В последние годы по всему миру неуклонно увеличивается травматизм. Растет количество высокоэнергетических переломов и, соответственно, количество осложненных переломов. Одновременно наблюдается тенденция к замедленному сращению переломов, что фактически связано с формированием ложных суставов.

В западных странах в этой связи предложено использовать факторы роста для стимуляции и моделирования процессов репарации различных поврежденных и травмированных тканей. К таким факторам относится богатая тромбоцитами плазма, которую активно изучают и используют для регенерации костной ткани.

Согласно информации отечественных авторов, нарушения репаративного остеогенеза в настоящее время определяют в 10-20% случаев. Замедленная консолидация, несросшиеся переломы, а также псевдоартрозы — это разные виды клинического проявления дисрегенерации костной ткани.

Дисрегенерация является результатом нарушения и искажения протекания воспалительно-репаративного процесса. Нарушение смены фаз пролиферации и дифференцировки на фоне влияния различных факторов вызывает нарушение регенераторных процессов. Ее результатом может стать гипер- или гипорегенерация костной ткани.

Для консолидации перелома и восстановления функции поврежденной конечности необходимо создать оптимальные условия для заживления костной раны:

• сохранение или раннее восстановление кровообращения;

• точное сопоставление и надежная фиксация костных отломков;

• активное ведение послеоперационного периода;

• соблюдение правил асептики.

В последнее время интенсивно разрабатываются медикаментозные способы стимуляции репаративного остеогенеза. В частности, определен целый комплекс биологически активных веществ — факторов роста, которые имеют высочайший потенциал для стимуляции остеогенных и хондрогенных клеток.

Как одно из наиболее перспективных средств рассматривается богатая тромбоцитами плазма (БТП), для получения которой необходимо концентрировать тромбоциты путем центрифугирования цельной аутокрови пациентов.

Известно, что альфа-гранулы тромбоцитов содержат целый ряд факторов роста:

• инсулиноподобный фактор роста-1 (ИФР-1);

• основной фактор роста фибробластов (ОФРФ);

• сосудистый эндотелиальный фактор роста (ВЭФР);

• трансформирующий фактор роста бета (ТФР-β);

• эпидермальный фактор роста (ЭФР);

• тромбоцитарный фактор роста (ТФР).

Перечисленные выше биологически активные вещества играют важнейшую роль в ослаблении воспалительной реакции и элиминации некротизированных клеток.

На сегодняшний день доказана высокая эффективность биологических препаратов на основе богатой тромбоцитами плазмы в лечении спортивных травм, при операциях, в том числе и на суставах, а также в стоматологии и эстетической медицине.

Зарубежные авторы сообщают о положительном опыте применения БТП в ревматологии при хронических тендинитах коленного, локтевого и голеностопного суставов.

В последние годы богатая тромбоцитами плазма все шире используется при выполнении вертебродеза, в лечении псевдоартроза, артрита, синовита, поражении менисков и хряща.

Появляются данные о клинической эффективности БТП при компрессионных переломах тел позвонков различной локализации на фоне постменопаузального и сенильного остеопороза, то есть у пациентов с нарушениями регенерации костной ткани.

Для оценки процессов регенерации костной ткани важное значение имеют исследования специфических маркеров костных метаболических реакций.

Важнейшим структурным компонентом внеклеточного пространства костной ткани являются коллагеновые волокна. Среди методов оценки состояния костной ткани, в частности интенсивности процессов биосинтеза и распада коллагена, одно из приоритетных мест занимает метод определения фракций оксипролина в моче.

Как протекает регенерация костной ткани

В основе восстановления целостности кости лежат 3 последовательных стереотипических процесса: воспаление, пролиферация и склероз. Эти процессы направлены на поддержание тканевого гомеостаза.

Пусковым моментом для репаративной регенерации костной ткани является реактивное воспаление, которое может возникать сразу после травмы и продолжаться до 5 суток. В фазу воспаления из поврежденных кровеносных сосудов в ткань выливается кровь, образуя гематому. Поврежденные клетки и ткани в области перелома некротизируются.

Девитализированные фрагменты ткани, состояние ацидоза, низкое парциальное давление кислорода и высокая концентрация медиаторов воспаления выступают хемоаттрактантами для форменных элементов крови и стволовых костных клеток.

Регенерация костной ткани начинается сразу с момента образования кровяного сгустка, в котором активное участие принимают тромбоциты. Именно в гематоме стартуют процессы пролиферации и дифференциации остеогенных клеток-предшественников.

Основным активатором репаративных процессов в поврежденных тканях, в том числе костной, есть тромбоциты. Этот форменный элемент крови не содержит ядра, является производным мегакариоцитов, но заполнен большим количеством гранул.

Остеогенные клетки — клетки, поддерживают популяцию, количественно дифференцируются в остеобласты, локализуются в трубчатых костях, во внутреннем слое надкостницы, в эндосте. Эти клетки обнаруживают среди клеток стромы костного мозга.

Некоторые исследователи утверждают, что остеобластические элементы располагаются в наружном слое надкостницы. Существует мнение о рыхлой волокнистой соединительной тканей надкостницы, эндоста и каналов остеонов, что является своеобразными продолжениями тканевых элементов стромы костного мозга.

В экспериментах с мышами мутантных линий, имеющими дефекты стромальных элементов и стволовых кроветворных клеток, были проверены связи количества клеток костного мозга с активностью регенерации костной ткани.

Результаты исследований на этой модели позволили сформировать положение о том, что костномозговые стромальные клетки гистогенетически отличны от кроветворных элементов.

Стромальными элементами костного мозга считают клетки, не ведущие происхождение от стволовой кроветворной клетки (ретикулярные, эндотелиоциты и остальные клетки стенки синусоидальных капилляров, липоциты и остеогенные клетки), а ретикулоциты и остеогенные клетки рассматривают как стромальные механоциты.

Ангиогенез является обязательным условием осуществления регенерационного остеогистогенеза, который сильно зависит от условий васкуляризации.

Зависимость интенсивности заживления костной раны прямо пропорциональна объему кровоснабжения, что показано в исследованиях с моделями сращения переломов, восстановления кости после ее резекции, приживления хрящевых или же костных трансплантатов, а также пересаженной надкостницы.

Накопленные данные указывают на существенную роль периваскулярных клеток как камбиальных элементов, которые участвуют в сращении перелома, при дистракционном остеосинтезе и регенерации костной ткани после огнестрельного повреждения.

В последнее время интенсивно развивается концепция, согласно которой клетки-предшественники циркулируют в организме в двух видах: клетки, индуцибельные к костеобразованию, а также детерминированные клетки, то есть способные к самоподдерживанию и образованию костных тканей.

Последние исследования показали, что дифференциация мезенхимальных стромальных (стволовых) клеток с остеобластическому типу осуществляется под контролем факторов транскрипции, клеточных и матриксных взаимодействий, а также ряда системных (транскрипционные факторы Sox9, BMP2, Cbfa 1, Wnt) и местных факторов.

К местным факторам относятся достаточная трофика в области перелома, в частности перемещение ионов кальция с помощью Wnt / Ca2 + -сигнальных путей и другие.

Роль богатой тромбоцитами плазмы в регенерации костной ткани

Несмотря на указанные концепции, остается актуальным предположение, что в регенерации костной ткани, кроме гетерогенных клеточных источников различной локализации и происхождения, имеющих различные потенциалы к дифференцировке и остеогенные возможности, участвуют элементы кровяного сгустка. К ним относятся фиброциты, тромбоциты, гистиоциты, жировые клетки, перициты, остеокласты, клетки миелоидного ряда, а также эндотелиоциты.

Исследования, которые демонстрируют участие различных клеточных популяций в регенерации костной ткани на клеточном уровне, не содержат сведений о регуляторной роли молекул, обеспечивающих привлечение этих популяций в процесс регенерации, а также данных об участии кальциевого обмена в регуляции этих реакций.

В тромбоцитах содержится три основных вида гранул: α-гранулы, плотные гранулы и лизосомальные гранулы.

Факторы роста содержатся в α-гранулах и высвобождаются из них после активации тромбоцитов. В α-гранулах содержится ряд биологически активных веществ, которые включаются в механизмы тканевой регенерации, стимулируют хемотаксис клеток, клеточную пролиферацию и дифференцировку, ангиогенез, а также иммуномодуляцию и ремодуляцию.

Среди этих активных субстанций для репаративной регенерации наиболее важными являются ростовые факторы. На сегодняшний день описано более 30 факторов роста, которые содержатся в гранулах тромбоцитов.

Активация тромбоцитов происходит следующим образом. При повреждении эндотелия или при связывании с клетками-агонистами тромбоцит меняет свою форму. Происходит его дегрануляция с высвобождением содержимого гранул, включая фибриноген и серотонин, которые дают возможность тромбоцитам вступать в реакцию агрегации.

Фактор Виллебранда, который содержится в гранулах тромбоцитов, формирует между тромбоцитами мостовидные гликопротеиновые комплексы, что приводит к агрегации и активации тромбоцитов.

Сведения, приведенные в литературе по лечению переломов костей с использованием фибрина и богатой тромбоцитами плазмы, неоднозначные, а иногда и спорные.

На основании изучения в экспериментах по регенерации дефектов кости критического размера в условиях использования как матриц трансплантатов с аутокости в сочетании с фибрином, обогащенным тромбоцитами, установлено следующее.

При регенерации кости кроликов в области травматического повреждения формируется зрелая пластинчатая костная ткань, спаянная с костным трансплантатом в виде стружки, которая имеет признаки активной перестройки.

Морфометрический анализ регенерации кости у животных без заполнения дефекта или заполнения только костным аутотрансплантатом свидетельствует о стимуляции репаративного остеогенеза при комбинации аутокости и фибрина, обогащенного тромбоцитами.

Первыми, кто начал применять фибрин и его производные для заживления костных ран — стоматологи. Одним из стоматологических препаратов известен фибриновый клей, который активно применялся для прикрепления тканей во время различных пластик. Одной из модификаций фибринового клея является богатая тромбоцитами плазма.

Поскольку готовится она из аутологичной крови, то содержит в большом количестве цитокины, регулирующие ход воспаления, привлекая в очаг нейтрофилы и моноциты / макрофаги, усиливая их адгезию и не вызывая иммунологических реакций.

Введенные цитокины обеспечивают гуморально-клеточную кооперацию крови и костной ткани, сдерживают развитие воспалительной реакции, участвуют в костной перестройке, дифференцировке клеток-предшественников иммунной системы, клеточной активации и пролиферации, а также обеспечивают экспрессию растворимых молекул адгезии.

Эта разновидность фибринового клея вызывает активную миграцию и распределение всех мезенхимальных клеток, в том числе хондроцитов и стволовых клеток, а также стимулирует синтез коллагена и матрикса соединительной ткани.

При выполнении инъекций богатой тромбоцитами плазмы, в случае неосложненного течения перелома, гораздо меньше выражена отечность в поврежденных тканях, меньше проявляются признаки острого и хронического воспаления, фаза альтерации быстрее сменяется регенераторно-репаративными процессами.

В ряде недавних научных работ была показана целесообразность применения препаратов фибрина для ускорения регенерации тканей в клинике и эксперименте. Применение богатой тромбоцитами плазмы для ускорения регенерации кости и мягких тканей в настоящее время стало одним из направлений в реконструктивно-восстановительной хирургии.

Эта биотехнология привлекает все большее внимание зарубежных клиницистов, а углубленное понимание механизмов ее лечебного действия интересует ученых.

Эффективность богатой тромбоцитами плазмы: данные исследований

Известно, что при разрушении мембран клеточных элементов выделяются факторы роста, и основные из них содержатся в богатой тромбоцитами плазме.

Это тромбоцитарный фактор роста (PDGF-aa, PDGF-bb, PDGF-ab), трансформирующий фактор роста (TGF-В1, TGF-В2), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) и фактор роста эпителия (EGF). Эти факторы роста находятся в плазме в биологически обусловленных соотношениях, что отличает БТП от рекомбинантных факторов роста.

До настоящего времени за рубежом было проведено достаточно научных исследований, посвященных изучению эффективности богатой тромбоцитами плазмы для регенерации костной ткани.

В одном из экспериментов Lucarelli и соавторы продемонстрировали зависимость остеогенных свойств тромбоцитарной массы от количества тромбоцитов. Ученые сравнивали остеогенную активность 1% и 10% растворов тромбоцитарной массы по стволовых клеток.

На 6 день эксперимента после введения тромбоцитарных концентратов отмечено существенное повышение темпа пролиферации стволовых клеток в средах с 10% раствором тромбоцитарной массы. Сделан вывод о возможности комплексного применения тромбоцитарной массы и стволовых клеток.

Romin выполнял смешивание клеток костного мозга и БТП, определив увеличение пролиферации клеток костного мозга примерно на 31% с 15 дня эксперимента.

Tao в опытах на кроликах экспериментально получил некроз головки бедренной кости и проводил лечение некроза с использованием трикальцийфосфата (ТКФ) и БТП. Контроль через 4, 8 и 12 недель показал, что комбинация богатой тромбоцитами плазмы и ТКФ приводит к существенному ускорению остеогенеза.

Zhang и соавторы сравнили стимуляцию остеогенеза при замещении дефекта керамическим гидроксиапатитом с добавлением БТП и без нее. В результате выявлено быстрое образование костной ткани под воздействием богатой тромбоцитами плазмы.

Применение БТП в травматологии и ортопедии

Есть данные о клинических исследованиях с применением богатой тромбоцитами плазмы в травматологии и ортопедии.

Lowery и соавторы применили аутогенную костную ткань и БТП при фиксации позвоночного столба и получили хорошие результаты. Авторы не наблюдали возникновения псевдоартроза, а сращение переломов наступило во всех случаях.

Dallari и соавторы сравнили сращение переломов в трех группах больных. В первой группе использовали костную стружку, во второй группе больных применяли лиофилизированную костную стружку и БТП, в третьей — лиофилизированную костную стружку, БТП и стволовые клетки костного мозга. Контрольное обследование через 1 год показало значительно лучшую остеоинтеграцию во второй и третьей группах.

Kitoh использовал БТП и стволовые клетки костного мозга при дистракции костного регенерата у пациентов. Авторы наблюдали формирование костной мозоли между 34 и 47 днями у всех пациентов при темпе дистракции 1,5 мм в день. Ускоренное образование костной мозоли наблюдали после однократного введения БТП и стволовых клеток.

Существуют данные о положительном опыте применения богатой тромбоцитами плазмы в лечении хронических ран. Отмечается успешное использование БТП при инфицированных ранах и достоверное снижение активности инфекционного агента.

Такая антимикробная активность связана с высоким содержанием в тромбоцитарном концентрате лимфоцитов и лейкоцитов.

В зарубежной профессиональной литературе мало данных об использовании БТП для лечения нарушений сращения переломов.

Несколько исследований свидетельствуют, что чрескожное введение БТП в участок замедленной консолидации значительно улучшает результаты лечения, однако некоторые авторы при использовании БТП получили сращения переломов только в 50% случаев.

Другие авторы проводили лечение замедленной консолидации переломов богатой тромбоцитами плазмой с аутогенным костным трансплантатом, причем сращение достигнуто во всех случаях. Пластика аутогенной костной тканью имеет преимущества из-за отсутствия иммунного ответа на трансплантат.

Имеются сведения о комплексном использовании стволовых клеток и БТП. Смесь клеток и тромбоцитарного концентрата вводили инъекционным путем в участок перелома, который длительное время не срастался.

Heringou и соавторы вводили в апластической ложный сустав концентрат костного мозга и БТП и получили сращение во всех случаях, где костномозговой концентрат был обогащен стволовыми клетками. Авторы наблюдали окостенение соединительной ткани между костными фрагментами, но не смогли объяснить механизм, лежащий в основе изменения волокнистой ткани на костную.

В естественном сгустке содержатся фибрин, фибронектин и витронектин, которые иногда называют адгезивными молекулами, необходимыми для миграции клеток, остеокондукции, эпителизации и остеоинтеграции.

Kawase и соавторы экспериментально доказали, что биологические свойства плазмы, обогащенной тромбоцитами, обусловлены не только наличием в ней факторов роста (TGF-β и PDGF). БТП даже без них индуцирует образование фибринового сгустка с последующей стимуляцией клеточной адгезии и синтеза коллагена.

Aketla и соавторы сообщили, что аутоплазма, обогащенная тромбоцитами, может использоваться как источник анаболических факторов роста для стимуляции хондроцитов в биоинженерных конструкциях в связи с усилением синтеза протеогликанов и коллагена.

Известен опыт лечения 73 больных с несрастающимися диафизарными переломами конечностей. Среди них выделены клинические группы на основании оценки степени деформируемости регенерата.

Авторы дифференцировали показания к применению закрытого компрессионного остеосинтеза и различных видов пластических материалов (мелких губчатых аутотрансплантатов отдельно и в сочетании с обогащенной тромбоцитами плазмой, аутофибриновым гелем и другими препаратами, содержащими фибрин). Для соединения костных отломков применяли авторские аппараты внешней фиксации, функционально нагружали конечность.

Положительные результаты были получены в 95% случаев. Образование костного регенерата происходило при использовании аутопластики губчатой костью в чистом виде и в сочетании с БТП и аутофибрином, а также при использовании препаратов фибрина.

Исследователи не делают различий по эффекту от применения того или иного остеопластического материала, поскольку все они сыграли положительную роль в условиях, которые были созданы повторной операционной травмой и правильной функциональной нагрузкой поврежденного сегмента.

Вероятно, БТП играет роль активного «формообразующего наполнителя», содержащего факторы роста фибробластов и сосудов. Влияние давления с физиологически правильным вектором приводит к формированию целостного костного регенерата.

Известен также современный опыт диагностики и лечения пациентов с ложными суставами ладьевидной кости кисти. Установлено, что лечение с помощью стабильной фиксации и введение БТП сокращает срок сращения перелома и способствует ранней реабилитации.

Опыт применения БТП в челюстно-лицевой хирургии

Что касается ЧЛХ, ранее изучалась эффективность применения богатой тромбоцитами плазмы для оптимизации репаративного остеогенеза при переломах нижней челюсти с осложненным клиническим течением.

В основной группе (20 человек) проводили лечение с дополнительным введением обогащенной тромбоцитами плазмы в линию перелома, а в контрольной группе (20 пациентов) — лечение только традиционными методами.

Результаты биохимических исследований метаболизма коллагена указывали на ранний срок перехода от стадии резорбции в стадии биосинтеза коллагена в основной группе, тогда как в контроле такой уровень биохимических показателей определяли на 3-4 суток позже.

Таким образом, авторы на основании клинико-рентгенологических и биохимических исследований установили, что введение в линию перелома богатой тромбоцитами плазмы ускоряет регенерацию кости, предотвращает возникновение поздних посттравматических осложнений, улучшает результаты лечения, ускоряет сроки реабилитации больных и сокращает срок нетрудоспособности на 3-4 дня.

По мнению исследователей, регенерация костной ткани с применением богатой тромбоцитами плазмы обусловлена содержанием биоактивных веществ, таких как тромбоцитарный фактор роста, трансформирующий фактор роста, фактор роста эндотелия сосудов и фактор роста эпителия, интерлейкины, а также инсулиноподобный фактор роста.

Они обладают высокой степенью аффинности и длительным временем первичного воздействия на рецепторы индуцированных остеогенных клеток-предшественников. Эти вещества стимулируют ангиогенез, митоз и рост клеток, связывающих частицы костного материала.

При выраженных нарушениях кровоснабжения костного фрагмента компенсация может быть достигнута внесением костной ткани с кровоснабжением — васкуляризированных костных фрагментов одновременно со стимуляцией репаративной регенерации другими методами.

Способы применения богатой тромбоцитами плазмы

Следует отметить, что богатая тромбоцитами плазма не имеет остеоиндуктивных свойств, поскольку не может инициировать образование новой кости без присутствия костных клеток. Индуцировать образование кости de novo способны исключительно костные морфогенетические белки.

БТП стимулирует ангиогенез и митоз клеток, участвующих в процессе регенерации, а также выступает аутогенным источником факторов роста.

Факторы роста и дифференциации является классом биологических медиаторов, которые играют важную роль в стимуляции и регуляции заживления ран, а также ускоряют ключевые клеточные процессы, включая митогенез, хемотаксис, дифференциацию и метаболизм.

При этом улучшается регенерация тканей и активируется ангиогенез, не отмечается реакции рецепторных структур и костной ткани на температурные раздражители, сокращаются сроки лечения за счет ликвидации первой фазы процесса регенерации (лизиса сгустка и воспаления). Клинически существенно улучшается самочувствие пациента в послеоперационном периоде, отсутствует отечность мягких тканей.

Все способы применения богатой тромбоцитами плазмы, которые описаны в профессиональной литературе, можно разделить на несколько основных групп:

• БТП может быть смешана с костным материалом;

• БТП наносится на очаг повреждения перед применением костного материала;

• БТП может использоваться в качестве биологической мембраны.

В любом случае, богатая тромбоцитами плазма, должна свернуться непосредственно перед использованием. Свертывание крови сопровождается активацией тромбоцитов, которые при этом высвобождают факторы роста.

В течение первых 10 минут тромбоциты могут выделить порядка 70% факторов роста, полное высвобождение происходит в течение часа. После этого тромбоциты продолжают синтезировать дополнительное количество факторов роста примерно в течение 7-8 дней, после чего клетки погибают.

Богатая тромбоцитами плазма содержит фибриллярный и клеточный компоненты, способна действовать как носитель клеток, которые важны для регенерации мягких и костных тканей. Она может усиливать прикрепления остеобластов к мембранам и, как следствие, индуцировать остеогенез.

Многие авторы являются сторонниками стимулирующего воздействия богатой тромбоцитами плазмы на репаративный остеогенез. В частности, В. Л. Брехов считает, что применение богатой тромбоцитами аутоплазмы оптимизирует процессы репаративного остеогенеза и хондрогенез, улучшая результаты хирургического лечения больных с дефектами костной и хрящевой (суставной) тканей, сокращает количество реостеосинтезов и сроки нетрудоспособности пациентов.

Несмотря на это, ряд авторов не склонны рассматривать БТП как стимулятор остеогенеза, поскольку не отметили различий по темпам репаративной регенерации в группах контроля при добавлении богатой тромбоцитами плазмы.

Есть группа авторов, которые считают, что статистически значимая активизация остеогенеза происходит только в ранние сроки, то есть на начальных стадиях регенерации кости. Через 3 месяца никаких отличий в протекании регенераторных процессов не наблюдается.

Заключение

Благодаря достижениям фармакологии, реабилитации и нейрохирургии в последние годы значительно увеличилась продолжительность и качество жизни травмированных больных.

Однако, несмотря на огромный прогресс в этой области, остается много вопросов по изучению тактики ведения пациентов с несрастающимися переломами.

Поэтому одной из актуальных проблем в травматологии, ортопедии, стоматологии и ЧЛХ является применение богатой тромбоцитами плазмы для регенерации костной ткани.