Журнал «Боль. Суставы. Позвоночник» 3 (11) 2013

Сращение перелома — это уникальный процесс полного восстановления кости после повреждения. Репаративная регенерация кости протекает в несколько стадий, охватывающих периоды воспаления, пролиферации и дифференцировки клеток, формирования тканеспецифических структур, минерализации, и заканчивается ремоделированием регенерата и полным восстановлением костных структур. При формировании регенерата протекают процессы катаболизма и анаболизма.

Медикаментозные препараты могут влиять на различные стадии репаративного остеогенеза, однако взаи­модействие между препаратами и сращением перелома, их влияние на формирование регенерата на различных стадиях процесса являются наиболее дискутабельными вопросами. Международное сообщество по изучению регенерации после перелома (International Society for Fracture Repair) провело мультидисциплинарное рабочее совещание с целью разработки рекомендаций для клинической практики на основе оценки данных, имеющихся в литературе по применению остео­тропной терапии при переломах и терапии при переломах на фоне лечения остеопороза [1]. Единодушно было признано, что доказательной базы практически не имеется, что требует продолжения исследований в этом направлении и их систематизации.

Бисфосфонаты широко используются в качестве базисной терапии для лечения костных заболеваний, связанных с повышенной остеолитической активностью, — остеопороза, болезни Педжета, метастатических поражений костной ткани, несовершенного остео­генеза и фиброзной дисплазии [2–4]. Однако механизм их влияния на течение репаративного остеогенеза не изучен.

Клеточные механизмы действия бисфосфонатов. Основная функция бисфосфонатов заключается в снижении резорбции кости за счет ингибирования функции остеокластов. До настоящего времени выявлены основные звенья воздействия бисфосфонатов на остео­класты. Доказано их влияние на цитоскелет остеокласта, что сопровождается потерей двигательной активности клетки и неспособностью прикрепиться к кости для выполнения функции резорбции, нарушением ее энергетического потенциала за счет блокирования синтеза мевалоната и подавления активности тирозинфосфатазы. В функциональной активности остеокластов большое значение имеют протоновый насос и биосинтез клеткой металлопротеиназ, подавление которого бисфосфонатами приводит к неспособности клетки к растворению минералов неорганического и органического матрикса — коллагена и неколлагеновых белков. Подавляющее влияние бисфосфонатов на клетки­предшественники остеокластов приводит к тому, что пул остеокластов снижается.

Имеется обширная доказательная база, что бисфосфонаты снижают риск возникновения переломов [5–7]. Механизм снижения частоты остеопоротических переломов при лечении бисфосфонатами связывают с повышением минеральной плотности и прочностных качеств костной ткани. Однако перелом может про­изойти и на этапах лечения пациентов бисфосфонатами, но роль бисфосфонатов в лечении переломов, которые произошли при остеопорозе или на фоне лечения пациентов с остеопорозом этими препаратами, до конца неясна. Это связано с тем, что механизм действия бисфосфонатов — это подавление активности остеокластов, а репаративный остеогенез — это гармоничное взаимоотношение между остеокластами и остеобластами. В связи с этим можно предположить неэффективность их использования для лечения переломов. Однако в литературе присутствуют разноречивые данные о специфике влияния различных препаратов из класса бисфосфонатов на процесс регенерации и посттравматического ремоделирования кости.

Отправной точкой при анализе данных литературы послужил вопрос: все ли бисфосфонаты одинаково влияют на процесс репаративного остеогенеза и возможно ли их использование для лечения переломов, происходящих на фоне лечения остеопороза [8, 9]?

В литературе имеется большой массив данных преклинических исследований (на животных в условиях травмы, моделирование остеопороза и травматического повреждения), а также клинических наблюдений, направленных на изучение взаимосвязи между медикаментозными препаратами, используемыми для лечения остеопороза, и их влияния на различные стадии консолидации перелома. Анализ данных литературы проведен при изучении двух групп бисфосфонатов — не содержащих и содержащих азотную группу.

Преклинические исследования на жмвотных

В отношении бисфосфонатов, которые не содержат азотную группу, в эксперименте на крысах показано их разнонаправленное действие на течение репаративного остеогенеза. Так, при изучении на растущих крысах влияния инкадроната (10 и 100 мг/кг, 3 раза в неделю на протяжении 2 недель) на заживление диафизарного перелома бедренной кости на 25­й и 49­й неделях рентгенологически определялась расширенная область дефекта по сравнению с группой нелеченых животных, но при гистологическом исследовании выявлены замедление формирования пластинчатой кос­ти, снижение минерализации и скорости костеобразования [8, 10]. Авторами сделано заключение, что длительное лечение инкадронатом способствует замедлению фазы ремоделирования при заживлении перелома, но не нарушает механическую интеграцию в области перелома.

При исследовании влияния другого, не содержащего азот бисфосфоната — клодроната на модели экспериментального перелома не было выявлено ни негативного, ни позитивного влияния на этот процесс на ранних стадиях заживления перелома, однако отмечено замедление течения фазы ремоделирования вследствие ингибирования активности остеокластов [11–14]. Положительным эффектом при лечении животных клодронатом является увеличение в регенерате содержания кальция, что, безусловно, имеет большое значение в минерализации тканей регенерата [11].

Положительное влияние на регенерацию оказывал и тилудронат, что было установлено при лечении экспериментально воспроизведенного перелома бедренной кости у собак [15]. Животным подкожно дважды в неделю вводили 2 мг/кг тилудроната. При рентгенологическом исследовании через 3, 4 и 5 недель после перелома было определено, что по сравнению с нелечеными животными у леченых повышается объем регенерата, имеет место тесная связь сформированного регенерата с материнской костью.

Исследование ризедроната было проведено после моделирования стрессового перелома в локтевой кости крыс [16]. Целью исследования были определение влияния ризедроната (перорально 0,1 или 1,0 мг/кг) при воспроизведении стрессового перелома и оценка ремоделирования регенерата. Было выявлено, что ризедронат снижает выраженность проявления стрессовых переломов, однако в области регенерации снижается объем костной массы, но периостальная регенерация не нарушается.

Положительное влияние ризедроната на регенерат (перорально 1 мг/кг ежедневно в течение 28 дней) при воспроизведенном метадиафизарном переломе было выявлено у крыс при различном рационе питания — содержащем достаточное количество белков или в условиях их низкого потребления [17]. Авторами на 15­е и 43­и сутки после перелома зафиксировано повышение зрелости регенерата, минеральной плотности костной ткани (МПКТ) и уровня остеокальцина в двух группах животных, но лучшие показатели были получены у животных с полноценным питанием.

Алендронат — бисфосфонат, содержащий азотную группу, один из первых препаратов этой группы, пришедших на фармацевтический рынок Украины, эффективность которого для лечения остеопороза имеет обширную доказательную базу. Однако в отношении его влияния на процесс репаративного остеогенеза имеются противоречивые данные.

В исследовании, выполненном на собаках с нормальными показателями костной ткани, после моделирования перелома в метадиафизарной области лучевой кости показано, что лечение алендронатом способствует увеличению объема регенерата, но не оказывает ни отрицательного, ни благоприятного влияния на заживление перелома, прочностные качества и минерализацию кости [18]. Однако при изучении заживления перелома у крыс с остеопорозом, моделированным путем овариэктомии, выявлено, что алендронат нарушал темпы заживления перелома. Авторы выявили уменьшение объема регенерата, а сам регенерат охарактеризовали как регенерат низкого качества за счет формирования в области дефекта грубоволокнистой костной ткани [19].

Памидронат. Противоречивые данные имеются и в отношении памидроната. Так, было изучено его действие (3 мг/кг) на заживление экспериментально воспроизведенной остеотомии в виде щели 3 мм в диафизе бедренной кости овец с последующей стабилизацией наружным фиксирующим устройством [20]. Отличительных особенностей при изучении прочностных качеств регенерата между группами животных, получавших лечение и нелеченных, не выявлено. Однако в группе леченых животных показано, что объем регенерата был больше, чем у нелеченых, но скорость ремоделирования регенерата была снижена. Положительной стороной лечения авторы считают присутствие в регенерате дополнительных мостиков, связывающих костные трабекулы. Этот факт авторы расценивают как положительный, способствующий упрочнению трабекулярной сети регенерата.

Влияние памидроната (1 и 3 мг/кг) при дистракции было оценено на молодых кроликах [21, 22]. В условиях дистракционного остеогенеза было показано, что однократное внутривенное введение молодым кроликам 1 мг/кг памидроната положительно влияет на МПКТ, содержание минералов и механические свойства травмированной большеберцовой кости [21]. Дистракцию проводили дважды в день по 0,375 мм в течение 15 дней. Животных выводили из эксперимента на 42­е сутки. Выявлено, что в проксимальном и дистальном отделах большеберцовой кости леченых животных МПКТ была повышена на 11 и 14 % соответственно. Содержание минералов в обеих зонах повышено в среднем на 23 %. МПКТ и содержание минералов также повышалось на 8 и на 17 % соответственно в регенератах у животных, леченых памидронатом, по сравнению с нелечеными животными. Модуль эластичности костной ткани был одинаковым в обеих группах, что указывает на сохранность органического матрикса кости. Полученные данные свидетельствуют об эффективности использования памидроната в условиях дистракционного остеогенеза.

Этими же исследователями было изучено влияние однократного внутривенного введения высокой дозы (3 мг/кг) памидроната при использовании той же модели дистракционного остеогенеза [22]. Через 42 дня после остеотомии выявлено значительное повышение МПКТ в проксимальном и дистальном отделах конечности кроликов — на 40 и 39 % соответственно, а в области регенерата — на 22 %. При гистологическом исследовании регенератов кроликов, леченных памидронатом, показаны увеличение в регенерате количества остеобластов, повышение минерализации регенерата и объема костной ткани, расширение области кортекса, что сочеталось с увеличением механической прочности костной ткани. Эти данные свидетельствуют о том, что низкая (1 мг/кг) и высокая (3 мг/кг) дозы памидроната эффективны, однако стимулирующее влияние на показатели минерализации и регенерацию более выражено при лечении животных высокой дозой.

Исследовано влияние памидроната на регенерацию кости у крыс при воспроизведении открытого перелома бедренной кости при различных вариантах введения памидроната [23]. После выполнения остеотомии 12­недельные крысы­самцы линии Вистар были разделены на четыре группы: контрольным животным вводили физиологический раствор, опытным животным одноразово подкожно вводили 3 мг/кг памидроната или локально 0,1 или 1,0 мг/кг. Через 6 недель после перелома авторами выявлено, что у животных, леченных памидронатом при подкожном введении, показатели минеральной плотности и объем регенерата были повышены по сравнению с контрольными животными. Механическая прочность регенерата также повышалась на 60 % по сравнению с контрольной группой животных. Это исследование подтверждает, что разовая доза бисфосфоната при системном подкожном введении может быть использована при лечении переломов и она более эффективна, чем использование локального введения памидроната. Гистологических исследований авторы не проводили, однако высказали предположение, что локальное введение памидроната оказывает угнетающее влияние на процесс заживления перелома.

Золедроновая кислота была исследована на различных моделях животных: на кроликах после остеотомии [24], при исследовании перестройки костных трансплантатов, а также после травматического повреждения у крыс без остеопороза и с моделированным остео­порозом [25, 26].

Исследована регенерация у кроликов после проведения остеотомии малоберцовой кости и лечения однократной инъекцией золедроновой кислоты в дозе 0,04 мг/кг [24]. Контрольная группа животных получала дистиллированную воду. Исследования проводили через 1, 2 и 4 недели после остеотомии, используя гистоморфометрический анализ. Выявлено, что в экспериментальной группе животных объем тканей регенерата был увеличен, площадь трабекулярной кости повышена на 60,2 %, по сравнению с регенератами контрольной группы животных — на 34,8 %, содержание фиброзной ткани у экспериментальных животных (22 %) было снижено по сравнению с контролем (49,4 %). Однако в зоне регенерата отмечено замедление ремоделирования, приводящее к сохранению в этой области губчатой кости. В метафизарной области золедронат стимулирует формирование кости. Эти данные свидетельствуют о том, что лечение золедроновой кислотой имеет большое значение в профилактике развития посттравматической остеопении.

Одним из наиболее актуальных вопросов в регенерации кости является определение сроков лечения тем или иным препаратом в зависимости от стадийности репаративного остеогенеза. С целью выяснения оптимальных сроков начала лечения золедроновой кислотой животных с травматическим повреждением кости на модели закрытого перелома у крыс была использована меченная ¹⁴С­углеродом золедроновая кислота с различными временными режимами введения [25]. Крысы были разделены на пять групп в зависимости от проведенного лечения: контроль — введение физраствора, системное одноразовое введение золедроной кислоты (0,01 мг/кг), а также болюсное введение золедроной кислоты (0,1 мг/кг) в различное время: перед воспроизведением перелома, через 1 или 2 недели после перелома.

Материал анализировали методами рентгенографии, компьютерной и микрокомпьютерной томографии, используя биомеханические и сцинтилляционные методы, авторадиографию и гистологические методы. На основе авторадиографического анализа выявлено, что золедроновая кислота, особенно в отдаленные сроки после перелома, связывается с костной тканью, в том числе и с костной тканью регенерата. Установлено, что одноразовое системное введение золедроновой кислоты сразу после перелома при исследовании через 6 недель увеличивало объем регенерата, минеральную насыщенность, а также на 30 % механическую прочность по сравнению с контрольной группой. Однако более высокие показатели прочности кости зафиксированы в группах животных с отсроченным введением золедроновой кислоты (через 1 или 2 недели) после перелома. Механическая прочность травмированной конечности по сравнению с контролем была повышена на 44 и 50 % соответственно. Гистологические исследования и микрокомпьютерная томография показали, что регенерат выполнен трабекулярной костью с плотной сетью костных трабекул [25]. На основе данных, представленных в исследовании, можно заключить, что введение золедроновой кислоты способствует оптимизации репаративного остеогенеза, а наиболее эффективным является отсроченное введение препарата после перелома.

В другом исследовании установлено, что, воздействуя на остеокласты, золедроновая кислота не нарушает энхондральную оссификацию в области травматического повреждения, повышая объем и механическую прочность регенерата [26].

В проведенных нами исследованиях на белых лабораторных крысах в условиях травматического повреждения, воспроизведенного на фоне экспериментального моделирования путем овариэктомии остеопороза, и на старых животных, у которых в костной ткани имеют место нарушения, соответствующие таковым при инволюционном остеопорозе, при лечении животных золедроновой кислотой было выявлено, что регенерация кости в исследованных сериях эксперимента протекает по классическому типу вторичного сращения [27]. В области дефекта формируются в основном три паттерна тканей — грануляционная, фиброретикулярная и костная, последняя при репаративном остеогенезе представлена незрелой костной тканью — остеоидом как «прообразом» костных трабекул, грубоволокнистой и пластинчатой костной тканью. Однако временные показатели и зональные характеристики в различных сериях эксперимента имели отличительные особенности. Регенерат, сформировавшийся у животных после проведения овариэктомии, характеризовался замедлением формирования зрелой костной ткани и ее небольшой площадью в области травматического повреждения. Регенерация у старых животных была практически идентична таковой у овариэктомированных животных. По сравнению с нелечеными животными лечение животных с моделированным и инволюционным остеопорозом золедроновой кислотой (препарат акласта) способствовало повышению зрелости костной ткани в области регенерата и увеличению ее площади. На 30­е сутки площадь, занимаемая регенератом в области кортекса материнской кости, у животных после овариэктомии на 34,9 % меньше по сравнению со старыми животными. При лечении животных обеих групп препаратом акласта площади, занимаемые новообразованной костной тканью, на 28,7 и 35,2 % больше у леченых животных по сравнению с нелечеными (после овариэктомии и у старых животных).

 Отличительной особенностью течения репаративного остеогенеза у животных после лечения акластой было формирование обширных экстракортикальных субпериостальных напластований, способствующих увеличению площади кости и ее прочностных характеристик, однако к концу исследования их ремоделирования не обнаружено.

На замедление ремоделирования регенерата указывали и другие авторы, проводившие исследования на животных [28].

Целью следующего исследования, представленного в литературе, была оценка действия золедроновой кислоты на заживление нестабилизированного перелома большеберцовой кости и перелома челюсти [29]. Постановка авторами исследования в таком сравнительном плане была вызвана имеющимися данными о развитии некроза челюсти под влиянием бисфосфонатов. В отличие от переломов длинных костей, которые заживают в основном за счет эндохондрального косте­образования, переломы нижней челюсти регенерируют путем эндохондральной и интрамембранной оссификации, но с меньшей долей эндохондральной оссификации. В результате проведенного исследования выявлено, что в большеберцовой кости под действием золедроновой кислоты уменьшался объем регенерата, в том числе хондроида, на ранней стадии регенерации. Параллельно авторы обнаружили задержку гипертрофии хрящевой ткани и снижение ангиогенеза в стадии формирования мягкотканного регенерата и на поздней стадии, кроме того, отмечено нарушение костного ремоделирования, коррелирующее с уменьшением числа остео­кластов в мягкотканной и твердой фазах формирования регенерата. Показано негативное воздействие золедроновой кислоты на формирование регенерата в области челюсти. Это может служить предпосылкой нарушения репаративного остеогенеза в этой области скелета с неблагоприятными последствиями.

Ибандронат. Влияние ибандроната на регенерацию после остеотомии бедренной кости у крыс было оценено при различных схемах лечения: 1) 5 мкг/кг в течение 5 дней в неделю; 2) 75 мкг/кг каждые 3 недели; 3) 150 мкг/кг каждые 6 недель [30]. Основываясь на гистоморфометрической и биомеханической оценке регенерата в области остеотомии бедренной кости, выявили, что в первой группе животных лечение ибандронатом индуцирует формирование большого по объему регенерата, но имеет место задержка костного ремоделирования пластинчатой кости, что приводит к снижению качества регенерата. У животных второй группы (сокращение интервала приема ибандроната без снижения дозы) значительно замедляется ремоделирование регенерата. В третьей группе животных после прерывистого лечения ибандронатом также отмечено замедление ремоделирования регенерата и регенерации после остеотомии.

В другом исследовании после воспроизведения остео­томии малоберцовой кости и лечения ибандронатом (2 мл) кроликов было выявлено, что на 30­е сутки содержание фиброзной ткани в регенератах было меньше, а костной ткани больше, чем в контрольной группе животных, однако других отличительных особенностей по содержанию хондроида и минеральной плотности в регенератах в группе леченых и нелеченых животных не выявлено [31].

При изменении экспериментальных условий лечение ибандронатом собак породы бигль проводили в течение 7 или 8 недель (1 мкг/кг/день) до воспроизведения травматического повреждения. Затем в большеберцовой кости воспроизводили 10 дырчатых дефектов. Выявлено, что как на ранней, так и на поздней стадии регенераты ни качественно, ни количественно не отличались от контрольной группы животных [32]. Кроме того, не было выявлено различий между другими показателями: МПКТ, объемом трабекулярной кости, количеством остеокластов, уровнем сывороточного остеокальцина или костного изофермента щелочной фосфатазы.

Имеются исследования, в котором авторы, подводя итоги анализа, охватывающего изучение бисфосфонатов при оценке регенерации на животных, отмечают, что они способствуют повышению механической прочности кости и увеличению объема регенерата, но приводят к замедлению его ремоделирования [33, 34].

Клинические исследования применения бисфосфонатов при переломах единичны. Это связано с тем, что с позиции доказательной медицины трудно подобрать группу пациентов со сходными переломами в соответствующей возрастной группе.

Увеличение минеральной плотности показано при исследовании консолидации переломов Коллиса у 32 пациентов, леченных клодронатом после перелома [35].

 Исследовано влияние алендроната при лечении пациентов с переломами нижних конечностей (41 пациент) и переломами Коллиса (37 пациентов) [35, 36]. Авторами показано, что в условиях травматического повреждения при лечении пациентов алендронатом имеет место сохранение минеральной плотности кости, однако оценку состояния тканей регенерата не проводили.

Имеется достоверное клиническое исследование, в котором пациенты с низкоэнергетическим переломом проксимального отдела бедренной кости получали золедроновую кислоту. Проанализированы данные клинического исследования HORIZON­RFT, на основании чего было сделано заключение, что золедроновая кислота не влияла на консолидацию перелома, даже если инфузия препарата проходила в средние сроки послеоперационного периода [38].

Однако в другом клиническом исследовании показано, что после хирургического лечения перелома для оптимизации сращения оптимальным является назначение золедроновой кислоты пациентам на сроки не ранее 2–12 недель [39].

С учетом ингибирующего действия бисфосфонатов на остеокласт­опосредованную костную резорбцию и краткосрочное подавление костного ремоделирования были проанализированы данные литературы с целью выяснить, могут ли быть использованы бисфосфонаты в лечении стрессового перелома, возникающего в результате циклических нагрузок [40]. Такие переломы встречаются у профессиональных атлетов, военнослужащих и артистов балета; в группе риска подобных повреждений находятся также пациенты с остеопорозом или остеопенией. В области перелома повышено количество остеокластов, в связи с этим возможно предположить, что назначение препаратов­антирезорбентов может дать положительный результат. До проведения этого исследования не имелось убедительных доказательств того, что бисфосфонаты влияют на заживление стрессовых переломов. Однако и в результате проведенного клинического исследования не было получено доказательств по поводу перспективности их использования при таких переломах.

Другое проспективное многоцентровое исследование было проведено для определения сроков использования бисфосфонатов после межвертельного перелома [41]. В период с августа 2008 года по декабрь 2009 года 90 больных с межвертельным переломом, которые были прооперированы с использованием внутренних фиксирующих устройств, были рандомизированы на три группы в зависимости от сроков начала лечения ризедронатом после операции: группа А — лечение начинали через неделю после операции, группа B — через один месяц после операции и группа C — спустя три месяца после операции. Время рентгенологической консолидации перелома было оценено как первичная конечная точка, в качестве вторичной конечной точки оценивали частоту осложнений, в том числе смещение или любое осложнение, требующее пересмотра хирургии. Среднее время заживления перелома после операции в группах А, В и С составило 10,7 недели (SD 4,4), 12,9 недели (SD 6,2) и 12,3 недели (SD 7,1) соответственно. Через 24 недели после операции все переломы объединили, за исключением шести, при которых была нарушена фиксация. Функциональные результаты через один год после операции были сходны во всех трех группах. Это исследование показывает, что сроки послеоперационного назначения ризедроната, как и сам препарат, не влияют на скорость заживления межвертельных переломов или частоту осложнений.

Таким образом, исследование регенерации костной ткани в условиях лечения бисфосфонатами является актуальным направлением. В литературе представлены неоднозначные данные в отношении различных бисфосфонатов. Разноречивые данные преклинических исследований о влиянии бисфосфонатов на репаративный остеогенез могут быть связаны с различными дозами препаратов, лечением, проводимым на различных стадиях репаративного остеогенеза, а также неодинаковыми подходами к оценке эффекта их действия. Но в целом большинство исследователей сходятся во мнении, что бисфосфонаты на ранних этапах регенерации способствуют формированию объемных регенератов, повышению механической прочности кости, однако приводят в последующем к замедлению процесса ремоделирования регенерата. Клинические исследования, оценивающие влияние бисфосфонатов на регенерацию кости, единичны. Не во всех клинических исследованиях подтверждены данные, полученные при проведении экспериментальных разработок. Возможно, негативное влияние на ремоделирование кости на поздних стадиях регенерации, отмеченное в большинстве преклинических исследований, не снижает ценности бисфосфонатной терапии, в результате которой повышаются прочностные качества кости и снижается риск повторных переломов. На сегодняшний день углубленное изучение препаратов остеотропного действия важно не только для профилактики и лечения остеопороза, но и для познания их роли в лечении пациентов с переломами с целью уменьшения риска развития нарушений, связанных с замедленной консолидацией или различными вариантами несращений, что требует в дальнейшем проведения углубленных исследований.