danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2018-62-6-725-731dan-573Research ArticleМЕДИЦИНАMEDICINEАнтибактериальное покрытие имплантатов на основе полиметилметакрилатного костного цемента in vitro и in vivoPolymethylmethacrylatebased antibacterial coating in vitro and in vivoВолотовскийП. А.VolotovskiP. A.

науч. сотрудник

Researcher

volotovski@gmail.comТапальскийД. В.TapalskiD. V.

канд. мед. наук, доцент, заведующий кафедрой

Ph. D. (Medicine), Associate professor, Head of the Department

tapalskiy@yandex.byСитникА. А.SitnikA. A.

канд. мед. наук, доцент, заведующий лабораторией

Ph. D. (Medicine), Associate professor, Head of the Laboratory

alexandre_sitnik@yahoo.comКозловаА. И.KozlovaA. I.

ст. преподаватель

Senior lecturer

annika.kozlova2014@yandex.ruГерасименкоМ. А.GerasimenkoM. A.

д-р мед. наук, профессор, директор

D. Sc. (Medicine), Professor, Director

niito@tut.byРеспубликанский научно-практический центр травматологии и ортопедии, МинскRepublican Scientific and Practical Centre for Traumatology and Orthopedics, MinskГомельский государственный медицинский университет, ГомельGomel State Medical University, Gomel201813012019626725731Copyright © Волотовский П.А., Тапальский Д.В., Ситник А.А., Козлова А.И., Герасименко М.А., 20192019Волотовский П.А., Тапальский Д.В., Ситник А.А., Козлова А.И., Герасименко М.А.Volotovski P.A., Tapalski D.V., Sitnik A.A., Kozlova A.I., Gerasimenko M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/573

Частота рецидивов после костных инфекций в настоящее время высока. Создание конструкции, которая не только позволяет стабилизировать костные отломки, но и обладает антибактериальной активностью, представляется чрезвычайно актуальной и перспективной задачей. Цель исследования – оценить эффективность применения антибактериального покрытия на основе полиметилметакрилатного цемента в эксперименте и при инфицированных несращениях длинных трубчатых костей нижних конечностей. На титановых пластинах сформированы покрытия из костного цемента, импрегнированного антибиотиками. Выполнена отмывка пластин методом последовательных микроразведений в бульоне, оценена концентрация антибиотиков в отмывочных растворах. Антибактериальная активность образцов в отношении чувствительных и множественно-резистентных штаммов S. aureus и P. aeruginosa оценена двуслойным агаровым методом. В исследование включены 70 пациентов, разделенных на 2 группы: остеосинтез стержнем с блокированием и антибактериальным покрытием (40 пациентов, основная группа) и остеосинтез аппаратом внешней фиксации (30 пациентов, контрольная группа), сопоставимые по возрасту, полу и продолжительности заболевания. Эффективность антибактериального покрытия анализировали по продолжительности системного применения антибактериальных препаратов и наличию рецидивов инфекции. Концентрации меропенема и фосфомицина в отмывочных растворах, полученных при однократной и двукратной обработке образцов, были достаточными для подавления роста контрольных штаммов. Ванкомицин-содержащие образцы обладали достаточной антибактериальной активностью в отношении как метициллинчувствительного (MSSA), так и метициллинрезистентного (MRSA) штаммов S. aureus, двукратная отмывка образцов устраняла их бактерицидные свойства. Продолжительность системной антибактериальной терапии в основной группе была статистически значимо меньше, чем в контрольной (U = 77,5, p < 0,001), также в основной группе наблюдалось меньше рецидивов инфекции 32,5 % vs. 86,7 % (χ2 = 20,39; p < 0,001). Покрытия из костного цемента, импрегнированного фосфомицином, меропенемом или ванкомицином, обладают достаточной и длительной антибактериальной активностью, проявляющейся главным образом в отношении антибиотикочувствительных штаммов. Адекватное применение такого покрытия в клинической практике позволяет получить желаемый результат лечения.

Nowadays, the infection recurrence rate in osteomyelitis is still high. New hardware not only allowing one to stabilize bone fragments, but also having antibacterial activity seems to be an extremely useful and promising task. The goal of the study was to assess the effectiveness of use of an antibacterial coating based on polymethylmethacrylate cement in experiment and in infected nonunions of long tubular bones of the lower limbs. Bone cement-based coatings impregnated with antibiotics were formed on titanium plates. A plate rinse was carried out; antibiotic concentrations in the rinsed solutions were estimated by a serial broth microdilution method. The antibacterial activity of control and rinsed samples against the antibiotic-sensitive and multiple-antibiotic-resistant Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa strains was estimated by a bilayer agar method. Clinical part. The study included 70 patients divided into 2 groups: osteosynthesis with antibacterial-coated interlocking nail (40 patients, main group) and osteosynthesis with an external fixation device (30 patients, control group) comparable in age, sex and disease duration. The effectiveness of the antibacterial coating was analyzed by the duration of systemic use of antibiotics and infection recurrence rate. The concentrations of meropenem and phosphomycin in the rinsed solutions obtained at one-fold and two-fold treatments were sufficient to suppress the growth of control strains. Vancomycin-containing samples possessed sufficient antibacterial activity against both methicillin-sensitive (MSSA) and methicillin-resistant (MRSA) S. aureus strains, double rinse of the samples eliminated their bactericidal properties. The duration of systemic antibacterial therapy in the main group was statistically significantly lower than in the control group (U = 77.5, p < 0.001), and in the main group the infection recurrence rate was lower than 32.5 % vs. 86.7 % (χ2 = 20.39, p < 0.001). The PMMA-based coating impregnated with phosphomycin, meropenem or vancomycin possesses sufficient and long-lasting antibacterial activity, mainly against antibiotic-sensitive strains. An adequate use of such a coating in clinical practice allows one to obtain the desired result of treatment.

инфицированные несращениястержень с блокированиемантибактериальное покрытиекостный цементантибиотикорезистентностьinfected nonunionsinterlocking nailantibacterial coatingbone cementantibiotic resistanceReferencesBuchholz, H. W. Depot effects of various antibiotics mixed with Palacos resins / H. W. Buchholz, H. Engelbrecht // Chirurg. – 1970. – Vol. 41. – P. 511–515.Buchholz H. W., Engelbrecht H. Depot effects of various antibiotics mixed with Palacos resins. Chirurg, 1970, vol. 41, pp. 511–515.klemm, k. W. Antibiotic bead chains / k. W. klemm // Clin. orthop. – 1993. – Vol. 295. – P. 63–76. https://doi. org/10.1097/00003086-199310000-00011Klemm K. W. Antibiotic bead chains. Clinical Orthopaedics and Related Research, 1993, vol. 295, pp. 63–76. https:// doi.org/10.1097/00003086-199310000-00011Henry, S. l. The prophylactic use of antibiotic impregnated beads in open fractures / S. l. Henry, P. A. ostermann, D. Seligson // J. Trauma. – 1990. – Vol. 30, N 10. – P. 1231–1238. https://doi.org/10.1097/00005373-199010000-00007Henry S. l., Ostermann P. A., Seligson D. The prophylactic use of antibiotic impregnated beads in open fractures. Journal of Trauma: Injury, Infection, and Critical Care, 1990, vol. 30, no. 10, pp. 1231–1238. https://doi.org/10.1097/00005373-199010000-00007Nanocomposite coatings for implants protection from microbial colonization: formation features, structure, and properties / C. Qi [et al.] // Surf. Coat. Tech. – 2017. – Vol. 315. – P. 350–358. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.066Qi C., Rogachev A. V., Tapal’skii D. V., yarmolenko M. A., Rogachev A. A., Jiang X., koshanskaya E. V., Vorontsov A. S. Nanocomposite coatings for implants protection from microbial colonization: formation features, structure, and properties. Surface and Coatings Technology, 2017, vol. 315, pp. 350–358. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.066Волотовский, П. А. Применение стержней с блокированием и антибактериальным покрытием для лечения инфицированных несращений костей голени / П. А. Волотовский, А. А. Ситник, А. В. Белецкий // Мед. журн. – 2017. – № 4. – С. 38–42.Volotovski P. A., Sitnik A. A., Beletskiy A. V. locked antibiotic-eluting nailing in patients with infected tibial nonunions. Meditsinskii zhurnal [Medical Journal], 2017, no. 4, pp. 38–42 (in Russian).Cierny, G. The classic: a clinical staging system for adult osteomyelitis / G. Cierny, J. T. Mader, J. J. Penninck // Clin. orthop. – 2003. – Vol. 414. – P. 7–24. https://doi.org/10.1097/01.blo.0000088564.81746.62Cierny G., Mader J. T., Penninck J. J. The classic: a clinical staging system for adult osteomyelitis. Clinical Orthopaedics and Related Research, 2003, vol. 414, pp. 7–24. https://doi.org/10.1097/01.blo.0000088564.81746.62Drug elution from high-dose antibiotic-loaded acrylic cement: a comparative, in vitro study / G. Gasparini [et al.] // orthopedics. – 2014. – Vol. 37, N 11. – P. e999–e1005. https://doi.org/10.3928/01477447-20141023-57Gasparini G., De Gori M., Calonego G., Della Bora T., Caroleo B., Galasso o. Drug elution from high-dose antibioticloaded acrylic cement: a comparative, in vitro study. Orthopedics, 2014, vol. 37, no. 11, pp. e999–e1005. https://doi. org/10.3928/01477447-20141023-57Jerzy, k. Chronic osteomyelitis-Bacterial Flora, Antibiotic Sensitivity and Treatment Challenges / k. Jerzy, H. Francis // open orthopaedics J. – 2018. – Vol. 12, N 1. – P. 153–163. https://doi.org/10.2174/1874325001812010153Jerzy k., Francis H. Chronic osteomyelitis-Bacterial Flora, Antibiotic Sensitivity and Treatment Challenges. Open Orthopaedics Journal, 2018, vol. 12, no. 1, pp. 153–163. https://doi.org/10.2174/1874325001812010153Paley, D. Problems, obstacles, and complications of limb lengthening by the Ilizarov technique / D. Paley // Clin. orthop. Relat. Res. – 1990. – Vol. 250. – P. 81–104. https://doi.org/10.1097/00003086-199001000-00011Paley D. Problems, obstacles, and complications of limb lengthening by the Ilizarov technique. Clinical Orthopaedics and Related Research, 1990, vol. 250, pp. 81–104. https://doi.org/10.1097/00003086-199001000-00011Simpson, A. H. The effect of the extent of surgical resection on infectionfree survival / A. H. Simpson, M. Deakim, J. M. lathan // J. Bone Joint Surg. Br. – 2001. – Vol. 83-B, N 3. – P. 403–407. https://doi.org/10.1302/0301-620x.83b3.0830403Simpson A. H., Deakin M., latham J. M. The effect of the extent of surgical resection on infectionfree survival. Journal of Bone and Joint Surgery. British volume, 2001, vol. 83-B, no. 3, pp. 403–407. https://doi.org/10.1302/0301-620x.83b3.0830403

The authors declare that there are no conflicts of interest present.