Асептическое воспаление вокруг имплантатов

Одной из причин расшатывания имплантатов, например эндопротезов бедра или стержней в аппаратах внешней фиксации (АВФ), является асептическое воспаление. В нем принимают активное участие нейтрофи лы и макрофаги (Revell, 1998; Moroni et al., 1999, 2000). Оказалось, что фагоцитирующие мононуклеары на границе раздела имплантат-кость различаются по своей функциональной активности. Чем обусловлено такое отличие в поведении макрофагов? По-видимому, одной из причин являются нарушения в работе позиционных механизмов, которые контролируются молекулами адгезии.

Известно, что клетки, принимающие участие в фагоцитозе, экспрессируют CDI Ib фенотип, отличающийся по ряду функциональных характеристик от клеток, экспрессирующих CDI 1с и CDI 1а антигены. Эти фагоциты принимают активное участие в индукции воспаления вокруг имплантата. При этом существенную роль в развитии воспаления играют интегрины. Они отвечают не только за специфическую адгезию клеток через специфические рецепторы, но и за их миграцию, расположение в ткани, а также являются стимуляторами процессов пролиферации и дифференцировки. На лейкоцитах определяются интегрины CDI 1a (LFA-1, аВ2), CDI 1b (Мас-1, CR3, a 13z) и CDI 1c (gp 95/150, CR4), часть из которых (CDI 1а) экспрессируется на всех лейкоцитах, a-CDI и CDI 1b 1 на макрофагах и моноцитах. Для этих рецепторов существуют специфические лиганды: ICAM-I, ICAM-2 (CDI Ia, CDI Ib) и iC3b (CDI Ib, CDI It) (Arnaout, 1990; Stent et al., 1995). Выраженность экспрессии интегринов изменяется от моноцитов к макрофагам в зависимости от места их нахождения и их состояния. В покоящихся моноцитах она представлена как CDI la > CDI lb > CDI Ic, а в активированных макрофагах тканей - CDI lb > CDI Ic > CDI la (Revell, 1998).

Интегрины коллективно принимают участие в хемотаксисе, перемещении, агрегации, миграции и фагоцитозе. Следует отметить, что сам по себе ни один из этих факторов не может запустить все вышеуказанные процессы. Кроме того, они являются ответственными за стимуляцию продукции цитокинов макрофагами. Считается, что именно этим монокинам принадлежит ведущая роль в развитии асептического воспаления вокруг имплантатов. Кроме макрофагов в этих реакциях принимают участие Т-лимфоциты, тучные и мультиядерные гигантские клетки. В результате взаимодействия этих клеток с экстрацеллюлярными белками (коллагеном, фибронектином, витронектином, ламининином и остеопонтином) и стромальными элементами образуется соединительнотканная капсула вокруг имплантата (Revell, 1998; Nicola, 1994).

Воспалительная реакция даже в присутствии МБК препятствует индукции костной ткани на биоматериалах (Schwartz et al., 1998). В опытах на мышах, которым МБК-2 вводили вместе с деминерализованным костным матриксом или полимером на 56 суток, было показано, что данный белок дозозависимо стимулирует образование костной ткани (Schwartz et al., 1998).

Результаты наших опытов, проведенных в этом направлении, подтверждают справедливость данного положения.

Опыты были проведены на 80 самцах мышей линии СВА массой 18-21 г. Столбик костного мозга (15x10⁶ клеток/мл), выделенного из бедренной кости, переносили в среде DI-MEM (ISN), содержащей 10% фетальной бычьей сыворотки, на диски, выполненные из натурального гидроксиапатита (ГА), с пористостью 45%, с величиной пор 200-300 мкм, с добавлением от 0 до 20% кальциофосфатного стекла. ГА и стекло предварительно тестировали на цитотоксичность. Диски имели диаметр 12 мм и толщину 1,2 мм. Одному животному вводили под кожу 4-6 дисков. Через 7-30 суток животных забивали, диски вынимали, определяли площадь распространения костной ткани (остеокондуктивные свойства). За 100% брали площадь исходного костного мозга. Степень выраженности воспалительной реакции и разрастание соединительной капсулы вокруг имплантата на гистологических или электронно-микроскопических препаратах в балах (- отсутствие реакции, + слабо, ++ умеренно и +++ сильно выраженные остеоиндуктивные свойства) представлены в таблице. Проводили тестирование продукции интерлейкина-1 (ИЛ-1) (комитогенный тест) и колониестимулирующего факторов (КСФ) (клонирование клеток в агаре).

Результаты проведенных исследований

Установлено, что при введении в состав гидроксиапатита стекла происходит усиление развития воспалительной реакции вокруг имплантата. Это проявлялось в увеличении количества нейтрофилов (1-14 сутки), моноцитов и лимфоцитов (3-30 сутки) как в окружающих тканях, так и на поверхности тестируемого материала, усилении продукции ИЛ-1 и КСФ. Кроме того, на ранних сроках наблюдения (1-7 сутки) наблюдалось развитие отека, гемостаза, выпота эритроцитов в окружающие ткани. Интересно, что развитие воспаления не было связано с прямым цитотоксическим действием стеклокерамики при проведении исследований in vitro. Выраженность воспалительной реакции хорошо коррелирует со степенью подавления остеокондуктивных свойств и разрастания стромальной капсулы, иными словами, стимуляции роста соединительной ткани подавляет рост костной ткани на биоактивной керамике (Karlov et al., 1998). Возможно, это вызвано нарушением поступления кислорода в костную ткань из-за воспаления (Ham, 1979) или за счет ингибиции реконструкционного роста сосудов, необходимых для роста кости, например в результате супрессии выработки ФРФ-1 или БМП-2 (Kelpke et al., 1998; Kim et al., 1998). Воспалительная реакция даже в присутствии БМП-2 препятствует индукции костной ткани на биоматериалах (Schwartz et al., 1998).

Причинами этого явления могут быть конкурентные взаимодействия на уровне остеогенных и стромальных прекурсоров, клеток, продуцирующих ростовые факторы и(или) воспалительные цитокины.


А.В. Карпов, В.П. Шахов
Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики