В последнее время наблюдается постоянный рост числа пациентов с дефектами черепа, что связано с увеличением удельного веса тяжелой черепно-мозговой травмы и ростом хирургической активности при опухолях и патологии сосудов головного мозга.
Черепно-мозговые травмы насчитывают ежегодно 387,9 случаев на 100 тыс. человек и занимают в республике первое место в структуре общего травматизма. Число больных с цереброваскулярными заболеваниями за последние пять лет увеличилось почти вдвое и составляет 512,4 на 100 тыс. взрослого населения. Отмечена также тенденция роста нейроонкологической заболеваемости: она достигает 12—13 человек на 100 тыс. населения в год. Вот почему реконструкция дефектов черепа остается одной из наи¬более актуальных проблем в практической нейрохирургии. В лечебных учреждениях страны ежегодно выполняется 390—420 краниопластических операций.
Пациенты с трепанационными дефектами черепа часто страдают неврологическими и психическими расстройствами (синдром трепанированных или «запавшего кожного лоскута»), в большинстве случаев независящими от причины, приведшей к возникновению дефекта [1]. Клиническая картина посттрепанационного синдрома у таких больных включает в себя сочетание нескольких синдромов: астенического, в основе которого лежат психологические проблемы, связанные с наличием косметического изъяна и постоянным страхом травмирования мозга; очагового, проявляющегося двигательными и чувст¬вительными расстройствами, а также когнитивных нарушений в виде снижения памяти и интеллектуальных функций. Зачастую дефектам черепа сопутствуют также выраженные ликвородинамические нарушения и развитие посттравматической эпилепсии. Причинами последних, в свою очередь, могут быть посттравматическая гидроцефалия, посттравматические кистозные поражения головного мозга, оболочечно-мозговые рубцы [2, 3]. Исходя из этого, инвалидами признаются даже лица с дефектом черепа 3х4 см [4]. Таким образом, восстановление целостности костей свода черепа — одно из мероприятий в системе трудовой, лечебной, и социальной реабилитации больных. Показания к краниопластике подразделяются на лечебные, косметические и профилактические.
Современные материалы, используемые для пластики черепа, подразделяются на ауто-, алло- и эксплантаты. Н.Н. Бурденко и Б.Г. Егоров отмечали два основных требования, предъявляемых к таким материалам, — биохимическое совпадение и пластичность. Эти материалы должны обладать прочностью, легкостью и низкой электропроводностью. При выборе имплантата необходимо учитывать ряд показателей: резорбируемость, иммунологический риск, опасность инфицирования. В настоящее время для заполнения костных дефектов и восстановления костной ткани применяются естественные и искусственные материалы: собственная кость пациента, трупная кость, кость животных, металлы, разнообразные полимеры и композиты. Материалы классифицируются по характеру взаимодействия с тканями биологической системы, по способу получения, по типу или по происхождению вещества [5].
По способу получения материалы подразделяются на 4 большие группы:
• натуральные — биологического происхождения: костные трансплантаты (ауто-, алло- и ксенокость) и продукты размножения клеток (аутогенные кость и хрящ);
• синтетические — полученные химическим способом: неорганическим синтезом (биостекла, биокерамика), органическим или ферментативным синтезом (органические полимеры, например D,L-полилактид; факторы роста костной ткани, например костный морфогенетический белок ВМР);
• полусинтетические — натурального происхождения, претерпевшие химическую, физическую или термическую обработку (чаще всего с использованием кости животных);
• композиционные — комбинации натуральных, синтетических и полусинтетических материалов: неорганические носители, содержащие в себе действующие вещества, например факторы роста костной ткани или концентрат из тромбоцитов; органические матрицы с неорганическими добавками [6].
По характеру взаимодействия с тканями биологической системы имплантационные материалы подразделяются на биодеградируемые (резорбируемые, различающиеся по скорости биотрансформации) и небиодеградируемые (металлы, пластмассы, биокерамика) [7]. Они могут длительное время находиться в организме человека, не взаимодействуя с окружающими тканями. Биодеградируемые материалы в идеале за определенный период исчезают в организме, а на их месте формируется новая костная ткань, поэтому действующие таким образом вещества называют также костно-регенерирующими или костно-восстанавливающими (костные имплантаты, материалы на основе коллагена, фосфатов кальция и гидроксосолей).
Сравнительное изучение различных видов имплантатов показывает, что биологические вызывают нежелательную неспецифическую защитную реакцию макрофагов, а алло- и ксенокости обладают иммунологическим и инфекционным риском; кроме того, все они непредсказуемо резорбируют и мешают биологическому восстановлению нативной кости [5]. Полусинтетические и синтетические материалы, напротив, лишены многих из этих недостатков. Они значительно различаются по механическим свойствам и по своей резорбирующей способности и классифицируются на:
• инертные, неактивные, не взаимодей¬ствующие с биологическими тканями, их окружающими (например, титановые, алюминиевые и циркониевые бедренные головки);
• пористые, прорастаемые биологическими тканями (гидроксиапатитное пористое покрытие металлических бедренных головок), — такой вид связи между имплантатом и тканью-хозяином называют биологическим;
• биоактивные, отличающиеся тем, что образуется только химическая связь между поверхностью имплантата и тканью-хозяином (биостекло, биокерамика);
• резорбируемые, то есть постепенно исчезающие и замещающиеся биологической тканью (Са3(РО4)2).
Анализ отечественной и зарубежной литературы свидетельствует о том, что вопросы выбора пластического материала и метода операции остаются актуальными. Многие исследователи, изучавшие эту проблему, считают, что на сегодня нет пластических материалов и методов краниопластики, полностью удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к реконструктивным операциям [8].
На протяжении десятков лет в республике проводят следующие виды реконструктивных операций: краниопластика собственной костью, аллогенной (трупной) костью, эксплантатами (протакрил, плексиглас). У каждого из них есть свои положительные и отрицательные стороны.
Аутотрансплантаты имеют несомненное преимущество над конкурирующими пластическими материалами — полную биологическую совместимость ввиду отсутствия межтканевого конфликта [2]. Собственную кость используют при первичной краниопластике в виде костного лоскута (костно-пластическая трепанация, способ вращивания костного лоскута, выпиленного по de Martel) либо измельченных костных осколков и стружки с помощью различных методов: деструкции, репонирования костных фрагментов в сочетании с деструкцией, перемещения свободного аутотрансплантата с пластикой донорского участка измельченной аутокостью [9]. Высокий процент выполнения резекционной трепанации черепа по жизненным показаниям в остром периоде черепно-мозговой травмы обусловливает невозможность использования собственной кости с целью последующей краниопластики. В случаях удаления костного лоскута с целью декомпрессии некоторыми хирургами практикуются методы сохранения костного лоскута в тканях организма (под кожей или в прямой мышце живота, фасцией бедра и черепа, рис. 1). для последующей первично-отсроченной или поздней аутокраниопластики (рис. 2) [10, 11]. Несмотря на очевидные преимущества аутотканей, многие авторы отмечают и их недостатки: частичное рассасывание аутотрансплантантов (рис. 3); необходимость проведения дополнительных операций, которые иногда по своей травматичности не уступают или превосходят основную; ослабление той части скелета, откуда был взят трансплантат; трудности закрытия дефектов больших размеров; технические сложности расщепления и моделирования имплантата [2]. Все это ограничивает применение аутокраниопластики и побуждает к разработке альтернативных материалов.
В реконструктивной хирургии широко применяются замороженные, лиофилизированные, формалинизированные аллотрансплантаты, а также фетотранс¬плантаты [12, 13]. К их преимуществам относят умеренную устойчивость к инфицированию и хороший косметический эффект, к недостаткам — проявление тканевой несовместимости, вызываемое введением чужеродных антигенов (по данным публикаций 60-х гг. прошлого века, нередкими были случаи резорбции и отторжения трансплантата с повторным образованием дефекта кости — до 33%), юридические проблемы забора материала, риск инфицирования специфическими инфекциями (гепатит, сифилис, ВИЧ) [2, 12, 14, 16, 17]. Общий недостаток всех типов натуральных костных имплантатов — непредсказуемая (неуправляемая) резорбция, что существенно замедляет образование новой кости [18].
Самая многочисленная группа пластических материалов — эксплантаты. Основными их преимуществами являются пластичность и достаточная прочность, что позволяет достигать хорошего косметического эффекта при расположении дефектов в сложных для пластики зонах [17]. Однако, несмотря на широкое внедрение акриловых смол для целей краниопластики, у них отмечаются сущест¬венные недостатки — отсутствие биодеградируемости и пористости. Последняя необходима для улучшения контакта имплантата с прилежащими тканями и возможности прорастания его сосудами и соединительной тканью для лучшей фиксации материала в дефекте. Не так давно были разработаны пористые полимеры на основе полиэтилена, одним из них является «Медпор», характеризующийся прорастанием имплантатов из него костью и достаточной фиксацией их к краям дефекта [19]. Несмотря на этот положительный эффект, полиэтиленовые имплантаты — инородные тела (так как не биодеградируют), поэтому периодически отторгаются организмом или нестабильно фиксируются, являются причиной нагноений и инфекционных осложнений в головном мозге и его оболочках. Установлено, что применение протакрила сопровождается гнойными воспалениями у 12,9% больных, особенно при пластике лобно-орбитальной области [20]. Имеются данные о насыщении имплантатов антибиотиками, но и в этих случаях перио¬дически возникают осложнения [19]. По наблюдениям специалистов, при использовании самотвердеющей пластмассы протакрил скопление транссудата около протеза зафиксировано у 64% пациентов.
Новые перспективы в эндопротезировании костей черепа открылись благодаря разработке и внедрению в клиническую практику конструкций из высокочистого титана, обладающего ценными физико-химическими и физико-механическими характеристиками — биологической инертностью, коррозионной устойчивостью, отсутствием токсичности, высокой меха- нической прочностью, пластичностью и малым удельным весом (рис. 4). Титановые пластины не являются ферромагнитными и позволяют проводить контрольную рентгенографию (рис. 5), компьютерную и магнитно-резонансную томографию в послеоперационном периоде [21—23]. Использование этого материала при конструировании эндопротезов имеет ряд существенных преимуществ перед другими металлами и сплавами, содержащими ванадий и молибден, которые подвергаются коррозии в биологической среде из-за наличия в ней электролитов. Наиболее удачными считались сплавы на основе кобальта, никеля, хрома, молибдена, но и они со временем разрушаются в биологических системах. Кроме того, эти металлы недостаточно пластичны, сложны в обработке и очень дороги [24]. Один из этапов в развитии применения металлоконструкций для замещения костных дефектов — нанесение на поверхность металлов слоя гидроксиапатита с целью улучшить скрепление поверхности имплантата с окружающими тканями организма за счет врастания их в гидроксиапатитный слой.
В последнее время появились обнадеживающие данные о применении эксплантатов на основе биокерамики, которая подразделяется на инертную (на основе оксида алюминия Аl2О3), поверхностно-активную (биостекла) и резорбируемую, то есть растворимую или прорастаемую костной тканью (на основе фосфата кальция Са3(РО4)2 (ТКФ) или гидроксиапатита Са5(ОН)(РО4)3). Последний тип наиболее популярен и широко используется в стоматологии, травматологии и ортопедии для замещения костных дефектов. Преимущества биокерамики на основе фосфата кальция и гидроксиапатита перед другими синтетическими материалами в высоком сродстве с костной тканью и способности к биодеградации с последующим замещением новообразованной костью. Биосовместимость этих веществ объясняется тем, что они являются структурными аналогами минерального компонента костной ткани (составляют ее на 60—70%) с максимальной химической и биологической инертностью и отсутствием иммунологических реакций со стороны организма реципиента [25, 26]. Обладая данными свойствами, гидроксиапатит и ТКФ создают в краниотомическом дефекте условия для преобразования соединительной ткани в костную в течение нескольких месяцев. Отрицательный момент — отсутствие стабильных форм, что значительно удлиняет репаративно-регенераторные процессы восстановления целостности черепа и обусловливает необходимость дополнительных стабилизирующих конструкций [27].
Имплантаты из керамики достаточно устойчивы к биологической среде и при создании пористой структуры прорастают соединительной тканью организма. Но их обработка и моделирование во время операции сложны из-за недостаточной пластичности и хрупкости. Даже инертные керамические материалы могут поддерживать инфекционные процессы, потому что большинство имплантатов этой группы — инородные тела и не относятся к биодеградируемым материалам (или деградируют очень медленно). Кроме того, у детей с растущими дефектами костей черепа возникают сложности в виде нестабильности фиксации имплантата из-за отсутствия прорастания материала костью и невозможности роста имплантата вслед за увеличивающимся дефектом.
Наиболее молодой и перспективной группой имплантационных материалов являются композиционные. Они представляют собой комбинации из различных веществ и включают несколько составляющих. Первый биодеградируемый имплантационный материал — «Соllараt» — был разработан в 1982—1983 гг. из гидроксоапатита и коллагенового волокна, который, замещая дефекты, рассасывается в организме, а на его месте вырастает новая здоровая кость. Для придания прочности такой системе коллагеновые волокна скрепляют поперечно-муравьиным или глютаровым альдегидом. По механическим свойствам он походит на костную ткань — очень прочный и достаточно эластичный, но, к сожалению, медленно превращается в организме в нативную кость.
Позже был создан материал «Коллапан» — механическая смесь гидроксиапатита и ксеногенного коллагена [28]. Его структура сходна со структурой костного матрикса: апатитовые кристаллы наноразмеров расположены вдоль фибрилл коллагена.
Разработка и опыт применения новых композиций из коллагена и гидроксиапатита показали их перспективность. Препаратом этой группы является «Колапол», получаемый путем лиофильной сушки смеси коллагена и гидроксиапатита и представленный в виде пластин губчатой структуры размером 7х25х2 мм. В результате эксперимента на крысах было установлено, что образование костной мозоли с последующей быстрой перестройкой и созреванием ее структур наступает к 60-м суткам. Кроме коллагена, гидроксиапатит комбинируют с фибриновым клеем, получая вязко-текучую пастообразную композицию, инициирующую оссификацию (формирование кости заканчивается через 9 месяцев) [29]. Структура композитных материалов напоминает костный матрикс, по своим свойствам они пористые, хрупкие, непрочные, плохо моделируются, в жидкой среде становятся вязко-пластичными. Эти свойства обусловливают их высокую способность к биодеградации. Таким образом, композитные имплантаты являются альтернативой ауто- и аллогенной кости.
Новейшее направление в реконструктивной хирургии дефектов черепа сложной конфигурации и локализации — предварительное моделирование имплантатов с использованием трехмерной компьютерной томографии и стереолитографии [30]. В мировой практике подобные технологии активно стали разрабатываться только в последнее десятилетие.
В настоящий момент сотрудники нейрохирургических отделений РНПЦ неврологии и нейрохирургии совместно с инженерами НП ООО «МЕДБИОТЕХ» в рамках инновационного проекта разрабатывают отечественные титановые имплантаты с различными видами покрытий и монтажный инструментарий для выполнения краниопластических операций. В практику реконструктивной нейрохирургии нами внедрен способ сохранения костного лоскута в подапоневротическом пространстве волосистой части головы для проведения отсроченной аутокраниопластики. Благодаря наибольшей тканевой совместимости трансплантата предложенная методика обеспечивает хороший лечебный, косметический и существенный экономический эффекты.
Несмотря на достигнутые успехи, остается еще много нерешенных вопросов, связанных с закрытием дефектов черепа, основными из которых являются: выбор пластического материала, сроки проведения краниопластики, показаний и противопоказаний для реконструктивной операции