Ортаңғы тірек арасындағы қосылу құрылғысының материалдарының дамуы: PEEK пен титан қорытпасы арасындағы клиникалық тиімділіктің салыстырмалы талдауы

Омыртқа хирургиясының дамуы ортаңғы тірек арасындағы қосылу құрылғыларының күрделі технологияларының құрылуы арқылы әлдеқайда әсер етілді. Қазіргі заманғы омыртқа хирургтары сәтті қосылу нәтижелерін қол жеткізу және науқастардағы асқынуларды азайту үшін осы құрылғыларға көп сенеді. Ортаңғы тірек арасындағы қосылу құрылғысын жасау үшін тиімді материалды таңдау — операциялық сәттілік көрсеткіштері мен науқастардың ұзақ мерзімді қанағаттану деңгейін анықтауда маңызды факторға айналды. Бұл салада екі материал басым орын алды: полиэфирэфиркетон (PEEK) және титан қорытпасы, әрқайсысы өзіндік артықшылықтары мен клиникалық қолданыс аясымен ерекшеленеді.

Ортаңғы тірек арасындағы қосылу материалдарының тарихи дамуы

Омыртқа хирургиясындағы ерте материалдардың қолданылуы

Орташа XX ғасырда аралық омыртқалық салыну құрылғыларының материалдарының дамуы негізгі металдық имплантаттардан басталды. Алғашқы кезде хирургтар механикалық беріктігі жеткілікті, бірақ жиі стресстің экранирлену әсеріне әкелетін шойын болат компоненттерін қолданды. Титан қорытпаларының енгізілуі – омыртқа имплантаттары технологиясында маңызды жетістік болды, себебі олар ерте заманғы материалдарға қарағанда жоғары биосовместимділік пен төмен серпімділік модулін ұсынды. Бұл алғашқы дамулар қазіргі заманғы аралық омыртқалық салыну құрылғыларының дизайнының негізгі принциптерін қалыптастырды және қазіргі заманғы хирургиялық практикаларына әсер етуде жалғасуда.

1980-жылдар мен 1990-жылдар бойынша ғалымдар металдық импланттардың механикалық қасиеттерін жақсартуға назар аударды. Титан қорытпалары өзінің тамаша коррозияға төзімділігі мен остеоинтеграция қабілеті салдарынан барынша кең таралды. Алайда, титан мен табиғи сүйек тіні арасындағы тән қаттылық айырымы жүктің тиімді берілуін қамтамасыз етуге кедергі болды. Бұл шектеу адамның омыртқа сүйектерінің биомеханикалық қасиеттерін жақсырақ қайталай алатын альтернативті материалдарға зерттеулерді кеңейтуге себепші болды.

Полимерлік шешімдерді енгізу

PEEK-тің аралық омыртқалық бірігу құрылғысы материалы ретінде дамуы омыртқа имплантаттары технологиясында парадигма өзгерісін білдірді. PEEK полимерлері сәулелік прозрачтылық (жақсарған көрініс бағалауы үшін) және қабырғалық сүйектің серпімділік модуліне жақын серпімділік модулі сияқты ерекше артықшылықтарға ие болды. Бұл материалдық жаңалық дәстүрлі метал имплантаттармен байланысты көптеген шектеулерді шешті, бірақ сәтті бірігу операциялары үшін қажетті құрылымдық тұрақтылықты сақтады. Көміртекті талшықпен күшейтілген PEEK-тің енгізілуі осы құрылғылардың механикалық қасиеттерін одан әрі жақсартты.

ПЭЭК-негізделген аралық омыртқалық біріктіру құрылғыларының клиникалық қолданылуы 2000-ші жылдардың басында хирургтар олардың потенциалды пайдасын тани бастаған кезде қарқын алды. Металлдық артефакттардың әсерінсіз рентгенологиялық зерттеу арқылы біріктірудің дамуын бақылау мүмкіндігі операциядан кейінгі бақылауда маңызды артықшылыққа айналды. Сонымен қатар, ПЭЭК материалдарымен байланысты стресстің экранирленуінің азаюы имплант орнындағы сүйек қайта қалыптасуын жақсартты, бұл ұзақ мерзімді біріктірудің сәттілік деңгейін арттыруға мүмкіндік берді.

Материалдың қасиеттері мен биомеханикалық сипаттамалары

Титан қорытпасының өнімділік көрсеткіштері

Титан қорытындысының аралық омыртқа біріктіру құрылғылары физиологиялық жүктеме жағдайларында өте жоғары механикалық беріктік пен тұрақтылық көрсетеді. Титан қорытындысының серпімділік модулі әдетте 110–120 ГПа аралығында болады, бұл біріктіру процесі кезінде қатты құрылымдық қолдау қамтамасыз етеді. Бұл жоғары қаттылық операциядан кейінгі тірек тұрақтылығын қамтамасыз етеді, бірақ табиғи сүйек қайта қалыптасуын баяулатуы мүмкін болатын кернеу экранирлеу әсеріне әкелуі мүмкін. Титан қорытындысының биологиялық үйлесімділігі әлі де өте жақсы болып табылады, клиникалық қолданыста қабыну реакциялары минималды бақыланады.

Титан қорытпаларының остеоинтеграция қасиеттері тікелей сүйек-имплантаттық контактіні қамтамасыз етеді және уақыт өте келе тұрақты фиксацияны қолдайды. Плазмалық шашырату мен қышқылдық әсер ету сияқты беттің модификациялары титан негізіндегі аралық омыртқалық бірігу құрылғыларының остеоинтеграция потенциалын арттыруы мүмкін. Алайда, титан материалдарының рентгенопрозрачтығы операциядан кейінгі көрініс бағалауын қиындатады, сондықтан бірігу процесін дәл бағалау қиынға соғады. Бұл шектеу көптеген хирургтарды кейбір клиникалық жағдайларда альтернативті материалдарды қолдануға итермелеген.

PEEK материалының артықшылықтары мен шектеулері

PEEK негізіндегі аралық омыртқалық біріктіру құрылғылары титан қорытпаларымен салыстырғанда жоғары қабатты сүйектің серпімділік модуліне (шамамен 3–4 ГПа) жақын мән ұсынады. Бұл биомеханикалық үйлесімділік стресс-экранирлеу әсерін азайтады және омыртқалық соңғы пластинкалар арқылы жақсырақ табиғи жүктеме таратылуын қамтамасыз етеді. PEEK материалдарының рентгенге шағылмайтын қасиеттері стандартты рентгенологиялық әдістер арқылы біріктірудің жүруін жақсы көрсетуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, PEEK физиологиялық ортада өте жақсы химиялық тұрақтылық пен деградацияға төзімділік көрсетеді.

Бұл артықшылықтарға қарамастан, PEEK материалдары қолданыста қарастырылуы тиіс кейбір шектеулерге ие. интерverterтік фузияция құрылғысы таңдау. PEEK-тің салыстырмалы түрде инертті беті титан қорытпаларына қарағанда остеоинтеграцияны тиімді қолдамауы мүмкін, сондықтан сүйек-имплантат әсерін күшейту үшін беттің өзгертуі немесе қабықшалары қажет болуы мүмкін. Кейбір зерттеулер PEEK-тің гладкий беттік сипаттарының кейбір клиникалық жағдайларда тікелей сүйекпен контакт орнатуға қарағанда, талшықты қаптама тудыруға себеп болуы мүмкін деген пікір айтады.

Клиникалық нәтижелер мен тиімділік зерттеулері

Биіктік (сүйектердің бірігуі) көрсеткіштері мен сәттілік критерийлері

PEEK және титан қорытпасынан жасалған ортаңғы арқа омыртқаларының қосылу құрылғыларын салыстырмалы клиникалық зерттеулері олардың сәйкес өнімділік сипаттамалары туралы маңызды тұжырымдарға әкелді. PEEK негізіндегі құрылғылар үшін қосылу көрсеткіштері әдетте бел аймағындағы қолданыста 85–95% аралығында болады, ал сәттілік көрсеткіштері хирургиялық әдіс пен науқастың жеке ерекшеліктеріне байланысты өзгереді. Титан қорытпасынан жасалған құрылғылар да ұқсас қосылу көрсеткіштерін көрсетеді, олар әдетте салыстырмалы науқастар тобында 90–98% сәттілікке жетеді. Қосылу сәттілігін бағалау кезінде рентгенологиялық дәлелдер, клиникалық белгілер мен функционалды нәтижелерді мұқият ескеру қажет.

Ұзақ мерзімді бақылау зерттеулері екі материал түрі де дұрыс таңдалған және имплантацияланған жағдайда қанағаттанарлық клиникалық нәтижелерге қол жеткізе алатынын көрсетеді. Дегенмен, PEEK пен титан қорытпаларынан жасалған құрылғыларда берік синхронизацияға жету уақыты әртүрлі болуы мүмкін. Кейбір зерттеулер титан қорытпаларының остеокондуктивтілігі жоғары болғандықтан бастапқы остеоинтеграцияны тездетуі мүмкін екендігін, ал PEEK құрылғыларының салыстырмалы сүйек-имплантат интеграциясына жету үшін ұзағырақ уақыт қажет ететінін көрсетеді. Синхронизация өсуіндегі осы уақытша айырымдар операциялық жоспарлауды және операциядан кейінгі басқару протоколдарын әсерлей алады.

Қосымша аурулардың профилі мен қауіп-қатер бағалауы

Әртүрлі аралық омыртқалық салыну құрылғыларының материалдарымен байланысты күрделіліктер профилі әртүрлі болады және алдын-ала операциялық жоспарлау кезінде мұқият бағалануы тиіс. Титан қорытпалы құрылғылар уақыт өте келе көршілес сегменттің дегенерациясына әкелетін стресстің экранирлену әсерімен байланысты болуы мүмкін. Титанның қатты механикалық қасиеттері омыртқа бағанасының қалыпты биомеханикасын өзгертіп, көршілес омыртқа деңгейлеріндегі дегенеративті өзгерістерді жеделдетуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, металдың коррозияға ұшырауы мен иондардың босап шығуының потенциалы, макұл болса да, ұзақ мерзімді имплантация кезінде ескерілуі тиіс.

PEEK негізіндегі аралық омыртқалық біріктіру құрылғыларының басқаша қауіптер профилі бар, негізгі қауіптер — псевдоартроз немесе кешіккен бірігу болып табылады. PEEK-тің салыстырмалы түрде инертті беттік қасиеттері кейбір жағдайларда тікелей сүйекпен контакт орнатуға қарағанда талшықты тіннің пайда болуына әкелуі мүмкін. Дегенмен, соңғы кездегі бетті модификациялау әдістеріндегі, мысалы, титанмен қаптау мен гидроксиапатитті қолдану сияқты жетістіктер бұл шектеулерді шешуге үміт береді. PEEK материалдарымен байланысты кемітілген көрініс артефакттары бақылау кезінде мүмкін болатын осложненияларды бақылауды жақсартады.

Бетті модификациялау технологиялары мен жақсартулар

PEEK құрылғылары үшін титанмен қаптау қолданылуы

Жотааралық қосылу құрылғыларының технологиясындағы соңғы жаңалықтар PEEK және титан материалдарының артықшылықтарын алдыңғы қатарлы беттік өңдеу әдістері арқылы үйлестіруге бағытталған. PEEK негізінің титанмен қапталуы — полимерлік материалдардың пайдалы механикалық қасиеттерін сақтай отырып, остеоинтеграцияны жақсартуға мүмкіндік беретін перспективалық тәсіл болып табылады. Бұл гибридті құрылғылар PEEK-тің радиолюсенттілігі мен тиісті қаттылығын титанның бетінің жоғары остеокондуктивтілігімен үйлестіруді мақсат етеді.

Плазмалық шашырату, физикалық булану және химиялық булану әдістері сияқты әртүрлі титан қабатын нанықтау әдістері әзірленді. Әрбір әдіс биологиялық жауаптарға әсер ететін әртүрлі беттік топографиялар мен қабат сипаттамаларын құрады. Титанмен қапталған PEEK аралық омыртқалық біріктіру құрылғыларын бағалауға арналған клиникалық зерттеулер титанмен қапталмаған PEEK имплантаттарымен салыстырғанда остеоинтеграция коэффициенттерінің жақсаруын көрсеткен, бұл өте перспективалы нәтиже болып табылады. Бұл қабаттардың физиологиялық жүктеме жағдайларындағы тұрақтылығы әзірше белсенді зерттеу мен дамыту аймағында қалып отыр.

Биоактивті беттік өңдеулер

Титан қабықшасынан басқа, зерттеушілер омыртқалар арасындағы салыну құрылғыларының биологиялық қасиеттерін жақсарту үшін әртүрлі биоактивті беттік өңдеу тәсілдерін зерттеді. Гидроксиапатит қабықшалары, өсу факторларының енгізілуі және нанотекстуралау әдістері — сүйек-имплантаттың бірігуін жақсартуға бағытталған жаңа тәсілдердің мысалы болып табылады. Бұл беттік өзгерістер сүйектің остеобласттарының бекінуі мен көбеюі үшін қолайлы орта құруға және имплантаттың негізгі материалдың құрылымдық бүтіндігін сақтауға бағытталған.

Ортаңғы тірек арасындағы қосылу құрылғылары үшін биологиялық белсенді беттердің дамуы биологиялық жақсарту мен механикалық сипаттамалардың арасындағы ұсақ қарапайымдылықты талап етеді. Беттің кедір-бұдырлығын өзгерту бастапқы клеткалық адгезияны жақсартуы мүмкін, бірақ бұл ұзақ мерзімді тұрақтылықты әлсіретуі мүмкін болатын кернеу концентрациялану нүктелерін де тудыруы мүмкін. Құрылғы беттеріне интеграцияланған бақыланатын препараттардың босатылуын қамтамасыз ететін жүйелердегі соңғы жетістіктер остеогенді факторлар мен сүйек морфогендік протеиндерді локальды түрде жеткізу мүмкіндігін береді, бұл қосылу нәтижелерін жақсартуға ықпал етеді.

Клиникалық шешім қабылдау және материалды таңдау

Науқасқа жеке қарау ескерілетін факторлар

Аралық омыртқалық салыну құрылғысының тиімді материалдарын таңдау үшін операциялық нәтижелерге әсер ететін науқасқа тән факторларды жан-жақты бағалау қажет. Жасы, сүйек сапасы, темекі шегу статусы және бірге болатын аурулар науқастарға жеке таңдалған материалдың оптималды таңдауын анықтауда маңызды рөл атқарады. Жасы кіші және сүйек сапасы жақсы науқастарға титан қорытпасынан жасалған құрылғылардың жоғары деңгейдегі остеоинтеграция қасиеттері пайдалы болуы мүмкін, ал жасы үлкен науқастар немесе остеопорозы бар науқастар үшін PEEK материалдарының төмендетілген стресс-шиелдік әсерінен тиімдірек нәтижелерге қол жеткізуі мүмкін.

Анатомиялық ескертулер де аралық омыртқалық салыну құрылғылары үшін материалды таңдауды әсер етеді. Маңдай- мойын бөліміндегі операцияларда постоперациялық көрініс бағалау маңызы мен белдеу бөліміндегі операцияларға қарағанда төмен механикалық талаптар салдарынан PEEK материалдары қолданылуы мүмкін. Белдеу бөліміндегі салыну операциялары, әсіресе көп деңгейлі немесе қайталанатын операциялар кезінде, титан қорытпаларының жоғары механикалық беріктігінен пайда болады. Қолданылатын нақты салыну техникасы — алдыңғы, артқы немесе бүйірлік тәсілдер — де оптималды материалды таңдауды әсер етеді.

Жаралық техниканың әсері

Клиникалық нәтижелерді оптималды ету үшін әртүрлі аралық омыртқалық біріктіру құрылғыларының материалдары стандартты хирургиялық әдістердің өзгертуін талап етуі мүмкін. ПЭЭК құрылғылары жиі біріктірудің биологиялық ортасын жақсарту үшін ұяшықтың табанын қатты дайындауды қажет етеді, ал титан қорытпалы имплантаттар өзінің тән остеокондуктивтілігіне көбірек сүйенуі мүмкін. Енгізу әдістері мен құрал-саймандардың талаптары материал түрлері бойынша өзгеруі мүмкін, сондықтан хирург құрылғыға тән протоколдармен таныс болуы қажет.

Операциядан кейінгі басқару стратегиялары таңдалған аралық омыртқа қосылу құрылғысының материалына байланысты да өзгеруі мүмкін. PEEK құрылғылары қосылу процесінің жеткілікті дамуын қамтамасыз ету үшін сыртқы иммобилизацияның ұзағырақ мерзімін талап етуі мүмкін, ал титан қорытпаларынан жасалған имплантаттар бастапқы механикалық тұрақтылығы жоғары болғандықтан, ерте жүруге рұқсат беруі мүмкін. Нақты материалдың қасиеттері мен күтілетін қосылу уақытына сәйкес бақылау рентгенологиялық зерттеулерінің уақыты мен жиілігін айтарлықтай түзету қажет, бұл науқасты бақылау мен емдеудің тиімділігін арттырады.

Болашақ бағыттар мен пайда болып жатқан технологиялар

Композиттік материалдар

Ортаңғы тіректерді біріктіру құрылғыларын дамытудың болашағы — әртүрлі компоненттердің ең жақсы қасиеттерін біріктіретін жетілдірілген көптеген құрамды материалдарда жатыр. Көміртекті талшықпен күшейтілген PEEK қоспалары — механикалық беріктігі артып, радиолюсенттілігі мен қажетті қаттылық сипаттамалары сақталған бағыттағы перспективалық шешім болып табылады. Бұл материалдардың механикалық қасиеттерін әртүрлі омыртқа қолданыстары мен жүктеу жағдайлары үшін оптимизациялау мақсатында белгілі бір талшық бағыттары мен концентрацияларын қолдану арқылы инженерлік түрде жасауға болады.

Зерттеушілер сонымен қатар иыс омыртқа арасындағы қосылу құрылғылары үшін дәстүрлі PEEK құрамдарынан тыс жаңа полимерлік матрицаларды зерттеуде. Полиарилэфир қосылыстары мен басқа да жоғары өнімділікті полимерлер өңдеу гибкілігі мен қасиеттерді тиісті түрде реттеу мүмкіндігі бойынша потенциалды артықшылықтарға ие болады. Полимерлік матрицаларға гидроксиапатит немесе трикальций фосфат сияқты биологиялық белсенді толтырғыштарды енгізу – бұл құрылғылардың биологиялық әсерін арттыруға, сонымен қатар олардың қолайлы механикалық сипаттамаларын сақтауға бағытталған тағы бір бағыт.

Қосымша өндіріс қолданылуы

Үшөлшемді баспа технологиялары арқылы омыртқааралық біріктіру құрылғыларының жобалауы мен өндірісі түбегейлі өзгеруде, бұл науқасқа жеке таңдалған пайдалану мүмкіндігін және күрделі ішкі құрылымды қамтамасыз етеді. Қосымша өндіріс әдісі титан қорытпасынан жасалған құрылғыларда сүйек өсуін қолдайтын және жалпы қаттылықты төмендететін кеуекті құрылымдарды жасауға мүмкіндік береді. Сол сияқты PEEK құрылғылары механикалық және биологиялық әсерін оптималды ету үшін күрделі беттік дәлдіктер мен ішкі геометриялармен өндірілуі мүмкін.

Жоғары деңгейдегі өндіріс технологиялары арқылы бір ғана аралық омыртқа қосылу құрылғысына бірнеше материалдарды интеграциялау — омыртқа имплантаттарының технологиясында қызығушылық тудыратын жаңа шекара. Көпматериалды баспа мүмкіндіктері оссеоинтеграция үшін титан беті мен сәйкес механикалық қасиеттерге ие ПЭЭК (PEEK) негізі бар құрылғыларды жасауға мүмкіндік береді. Бұл гибридтік тәсілдер әртүрлі материалдардың артықшылықтарын нақты науқастың қажеттіліктері мен операциялық талаптарына сай оптималды конфигурацияларда үйлестіру арқылы соңында клиникалық нәтижелерді жақсартуы мүмкін.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

ПЭЭК пен титан қорытпасынан жасалған аралық омыртқа қосылу құрылғыларының негізгі айырмашылықтары қандай?

PEEK және титан қорытындысының аралық омыртқалық біріктіру құрылғылары арасындағы негізгі айырмашылықтар олардың механикалық қасиеттеріне, суреттеу сипаттамаларына және биологиялық әсерлеріне байланысты. PEEK құрылғыларының серпімділік модулі сүйектікіне (3–4 ГПа) жақын болады (титанның қорытындысы үшін — 110–120 ГПа), бұл стресс-экранирлеу әсерін азайтады және жақсы биомеханикалық үйлесімділік қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, PEEK рентгенге шағылмайды, сондықтан металдық ақауларсыз операциядан кейінгі суреттеу бағалауы үшін өте ыңғайлы. Алайда, титан қорытындысы құрылғылары әдетте жоғары деңгейдегі остеоинтеграция қасиеттерін көрсетеді және дәлелденген остеокондуктивтілігі арқасында бастапқы сүйек біріктіруі тезірек жүзеге асуы мүмкін.

Әртүрлі аралық омыртқалық біріктіру құрылғыларының материалдары үшін біріктіру жылдамдықтары қалай салыстырылады?

Клиникалық зерттеулер PEEK пен титан қорытындысының аралық омыртқалық бірігу құрылғыларының екеуі де жоғары бірігу көрсеткіштерін қамтамасыз ете алатынын көрсетеді, бұл көрсеткіштер әдетте нақты қолданылуы мен науқас факторларына байланысты 85–98% аралығында болады. Титан қорытындысының құрылғылары олардың жоғары остеоинтеграция қасиеттеріне байланысты кейбір зерттеулерде сәл жоғары бірігу көрсеткіштерін көрсетуі мүмкін, ал PEEK құрылғылары салыстырмалы бірігу сәттілігін қол жеткізу үшін ұзағырақ уақыт талап етеді. Нақты науқастарды таңдау мен дұрыс хирургиялық әдістерді қолданған жағдайда екі материалдың жалпы клиникалық нәтижелері әдетте ұқсас болады; сондықтан материалдың таңдалуы жиі нақты клиникалық жағдайлар мен хирургтың қалауына байланысты болады.

Хирургтар аралық омыртқалық бірігу құрылғыларының материалдарын таңдағанда қандай факторларды ескеруі керек

Хирургтар интервертебралдық фьюзия құрылғыларының материалдарын таңдаған кезде науқасқа тән және операциялық факторлардың бірнешеуін бағалауы керек. Науқастың жасы, сүйек сапасы, темекі шегу статусы және ассоциацияланған аурулар материалдың әсер етуі мен фьюзия нәтижелеріне маңызды әсер етеді. Емделетін омыртқа деңгейі, хирургиялық тәсіл және операциядан кейінгі визуализациялық бағалаудың қажеттілігі де материалды таңдауда маңызды рөл атқарады. ПЭЭК (PEEK) материалдары детальді визуализациялық бақылауды талап ететін жағдайларда немесе остеопорозы бар науқастарда қолданылуы мүмкін, ал титан қорытпалары күрделі қайта операцияларда немесе көп деңгейлі конструкцияларда механикалық беріктігі жоғары болғандықтан таңдалуы мүмкін.

Әртүрлі интервертебралдық фьюзия құрылғыларының материалдарына тән ұзақ мерзімді асқынулар бар ма?

Ұзақ мерзімді күрделіліктер интервертебралдық біріктіру құрылғысының таңдалған материалына байланысты әртүрлі болуы мүмкін. Титан қорытпасынан жасалған құрылғылар өзінің жоғары қаттылығы салдарынан уақыт өте келе көршілес сегменттің дегенерациясына әкелуі мүмкін стресстік экранирлеу әсерімен байланысты болуы мүмкін. Сонымен қатар, ұзақ мерзімді имплантация кезінде металдың коррозиясы мен иондардың босауы туралы сирек кездесетін қауп-қатерлер де бар. ПЭЭК құрылғылары өзінің салыстырмалы түрде инертті беттік қасиеттері салдарынан кейбір науқастарда псевдоартроз немесе баяу біріктіру қаупі жоғары болуы мүмкін. Дегенмен, соңғы кездегі бетті модификациялау әдістеріндегі жетістіктер — мысалы, титанмен қаптау мен биоактивті өңдеулер — осы материалға тән шектеулерді шешуге көмектеседі және ұзақ мерзімді нәтижелерді жақсартады.