Subsidence of Vertebral Body Prostheses in Spinal Tumors: A Systematic Review of Different Implant Types

全文:

Введение

Протезирование тел позвонков является одним из ключевых методов хирургического лечения опухолевых поражений позвоночника, обеспечивающим восстановление опорной функции и стабильности позвоночного столба после резекции пораженного позвонка [1, 2]. Однако долгосрочная эффективность данного вмешательства во многом определяется стабильностью установленного имплантата и его интеграцией с прилежащими костными структурами [3]. Проседание протеза тела позвонка представляет собой одно из наиболее распространенных осложнений, которое может приводить к нарушению сагиттального баланса, компрессии нервных структур, болевому синдрому и, в конечном итоге, к необходимости ревизионного вмешательства [4].

Оценка частоты проседания имплантатов и выявление факторов, влияющих на развитие данного осложнения, имеет критическое значение для оптимизации хирургической тактики и улучшения отдаленных результатов лечения [5]. В современной спинальной хирургии используется широкий спектр протезов тел позвонков, включая традиционные титановые сетчатые конструкции, раздвижные имплантаты, а также инновационные 3D и индивидуально изготовленные протезы [6]. Каждый тип имплантата обладает уникальными биомеханическими характеристиками, которые могут по-разному влиять на риск развития проседания.

Несмотря на значительный прогресс в разработке новых типов имплантатов, в литературе отсутствует систематизированная информация о сравнительной эффективности различных протезов тел позвонков в отношении частоты проседания при опухолевых поражениях позвоночника. Целью настоящего исследования является определение частоты проседания различных типов протезов тел позвонков при хирургическом лечении опухолей грудного и поясничного отделов позвоночника.

 

Материал и методы

Настоящее исследование представляет собой систематический обзор литературы, проведенный в соответствии с рекомендациями PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses). Поиск литературы осуществлялся в электронных базах данных PubMed, Google Scholar и eLibrary с использованием комбинации ключевых слов и MeSH-терминов, относящихся к протезированию тел позвонков, опухолям позвоночника и проседанию имплантатов. Первоначальный поиск выявил 1054 потенциально релевантных статей.

Для отбора исследований использовался метод PICO (Population, Intervention, Comparison, Outcome). Популяция (P) включала взрослых пациентов (≥18 лет) с первичными или метастатическими опухолями в грудном и/или поясничном отделах позвоночника. Вмешательство (I) представляло собой протезирование тел позвонков с использованием различных типов имплантатов (раздвижные, сетчатые, 3D типовые или индивидуальные). Сравнение (C) проводилось между различными типами имплантатов. Основным исходом (O) являлась частота проседания имплантатов.

Критерии включения предусматривали: (1) исследования, фокусирующиеся на протезировании тел позвонков при опухолевых поражениях; (2) четкое определение и методы измерения проседания; (3) анализ факторов риска, связанных с проседанием; (4) дизайн исследования в виде рандомизированного контролируемого испытания, когортного исследования, исследования случай-контроль или серии случаев с не менее чем 10 пациентами. Исключались исследования, посвященные исключительно травматическим повреждениям или инфекционным заболеваниям позвоночника.

Два независимых исследователя проводили скрининг заголовков и абстрактов, а затем полнотекстовый анализ отобранных статей. Разногласия разрешались путем обсуждения с привлечением третьего исследователя при необходимости. Из каждого включенного исследования извлекались следующие данные: дизайн исследования, характеристики пациентов (количество, возраст, пол, тип и локализация опухоли), тип имплантата, определение и методы измерения проседания, частота проседания, факторы риска и длительность наблюдения.

Анализ данных проводился с использованием описательной статистики. Особое внимание уделялось сравнению частоты проседания между различными типами имплантатов и анализу факторов риска, связанных с проседанием.

 

Результаты исследования

В ходе систематического обзора литературы было проанализировано 13 исследований, посвященных протезированию тел позвонков при опухолевых поражениях позвоночника. Подавляющее большинство (12 из 13) исследований имели ретроспективный характер, и только одно исследование было проспективным. Преобладание ретроспективных дизайнов может ограничивать возможность установления причинно-следственных связей на основе полученных результатов (Табл. 1).

Информация о типе опухоли была представлена в 11 из 13 исследований. В этих 11 исследованиях участвовали 258 пациентов с первичными опухолями и 267 пациента с метастатическими поражениями. Для 136 пациентов из 2 исследований тип опухоли не был указан. Смешанный характер опухолевых поражений (первичные и метастатические) в анализируемых исследованиях свидетельствует о разнородности популяции пациентов, что может влиять на возможность экстраполяции результатов на конкретные типы опухолей. 

 Относительно типов используемых имплантатов, 3D протезы тел позвонков упоминались наиболее часто – в 7 из 13 исследований. Титановые сетчатые протезы использовались в 4 исследованиях, раздвижные имплантаты – в 3 исследованиях, индивидуально изготовленные протезы – в 3 исследованиях, а имплантаты полиэфирэфиркетона, армированного углеродным волокном (CFR PEEK), – в 2 исследованиях. Разнообразие используемых типов имплантатов отражает эволюционный характер технологий протезирования позвоночника и может затруднять прямое сравнение результатов между исследованиями.

Продолжительность периода наблюдения также варьировалась между исследованиями. В 9 из 13 исследований сообщалась медиана периода наблюдения, которая составляла от 7,4 до 37 месяцев. В 12 из 13 исследований указывалось среднее значение периода наблюдения, варьирующееся от 8 до 101 месяца. Широкий диапазон продолжительности наблюдения может оказывать влияние на выявление и регистрацию отдаленных результатов и осложнений в различных исследованиях.

 

Таблица 1. Характеристики включенных исследований

Исследование	Дизайн исследования	Популяция пациентов	Тип имплантата	Период наблюдения
Viswanathan et al., 2012 [7]	Ретроспективное когортное исследование	95 пациентов (24% с первичными, 76% с метастатическими)	Раздвижной титановый протез	Медиана 7,4 месяцев (диапазон 1-62 месяцев)
Yoshioka et al., 2017 [8]	Ретроспективное когортное исследование	48 пациентов (15 с первичными опухолями позвоночника, 33 с метастатическими)	Титановый сетчатый протез	Среднее 70,2 месяцев (диапазон 17-120 месяцев)
Girolami et al., 2018 [9]	Проспективная серия случаев	13 пациентов (8 с первичными опухолями костей, 5 с солитарными метастазами)	Индивидуальный 3D титановый протез	Среднее 10 месяцев (диапазон 2-16 месяцев)
Li et al., 2020 [10]	Ретроспективное когортное исследование	30 пациентов (23 с первичными опухолями позвоночника, 7 с метастатическими)	Титановый сетчатый протез	Среднее 41,8 месяцев (диапазон 13-120 месяцев)
Tang et al., 2021 [11]	Ретроспективное когортное исследование	27 пациентов (преимущественно с первичными опухолями позвоночника, 4 с метастатическими)	3D модульный протез	Среднее 22 месяца (диапазон 12-41 месяцев)
Shen et al., 2022 [12]	Серия случаев, ретроспективный многоцентровой обзор	13 пациентов (8 с первичными опухолями, 5 с метастатическими)	Индивидуальный имплантат из CFR PEEK	Среднее 8 месяцев (диапазон 1-21 месяцев)
Zhou et al., 2022 [13]	Ретроспективное когортное исследование, серия случаев	23 пациента (18 с первичными опухолями позвоночника, 5 с метастатическими)	3D (индивидуальные и стандартные)	Медиана 37 месяцев (диапазон 24-58 месяцев)
Cao et al., 2023 [14]	Ретроспективное когортное исследование, сравнительное исследование	20 пациентов с метастазами в грудопоясничном отделе	3D искусственный позвонок	Медиана 21,8 месяцев (диапазон 12-38 месяцев)
Chen et al., 2023 [15]	Ретроспективное сравнительное исследование	35 пациентов (26 с первичными злокачественными опухолями, 9 с метастатическими)	3D стандартный протез, титановый сетчатый протез	Среднее 24,6 месяцев (диапазон 12-60 месяцев)
Shimizu et al., 2023 [16]	Ретроспективное когортное исследование	136 пациентов (тип опухоли не указан)	Не указано	Среднее 101 месяц (диапазон 36-232 месяцев)
Hu et al., 2023a [17]	Ретроспективное когортное исследование	51 пациент (33 с первичными опухолями, 18 с метастатическими)	3D (индивидуальные и стандартные)	Медиана 21 месяц (диапазон 7-57 месяцев)
Hu et al., 2023b [18]	Ретроспективное когортное исследование	145 пациентов (79 с первичными опухолями позвоночника, 66 с метастатическими)	Титановый сетчатый протез, раздвижной титановый протез, 3D индивидуальное искусственное тело позвонка	Среднее 53,61 месяцев (диапазон 12-149 месяцев)
Schwendner et al., 2023 [19]	Ретроспективное когортное исследование, серия случаев	25 пациентов (8% с первичной опухолью позвоночника, 92% с метастатической)	Раздвижной протез из полиэфирэфиркетона, армированный углеродным волокном (CFR PEEK)	Медиана 295 дней (диапазон 13-491 дней)

В отношении показателей проседания имплантатов, данные значительно варьировались в зависимости от типа используемого протеза тела позвонка. Для титановых сетчатых протезов частота проседания составила от 63,8% до 71,4%, что было зафиксировано в исследованиях Yoshioka с соавт. [8] и Chen с соавт. соответственно. В исследовании Chen с соавт. также оценивалась эффективность 3D-печатного стандартного протеза, для которого частота проседания составила 64,3% [15].

Раздвижные имплантаты продемонстрировали различные показатели проседания: в исследовании Viswanathan с соавт. для титанового имплантата этот показатель составил 12,6%, в то время как в работе Schwendner с соавт. для имплантата из полиэфирэфиркетона, армированного углеродными волокнами (CFR PEEK), частота проседания достигала 35,3% [7, 19].

Результаты для 3D имплантатов были неоднородными. В исследовании Hu с соавт. [18] не было зарегистрировано случаев проседания (0%) среди 51 пациента, получившего 3D протезы (как индивидуальные, так и стандартные). Аналогично, в исследовании Shen et al. не наблюдалось проседания (0%) при использовании имплантов из CFR PEEK с индивидуальными контактными поверхностями из титана [12]. Однако в исследовании Girolami et al. (2018) было зафиксировано проседание у всех пациентов (100%), которым были установлены индивидуальные 3D титановые протезы [9]. В работе Zhou et al. (2022) частота проседания для 3D имплантатов составила 21,7%, а в исследовании Tang et al. для 3D модульного протеза – 38,5% [11, 13] (Табл. 2).

 

Таблица 2. Показатели проседания в зависимости от типа имплантата

Исследование	Тип имплантата	Частота проседания	Определение проседания	Время обнаружения
Viswanathan et al., 2012	Раздвижной титановый протез	12/95 (12,6%)	> 1 мм миграции	Непосредственно после операции и > 30 дней
Yoshioka et al., 2017	Титановый сетчатый протез	30/47 (63,8%)	> 2 мм	Через месяц после операции
Girolami et al., 2018	Индивидуальный 3D титановый протез	13/13 (100%)	4.3 ± 5.7 мм	При последнем наблюдении
Li et al., 2020	Титановый сетчатый протез	8/52 (15,4%)	10.9 ± 4.5 мм	При последнем наблюдении
Tang et al., 2021	3D модульный протез	10/26 (38,5%)	> 2 мм миграции	В течение периода наблюдения
Shen et al., 2022	Индивидуальный CFR PEEK имплантат	0/13 (0%)	Не применимо	Не применимо
Zhou et al., 2022	3D индивидуальные	1/10 (10%)	> 2 мм миграции	При последнем наблюдении
	3D типовые	4/13 (30,8%)	> 2 мм миграции	При последнем наблюдении
Cao et al., 2023	3D самостабилизирующийся искусственный позвонок	7/10 (70%)	1.8 ± 2.1	При последнем наблюдении
	Титановый сетчатый протез	9/10 (90%)	5.2 ± 5.1 мм	При последнем наблюдении
Chen et al., 2023	3D типовой протез	9/14 (64,3%)	Потеря средней высоты позвонка > 3 мм	При последнем наблюдении
	Титановый сетчатый протез	15/21 (71,4%)	Потеря средней высоты позвонка > 3 мм	При последнем наблюдении
Shimizu et al., 2023	Не указано	44/136 (32,4%)	2-18 мм	Через месяц после операции
Hu et al., 2023a	3D (индивидуальные и типовые)	0/51 (0%)	Не применимо	Не применимо
Hu et al., 2023b	Титановый сетчатый протез	18/70 (25,7%)	Не указано	При последнем наблюдении
	Раздвижной титановый протез	4/75 (5,3%)	Не указано	При последнем наблюдении
Schwendner et al., 2023	Раздвижной CFR PEEK имплантат	6/17 (35,3%)	3,8 ± 3,1 (1-8) мм	При последнем наблюдении

Определения проседания различались между исследованиями: от миграции имплантата более чем на 1 мм до потери высоты сегмента более чем на 3 мм. Время обнаружения проседания также варьировалось – от непосредственного послеоперационного периода до окончательного наблюдения. В большинстве исследований проседание оценивалось через месяц после операции или во время последующего наблюдения.

Показатели нестабильности имплантатов были представлены в 12 из 13 исследований. Зарегистрированные показатели нестабильности варьировались от 0% до 32,4%, что свидетельствует о значительной вариабельности эффективности имплантатов в различных исследованиях. Информация о времени до нестабильности имплантата была представлена только в 3 исследованиях: в одном исследовании сообщалось о среднем времени 37,41 месяцев, в другом – о медиане времени 31 месяц, а в третьем были указаны конкретные сроки – 24 и 36 месяцев. В 9 исследованиях информация о времени до нестабильности отсутствовала, а в 1 исследовании этот параметр был не применим в связи с отсутствием случаев нестабильности. Отсутствие последовательного представления данных о времени до нестабильности ограничивает возможность формулирования выводов о долгосрочной эффективности различных типов имплантатов.

 

Обсуждение

Настоящий систематический обзор представляет первый комплексный анализ проседания протезов тел позвонков при опухолевых поражениях позвоночника, охватывающий различные типы имплантатов и их клинические результаты. Полученные данные демонстрируют значительную вариабельность частоты проседания между различными типами протезов, что имеет важные клинические последствия для выбора оптимального метода реконструкции позвоночника у онкологических пациентов.

 

Наиболее высокие показатели проседания были зафиксированы для титановых сетчатых протезов, составляя от 15,4%- 90%. Эти результаты согласуются с данными литературы о высокой частоте проседания титановых имплантатов, особенно в условиях остеопороза или ослабленных замыкательных пластинок [20]. Высокая частота проседания титановых сетчатых протезов может быть обусловлена несоответствием модуля упругости между имплантатом и костной тканью, а также концентрацией напряжений на относительно небольшой площади контакта с замыкательными пластинками [21]. 

В противоположность этому, раздвижные протезы продемонстрировали более благоприятные результаты с частотой проседания от 5,3%-35,3%. Преимущество раздвижных конструкций заключается в возможности точного восстановления высоты позвоночного сегмента и равномерного распределения нагрузки по замыкательным пластинкам. Кроме того, раздвижные имплантаты позволяют хирургу корректировать высоту интраоперационно, что способствует оптимальному контакту с костными структурами.

Результаты для 3D имплантатов оказались наиболее противоречивыми, варьируя от 0% до 100% в различных исследованиях. Такая значительная вариабельность может быть объяснена различиями в дизайне имплантатов, материалах изготовления и индивидуальных характеристиках пациентов. Индивидуализированные 3D протезы теоретически должны обеспечивать лучшее соответствие анатомии пациента, однако клинические результаты не всегда подтверждают это предположение.

Стандартным материалом для изготовления индивидуальных 3D имплантатов является титановый сплав, который, несмотря на свою биосовместимость и прочность, обладает существенными биомеханическими недостатками. Даже пористые титановые конструкции демонстрируют значительное несоответствие модуля упругости по сравнению с костной тканью - модуль упругости титана составляет приблизительно 110 ГПа, в то время как для кости этот показатель варьирует от 3.78 до 14.64 ГПа [22, 23]. Это несоответствие приводит к развитию эффекта экранирования напряжения (stress shielding), при котором более жесткий имплантат принимает на себя основную нагрузку, что приводит к снижению механической стимуляции окружающей костной ткани. Согласно закону Вольфа, недостаточная механическая нагрузка на кость вызывает ее резорбцию и ослабление, что в конечном итоге способствует развитию проседания имплантата и нестабильности конструкции [24]. Кроме того, концентрация напряжений на относительно небольшой площади контакта между жестким титановым имплантатом и ослабленными замыкательными пластинками позвонков создает дополнительные предпосылки для проседания. В условиях онкологической патологии, когда качество костной ткани уже скомпрометировано опухолевым процессом, химиотерапией или лучевой терапией, эти биомеханические факторы становятся еще более критичными.

Парадоксально, но индивидуализация геометрии 3D протезов, которая должна была решить проблему оптимального распределения нагрузки, не компенсирует фундаментальное несоответствие механических свойств материала. Это объясняет, почему даже анатомически точные индивидуальные имплантаты могут демонстрировать высокие показатели проседания, как было показано в исследовании Girolami с соавт., где частота проседания составила 100% [9]. Данная проблема подчеркивает необходимость разработки новых материалов для 3D-печати, таких как композиты на основе PEEK, которые могли бы обеспечить более близкое соответствие механических свойств костной ткани при сохранении преимуществ индивидуализированного дизайна.

Настоящий систематический обзор имеет несколько ограничений. Во-первых, значительная гетерогенность включенных исследований по дизайну, популяции пациентов и типам имплантатов ограничивает возможность проведения количественного мета-анализа. Во-вторых, различия в определениях проседания и методах измерения затрудняют прямое сравнение результатов. В-третьих, относительно короткие периоды наблюдения в некоторых исследованиях могут не отражать долгосрочные результаты.

Заключение

Данный систематический обзор подчеркивает необходимость индивидуального подхода к выбору типа протеза тела позвонка у пациентов с опухолями позвоночника с учетом множественных факторов риска. Раздвижные имплантаты демонстрируют наиболее благоприятные результаты в отношении частоты проседания, в то время как 3D протезы требуют дальнейшего изучения для оптимизации их дизайна и клинического применения.

作者简介

Nikita Zaborovskii

ФГБУ "НМИЦ ТО им Р. Р. Вредена" Минздрава России

编辑信件的主要联系方式.
Email: n.zaborovskii@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4562-8160
俄罗斯联邦

Sheridan Shailieva

ФГБУ "НМИЦ ТО им. Р. Р. Вредена" Минздрава России

Email: sheri21072001@gmail.com
ORCID iD: 0009-0005-2113-3077

Врач-ординатор травматолог-ортопед

俄罗斯联邦

Sergei Masevnin

"ФГБУ НМИЦ ТО им Р. Р. Вредена" Минздрава России

Email: drmasevnin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9853-7089

Vladislav Murakhovsky

"ФГБУ НМИЦ ТО им Р. Р. Вредена" Минздрава России

Email: drmurakhovsky@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9985-5636

Oleg Smekalenkov

"ФГБУ НМИЦ ТО им. Р. Р. Вредена" Минздрава России

Email: drsmekalenkov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4867-0332

Dmitrii Ptashnikov

СПб больница РАН

Email: drptashnikov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5765-3158

参考

补充文件