the efficiency and safety of procedures, reducing the risk of complications and accelerating patient recovery. The conclusion of the article emphasizes the need for further research and development in this area to achieve optimal clinical outcomes.

Ключевые слова: фиксация АКС, биодеградируемые фиксаторы, синтетические материалы, минимально инвазивные техники, нанотехнологии, биомеханические модели.

Keywords: ACL fixation, biodegradable fixators, synthetic materials, minimally invasive techniques, nanotechnology, biomechanical models.

Введение

Антериорная крестообразная связка (АКС) коленного сустава является основным стабилизирующим элементом, который предотвращает смещение голени вперед и внутрь при осевой нагрузке. Повреждения АКС являются одной из наиболее распространенных травм коленного сустава. Причиной данных дефектов может быть как прямая механическая травма, так и непрямая.

Основную группу пациентов с повреждениями АКС составляют трудоспособная часть населения, а также люди, ведущие физически активный образ жизни и занимающиеся спортом [1]. Вследствие травм коленного сустава может развиваться:

• посттравматическая передняя нестабильность;
• синовит;
• гонартроз;
• контрактуры.

Подобные дефекты ограничивают функциональные возможности пациентов, снижает трудоспособность и в некоторых случаях приводит к инвалидности, что подчеркивает высокую социально-экономическую значимость данной проблемы.

Национальная коалиция по травмам АКС (США) проанализировала статистику травм в 12 основных видах спорта для девушек и юношей за пять трехлетних периодов с 2007 по 2022 год [1], предоставленные сертифицированными спортивными тренерами в рамках программы наблюдения за средней школой. По данным на 2022 год, травмы АКС составляют более 14% всех травм, связанных с коленом.

Восстановление функции коленного сустава после травмы АКС является важной задачей ортопедической хирургии. Традиционные методы фиксации АКС, такие как использование костных трансплантатов и металлических фиксаторов, обладают рядом недостатков, включая риск инфекций, длительное восстановление и возможные осложнения. Современные разработки в области медицинских технологий позволяют значительно улучшить методы фиксации АКС, делая их более эффективными и менее инвазивными. В последние годы были предложены новые материалы и техники, такие как биодеградируемые фиксаторы и минимально инвазивные хирургические процедуры, которые сокращают время восстановления и снижают риск осложнений.

Цель данной статьи – предоставить обзор последних достижений в методах фиксации АКС. В работе будут рассмотрены современные и перспективные методы фиксации АКС.

Методология

Для проведения данного обзора были использованы научные базы данных, такие как PubMed, Scopus и Google Scholar. Поиск по ключевым словам охватывал такие сочетания как: «фиксация АКС», «биодеградируемые фиксаторы», «минимально инвазивные техники», «нанотехнологии», «биомеханические модели» (на английском, соответственно, «ACL fixation», «biodegradable fixators», «minimally invasive techniques», «nanotechnology», «biomechanical models»). Также были использованы контекстуальные слова, подходящие по смыслу к каждому аспекту исследования. Литература была отобрана в соответствии с релевантностью поискового запроса, наличию эмпирических данных и высокому уровню цитируемости исследований.

Основные критерии включения публикаций: исследования, опубликованные за последние 10 лет, статьи на русском и английском языках, рандомизированные клинические испытания, систематические обзоры и мета-анализы, а также исследования с участием пациентов, перенесших реконструкцию АКС.

Критериями исключения являлись работы, не соответствующие тематике обзора, статьи с низким уровнем доказательности (например, описательные исследования или единичные клинические случаи), а также публикации, не прошедшие рецензирование. Был проведен сравнительный анализ данных о применении биодеградируемых фиксаторов, синтетических материалов и минимально инвазивных техник, а также перспективных методов, таких как нанотехнологии и биомеханическое моделирование.

Основная часть

Современные методы фиксации АКС включают применение биодеградируемых фиксаторов (БФ), синтетических материалов и минимально инвазивных техник (МИТ). Подобные способы фиксации обеспечивают надежную стабилизацию тканей и способствуют быстрому восстановлению функций коленного сустава (табл.1).

Таблица 1.

Сравнение методов фиксации АКС

Источник: составлено автором

Выбор метода фиксации передней АКС должен основываться на комплексной оценке индивидуальных потребностей пациента, специфике повреждения и доступности необходимого оборудования. Данный процесс требует междисциплинарного подхода, включающего совместную работу хирургов, биомехаников и специалистов по медицинским материалам.

Биодеградируемые фиксаторы (БФ). В хирургии для фиксации костных и мягкотканных структур применяются различные медицинские устройства, в том числе БФ [2]. Основными материалами, которые используются в производстве БФ, являются: полилактид, полигликолид и их сополимеры, такие как полилактид-гликолид, так как они имеют достаточную механическую прочность для фиксации АКС на ранних стадиях заживления. Одним из видов БФ являются магниевые фиксаторы, которые обладают высокими биосовместимыми свойствами и способствуют формированию новой костной ткани вокруг. Специальные БФ могут способствовать предотвращению потери костной массы, что приводит к улучшению остеоинтеграции и долговременной стабильности реконструкции (рис. 1).

Рисунок 1. Схематичное применение биодеградируемых винтов на основе магния при фиксации АКС [2]

Исследование, представленное Cochrane [3], сравнивает эффективность и безопасность биодеградируемых винтов с металлическими для фиксации трансплантатов при хирургическом лечении повреждений АКС. Обзор включает результаты 12 рандомизированных и квази-рандомизированных испытаний с участием 944 пациентов, которые проходили реконструкцию АКС с использованием различных типов трансплантатов и винтов. По результатам обзора были сделаны выводы о том, что биодеградируемые винты демонстрируют сопоставимые результаты с металлическими винтами в плане функционирования коленного сустава, но при их установке наблюдались случаи разрушения во время операции, что приводило к необходимости дополнительного вмешательства. Биодеградируемые винты могут быть эффективной альтернативой металлическим винтам для фиксации трансплантатов при реконструкции АКС, однако требуется тщательный контроль за их использованием и дальнейшие исследования для оптимизации их применения.

Синтетические материалы, такие как полиэтиленовая терефталатная лента (polyethylene terephthalate tape – PET) и полиэфирные волокна, также применяются в качестве фиксаторов для АКС [4]. Данные материалы достаточно биосовместимы с тканями организма и способны выдерживать различные механические нагрузки (бег, прыжки). PET представляет собой синтетический полимер, который широко используется в медицинской практике благодаря своей биосовместимости, а также механическим свойствам. PET обладает достаточной прочностью на разрыв и устойчивостью к деградации, что обеспечивает долговременную стабильную фиксацию.

В систематическом обзоре [5], исследуется применение лент для усиления швов в реконструкции АКС. Авторы анализируют данные из различных исследований, включая ретроспективные и проспективные когортные исследования. Использование PET продемонстрировало улучшение функциональных результатов в краткосрочной перспективе, однако не оказало значительного влияния на результаты в долгосрочной перспективе.

Полиэфирные волокна также широко используются в реконструктивной хирургии [6]. Данные материалы легко адаптируются к анатомическим особенностям пациента, что позволяет создавать индивидуализированные фиксаторы, обеспечивающие наилучшие результаты лечения. Полиэфирные волокна способствуют улучшению процесса остеоинтеграции и регенерации тканей. Они не только обеспечивают механическую поддержку, но и стимулируют рост новой костной и мягкотканной ткани вокруг фиксатора, что особенно важно для долгосрочного восстановления функции коленного сустава и предотвращения рецидивов повреждений. Основным недостатком синтетических материалов является невозможность биодеградации, что может потребовать повторных операций для удаления фиксаторов при возникновении осложнений.

МИТ – получили широкое распространение в вопросе фиксации АКС, так как они позволяют значительно снизить травматичность операции и ускорить процесс восстановления. Артроскопия является одним из МИТ, который позволяет проводить операцию через небольшие разрезы, используя специализированное оборудование и инструменты [7]. Подобные оперативные вмешательства требуют высокой квалификации хирурга и наличия дорогостоящего оборудования.

Артроскопическая фиксация АКС коленного сустава является широко распространенной операцией как в России, так и в международной практике [8]. Существующие методы фиксации АКС преимущественно осуществляются с использованием механических хирургических инструментов в условиях двухмерной видеовизуализации, что ограничивает возможность учета индивидуальных топографо-анатомических особенностей пациента и точного позиционирования осей трансоссальных каналов, что может приводить к нарушению изометрии трансплантата или эндопротеза и, в последующем, к его частичному или полному разрушению и рецидиву нестабильности коленного сустава. Данная проблема обуславливает высокий процент неудовлетворительных и плохих исходов артроскопической пластики АКС, который, согласно исследованиям [8], достигает 24,1–34,9% .

Выбор оптимального метода артроскопической фиксации АКС зависит от характера повреждения связки, выраженности нестабильности коленного сустава, степени функциональных притязаний пациента, его возраста и антропоморфологических характеристик. Методики однопучковой фиксации АКС, благодаря улучшению позиционирования осей просверливаемых трансоссальных каналов и учета анатомических ориентиров, позволяют реконструировать только переднемедиальный пучок, что обеспечивает стабильность коленного сустава только в положении разгибания. В то же время, двухпучковая фиксация АКС обеспечивает надежную стабилизацию коленного сустава во всех положениях, улучшая его анатомию и кинематику, однако требует высверливания дополнительных трансоссальных каналов и установки большего количества фиксаторов [8].

Несмотря на все преимущества МИТ, необходимо учитывать, что данные методы не всегда могут быть применимы к каждому пациенту и требуют индивидуального подхода при выборе метода лечения.

Перспективные методы фиксации АКС

К перспективному методу фиксации АКС относится использование наноматериалов. Нанотехнологии позволяют создавать специализированные материалы, которые могут использоваться в травматологии и ортопедии. Например, нанокомпозитные материалы на основе углеродных нанотрубок демонстрируют надежность и биологическую совместимость, что делает их перспективными для использования в ортопедической хирургии [9].

Другим передовым направлением является применение биомеханических моделей для оптимизации методов фиксации. Компьютерное моделирование и симуляция позволяют предсказать поведение фиксаторов в организме и оптимизировать их дизайн и расположение в коленном суставе, что позволяет уменьшить количество экспериментальных исследований на животных и ускорить процесс разработки новых методик [10]. Персонализированный подход позволяет более точно адаптировать фиксаторы к индивидуальным анатомическим особенностям каждого пациента, что повышает эффективность лечения.

Дополнением к последнему методу может служить 3D-печать [11]. Именно подобный комплексный подход открывает новые возможности для создания индивидуализированных фиксаторов, точно соответствующих анатомическим особенностям пациента. Использование аддитивных технологий позволяет создавать сложные структуры из биосовместимых материалов, которые обеспечивают оптимальную поддержку и стимулируют процессы регенерации тканей (табл. 2.).

Таблица 2.

Сравнение перспективных методов фиксации АКС

Источник: составлено автором

Подобный сравнительный анализ позволяет выявить преимущества и уникальные особенности каждого подхода. Дальнейшие исследования и разработки в области нанотехнологий, биомеханических моделей и 3D-печати являются значимыми для оптимизации фиксации ПКС. Интеграция передовых технологий обладает высоким потенциалом для улучшения клинических исходов и качества жизни пациентов, что делает их перспективными направлениями в современной ортопедической хирургии.

Выводы

Модернизация методов фиксации АКС направлена на повышение эффективности и безопасности хирургических процедур. Внедрение БФ и синтетических материалов улучшает результаты лечения, снижая риск возникновения осложнений, что обеспечивает долговременную стабильность и поддержку тканей, способствуя оптимальному восстановлению.

Инновационные разработки в области нанотехнологий и биомеханических моделей открывают новые перспективы для дальнейших исследований и совершенствования методов фиксации АКС. Наноматериалы, обладая уникальными физико-химическими свойствами, улучшают прочность и биосовместимость фиксаторов. Биомеханические модели и компьютерное моделирование позволяют предсказать поведение фиксаторов под нагрузкой и оптимизировать их дизайн, что способствует снижению риска повреждений и улучшению остеоинтеграции.

Список литературы:

1. Analysis: Serious Knee Injury Among Teen Athletes Grows 26% // Project Play. URL: https://projectplay.org/news/2023/11/22/analysis-serious-knee-injury-among-teen-athletes-grows-26 (дата обращения: 16.06.2024).
2. Çeti N.M., Söylemez M.S., Öztürk B.Y., Mutlu I., Karakuş Ö. Mechanical Analyses of Quadriceps Tendon Graft with Five Different Fixation Techniques on the Femoral Side: an Experimental Study on Sheep Knees // Acta Chir Orthop Traumatol Cech. – 2022. – Vol. 89. – Issue 4. – P. 293-299.
3. Cochrane Japan: Building Expertise and Bridging Language Gaps // Cochrane. URL: https://www.cochrane.org/news/cochrane-japan-building-expertise-and-bridging-language-gaps (дата обращения: 16.06.2024).
4. Zhou L., Wang X., Shi Y., Huang C., Chen L., Sequential intervention of anti-inflammatory and osteogenesis with silk fibroin coated polyethylene terephthalate artificial ligaments for anterior cruciate ligament reconstruction // Journal of Materials Chemistry B. – 2023. – Vol. 11. – Issue 15. – P. 3091-3103.
5. Осипова А.А. Особенности лечения травм коленного сустава методами артроскопической хирургии // Вестник ХГУ им. Н. Ф. Катанова. – 2022. – № 4(42). – С.146-148.
6. Дремина Н.Н., Трухан И.С., Шурыгина И.А. Клеточные технологии в регенерации сухожилий: от клетки до тканевой инженерии // Acta Biomedica Scientifica. – 2021. – № 2. – С. 166-175.
7. Хоминец В.В., Кудяшев А.Л., Базаров И.С., Гранкин А.С., Рикун О.В., Резванцев М.В., Федоров Р.А. Особенности хирургического лечения пациентов с повреждениями крестообразных связок и стабилизаторов задне-наружного угла коленного сустава // Травматология и ортопедия России. – 2020. – № 4. – С. 32-44.
8. Шорманов А.М., Норкин А.И., Климов С.С., Чибрикова Ю.А., Ульянов В.Ю., Бахтеева Н.Х. Сравнительный анализ клинических результатов различных способов артроскопической пластики передней крестообразной связки коленного сустава при ее полных разрывах // Саратовский научно-медицинский журнал. – 2018. – Т. 14. – № 2. – С. 251–259.
9. Zheng T., Cao Y., Song G., Li Y., Zhang Z., Feng Z., Zhang H. Suture tape augmentation, a novel application of synthetic materials in anterior cruciate ligament reconstruction: A systematic review // Front Bioeng Biotechnol. – 2023. – Vol. 10. – P. 1065314.
10. Lindanger L., Strand T., Mølster A.O., Solheim E., Inderhaug E. Effect of Early Residual Laxity After Anterior Cruciate Ligament Reconstruction on Long-term Laxity, Graft Failure, Return to Sports, and Subjective Outcome at 25 Years // Am J Sports Med. – 2021. – Vol. 49. – Issue 5. – P. 1227-1235.
11. Deviandri R., van der Veen H.C., Lubis A.M.T., van den Akker-Scheek I., Postma M.J. Cost-effectiveness of ACL treatment is dependent on age and activity level: a systematic review // Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. – 2023. – Vol. 31. – P. 530–541.