MICROBIOLOGICAL PROFILE OF THE IMPLANTATION ZONE UNDER DIFFERENT MECHANICAL COMPRESSION OF PERCUTANEOUS IMPLANTS



Cite item

Abstract

Infection of percutaneous implants in patients with limb amputation is the most common complication. Purpose Evaluation of the microflora of the implantation zone depending on the mechanical compression of the implant in conditions of its additional external fixation. Material and methods The study was performed on 36 male rabbits in which a percutaneous implant was placed in the tibial stump. The segment and the implant were fixed with an Ilizarov apparatus. An additional compression device was installed in 30 animals. Six experimental groups were formed, 6 animals in each: group 1 - without compression, group 2 - compression on the implant with a force of 0.053 N/mm2, group 3 - 0.105 N/mm2, group 4 - 0.158 N/mm2, group 5 - 0.211 N/mm2, group 6 - 0.263 N/mm2. The restraint was removed 6 weeks after implantation for a total follow-up of 26 weeks. Results On days 9-10 after implantation, significant differences in the microbial landscape were found at the site of the exit of the metal implant in animals of different groups. The largest number of strains was found in animals of groups 1, 5 and 6, the smallest in groups 2 and 3. The most frequently detected strains: S. saprophyticus and Enterococcus spp. It was found that the greatest statistically significant increase in the level of CRP in the blood serum was observed in animals of group 6. The level of leukocytes in animals of all groups did not change statistically significantly relative to preoperative values. Animals with better osseointegration (groups 2 and 3 - no cases of implant loss) showed a minimal number of growing strains. Conclusion The microbiological profile of the implantation zone of percutaneous implants changes depending on the amount of mechanical compression. The optimal mode is 0.053-0.105 N/mm2.

Full Text

Введение
В последнее время широкое клиническое применение у пациентов с ампутациями конечностей находит технология остеоинтеграции, когда интегрируемый в кость чрескожной имплантат обеспечивает прямое механическое соединение между костью и внешним протезом [1]. Опыт клинического применения данной технологии растет [2-5]. При этом самыми встречаемыми осложнениями являются нестабильность имплантата и его инфицирование [6-8].
Комплексное решение этих проблем многими авторами видится в основном в совершенствовании характеристик самого имплантата – прежде всего в модификации поверхности как с целью улучшения его биосовместимости, так и обеспечения антибактериальных характеристик [9-12]. Определенным решением этих проблем может являться совершенствование самой процедуры имплантации, в частности за счет перехода с двухэтапной технологии, которая к настоящему времени является наиболее признанной [13], на одноэтапную, разработка которой только начинается [14]. В этом направлении нами разработана технология одноэтапной имплантации с дополнительной фиксацией имплантата аппаратом внешней фиксации с возможностью осуществлять компрессию (Патент на полезную модель № 185647, Патент на изобретение № 2631631).
Цель работы – оценка микрофлоры зоны имплантации в зависимости от механической компрессии имплантата в условиях его дополнительной внешней фиксации.

Материал и методы
Эксперимент проводили на 36 кроликах самцах породы шиншилла в возрасте от 6 до 11 месяцев, средний вес 3,6±0,4 кг. Животные поступали из питомника. Микробиологический статус – конвенциональные животные.
Всем кроликам в операционной осуществляли распил большеберцовой кости на границе верхней и средней трети с помощью пилки Джигли. После чего рассверливали костномозговой канал до 4,0 или 4,5 мм, вкручивали имплантат (патент РФ №152558) диаметром 4,5 или 5 мм соответственно в культю большеберцовой кости (в зависимости от диаметра костномозгового канала). Мягкие ткани послойно ушивали. В кожном лоскуте производили разрез для выведения наружной части имплантата и формировали культю. Далее монтировали аппарат Илизарова. Для этого проводили спицы под углом 90° через проксимальный отдел большеберцовой кости и дистальную часть аббатмента, которые были с упорной площадкой. Далее на кость и протез устанавливалось компрессионное устройство (Патент №2631631) (30 кроликов). Использовали 5 режимов компрессии.
Итого было сформировано 6 экспериментальных групп: группа 1 (n=6) – без компрессии, группа 2 (n=6) – компрессия на имплантат силой 0,053 Н/мм2, группа 3 (n=6) – компрессия на имплантат силой 0,105 Н/мм2, группа 4 (n=6) – компрессия на имплантат силой 0,158 Н/мм2, группа 5 (n=6) – компрессия на имплантат силой 0,211 Н/мм2, группа 6 (n=6) – компрессия на имплантат силой 0,263 Н/мм2. Перед операцией животные были распределены по группам в случайном порядке.

Рис. 1. Имплантат в большеберцовой кости: a) без компрессионного устройства (группа 1) и b) с компрессионным устройством (группы 2-6). Рентгенограммы после операции

Послеоперационное наблюдение и содержание животных. Удерживающее устройство демонтировали через 6 недель после имплантации. Общий период наблюдения составил 26 недель. В первые трое суток всем животным назначали антибиотики (энроксил 5 мг/кг), дополнительно в первые 5 дней после операции через отверстие в имплантате проводили антисептическую отработку 1% раствором хлоргекседина в объеме 3 мл. Места выхода спиц обрабатывали 3% раствором перекиси водорода в течение 10-14 дней. В ходе исследования животные содержались в специализированном виварии исследовательского центра. Кроликов содержали в клетках по одному животному. Клетки  оборудованы емкостями для корма и воды. Подстил - опилки хвойных пород деревьев. Влажную уборку клеток осуществляли ежедневно. Корм давали раз в день, питьевая вода без ограничений. Перед поступлением в эксперимент животные проходили карантин в течение 21 суток.

Регулирующие стандарты. Исследование выполнено в соответствии с ГОСТом Р ИСО 10993-1-2011. Национальный стандарт Российской Федерации. Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 1. Оценка и исследования; ГОСТом Р ИСО 10993-6-2011. Национальный стандарт Российской Федерации. Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 6. Исследования местного действия после имплантации; ГОСТом 33215-2014 Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила оборудования помещений и организации процедур; ГОСТом 33216-2014 Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила содержания и ухода за лабораторными грызунами и кроликами.

Этические принципы. До начала исследования было получено одобрение локального этического комитета. Исследование проведено при соблюдении принципов гуманного обращения с лабораторными животными в соответствии с требованиями Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментов и других научных целей и Директивой 2010/63/EU Европейского парламента и Совета Европейского союза от 22 сентября 2010 года по охране животных, используемых в научных целях.

Плановую эвтаназию животных осуществляли через 26 недель после имплантации. Эвтаназию осуществляли путем введения многократно превышенной дозой барбитуратов. В случае выпадения имплантата животных выводили из эксперимента внепланово, сразу после обнаружения выпадения.

Оценку приживаемости имплантата оценивали по отсутствию его выпадения на конечном сроке наблюдения - 26 неделя после имплантации.

Лабораторные исследования включали: бактериологическое исследование места вхождения имплантата в кожу (интерфейс имплантат/кожа), определение лейкоцитов в крови и С-реактивного белка в сыворотке крови на сроках эксперимента.

Пробы для микробиологического исследования отбирались из ран интраоперационно и на 9-10 сутки после установки имплантата. Для выделения аэробных и факультативно-анаэробных бактерий посев производили на следующие питательные среды: питательный агар, содержащий 5 % крови, желточно-солевой агар, среда Левина, среда Сабуро. Посевы инкубировали при температуре 37˚С в течение 24-48 часов. Для определения степени обсемененности посев делили на секторы. После инкубирования подсчитывали количество колоний каждого типа в секторах, результат выражали через десятичный логарифм величины выросших колоний (КОЕ/мл). Родовую и видовую идентификацию выделенных бактериальных культур проводили традиционным методом на основании изучения их тинкториальных, культуральных и биохимических свойств. Антибиотикочувсвительность выделенных штаммов определяли диско-диффузионным методом.

Лейкоциты определяли на автоматическом геманализаторе ProCyte Dx (IDEXX Lab., Нидерланды), концентрацию С-реактивного белка (С-РБ) – на автоматическом биохимическом анализаторе Hitachi/BM 902 (F.Hoffmann-La Roche Ltd., Италия), используя наборы реагентов фирмы Vital Diagnostic (Россия, СПб).

Статистические методы. Результаты количественных признаков представлены в таблице 3 виде медианы, 1-3 квартиля (Me; Q1-Q3). Нормальность выборок определяли с помощью критерия Шапиро-Уилка. Процедуру статистической оценки значимости отличий показателей на сроках эксперимента с дооперационными значениями проводили с использованием W-критерия Вилкоксона. Достоверность межгрупповых различий оценивали с помощью непараметрического критерия Крускала-Уоллиса. Минимальный уровень значимости (р) принимали равным 0,05.

 

Результаты исследования

Результаты исследования показали, что в раневых пробах, взятых интраоперационно, обнаружен единичный рост микроорганизмов (табл. 1). У 4 животных (группа 1, 4, 5, 6) в пробах были обнаружены единичные клетки бактерий, которые являлись представителями нормальной микрофлоры кожи животных, принадлежащих к двум таксонам: Staphylococcus epidermidis (n=2) и Enterococcus spр. (n=2). Микробная обсемененность для этих штаммов составляла менее 103 КОЕ/мл.

 

Таблица 1.

Видовой состав бактерий, выделенных из ран животных интраоперационно

Микрофлора

Группа 1

Группа 2

Группа 3

Группа 4

Группа 5

Группа 6

S. epidermidis (+)

-

-

-

<103

-

<103

Enterococcus spp.(+)

<103

-

-

-

<103

-

Итого:

Кол-во штаммов

Кол-во животных

 

1

1

 

0

0

 

0

0

 

1

1

 

1

1

 

1

1

 

На 9-10 сутки после имплантации на месте выхода металлического имплантата у животных разных групп обнаруживались существенные отличия микробного пейзажа (табл. 2). Наибольшее количество штаммов обнаружено у животных 1, 5 и 6 групп, наименьшее в группах 2 и 3. Наиболее часто встречаемые штаммы: S. saprophyticus и Enterococcus spp. При анализе антибиотикограмм бактерий, выделенных из ран экспериментальных животных, установлено преобладание количества устойчивых изолятов грамположительных микроорганизмов. У животных группы 6 на 9-10 сутки после имплантации, по сравнению с остальными группами, микробный пейзаж был наиболее специфичен. Здесь присутствовали 4 штамма, не обнаруживаемые у животных других групп: S. warneri, S. haemolyticus, Enterobacter sрp., Acinetobacter sрp. Такая картина говорила о том, что высокие значения компрессии, также как и её отсутствие были ассоциированы с ростом инфицирования зоны выхода имплантата.

 

Таблица 2.

Видовой состав бактерий, выделенных из ран животных на 9-10 сутки после имплантации

Микрофлора

Группа 1

Группа 2

Группа 3

Группа 4

Группа 5

Группа 6

S. aureus (+)

4 (105)*

-

-

-

2 (105)

1(106)

S. saprophyticus (+)

3(105)

1(105)

2(105)

-

1(105)

1(106)

S. epidermidis (+)

2**(105)

-

-

-

2**(105)

1**(106)

S. warneri (+)

-

-

-

-

-

4(104)

S. haemolyticus (+)

-

-

-

-

-

1(106)

Streptococcus spp. (+)

1(104)

-

-

-

1(104)

-

Corynebacterium spp. (+)

1(105)

-

-

-

1(105)

-

Enterococcus spp. (+)

2(105)

-

-

2(104)

1(105)

2(106)

Enterobacter spp. (-)

-

-

-

-

-

1(106)

E. cloacae (-)

1(106)

-

-

1(105)

1(106)

-

Acinetobacter spp.(-)

-

-

-

-

-

1(106)

P. aeruginosa (-)

-

-

-

1(106)

-

1(105)

Proteus mirabillis (-)

1(104)

-

-

-

1(104)

-

Citrobacter spp.(-)

1(106)

-

-

-

1(106)

-

E. coli (-)

1(107)

1(104)

-

-

1(107)

-

Итого: Кол-во штаммов

Кол-во животных

Выпадение имплантатов

10

4

1

2

1

0

1

2

0

3

2

1

10

4

2

9

5

4

Примечание: * - здесь и далее 4 – количество животных, у которых обнаружен штамм, 105 – среднее значение бактериальной обсемененности для этого штамма; ** - наличие метициллинорезистентных S. epidermidis (MRSE) штаммов.

 

Определение антибиотикочувствительности показало, что среди штаммов Staphylococcus spp. обнаруживались штаммы резистентные к действию β-лактамных препаратов (группа 1, 5, 6). Выраженной активностью в отношении стафилококков обладали ципрофлоксацин и клиндамицин. Штаммы Enterococcus spp. были чувствительны к действию стрептомицина, гентамицина и ципрофлоксацина. Ванкомицин-резистентных штаммов Enterococcus spp. не обнаружено. Максимальную активность в отношении энтеробактерий проявлял цефтриаксон и гентамицин. В отношении неферментирующих грамотрицательных микроорганизмов наиболее эффективным препаратом был ципрофлоксацин.

Нами был отдельно проанализирован микробиоценоз ран животных после выпадения имплантата (8 случаев по всем группам). Микробный пейзаж проб, взятых у этих животных интраоперационно, был схож с другими экспериментальными группами. После выпадения имплантата в видовом составе присутствовали грамотрицательные микроорганизмы: P. mirabillis, E. cloacae, Citrobacter sp., E. coli, микробная обсемененность  составила 106 КОЕ/мл. Гнойного отделяемого при выпадении имплантата выявлено не было.

Обнаружено, что наибольшее статистически значимое повышения уровня С-РБ сыворотке крови отмечалось у животных группы 6 (табл. 3). Для других групп очевидной зависимости между величиной компрессии с нарастанием С-РБ не отмечено. Это наблюдение говорит о том, что, вероятно, развитие системного инфицирования у животных групп 1-5 не происходило, о чем свидетельствовало и то обстоятельство, что уровень лейкоцитов у животных всех групп статистически значимо относительно дооперационных значений не изменялся.

 

Таблица 3.

Динамика С-реактивного белка (мг/л) в сыворотке крови у кроликов на сроках эксперимента, Me (Q1-Q3)

Срок, неделя

Группа 1

Группа 2

Группа 3

Группа 4

Группа 5

Группа 6

0

0 (0-2)

0 (0-1)

0 (0-1)

0 (0-4)

0 (0-3)

0 (0-2)

1

15* (9-20)

7* (4-11)

13* (6-22)

20* (17-30)

12* (5-18)

33* (22-38)

2

21* (10-28)

11* (8-22)

10* (4-17)

12* (5-16)

12* (9-14)

36* (23-44)

6

19(9-24)

2 (0-17)

2 (0-3)

18* (9-23)

9* (7-19)

8* (6-10)

20

7* (5-11)

7* (4-15)

10* (6-19)

10* (5-24)

11* (7-14)

8* (7-12)

26

7* (4-10)

11* (7-30)

4* (2-21)

18* (6-27)

8* (7-10)

5* (4-6)

Примечания: * значения, статистически значимо отличающиеся от дооперационных (срок 0) значений при р<0,05; жирным шрифтом выделены достоверные различия между группами, p<0,05.

 

Тем не менее, по одному животному из групп 1, 5, 6 на 12-16 сутки после имплантации наблюдали острое гнойное воспаление мягких тканей вокруг имплантата. Гнойное воспаление купировали антибиотикотерапией в течение 7-10 дней (цефазолин 0,05 г/кг). Кроме того, у шести кроликов (2 из группы 1 и по одному в группах 2, 4, 5, 6) было отмечено воспаление мягких тканей вокруг спиц аппарата внешней фиксации, которое купировалось обработкой антисептическими средствами.

Обсуждение

Проведенное исследование показало, что рост микробной флоры вокруг чрескожного имплантата в разной степени обнаруживался у животных всех экспериментальных групп. Эти данные вполне согласуются с клиническими наблюдениями, в которых рост микробной флоры вокруг чрескожных имплантатов, несмотря на антимикробные мероприятия, встречается более чем у половины пациентов [8, 15].

Отмеченный нами видовой состав микрофлоры зоны имплантации свидетельствует о том, что её пейзаж формировался за счет роста условнопатогенной микрофлоры кожного покрова, что после оперативного вмешательства отмечается и в клинке [16]. Хотя наблюдаемый рост числа бактерий на коже возле имплантата не эквивалентен клиническому проявлению инфекции (в нашем случае рост микрофлоры обнаружен у 18 животных из 30, при этом гнойно-воспалительный процесс развился у 3 животных), высокая частота микробной колонизации, обеспечивая высокую бактериальную нагрузку, потенциально может провоцировать развитие не только поверхностного инфекционного процесса, но и глубокого инфицирования [17]. Последнему способствует и формирование на поверхности имплантата бактериальных биопленок [18], формирование которых обеспечивает проникновение микробной флоры по поверхности имплантата в кость и мягкие ткани [19, 20].

В нашем исследовании мы не наблюдали у экспериментальных животных значимых признаков системной реакций, связанных с выходом бактерий в кровь, о чем свидетельствовал относительно не высокий уровень С-РБ, существенный рост которого является маркером наличия бактерий в крови [21]. Все процессы локализовались местно возле зоны контакта, а отсутствие случаев глубокого инфицирования у животных свидетельствовало в пользу того, что сам имплантат не был источником/воротами проникновения микрофлоры извне. В клинической практике действительно развитие глубокой инфекции, включая и остеомиелит, развивается у пациентов с чрескожными имплантатами редко [22, 23].

Сопоставление этих данных позволяет заключить, что наличие или отсутствие компрессии имплантата не связано с развитием глубокого инфицирования. Однако, ассоциация механической компрессии имплантата с ростом микрофлоры на интерфейсе имплантат-кожа очевидна.  В частности, из наших результатов следует, что и отсутствие компрессии или компрессия имплантата в пределах 0,158-0,211 Н/мм2 сопровождалась значительным ростом обсемененности зоны контакта. Минимальные же из изученных компрессионных нагрузок в пределах 0,053-0,105 Н/мм2 сопровождались и минимальной обсемененностью.

Если причины изменений микрофлоры в зоне имплантации и на поверхности имплантата описаны и находят свое подтверждение в литературных источниках [24], то обнаруженная нами взаимосвязь между величиной компрессии имплантата и обсемененностью интерфейса имплантат-кожа не была описана ранее.

Объяснение этому феномену можно найти в концепции описанной ранее A.G. Gristina (1987) [25]. Согласно этой концепции при имплантации в живые ткани на поверхности имплантата происходит конкуренция между бактериями и клетками тканей за адгезию. При этом, если первыми поверхность изделия колонизируют остеобласты, то происходит интеграция имплантата, если тканевые клетки не в состоянии вытеснить бактериальные колонии, то это приводит к снижению интеграции имплантата и развитию инфекции. В дальнейшем применимость этой концепции была подтверждена рядом работ. В частности, на экспериментальных моделях было подтверждено, что ранняя остеоинтеграция имплантата в ткань предотвращает прикрепление бактерий и, следовательно, образование биопленок [25-28]. Дополняет эту концепцию и обнаруженная возможность прямого взаимодействия остеобластов с микробной флорой [29, 30]. Следовательно, процесс адгезии между остеобластами и микробной флорой носит  конкурентный характер, определяющий не только дальнейшую остеоинтеграцию, но и возможность развития инфицирования имплантата.

Данная концепция дает возможность объяснить и наши результаты. Именно у животных с лучшей остеоинтеграцией (группы 2 и 3 – нет случаев выпадения имплантатов) наблюдалось минимальное число растущих штаммов на интерфейсе имплантат-кожа. Положительные эффекты компрессии в части стимулирования остеогенеза достаточно подробно описаны в литературе [31-33]. Опираясь на эти данные можно предполагать, что минимальная компрессия чрескожных имплантатов в условиях  изученной нами экспериментальной модели стимулирует дифференциацию остеобластов, что создает для них конкурентное преимущество в адгезии поверхности имплантатов. Это не только способствует лучшей интеграции изделия, но и предотвращает образование биопленок и существенного роста микрофлоры в зоне имплантации

Важно также отметить, что технология имплантации, включающая дополнительную фиксацию имплантата аппаратом внешней фиксации, предполагает и наличие новой нежелательной реакции – воспалительная реакция возле спиц удерживающего устройства. Такая реакция наиболее часто встречающаяся реакция при применении аппарата Илизарова, способы её купирования описаны и не представляют сложностей [34].

Заключение

Таким образом, выполненное исследование показало, что микробиологический профиль зоны имплантации в условиях различной механической компрессии чрескожных имплантатов изменяется в зависимости от величины нагрузок. Можно выделить оптимальные режимы механической компрессии чрескожных имплантатов в условиях их дополнительной фиксации. Обнаружение связи между приживаемостью имплантатов и ростом микрофлоры позволяет обратить внимание на то, что применение нагрузок в пределах 0,053-0,105 Н/мм2 лучше сказывается на приживаемости имплантатов и развитии микрофлоры чем не использование компрессии. Последнее наблюдение говорит в пользу того, что интеграция чрескожных имплантатов эффективнее в присутствии определенного уровня компрессии.

Источники финансирования. Исследование выполнено в рамках государственного задания по науке исследовательского центра.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

×

About the authors

Maksim Stogov

National Ilizarov Medical Research Centre for Traumatology and Ortopaedics

Email: stogo_off@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-8516-8571
SPIN-code: 9345-8300
Scopus Author ID: 26024482600
ResearcherId: N-5847-2018

Dr. of Biology, associate professor, head of department

Russian Federation, 6, M.Ulyanova street, Kurgan, 640014, Russia

Andrey Emanov

National Ilizarov Medical Research Centre for Traumatology and Ortopaedics

Email: a_eman@list.ru
ORCID iD: 0000-0003-2890-3597
SPIN-code: 1151-7941
Scopus Author ID: 55963731500
ResearcherId: H-2378-2018

Cand. Sci. (Vet.), leading researcher

Russian Federation, 6, M.Ulyanova street, Kurgan, 640014, Russia

Natalia Goodovykh

National Ilizarov Medical Research Centre for Traumatology and Ortopaedics

Email: natalia_nvn@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8512-4165
SPIN-code: 2642-3640
Scopus Author ID: 56403259900
ResearcherId: ACV-8266-2022

junior researcher

Russian Federation, 6, M.Ulyanova street, Kurgan, 640014, Russia

Evgenyi Ovchinnikov

National Ilizarov Medical Research Centre for Traumatology and Ortopaedics

Email: omu00@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-5595-1706
SPIN-code: 9560-3360
Scopus Author ID: 57194208169
ResearcherId: L-5439-2015

Cand. Sci. (Biol.), deputy director for scientific work

Russian Federation, 6, M.Ulyanova street, Kurgan, 640014, Russia

Natalia Tushina

National Ilizarov Medical Research Centre for Traumatology and Ortopaedics

Email: ntushina76@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1322-608X
SPIN-code: 7554-9130
Scopus Author ID: 44062153800
ResearcherId: AAF-1375-2020

Cand. Sci. (Biol.), researcher

Russian Federation, 6, M.Ulyanova street, Kurgan, 640014, Russia

Viktor Kuznetsov

National Ilizarov Medical Research Centre for Traumatology and Ortopaedics;
Ural Federal University

Author for correspondence.
Email: wpkuzn@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8949-6345
SPIN-code: 7321-4466
Scopus Author ID: 57191966571
ResearcherId: AAE-8174-2020

Dr. of Technical Sciences, head of laboratory, National Ilizarov Medical Research Centre for Traumatology and Ortopaedics;

professor Ural Federal University

Russian Federation, 6, M.Ulyanova street, Kurgan, 640014, Russia; 19, Mira street, Ekaterinburg, 620002, Russia

References

  1. Zaid M.B., O’Donnell R.J., Potter B.K., Forsberg J.A. Orthopaedic osseointegration: state of the art. J Am Acad Orthop Surg. 2019;27(22):e977-985. https://doi.org/10.5435/JAAOS-D-19-00016.
  2. Koriukov A.A., Gubin A.V., Kuznetsov V.P., Borzunov D.Iu., Antipov A.V., Ovchinnikov E.N. et al. [Possibilities of improving the function and esthetic appearance of finger stumps using the method of osseointegration]. Genij Ortopedii [Genij Ortopedii]. 2016;(4):22-28. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2016-4-22-28.
  3. Branemark R., Berlin O., Hagberg K., Bergh P., Gunterberg B., Rydevik B. A novel osseointegrated percutaneous prosthetic system for the treatment of patients with transfemoral amputation: a prospective study of 51 patients. Bone Joint J. 2014;96-B(1):106-113. https://doi.org/10.1302/0301-620X.96B1.31905.
  4. Hoyt B.W., Walsh S.A., Forsberg J.A. Osseointegrated prostheses for the rehabilitation of amputees (OPRA): results and clinical perspective. Expert Rev Med Devices. 2020;17(1):17-25. https://doi.org/ 10.1080/17434440.2020.1704623.
  5. Reif T.J., Khabyeh-Hasbani N., Jaime K.M., Sheridan G.A., Otterburn D.M., Rozbruch S.R. Early experience with femoral and tibial bone-anchored osseointegration prostheses. JBJS Open Access. 2021;6(3):e21.00072. https://doi.org/10.2106/JBJS.OA.21.00072.
  6. Diaz Balzani L., Ciuffreda M., Vadalà G., Di Pino G., Papalia R., Denaro V. Osseointegration for lower and upper-limb amputation a systematic review of clinical outcomes and complications. J Biol Regul Homeost Agents. 2020;34(4Suppl.3):315-326. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33261296/
  7. Hebert J.S., Rehani M., Stiegelmar R. Osseointegration for lower-limb amputation: a systematic review of clinical outcomes. JBJS Rev. 2017;5(10):e10. https://doi.org/10.2106/JBJS.RVW.17.00037.
  8. Ontario Health (Quality). Osseointegrated prosthetic implants for people with lower-limb amputation: a health technology assessment. Ont Health Technol Assess Ser. 2019;19(7):1-126. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6939984/
  9. Calabrese G., Franco D., Petralia S., Monforte F., Condorelli G.G., Squarzoni S. et al. Dual-functional nano-functionalized titanium scaffolds to inhibit bacterial growth and enhance osteointegration. Nanomaterials (Basel). 2021;11(10):2634. https: //doi.org/10.3390/nano11102634.
  10. Fischer N.G., Chen X., Astleford-Hopper K., He J., Mullikin A.F., Mansky K.C. et al. Antimicrobial and enzyme-responsive multi-peptide surfaces for bone-anchored devices. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021;125:112108. https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.112108.
  11. Song Y.W., Paeng K.W., Kim M.J., Cha J.K., Jung U.W., Jung R.E. et al. Secondary stability achieved in dental implants with a calcium-coated sandblasted, large-grit, acid-etched (SLA) surface and a chemically modified SLA surface placed without mechanical engagement: A preclinical study. Clin Oral Implants Res. 2021;32(12):1474-1483. https://doi.org/10.1111/clr.13848.
  12. Wang X., Ning B., Pei X. Tantalum and its derivatives in orthopedic and dental implants: osteogenesis and antibacterial properties. Colloids Surf B Biointerfaces. 2021;208:112055. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2021.112055.
  13. Li Y., Branemark R. Osseointegrated prostheses for rehabilitation following amputation : the pioneering Swedish model. Unfallchirurg. 2017;120(4):285-292. https://doi.org/10.1007/s00113-017-0331-4.
  14. Thesleff A., Branemark R., Hakansson B., Ortiz-Catalan M. Biomechanical characterisation of bone-anchored implant systems for amputation limb prostheses: a systematic review. Ann Biomed Eng. 2018;46(3):377-391. https://doi.org/10.1007/s10439-017-1976-4.
  15. Branemark R.P., Hagberg K., Kulbacka-Ortiz K., Berlin O., Rydevik B. Osseointegrated percutaneous prosthetic system for the treatment of patients with transfemoral amputation: a prospective five-year follow-up of patient-reported outcomes and complications. J Am Acad Orthop Surg. 2019;27(16):e743-e751. https://doi.org/10.5435/JAAOS-D-17-00621.
  16. Meric G., Mageiros L., Pensar J., Laabei M., Yahara K., Pascoe B. et al. Disease-associated genotypes of the commensal skin bacterium Staphylococcus epidermidis. Nature Communications. 2018;9(1):5034. https://doi.org/10.1038/s41467-018-07368-7.
  17. Zaborowska M., Tillander J., Branemark R., Hagberg L., Thomsen P., Trobos M. Biofilm formation and antimicrobial susceptibility of staphylococci and enterococci from osteomyelitis associated with percutaneous orthopaedic implants. J Biomed Mater Res Part B. 2017;105(8):2630-2640. https://doi.org/ 10.1002/jbm.b.33803.
  18. Tillander J., Hagberg K., Berlin O., Hagberg L., Branemark R. Osteomyelitis risk in patients with transfemoral amputations treated with osseointegration prostheses. Clin Orthop Relat Res. 2017;475(12):3100-3108. https://doi.org/10.1007/s11999-017-5507-2.
  19. Egert M., Simmering R., Riedel C.U. The association of the skin microbiota with health, immunity, and disease. Clin Pharmacol Ther. 2017;102(1):62-69. https://doi.org/10.1002/cpt.698.
  20. Dantas T., Padrao J., da Silva M.R., Pinto P., Madeira S. et al. Bacteria co-culture adhesion on different texturized zirconia surfaces. J Mech Behav Biomed Mater. 2021;123:104786. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2021.104786.
  21. Pääkkönen M., Kallio M. J., Kallio P. E., Peltola H. C-reactive protein versus erythrocyte sedimentation rate, white blood cell count and alkaline phosphatase in diagnosing bacteraemia in bone and joint infections. J Paediatr Child Health. 2013;49(3):E189-192. https://doi.org/10.1111/jpc.12122.
  22. Gayuk V.D., Kliushin N.M., Burnashov S.I. [Pin site soft tissue infection and osteomyelitis: literature review]. Genij Ortopedii [Genij Ortopedii]. 2019;25(3):407-412. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2019-25-3-407-412.
  23. Overmann A.L., Aparicio C., Richards J.T., Mutreja I., Fischer N.G., Wade S.M. et al. Orthopaedic osseointegration: Implantology and future directions. J Orthop Res. 2020;38(7):1445-1454. https://doi.org/10.1002/jor.24576.
  24. Lenneras M., Tsikandylakis G., Trobos M., Omar O., Vazirisani F., Palmquist A. et al. The clinical, radiological, microbiological, and molecular profile of the skin-penetration site of transfemoral amputees treated with bone-anchored prostheses. J BiomedMater Res Part A. 2017;105(2):578-589. https://doi.org/ 10.1002/jbm.a.35935.
  25. Gristina A.G. Biomaterial-centered infection: microbial adhesion versus tissue integration. Science. 1987;237(4822):1588-1595. https://doi.org/ 10.1126/science.3629258.
  26. Pilz M., Staats K., Tobudic S., Assadian O., Presterl E., Windhager R. et al. Zirconium nitride coating reduced staphylococcus epidermidis biofilm formation on orthopaedic implant surfaces: an in vitro study. Clin Orthop Relat Res. 2019;477(2):461-466. https://doi.org/10.1097/CORR.0000000000000568.
  27. Rochford E.T., Subbiahdoss G., Moriarty T.F., Poulsson A.H., van der Mei H.C., Busscher H.J. et al. An in vitro investigation of bacteria-osteoblast competition on oxygen plasma-modified PEEK. J Biomed Mater Res A. 2014;102(12):4427-4434. https://doi.org/10.1002/jbm.a.35130.
  28. Subbiahdoss G., Kuijer R., Busscher H., van der Mei H. Mammalian cell growth versus biofilm formation on biomaterial surfaces in an in vitro post-operative contamination model. Microbiology. 2010;156(Pt10):3073-3078. https://doi.org/ 10.1099/mic.0.040378-0.
  29. Campoccia D., Testoni F., Ravaioli S., Cangini I., Maso A., Speziale P. et al. Orthopedic implant infections: incompetence of Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus lugdunensis, and Enterococcus faecalis to invade osteoblasts. J Biomed Mater Res A. 2016;104(3):788-801. https://doi.org/10.1002/jbm.a.35564.
  30. Stracquadanio S., Musso N., Costantino A., Lazzaro L.M., Stefani S., Bongiorno D. Staphylococcus aureus internalization in osteoblast cells: mechanisms, interactions and biochemical processes. What did we learn from experimental models? Pathogens. 2021;10(2):239. https://doi.org/10.3390/pathogens10020239.
  31. Hinton P.V., Rackard S.M., Kennedy O.D. In vivo osteocyte mechanotransduction: recent developments and future directions. Curr Osteoporos Rep. 2018;16(6):746-753. https://doi.org/ 10.1007/s11914-018-0485-1.
  32. Maycas M., Esbrit P., Gortázar A.R. Molecular mechanisms in bone mechanotransduction. Histol Histopathol. 2017;32(8):751-760. https://doi.org/ 10.14670/HH-11-858.
  33. Somemura S., Kumai T., Yatabe K., Sasaki C. Fujiya H., Niki H. et al. Physiologic mechanical stress directly induces bone formation by activating glucose transporter 1 (GLUT 1) in osteoblasts, inducing signaling via NAD+-dependent deacetylase (Sirtuin 1) and Runt-Related Transcription Factor 2 (Runx2). Int J Mol Sci. 2021;22(16):9070. https://doi.org/10.3390/ijms22169070.
  34. Soldatov Yu.P., Stogov M.V., Ovchinnikov E.N., Gubin A.V., Gorodnova N.V. [Evaluation of clinical efficacy and safety of the Ilizarov apparatus for external fixation (literature review)]. Genij Ortopedii [Genij Ortopedii]. 2019;25(4):588-599. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2019-25-4-588-599.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.


Copyright (c) Stogov M., Emanov A., Goodovykh N., Ovchinnikov E., Tushina N., Kuznetsov V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies