Из какого металла делают протез коленного сустава

Производители протезов для эндопротезирования

Во время операции может заменяться весь сустав или его поверхности.

• Частичная замена. Во время операции врач удаляет шейку, головку и фрагменты суставного ложа, при этом проводится неполное эндопротезирование тазобедренного сустава. Искусственное ложе делают из металла либо керамики, фиксация проводится при помощи цементного клея.
• Тотальное протезирование. Назначается в ситуациях, когда суставные структуры полностью разрушены, поэтому заменяется все сочленение. Чтобы в послеоперационный период не возникло негативных последствий, пациенту рекомендуется следить за весом и не допускать его набора.
• Замена суставных поверхностей. Проводится в случае, когда дегенеративным изменениям подвержены лишь некоторые участки сочленения. На пораженные поверхности накладываются пластины, которые будут выполнять функции здоровых структур сустава. Процедура считается малоинвазивной, поэтому после нее реабилитационный период недлительный.
• Ревизионное протезирование. Назначается в случае, когда по тем или иным причинам возникла необходимость в замене старого эндопротеза новым. Это может случиться после истечения сроков эксплуатации импланта и нарушения функционирования. Повторное эндопротезирование назначается при развитии послеоперационных осложнений, когда, например, организм отторгает чужеродный предмет.

Чашки Zimmer – популярные и качественные элементы протеза.

На рынке изготовления качественных, удобных и долговечных эндопротезов хорошо зарекомендовал себя:

• американский производитель Zimmer, производящий чашки «Зиммер»;
• Stryker, выпускающий систему Omnifit;
• DePuy, выпускающий ножки эндопротезов тазобедренных суставов Corail, имеющие гидроксиапатитовое покрытие.

По качеству и долговечности протезы Zimmer или DePuy почти идентичны, но все же между ними есть отличия:

• метод фиксации;
• материалы покрытия;
• диаметр резьбы для винтов.

Основные требования к коленным эндопротезам

Отметим, что все существующие эндопротезы соответствуют базовым требованиям и могут стать полноценной заменой коленному суставу. Логично, что на рынке не может быть имплантов, которые не отвечали бы определенным стандартам. Но при всем этом одни протезы изготавливаются из более качественных и износостойких материалов, а другие имеют более низкое качество.

Основные требования к хорошему эндопротезу:

• Биосовместимость. Материалы, из которых изготавливают имплант, обязаны быть гипоаллергенными и не должны вызывать реакций отторжения.
• Соответствие анатомическим особенностям скелета. Эндопротез должен соответствовать размеру и в точности повторять природные изгибы костей.
• Соответствие механических характеристик материалов определенным структурам коленного сустава. Материал, из которого состоит имплант, должен быть прочным и выдерживать сильные нагрузки. А гладкие поверхности протеза обязаны обеспечивать легкое скольжение его компонентов.
• Хорошая функциональность. Качественный эндопротез должен обеспечивать хорошую амплитуду сгибаний и разгибаний, не ограничивая при этом подвижность колена.
• Сохранение формы и функций на протяжении длительного времени. С годами эндопротезы не должны стираться или деформироваться.
• Высокая износостойкость. Гарантийный срок службы современных протезов составляет 15-20 лет. Известно немало случаев, когда имплант «работал» на 5-10 лет дольше положенного времени.

Примечательно, что для нормального функционирования протеза требуется не только его высокое качество, но и правильная установка. Если в ходе операции хирург неправильно ориентирует компоненты импланта – сустав не будет нормально работать. От качества установки также зависит срок службы протеза.

Операция по постановке суставного протеза главным образом показана при старческом переломе шейки бедренной кости, ревматоидном артрите, хроническом артрите, травмах и АНГБК. Материал, из которого изготавливают эндопротез, в основном представляет собой сплав различных металлов, пластмассу, акриловую смолу (также называемую костным цементом), фарфор, силикон и углерод.

Суставной протез должен соответствовать следующим требованиям:• быть совместимым с костной тканью и сохранять суставное пространство;• быть химически стабильным и не оказывать токсического действия на ткани в организме человека;• не должен разрушаться при различных сложных напряжениях;• не должен подвергаться коррозии в теле человека;

• не должен вызывать воспалений или реакций на инородное тело;• не должен приводить к аллергическим реакциям;• не должен способствовать опухолевому росту.В настоящее время в мире пока ещё не найдено материала, способного полностью удовлетворять названным вышетребованиям. Существующие материалы различаются степенью наносимого ими вреда и тканевой реакции, а также способностью удовлетворять большинство больных.

Из чего сделаны имплантаты?

Искусственный сустав из титана подойдет подвижным людям.

• Металл-металл. В этом случае эндопротезы тазобедренного сустава или коленного изготавливают из сверхлегких и прочных металлических сплавов. Хорошо зарекомендовали себя титановые протезы, которые считаются крепкими, поэтому их устанавливают активным и подвижным пациентам.
• Металл-полиэтилен. Имплант изготовлен из титана и пластика, поэтому он менее прочный и долговечный. Такие виды протезов устанавливаются пациентам, ведущим неактивный образ жизни.
• Керамический. Эти протезы долговечные, безопасны и износостойкие, поэтому применяются для молодых пациентов, регулярно занимающихся спортом и ведущих активную, подвижную жизнь. Единственным минусом эндопротеза из керамики считается высокая стоимость, поэтому не каждый больной может его себе позволить.
• Керамика-пластик. Материалы, используемые для изготовления такого вида протеза, не очень прочные, поэтому его устанавливают пожилым больным, которые мало двигаются и у них отсутствуют риски преждевременного изнашивания и выхождения из строя искусственного сустава.

8.3. Влияние продуктов трения эндопротеза на окружающие ткани

Независимо от того, из какого материала сделан протез головки бедренной кости, какова его структура и технология изготовления, его металлическая часть должна закрепляться в костно-мозговой полости с помощью костного цемента или другого связующего вещества. В Китае и других странах учёные обнаружили, что материалы, используемые для протеза, вызывают гистологические изменения в костно-мозговой полости.

Willert и другие учёные также выяснили, что в течение нескольких недель после операции окружающие костныйцемент ткани отмирают и их структура изменяется. Постановка протеза нарушает местное кровообращение, смоламетакриловой кислоты в процессе полимеризации нагревается до 72°С, неполимеризованная смола оказывает непосредственное токсическое действие на ткани.

Нередко вокруг эндопротеза и костного цемента происходит некроз кости. В повреждённых некрозом костных тканях обычно отмечается реактивная гиперемия, и макрофаги и другие клетки обеспечивают врастание новых капилляров в омертвевшие ткани, и, в конце концов, некротические ткани заменяются волокнистой тканью.

После постановки эндопротеза головки бедренной кости сжатие и растяжение бедренной кости уже передаютсяне через её шейку, а непосредственно на её диафиз, и под влиянием нагрузки в расположении трабекул происходятизменения, провоцирующие асептическую нестабильность, поэтому воссоздание кости может длиться годами.

После постановки эндопротеза головки бедренной кости также возникает очаговый некроз трабекул и появляется грануляционная ткань, в ранний период возможен рост нового костного вещества. Очень быстро развивается остеопороз, у некоторых больных отмечается рост вверх внешнего края большого вертела и соединение его с внешнимкраем вертлужной впадины, в результате чего ограничивается функция тазобедренного сустава.

Производители протезов для эндопротезирования

Замене подлежат даже сочленения пальцев рук.

Специализированные клиники, занимающиеся установкой эндопротезов, меняют коленный, локтевой плечевой и тазобедренный сустав. Имплантация проводится и на мелких сочленениях, например, фалангах пальцев. Замена бедренной части или коленных суставов производится намного чаще, а вот эндопротезирование локтевых сочленений — операция редкая, потому как из-за сложности строения, искусственный аналог сустава сделать и подобрать намного сложнее.

Срок службы эндопротеза

Срок службы эндопротеза один из основных параметров для врача-травматолога и пациента. Сколько прослужит протез у конкретного пациента сказать очень сложно. Имеются статистические данные, основанные на регистрации результатов лечения и наблюдения пациентов, которым заменены определенные суставы конкретными моделями эндопротезов.

Так в среднем тотальный эндопротез тазобедренного сустава адекватно функционирует в течение 10 лет в 95-97% случаев. Далее вероятность замены сустава увеличивается на 1% в год. Например, по этой схеме через 15 лет стабильных эндопротезов останется 90-92%, а через 20 лет в 85-87% случаев.

Таким образом, на срок службы эндопротеза влияет колоссальное количество факторов, таких как анатомический тип эндопротеза, пара трения в шарнире, особенности установки в операционной, индивидуальные особенности больного (перелом костей и перелом бедра в прошлом), состояние его здоровья, наличие вредных привычек, особенности и интенсивность эксплуатации и др.

Если пациент соблюдал все рекомендации врача, следил за весом и контролировал свое здоровье, в среднем протез служит до 15—25 лет. Но срок службы эндопротеза тазобедренного сустава либо коленного зависит от многих факторов, чтобы уменьшить износ, рекомендуется соблюдать такие правила:

• своевременно лечить инфекционные заболевания и не давать распространяться воспалению по всему организму;
• не поднимать большие тяжести;
• предотвращать чрезмерное сгибание искусственного сустава;
• не допускать развития остеопороза.

После того как имплант тазобедренного сустава либо колена отслужит свой срок, назначается ревизионная операция, во время которой будет установлен новый эндопротез. Зачастую титановый протез ставят молодым и активным мужчинам и женщинам. А гибриды титанов, пластмассы и керамики рекомендуется применять людям преклонного возраста, потому как изнашиваются такие искусственные сочленения намного быстрее.

Эндопротез из сплава кобальта и хрома и нержавеющей стали.

Абразивные обломки от него имеют диаметр 0,5—5 мкм, представляя собой чёрные зёрна неправильной формы.Иногда встречаются обломки с диаметром свыше 100 мкм. Окружающие металлический протез мягкие ткани окрашиваются в чёрно-коричневый цвет. Под микроскопом в засорённых обломками тканях видны инфильтрация макрофагов, поглощающих металлические зёрна, а также небольшое количество гигантских клеток инородного тела.

Vernon-Robert считает, что изменения в кровеносных сосудах являются проявлением аллергии на металл и, возможно, это один из факторов, вызывающих некроз тканей. В тканях вокруг протеза из нержавеющей стали часто фиксируют большое количество железных зёрен, Winter считает это специфическим изменением.

Эндопротезы из сплава делают из различных металлов, но пропорция компонентов разных металлов в протезе необязательно совпадает с пропорцией этих металлов в абразивных обломках, попадающих в сустав. Например, в эндопротезе из cплава кобальта и хрома доля кобальта составляет примерно 62%, а хрома — 28%, но содержание хрома в обломках, находящихся в тканях, намного выше, чем кобальта.

Обломки полиэтилена.

Обломки полиэтилена прозрачны и бесцветны, поэтому их не видно под обычным микроскопом. Под фазово контрастным микроскопом они проявляют довольно сильную способность к рефракции света. Размер обломков неодинаков, диаметр 0,5—50 мкм, они образуют форму пыли, зёрен или осколков. Под микроскопом в синовиальных тканях можно видеть реакцию макрофагов и гигантских клеток инородного тела.

Как выбрать?

Подобрать подходящие виды коленных эндопротезов либо тазобедренных, поможет хирург, который будет проводить протезирование. Но стоит отметить, что качество российских протезов существенно уступает иностранным. Для совершенствования конструкции и устранения недостатков необходимо современное технологическое оборудование.

Пациенту выбирать и покупать протез на свое усмотрение не рекомендуется. Для безопасного проведения операции важен не только сам эндопротез, к нему необходимо иметь соответствующий набор инструментов, которого у хирурга может и не оказаться. Если больной не согласен с предлагаемым вариантом, врач всегда сможет подобрать альтернативу.

Зёрна фарфора.

В последние годы эндопротез из искусственного каучука и силикона, в основном, используют при операциях на суставах кисти. Установлено, что силикон внутри суставов может приводить к синовиту, что выражается в воспалительной реакции в виде гранулёмы. Зёрна силикона имеют форму жемчужин, обладают способностью преломлять свет и могут рассеиваться в тканях, а также поглощаться макрофагами.

Композитные материалы из фарфора в искусственном эндопротезе при стирании и выпадении в виде микрочастиц могут приводить не только к острой воспалительной реакции в суставе, но и к росту числа покровных клеток в синовиальной сумке, а также к фиброзу тканей. Зёрна фарфора можно также обнаружить в дренажных лимфатических сосудах.

При увеличении инородных тел во внутренних стенках синовиальной оболочки могут образовываться условия для развития некроза мягких тканей.При чрезмерном истирании металлических эндопротезов и эрозии жидкости тела содержание металла в окружающих тканях повышается, что способствует проявлению аллергии на металл.

Evans обнаружил в кожных пробах у больных с аллергией на металл довольно высокую вероятность расшатывания сустава. Чаще всего такое расшатывание происходит в суставах при трении металла о металл.Nаter обнаружил, что у отдельных больных после имплантации эндопротеза из металла и полиэтилена возникала аллергия на никель или кобальт, но не было расшатывания суставов.

8.4. Асептическая нестабильность эндопротеза

Причин для расшатывания эндопротеза много, в обобщённом виде они представляют собой следующие:• плохое соприкосновение поверхностей сустава;• неправильная постановка эндопротеза;• ненормальное восприятие нагрузки частями сустава;• возникновение срезывающего или крутящего момента;• инфекция;• чрезмерная нагрузка и увеличение массы тела;

• чрезмерное истирание сустава;• остеопороз.Вследствие возрастания количества абразивных обломков появляются большое количество местных макрофагов иреакции гигантских клеток на инородные тела. Эти клетки могут поглощать цемент и костное вещество вокруг эндопротеза, в результате чего разрушается костное основание и эндопротез расшатывается.

Вызванные разными причинами фрагментация и разрушение цемента также могут приводить к расшатыванию эндопротеза. Когда подвижность эндопротеза превышает прочность фиброзной ткани, то происходят её разрыв, кровотечение и экссудация белков плазмы, что ослабляет прочность костного цемента и может способствовать перелому металлического материала.

8.5. Опухоли, вызванные эндопротезом

Большое количество лабораторных материалов подтверждает канцерогенное действие на грызунов почти всех материалов, из которых сделаны эндопротезы. Например, кобальт и хром способны индуцировать саркому у крыс; ортопедические трансплантаты суставов — остеопластическую саркому и фибросаркому у кошек и собак, а костный цемент — новообразования у мышей. Кремнийорганический каучук вызывает опухоли у крыс, а полиэтилен, нейлон, тефлон и полистирол — саркому у грызунов.

Stinson обнаружил, что пластинки из нержавеющей стали и акриловая смола способны спровоцировать саркому у крыс.Физические свойства эндопротезов из пластмассы также играют большую роль в образовании опухолей. Bates и Klein доказали, что саркомы возникают чаще при подкожном введении животным пластинок из полиэтилена с гладкой поверхностью, чем с грубой.

Sinibaldi (1976) наблюдал трёх больных саркомой, развившейся после имплантации эндопротеза: один представлял собой гемангиоэндотелиому, другой — саркому Ewing, а третий — остеопластическую саркому. Все эти опухоли возникли в месте постановки эндопротезов или в близлежащих костных тканях.Инкубационный период опухоли, вызванной эндопротезом сустава, может составлять 4—30 лет, а число больных,у которых обнаружена опухоль, становится всё больше.

Раньше больные, которым ставили суставные эндопротезы, в основном были старше 60 лет, поэтому по разным причинам они умирали раньше, чем у них диагностировали опухоли.В дальнейшем в связи с более широким применением операций по постановке эндопротезов эта проблема стала привлекать всё больше внимания, став темой дальнейших научных исследований.

Их цель — совершенствование искусственных материалов для эндопротезов, уменьшение их токсического действия, недопущение аллергическихреакций в клетках тканей, ещё большее приближение эндопротезов к свойствам и физиологическим функциям кости с тем, чтобы физические и биологические свойства материалов, а также их биомеханическая структура были более рациональными.