Analiza conceptelor biologice în utilizarea materialelor resorbabile în chirurgia oro-maxilo-facială

Despre Autori

Tiberiu Niță1
1Șef de lucrări, U. M. F. „Carol Davila” București

Rezumat

Dezvoltarea dispozitivelor resorbabile în chirurgia oro-maxilo-facială a început în anii 1970, prin utilizarea experimentală a tijelor din acid polilactic pentru contenția fracturilor mandibulare și a celor de tip blow-out.

Despre utilizarea materialelor sunt disponibile încă puține studii clinice, în care aparent nu apar diferențe semnificative pe termen scurt în ceea ce privește stabilitatea și morbiditatea.

Totuși pe termen lung, nu se pot trage încă concluzii certe privind eficiența materialelor resorbabile în chirurgia oro-maxilo-facială.

Abstract

Concepts in biological analysis of resorbable materials in oro-maxillofacial surgery

Development of resorbable devices in oro-maxillo-facial surgery began in the 1970s, with the experimental use of contention stems from acid polilactic for mandibular fractures and blow-out fractures.

On the use of materials are still few studies available, the seemingly significant differences in a short-term stability and morbidity. However the long term, can not yet draw firm conclusions on the effectiveness of resorbable materials in oro-maxillo-facial surgery.

Keywords :

resorbable materials .

Introducere

Calitățile ideale ale unui material bioresorbabil includ rezistența comparabilă cu plăcuțele de osteosinteză metalice, capacitatea de a se menține inerte în cursul procesului de degradare și posibilitatea de a transfera în mod progresiv sarcinile funcționale către infrastructura osoasă în cursul procesului de vindecare.

Materialele moderne de sutură sunt realizate din poliesterii acizilor polihidroxilici. Cel mai frecvent utilizați sunt acidul polilactic (PLA), acidul poliglicolic (PGA) și polidioxanona (PDS). În imobilizarea fracturilor, acidul poliglicolic a fost primul material folosit de către Schmitt și Polistina, dar rezultatele lor nu au fost raportate într-un jurnal științific.

Testarea dispozitivelor pe bază de PLA în chirurgia oro-maxilo-facială a început în anii 1970, când Cutright și alții au utilizat suturi din PLA, iar Kulkarni a folosit tije din PLA pentru contenția unor fracturi mandibulare experimentale. În anul următor, foițe de PLA au fost folosite în fracturi experimentale de tip blow-out.

O mai bună cunoaștere în administrarea materialului a dus la o largă folosire a materialelor biodegradabile, iar azi șuruburile din PLA sunt folosite pentru fixarea osteotomiilor realizate în plan sagital.

Materiale bioresorbabile utilizate în chirurgia oro-maxilo-facială

Polidioxanona (PDS)

Figura 1. Polidioxanona (PDS)

Răspândirea pe scară largă în practica medicală a materialelor resorbabile pentru imobilizarea fracturilor a fost înregistrată în anii 80, primele produse fiind confecționate din polidioxanonă (PDS).

Polidioxanona (Figura 1) este din punct de vedere chimic un polimer cristalin incolor. La temperatura camerei este asemănator cauciucului, cu un punct de topire este de 110℃, trecând în fază solidă la 36℃. Este degradată prin hidroliză, iar produșii finali sunt excretați în principal prin urină, restul fiind eliminați pe cale digestivă sau expirați ca CO₂.

Biomaterialul se resoarbe complet în 6 luni și poate fi văzută doar o minimă reacție de corp străin tisulară în vecinătatea implantului. Materialele realizate din PDS pot fi sterilizate cu oxid de etilenă.

Aceste proprietăți o fac potrivită pentru suturi. Datorită flexibilității sale, a fost folosită în țesutul moale, tendon, operații pe ligamente și în chirurgie ortopedică (cordoane, pinuri și șuruburi).

Au fost publicate doar câteva studii legate de utilizarea sa în chirurgia Oro-Maxilo-Facială. Formarea de neo-os s-a putut evidenția în cazul folosirii PDS în reconstrucția peretelui orbital.

PDS pare să fie ușor de tăiat în bucăți de dimensiuni diferite și își păstrează integritatea structurală timp suficient pentru a se forma o cicatrice rezistentă. Din cauza resorbției plăcuțelor subțiri, se impune când este necesar, supracorecția.

Pe de altă parte, alte studii au demonstrat dezavantajele folosirii PDS: absența proprietăților osteogene, reacții de corp străin, etc. Din aceste cauze, dispozitivele pe bază de PDS nu sunt acceptate în SUA.

Acidul Poli-glicolic (PGA)

Figura 2. Acidul Poli-glicolic (PGA)

PGA este un polimer cristalin maroniu, dur, insolubil în majoritatea solvenților (Figura 2). Are un punct de topire de 224–226℃ și trece în fază solidă la 36℃. Este degradat prin hidroliză, și este de asemenea degradat în esteraze nespecifice sau carboxipeptidaze.

Unități monomerice de acid glicolic pot fi excretate în urină sau pot fi convertite enzimatic în produși finali H₂O și CO₂. În funcție de greutatea moleculară, puritate, cristalinitate și de mărimea/forma plăcuței de osteosinteză, dispozitivul de fixare internă din PGA începe să-și piardă din rezistența mecanică la șase săptămâni de la inserare, fiind total resorbit în câteva luni.

PGA este de obicei sterilizat prin utilizarea oxidului de etilenă.

Degradarea este mai rapidă in vivo decât in vitro, acest fenomen presupunându-se a fi datorat activității enzimatice celulare.

Din cauza pierderii rezistenței mecanice destul de rapid, PGA, a fost folosit mai ales în suturi sau sub formă de tije și șuruburi în fixarea fracturilor osului spongios.

Acidul Poli-Lactic (PLA)

Figura 3. Acidul Poli-Lactic (PLA)

Acidul polilactic (Figura 3) este un polimer semicristalin pal, cu un punct de topire de 174℃ trecând în fază solidă la 57℃. Poate exista în patru forme, în funcție de configurația L și D. Este de asemenea degradat prin hidroliză, produșii finali fiind H₂O și CO₂. Timpul de conservare a rezistenței PLA variază în funcție de metoda de sterilizare și de proprietățile materialului și ale implantului, dar este considerabil mai lung decât al PDS sau PGA. Timpul total de rezorbție al poli-L-lactidului este de câțiva ani.

Dacă polimerul conține doar forma L, se va numi acid L- polylactic, PLLA, care este foarte utilizat în implantele ortopedice. Dacă conține ambii izomeri, este un stereocopolimer, denumit acid poli- D/L-lactic, adesea referindu-se la PDLL/DL-LA sau PLDLA. PLDLA este mai amorf și mai puțin cristalin și din această cauză se degradează mai rapid comparativ cu PLLA pur. Se pare că enzimele celulare amplifică această reacție.

PLA poate fi sterilizat cu oxid de etilenă sau abur și implantele autoarmate înalt rezistente pot fi sterilizate cu radiații gama. Sterilizarea gama scade semnificativ greutatea moleculară a PLA și, prin urmare, poate amplifica degradarea, rezultând un timp de resorbție mai scăzut.

Dispozitivele pe bază de PLLA au fost folosite încă din 1972, când Cutright și Hunsuck au publicat un studiu experimental pe maimuțe Rhesus utilizând foițe de PLLA cu grosimea de 1,5 mm. Foițele de PLLA s-au resorbit prin acțiunea fagocitelor și a celulelor gigante cu vilozități. Resturi de PLLA au fost evidențiate după 38 de săptămâni. Nu s-au evidențiat reacții inflamatorii. Rezultate similare au fost raportate ulterior de către Rozema și colaboratorii (1990). Într-un studiu al lui Cordewener (1996) termenul de îndepărtare a fost evaluat după vindecarea defectelor podelei orbitei la pacienții cu implante rezorbabile pe bază de polimeri de PLLA; scopul a fost de a determina momentul când acești pacienți prezintă simptome care să demonstreze prezența tardivă a unui răspuns tisular. În anii următori niciunul dintre pacienții incluși în acest studiu nu a prezentat infecții, deplasarea sau respingerea implantelor sau orice altă complicație. Principalele caracteristici ale implantelor pe bază de PLLA sunt viteza redusă de degradare și resorbția lentă în cazul studiilor clinice.

Dispozitivele pe bază de P-L/DL-LA au fost folosite în studii experimentale pe șobolani la care nu s-au semnalat semne de inflamație. Structura histologică a P-L/DL-LA 96/4 după 55 de săptămâni este foarte apropiată de cea observată pentru PLLA în cazul studiilor pe șobolani după 143 de săptămâni. Din cauza pierderii relative a proprietăților mecanice ale zonei în care s-a realizat osteosinteza cu P-L/DL-LA 96/4, se recomandă a fi folosit doar în cazurile în care sunt forțe biomecanice reduse. Autoranforsarea plăcuțelor și șuruburilor pe bază de (SR) P-L/DL-LA s-a aplicat în cazul intervențiilor de chirurgie ortognată și în traumatisme.

Timpul minim de vindecare se poate compara cu, standardul de aur” al plăcuțelor și șuruburilor din titan. Nu s-au evidențiat reacții de corp străin determinate de SR P-L/DL-LA.

Copolimerii

Copolimerii biodegradabili ai acizilor poliglicolic și polilactic au fost utiliza&# 539;i în tratamentul fracturilor. Proprietățile acestora pot fi schimbate prin varierea proporțiilor componentelor lor. Prin creșterea procentuală a PGA, copolimerul se va degrada mai repede și vice-versa.

Azi, este larg folosit un material de sutura dintr-un copolimer PLA/PGA, poliglactin 910 (Vicryl, Ethicon).

În studii experimentale s-a demonstrat că acest copolimer are o viteză de degradare mai rapidă (9–15 săptămâni) comparativ cu PLLA și poate fi indicat în cazul implantelor de orbită. Studiile clinice au demonstrat rezultate bune în cazul Lactosorb® oriunde la nivelul scheletului craniofacial.

Tehnica de autoarmare

Tehnica autoarmării elaborată de Tormala și colaboratorii a permis producerea de implanturi de PLA și PGA destul de rezistente pentru fixarea fracturilor. În aceasta tehnică, fibrele polimerice sunt legate împreună într-o matrice din același polimer, fără promoteri de adeziune. Aceste implanturi au valori inițiale ale rezistenței mari și, din acest motiv, sunt potrivite pentru fixarea fracturilor.

Compozitele bioactive

Adaosul de substanțe medicamentoase la acești polimeri biodegradabili a fost preconizat de mulți ani. Totuși, studiile au demonstrat doar o eliberare medicamentoasă controlată, fără imobilizarea fracturilor sau creștere tisulară ghidată.

Pe viitor, este posibil să se adauge, de exemplu, antibiotice pe șuruburi și membrane pentru a inhiba dezvoltarea bacteriană sau factori de creștere care să accelereze vindecarea și creșterea osoasă în zonele afectate.

Noi materiale

Materialele biodegradabile pentru chirurgia oro-maxilo-facial&# 259; și ortopedie sunt studiate constant. Un copolimer de polilactid/poli-E-caprolactona pare a fi un material promițător pentru adiție osoasă. De asemenea, un poliortoester experimental (POE) a demonstrat proprietăți foarte bune de toleranță tisulară. Totuși, aceste materiale necesită studii suplimentare extinse, înainte să poată fi utilizate în practică.

Biocompatibilitatea și reacțiile tisulare

Biocompatibilitatea materialelor de osteosinteză biodegradabile este puternic influențată de resorbția și degradarea polimerilor folosiți.

Astfel, sunt folosiți diferiți polimeri poly(L-lactide), poly (D-lactide), poliglicolide, polidioxanona, trimetilencarbonat etc. Aceste materiale se degradează și se resorb în două faze:

  • în prima fază, moleculele de apă hidrolizează lan&# 539;urile de polimeri lungi în fragmente mai scurte; greutatea și rezistența polimerului descresc în timpul acestui proces.
  • a doua fază, constă în răspunsul fiziologic al organismului, în care macrofagele fagocitează și metabolizează fragmentele mici, care ulterior intră în ciclul acidului citric. Apa și dioxidul de carbon rezultate sunt eliminate mai târziu din corp, în principal prin respirație. Masa de biomaterial dispare rapid în timpul fazei a doua.

În general, toate aceste materiale sunt bine tolerate de țesuturile vii. Răspunsul tisular local depinde de rata de degradare și de biocompatibilitatea componentelor și a produșilor de degradare ai polimerilor.

Cutright și Hunsuck au observat faptul că resorbția PLA este înso&# 539;ită de un proces specific de fagocitoză, care debutează la patru săptămâni și care continuă în următoarele 38 de săptămâni.

Compatibilitatea tisulară a PLA s-a demonstrat a fi foarte bună. PDS determină reacții de corp străin minime sau ușoare, atunci când sunt implantate în țesuturile subcutanate la șobolani. La cinci zile, se evidențiază o reacție tisulară formată în principal din macrofage și fibroblaste. După 90 de zile, nu se mai pot identifica neutrofile, rămânând doar macrofagele și fibroblastii, până la absorbția completă a materialului.

După absorbție, reacția tisulară fie lipsește complet, fie se poate evidenția prezența câtorva macrofage sau fibroblasti măriți, localizați printre celulele musculare normale.

n

La subiecții umani, reacțiile inflamatorii de corp străin, care includ inflamarea sinusului fără infectare, au fost întâlnite în câteva studii clinice în care s-au folosit drept copolimeri PGA sau PGA/PLA. Aceasta este demonstrată printr-o tumefacție în zona operației după o perioadă de urmărire de aproximativ 12 săptămâni. În aceste situații, implantele au fost plasate sub tegument, în zonele cu țesut subcutanat slab reprezentat. După drenaj, tumefacția a dispărut în 3 săptămâni. La analiza citologică a substanței obținute prin aspirație de la nivelul tumefacției, s-au identificat în special limfocite și doar câteva monocite.

S-a concluzionat că PGA este inert imunologic, dar că induce migrarea mononuclearelor.

Eitenmüller a observat reacții de corp străin în cazurile în care nu s-au ramforsat cu PLLA plăcuțele și șuruburile după imobilizarea fracturilor de unghi. La 4 din 25 de pacienți, fragmente mici de plăcuțe degradate s-au evidențiat prin tegument la 6 până la 9 săptămâni postoperator. Nu s-au evidențiat semne de infecție locală. Bergsma și alții au raportat un răspuns tisular întârziat în cazurile în care nu s-a ramforsat cu PLLA după 3 ani de la imobilizarea fracturii (în 3 din cele 6 cazuri de imobilizare a fracturilor).

Böstman și Pihlajamäki raportează un procent de 4,3% de cazuri în care s-au observat reacții inflamatorii tisulare locale. Conform studiului menționat, rata de apariție a r&# 259;spunsului inflamator local a fost de 5,3% pentru PGA, comparativ cu doar 0,2% în cazul materialelor din PLA. Pe de altă parte, reacția la PGA apare la un interval de timp de 79 de zile, în timp ce răspunsul inflamator la PLA se manifestă la 4,3 ani după inserarea acestuia.

Macroscopic, reacția locală la plăcuțele de osteosinteză resorbabile apare sub forma unei papule dureroase, eritematoase, fluctuente, la locul implantului. Histopatologic, în timpul procesului de dezintegrare al dispozitivelor biodegradabile, se observă o reacție inflamatorie de corp străin, nespecifică, cu numeroase fagocite, mononucleate și cu celule gigante multinucleate.

Radiologic, aproximativ jumătate dintre pacienții cu reacții tisulare adverse prezentau osteoliză la nivelul sitului implantar.

Toți polimerii bioresorbabili au caracteristici mecanice specifice. Aceste caracteristici sunt variabile, funcție de masa moleculară, structura chimică, aranjamentul structural, porozitate și puritate.

Polimerii cei mai rezistenți sunt cei cu o structură cristalină crescută și cu o masă moleculară mare. Când acești polimeri au fost folosiți pentru materiale ortopedice, nu s-a evidențiat vâscoelasticitate. Cu alte cuvinte, dinamica proprietăților fizice ale acestor implante depinde foarte mult de dificultatea aplicării și de momentul aplicării.

Producția în masă a materialelor bioresorbabile necesită realizarea unor polimeri lungi și stratificați. În prezent, sunt realizate printr-un proces de amestecare-modelare și purificare în matrici prin care se obține o stabilitate și rigiditate asemănătoare materialelor de osteosinteză metalice.

Un alt progres obținut î n producerea implantelor bioresorbabile a fost dezvoltarea compozitelor autoramforsate. Aceste compozite conferă rezistența necesară unei imobilizări rigide, dar și flexibilitate asemănătoare modulului de elasticitate a osului. Rata de biodegradare depinde de mai mulți factori printre care mărimea și localizarea implantului, porozitatea și compoziția acestuia.

Cei mai importanți 2 factori cu rol în degradare sunt proprietățile hidrofilice ale polimerului și cristalinitatea. Materialele cu componente hidrofilice au o rata de degradare mai rapidă decât cele cu componente hidrofobe. S-a constatat că materialele cu o înaltă organizare structurală au o rată de degradare mai scăzută, comparativ cu cele cu cristalinitate redusă. Procesul de degradare începe prin reducerea masei moleculare. Apoi se observă o reducere a rezistenței, dupa care scade dimensional. Hidroliza începe procesul de degradare în cazul PGA, PLA și PDS reducându-se dimensional lanțul polimeric. Produsele pe bază de PGA și PLA (acid glicolic respectiv acid lactic) sunt parțial eliminate prin urină. Aceste produse sunt transformate în cadrul ciclului Krebs în acid piruvic și apoi eliminate ca dioxid de carbon și apă. Produșii rezultați prin hidroliza PDS sunt excretați în special prin rinichi, doar o mică parte fiind eliminați prin materii fecale și prin respirație, sub formă de dioxid de carbon.

Rezultatele studiilor experimentale asupra osteosintezei cu dispozitive resorbabile

Fracturile tavanului și ale pereților orbitei

Cantaloube, Iizuka și alții au raportat utilizarea plăcuțelor PDS sferice de 28x28x1 mm, pentru reconstrucția defectelor tavanului orbitei mai mari de 10 mm. Dimensiunea plăcuțelor în formă de sferă a fost de 28x28x1 mm. Plăcuțele ușor de tăiat la dimensiuni potrivite erau plasate deasupra defectului subperiostal și fixate de marginea orbitală cu unul sau două fire de oțel de 0,35 mm. PDS-ul a fost bine tolerat de către organism, nu a dat naștere unor reacții inflamatorii detectabile clinic și s-a observat formare de os nou, chiar os hipertrofic. Autorii au concluzionat că materialul și-a menținut integritatea structurală suficient timp pentru formarea unei cicatrici destul de rigide, prevenind hernierea tardivă a conținutului orbital. Din cauza grosimii plăcuței, este necesară supracorecția. Pe măsură ce plăcuța se biodegradează, globul ocular ajunge în poziție corectă.

Vert și alții au raportat utilizarea plăcuțelor compozite PLLA/PGA (de 2 mm grosime) armate cu PGA în două straturi pentru repararea fracturilor mandibulare și craniene la 25 de pacienți pe o perioada de 2 ani. Plăcuțele au fost încălzite cu un uscător electric și conformate pentru a se potrivi osului, fiind fixate cu șuruburi din oțel inoxidabil. Primele rezultate clinice au fost bune, nesemnalizându-se reacții tisulare acute sau cronice.

Fracturile mandibulei

Roed-Petersen a tratat doi pacienți tineri (o fată de 15 ani și un baiăt de 23 ani) cu fracturi de unghi cu deplasare mare, nefavorabile, folosind sutura cu PGA (Dexon). Imobilizarea intermaxilară a fost aplicată și menținută timp de 6 săptămâni. Vindecarea s-a produs fără probleme, la un an după operație, pe radiografia de control observându-se umplerea găurilor de la marginea suturii.

Niederdellmann și Buhrmann au folosit un șurub decalat de PDS pentru fixarea unei fracturi de unghi mandibular, cu diametrul intern de 3,2 mm și al filetului de 4,5 mm. Nu a fost menționat dacă s-a folosit sau nu imobilizarea intermaxilară postoperatorie.

Utilizarea implanturilor autoarmate de poli-L-lactid (SR-PLLA) în osteosinteză a început în ortopedie și a fost treptat extinsă în teritoriul chirurgiei oro-maxilo-faciale. Materialele folosite trebuie să fie suficient de rezistente pentru a permite mișcări libere ale maxilarelor postoperator (imobilizarea intermaxilară după reducerea deschisă a fracturii/osteotomiei trebuie evitată, când este posibil).

Concluzii

n

Plăcuțele resorbabile se bucură de popularitate în special datorită lipsei necesității unei a doua intervenții chirurgicale pentru ablația dispozitivului de fixare.

Datorită faptului că plăcuțele resorbabile prezintă o rigiditate apropiată de cea a țesutului osos, utilizarea acestora în imobilizarea fracturilor permite o reducere semnificativă a stress shielding-ului.

Stabilitatea inițială este adecvată procesului de vindecare, resorbția graduală consecutivă permițând transferarea graduală a stresului către țesuturilor înconjurătoare.

Un alt beneficiu al plăcuțelor resorbabile este reprezentat de radiotransparența acestora. Astfel, acestea nu determină, împrăștierea” razelor X utilizate în investigațiile de tip RMN sau CT, fenomen observat în cazul pl&# 259;cuțelor metalice de osteosinteză.

Pe de altă parte, cele mai incriminate complicații ale imobilizării cu plăcuțe de osteosinteză resorbabile sunt reprezentate de formarea de fistule, osteoliza la sediul inserării plăcuțelor și reacțiile de corp străin tardive.

Alte dezavantaje ale plăcuțelor de osteosinteză resorbabile sunt date de durata limitată de viață, modificarea rezistenței în timp, precum și costurile ridicate.

Așa cum s-a menționat anterior, reacțiile tisulare adverse reprezintă cele mai redutabile dezavantaje în cazul folosirii plăcuțelor de osteosinteză resorbabile.

Bibliografie

  1. Agarwal S, Gupta A, Grevious M, Reid RR. Use of resorbable implants for mandibular fixation: a systematic review. J Craniofac Surg. 2009 Mar;20(2):331–9.
  2. Ahn YS, Kim SG, Baik SM, et al. Comparative study between resorbable and nonresorbable plates in orthognathic surgery. J Oral Maxillofac Surg. 2010 Feb;68(2):287–92.
  3. Al Sukhun J, Tornwall J, Lindqvist C, Kontio R. Bioresorbable Poly-L/DL-Lactide (P[L/DL]>LA 70/30) Plates are reliable for repairing large inferior orbital wall bony defects: a pilot study. Journal of Oral and maxillofacial surgery. 2006;64:47–55.
  4. Bell RB, Kindsfater CS. The use of biodegradable plates and screws to stabilize facial fractures. J Oral Maxillofac Surg. 2006 Jan;64(1):31–9.
  5. Eppley BL. A resorbable and rapid method for maxillomandibular fixation in pediatric mandible fractures. J Craniofac Surg. 2000 May;11(3):236–8.
  6. Eppley BL. Bioabsorbable plate and screw fixation in orthognathic surgery. J Craniofac Surg. 2007 Jul;18(4):818–25.
  7. Jain SA, Simmons OP, Hanemann MS, Baratta RV, Guerra AB, Metzinger SE. Comparison of Tensile Strength of Resorbable Plating Systems Used in Monocortical Mandible Angle Osteotomy Repair. Arch Facial Plast Surg. 2006;8:390–395.
  8. Mizuhashi U, Suga K, Uchiyama T, Oda Y. Changes in mecanical properties of poly-L-lactic acid mini-plate under functional load simulating sagittal splitting ramus osteotomy. Int J. Oral Maxillofac. Surg. 2008;37(2):162–169.
  9. Moe KS, Weisman RA. Resorbable fixation in facial plastic and head and neck reconstructive surgery: an initial report on polylactic acid implants. Laryngoscope. 2001 Oct;111(10):1697–701.
  10. Suzuki T, Kawamura H, Kasahara T, Nagasaka H. Resorbable poly-L-lactide plates and screws for the treatment of mandibular condylar process fractures: a clinical and radiologic follow-up study. J Oral Maxillofac Surg. 2004 Aug;62(8):919–24.

Acest articol face parte din:

Modificări:

  • 2011-03-01 00:04:00 log start
Licenţa Creative CommonsAceastă operă creată de Revista de chirurgie oro-maxilo-facială și implantologie este pusă la dispoziţie sub Licenţa Atribuire-Necomercial-FărăModificări 3.0 Ne-adaptată Creative Commons.