Эндопротез тазобедренного сустава долговечность пары трения
- Общие сведения
- Пара трения полиэтилен — металл
- Пара трения металл — металл
- Пара трения керамика — керамика
- Какая пара трения лучше?
Общие сведения
Любой движущийся механизм подвержен износу. Эндопротезы суставов — не исключение. Во время ходьбы пациента головка эндопротеза постоянно трется о вертлужный компонент («чашку»), отделяя от него микроскопические частицы материала.
Это нормальный процесс старения искусственного сустава, полностью избавиться от которого пока невозможно. Скорость износа эндопротеза напрямую зависит от материалов, из которых изготовлены головка и чашка. Сочетание этих материалов именуется «парой трения» эндопротеза.
Сегодня при производстве искусственных суставов применяют разнообразные металлические сплавы, пластик (полиэтилен), а также керамику в различных комбинациях. Рассмотрим подробнее пары трения современных эндопротезов и узнаем их преимущества и недостатки.
Скорость износа эндопротеза сустава максимальна для пары трения «стандартный полиэтилен-металл» и минимальна для полностью керамической пары трения. Данные на схеме приблизительные. Реальная скорость износа зависит также от массы пациента и его уровня физической активности.
Пара трения полиэтилен — металл
Это самая распространенная на сегодняшний день пара трения. По данным авторитетнейшего Шведского регистра артропластики, на ее долю приходится порядка 80% операций по эндопротезированию тазобедренного сустава.
В такой паре трения, головка эндопротеза металлическая. Обычно это сплав кобальта и хрома. Вертлужный компонент (или его вкладыш) изготавливается из пластика, а точнее сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокой плотности (UHMWPE — ultra-high molecular weight polyethylene).
Данный пластик бывает двух разновидностей:
- стандартный полиэтилен (conventional PE)
- сшитый полиэтилен (cross-linked PE)
Скорость износа стандартного полиэтилена в среднем равна 200 микронам в год, сшитого — 20 микронам в год. Таким образом, за 15 лет эксплуатации будет утрачено около 3 мм толщины чашки для стандартного полиэтилена и около 0,3 мм — сшитого. Как видим, износ сшитого полиэтилена примерно в 10 раз меньше.
Так выглядит изношенный полиэтиленовый лайнер на рентгенограмме. Синие стрелки показывают его толщину в наиболее (вверху) и наименее (внизу) нагружаемых частях.
Однако, что плохого в том, что за 15 лет службы чашка протрется на 3 мм? Ведь ее толщина, как правило, не менее 7 мм и остается хороший запас еще лет на 15…
Проблема в том, что долговечность эндопротеза не равна сроку полного износа чашки.
Частицы пластика (тот самый «песок» на картинке выше) попадают в организм пациента и запускают сложную иммунологическую реакцию. Она приводит к частичному разрушению костей, к которым закреплен сустав. Через некоторое количество лет (обычно от 10 до 20) фиксация сустава нарушается настолько, что возникает необходимость его замены. Износ чашки при этом может быть еще сравнительно небольшим.
Таким образом, чем меньше скорость износа полиэтилена, тем дольше прослужит сустав и тем позже потребуется его замена на новый.
В общем, сшитый полиэтилен, безусловно предпочтительнее стандартного, хотя и дороже его. А когда имеет смысл применять стандартный полиэтилен? В тех случаях, когда:
- ожидаемая продолжительность активной жизни пациента не превышает 15 лет
- пациент имеет небольшую массу тела и (или) ведет малоподвижный образ жизни
- пациент не в состоянии приобрести более «продвинутую» пару трения
Важное замечание. Данные о скорости износа пар трения, представленные на рисунке в начале статьи, очень приблизительные. Реальная скорость износа может быть существенно выше:
- у пациентов с избыточной массой тела
- у пациентов, занимающихся тяжелым физическим трудом
Пара трения металл — металл
В общем-то, писать тут много не придется. На картинке в начале статьи видно, что износ этой пары в 2 раза меньше, чем у сшитого полиэтилена. Казалось бы, вот он, прорыв? Увы, попытка широкого внедрения пары трения «металл — металл», которая имела место в середине нулевых годов, выявила ее серьезные недостатки.
Не буду вдаваться в медицинские и технические подробности. Если вкратце, то ионы металлов, попадая в мягкие ткани вокруг сустава, приносят больше вреда, чем «гора» полиэтиленовых опилок от стандартной пары трения «полиэтилен — металл».
В настоящее время эта пара трения практически не используется. По данным того же Шведского регистра артропластики, с 2010 года в этой стране не было произведено ни одной операции по замене тазобедренного сустава с использованием полностью металлической пары трения.
Пара трения керамика-керамика
Наиболее совершенной на сегодняшний день парой трения эндопротезов тазобедренного сустава является «керамика — керамика». Она обеспечивает минимальный износ — менее 1 микрона в год. А это всего лишь 0,02 мм за 20 лет эксплуатации!
Керамическая пара трения — наиболее совершенная на сегодняшний день. Ее использование особенно уместно у молодых и физических активных пациентов.
Именно поэтому полностью керамическая пара трения особенно уместна у молодых и физически активных пациентов. Малый темп износа позволяет таким людям сравнительно безопасно эксплуатировать эндопротез под существенными нагрузками длительное время.
Какие же у керамической пары трения недостатки?
- высокая стоимость
- очень небольшое число пациентов в определенных положениях ноги может слышать механический звук, похожий на скрип
- меньшая прочность в сравнении с другими парами трения
Последний пункт требует пояснения. Некоторые пациенты считают, что керамическая пара трения по прочности сродни керамическому цветочному горшку или тарелке. Малейшая нагрузка, прыжок или что-то подобное приведет к катастрофе — эндопротез расколется.
Керамический лайнер значительно прочнее обычной тарелки. Он не выйдет из строя даже у тучных или физически активных пациентов.
Конечно же, это не так. Современные керамические компоненты эндопротеза очень прочные и в процессе обычной физической активности расколоться не могут (даже у тучных пациентов). Со временем, на них могут появляться трещины и сколы. Однако даже в этом случае срок их службы будет гораздо больше, чем у пары трения «полиэтилен — металл».
В качестве промежуточного звена между полностью керамической парой трения и парой трения «полиэтилен — металл» выступает пара трения «полиэтилен — керамика». Ее цена ниже «керамики — керамики», а скорость износа примерно в 2 раза меньше «полиэтилена — металла».
Какая пара трения лучше?
Я рекомендую использовать пару трения «керамика — керамика» (лучше всего) или «сшитый полиэтилен — керамика» (также очень неплохо). Если же Вы не можете приобрести эндопротез с такими парами трения, то расстраиваться не стоит.
Ведь даже в наиболее развитых странах мира на более доступную пару трения «сшитый полиэтилен — металл» приходится 80% операций эндопротезирования тазобедренного сустава. Это говорит о том, что данная пара трения совсем не плохая. Просто есть более совершенные пары трения.
Представьте себе последние марки автомобилей Мерседес и Фольксваген. Автомобилисты знают, что Фольскваген — прекрасный автомобиль, на котором можно проехать десятки тысяч километров без всяких поломок. Но они также знают, что Мерседес несколько лучше. Примерно также обстоит дело и с парами трения эндопротезов…
И еще одно замечание. Не всегда существует техническая возможность использовать продвинутые пары трения. В некоторых ситуациях применяется только пара трения «полиэтилен — металл».
Дата публикации: 17.09.2019
Автор: доктор А. В. Вакуленко
Источник
Эндопротезирование тазобедренного сустава – операция достаточно серьезная, требующая вложений и сил на подготовку и реабилитацию. Поэтому естественно, что пациенты в первую очередь интересуются сроком службы будущего имплантата.
Неравномерный износ вертлужного компонента.
Ни один врач не ответит, сколько конкретно будет «жить» та или иная модель. Можно говорить только о расчетном сроке. Но, зная некоторые детали о пациенте и изучив его анамнез, можно спрогнозировать более точное время. Срок службы эндопротеза тазобедренного сустава также зависит от того, насколько скрупулезно соблюдал прооперированный человек указания врача в реабилитационный период и после него.
Раскол керамической головки.
Материалы изготовления
При подборе эндопротеза для каждого пациента хирург учитывает его индивидуальные особенности: образ жизни, спорт, возраст, вес, состояние костной ткани. В зависимости от этого выбирается тот или иной материал имплантата или их сочетание: металл, полиэтилен или керамика.
Для молодых и активных оптимально подойдут высокопрочные протезы с узлом трения (головка и ацетабулярная чаша) керамика-керамика или металл-металл. При таких сочетаниях вкладыш либо не требуется, либо он небольшой толщины, что позволяет использовать крупные головки, значительно увеличивающие диапазон движения бедра.
Монокерамические подороже, но их прочностные характеристики выше, чем у металлических, темп износа 0,0001 мм в год. А также микрочастицы, вырабатывающиеся в минимальном количестве в процессе трения, не вызывают аллергии или негативного воздействия на органы.
Раньше керамических протезов остерегались из-за высокой вероятности раскола, но с появлением последних поколений керамики Biolox forte и Biolox delta, выпускаемой немецким заводом CeramTec, такие опасения напрасны. Ведущие производители преобладающую часть керамических компонентов изготавливают именно из этого материала.
С 1960-го года в хирургической практике популярно по причине высокой износостойкости и приемлемой стоимости эндопротезирование парами трения металл-полиэтилен: металлическая головка и вкладка ацетабулярной чаши из высокомолекулярного полиэтилена («поперечносвязанного»).
Керамические головки значительно тверже, устойчивее к царапинам и более гладкие, чем металлические, поэтому узел трения керамика-полиэтилен служит вдвое дольше вышеупомянутого варианта металл-полиэтилен.
У полиэтилена, дополнительно стабилизированного витамином Е, существенно повышается износостойкость – до 99%. Имплантаты вертлужных впадин, изготовленные из такого материала, изнашиваются всего на 0,01 мм в год.
Остеопороз как причина ненадежной фиксации протеза
Срок службы эндопротеза в большой степени определяется прочностью его фиксации в полости кости. Для этого необходима плотная костная ткань, с которой у большинства пациентов проблемы из-за различных болезней типа остеопороза.
Остеопороз – это потеря механической прочности и нарушение структуры всей костной ткани вследствие дисбаланса в процессе обновления клеток. Из-за повышенной хрупкости костей при остеопорозе часты переломы, в том числе и шейки бедра.
Степени остеопороза.
В норме у человека в возрасте 30-50 лет количество разрушенных клеток кости замещается равным объемом новых. После 50-ти лет теряется примерно 1% костных клеток в год. После 65-ти возникает старческий остеопороз, связанный с естественным ослаблением и износом скелета.
Особенно трудно приходится женщинам – в первый год после наступления климакса потеря составляет 10%, далее 2-3%. Это связано с изменением гормонального фона, поэтому в некоторых странах популярна гормонозаместительная терапия, позволяющая избежать потерь мышечной и костной массы.
Но недуг может начать развиваться задолго до положенного срока по следующим причинам:
- курение;
- злоупотребление кофе и алкоголем;
- преобладание в рационе мяса;
- недостаток кальция и витамина D3;
- на фоне ревматоидного артрита;
- малоподвижный образ жизни.
Если у пациента остеопороз, то при протезировании шейки бедра возможен перелом кости, трещины или перфорации. Тогда в ход идут дополнительные приспособления фиксации: винты и пластины. Но они также могут ломаться из-за медленного послеоперационного заживления, не имея естественной поддержки в виде плотной костной ткани. В ходе эксплуатации имплантата винты иногда меняют свое положение, что вызывает разного рода травмы и необходимость проведения ревизионной операции. Так что говорить о длительном сроке службы тазобедренного эндопротеза при наличии у пациента остеопороза не приходится.
Малоинвазивное эндопротезирование в Чехии: врачи, реабилитация, сроки и цены.
Узнать подробнее
Что нельзя делать после операции
Постоперационный период играет ключевую роль для продолжительности срока службы протеза тбс. Очень важно постоянно следить за прооперированным бедром, соблюдая его правильное положение:
- спать первые дни только на спине, сохраняя полуотведенное положение ноги;
- поворачиваться на здоровый бок можно, но только слегка отведя протезированную ногу. Для страховки лучше подложить под нее валик или подушку;
- постоянно спать на здоровом боку допустимо не ранее, чем через 2 недели;
- первую неделю не двигать больным бедром с большой амплитудой, не совершать резких и вращательных движений;
- ни при каких обстоятельствах не сгибать бедро под углом менее 90 градусов (стулья должны быть высокими или подложить подушку);
- нельзя скрещивать ноги или закладывать одну на другую;
- очень важно регулярно выполнять специальные упражнения.
Через три месяца по рентгенограмме врач оценит состояние сустава.
Как уменьшить износ
Основные правила для продления срока службы эндопротеза тазобедренного сустава:
- Следует избегать различных инфекций, простудных заболеваний, поскольку это может вызвать воспаление в области протезированного сустава.
- Нельзя набирать лишний вес после эндопротезирования.
- Исключить подъем и перенос тяжестей, а также резкие движения и прыжки на прооперированной ноге.
- Не допускать сгибания бедра менее, чем на 90 градусов, иначе возможен вывих.
- Не подниматься быстро по лестницам, особенно по крутым.
- Принимать профилактические меры против остеопороза: активный образ жизни, например, ходьба на лыжах или плавание, употреблять рыбу, молочные продукты, овощи, витаминные добавки при необходимости.
Соблюдая несложные правила, с которыми подробно ознакомит лечащий врач, следя за собой в плане веса и регулярно выполняя специальный комплекс упражнений, можно существенно продлить срок службы даже не слишком дорогого тазобедренного протеза. А игнорируя все это − попасть на ревизионную операцию гораздо раньше срока даже с самым прочным имплантатом (чаще по причине вывиха).
Ревизионная операция
В среднем современный тазобедренный протез служит не меньше 15 лет, а большинство из них (70%) спокойно «доживают» до 20-25 лет. Но все же приходит время, когда дальнейшее ношение имплантата становится не комфортным, появляются боли, которые многие терпят до предела. Этого делать ни в коем случае нельзя. Чем раньше будет проведено оперативное вмешательство, тем удачнее пройдет установка нового протеза. Тем более случается, что в замене нуждается не вся система, а какой-либо один компонент.
Источник
Нашёл интересную статью про тазобедренные эндопротезы, всё это применимо и к коленным эндопротезам.
Пара трения
Итак, именно вариант комбинации материалов головки и вкладыша определяет пару трения. Цементные эндопротезы всегда имеют пару трения металл-полиэтилен (металлическая головка и полиэтиленовый вкладыш), а пара трения в бесцементном эндопротезе может быть разной.
Варианты пары трения бесцементных эндопротезов. Слева-направо: металл-полиэтилен, металл-металл, керамика-полиэтилен, керамика-керамика, керамика-металл. Представлены ножки, чашки, вкладыши и головки разных фирм
Все пары трения, которые используются в современном эндопротезировании тазобедренного сустава, очень износостойки. Теоретически вкладыш из высокомолекулярного полиэтилена может служить 40-45 лет! Скорость износа высокомолекулярного полиэтилена составляет 0,2 мм в год, и если вкладыш имеет толщину 8-9 мм, то его как раз хватит на 40-45 лет. Логично, что более толстый вкладыш прослужит дольше. Однако толщина вкладыша определяет диаметр головки – чем толще вкладыш, тем меньше должен быть диаметр головки, и именно по этой причине с полиэтиленовыми вкладышами используются головки диаметром 28 и 32 мм. Как мы уже отмечали, чем больше диаметр головки, тем больше амплитуда движений и более стабилен сустав. Однако и тут не все однозначно и головки разного диаметра по разному распределяют силы. Более того, современные полиэтиленовые вкладыши и головки диаметром 28 и 32 мм при правильной установке эндопротеза могут дать прекрасную амплитуду движений и стабильность. Поэтому не нужно слепо стремится к головкам большого диаметра (36 и более мм).
Скорость износа пары трения керамика-высокомолекулярный полиэтилен составляет 0,1 мм в год, поэтому вкладыша толщиной 8-9 мм хватит уже на 80-90 лет!
Скорость износа пар трения металл-металл, керамика-керамика, керамика-металл еще меньше, и, теоретически, такие протезы еще более долговечны.
Казалось бы, по этому параметру любого эндопротеза хватит на всю оставшуюся жизнь, ведь большинству людей, которым выполняется эндопротезирование тазобедренного сустава больше сорока лет!
Но, опять же не все так просто. Ключевую роль в долговечности эндопротеза чаще играет не износ вкладыша или головки (хотя операции по замене головки и вкладыша из-за износа тоже выполняются), а стабильность ножки или чашки. Дело в том, что продукты трения ни исчезают в никуда, они могут раздражать кость, мышцы, всасываться в кровь, оказывать местное (только рядом с эндопротезом) или системное (по всему организму) токсическое действие.
Продукты трения высокомолекулярного полиэтилена называют дебрисом. Он не всасывается в кровь и основная проблема продуктов трения полиэтилена заключается в том, что дебрис раздражает кость, что может привести к расшатыванию ножки или чашки эндопротеза. Для того, чтобы уменьшить токсическое влияние продуктов трения высокомолекулярного полиэтилена на кость в последнее время полиэтилен стали «пропитывать» витамином E (антиоксидант). Мы надеемся, что эта технология покажет себя эффективной. Крайне редко продукты трения полиэтиленового вкладыша могут скапливаться в окружающих мышцах, приводя к так называемому псевдоопухолевому процессу, который может служить причиной болей. К счастью, псевдоопухолевый процесс при использовании современного высокомолекулярного полиэтилена практически не встречается.
Продукты трения металла меньше раздражают кость, но они активно накапливаются в окружающих мышцах и всасываются в кровь. Псевдоопухолевое поражение окружающих мышц при паре трения металл-металл встречается намного чаще, чем у пары трения металл-полиэтилен. Точная частота развития этого осложнения неизвестна, но, по всей видимости, ее можно оценить в 1-2 процента. Распространение ионов с током крови по внутренним органам обнаруживается только лабораторными анализами и не приводит к заболеваниям этих органов, но, тем не менее, этот факт нужно иметь в виду, так как это может стать проблемой при уже имеющемся заболевании этих органов. Так же пару трения металл-металл следует с осторожностью применять в тех случаях, когда планируется беременность – ионы металлов могут проникать в пуповинную кровь.
Продукты трения керамики практически нетоксичны.
Сравнение пар трения эндопротезов тазобедренного сустава
Пожалуй, отметим еще один интересный факт. Королева Великобритании и Северной Ирландии Елизавета II перенесла эндопротезирование тазобедренного сустава в 95 лет, и пара трения в ее эндопротезе — металл-полиэтилен. Конечно же, это вовсе не означает, что металл-полиэтилен — самая лучшая пара трения, но многим «специалистам», безосновательно критикующим такую компоновку, стоит задуматься. А пациентам не стоит думать о том, что металл-полиэтилен — дешево и плохо.
Какая пара трения эндопротеза тазобедренного сустава подойдет мне?
Металл-полиэтилен. Подходит как мужчинам, так и женщинам, планирующим вести умеренный образ жизни без занятий спортом. Общепризнано, что эта пара трения может быть безопасно использована у людей старшей и, возможно, средней возрастных групп, однако критерии возраста определены неточно. Многие считают, что эта пара трения оправдана у людей старше 60 лет, но во многих странах ее используют и у людей старше 50 и 40 лет. Продукты износа не оказывают вредного системного действия, не всасываются в кровь, а могут только оказыввать вредное местное действие, нарушая качество кости вокруг эндопротеза и теоретически способствовать расшатыванию ножки или, реже, чашки. Технологии изготовления чашек из высокомолекулярного полиэтилена совершенствуются и современные материалы обладают гораздо большей износоустойчивостью и меньшей токсичностью продуктов трения, чем предыдущие типы медицинского высокомолекулярного полиэтилена.
При использовании этой пары трения мы рекомендуем ежегодно выполнять рентгенологический контроль для того, чтобы оценивать интенсивность износа вкладыша.
Металл-металл – больше подходит мужчинам с высоким уровнем физических запросов, например, если после операции планируется вести особенно активный образ жизни, когда нужна большая амплитуда движений. Меньше подходит женщинам (причины, по которым эта пара трения у женщин менее надежна, пока не до конца ясны). Мы настороженно относимся к этой паре трения в том случае, если после операции планируется беременность. Есть доказательства того, что ионы металлов проникают в плод (концентрация повышается на 15%), и, возможно, оказывают неблагоприятное влияние. Четких данных о вреде для ребенка нет – по крайней мере не было зарегистрировано случаев возникновения проблем развития и болезней у детей, матерям которых было выполнено эндопротезирование тазобедренного сустава с парой трения металл-металл. Но нужно быть настороженным, поскольку эта пара трения используется все чаще и отсутствие известных случаев вреда детям может быть обусловлено статистической ошибкой из-за относительно небольшого количества таких операций в прошлом.
Керамика-керамика. Подходит, пожалуй, всем пациентам всех возрастов. Целесообразность применения пары трения керамика-керамика нужно соотносить с ее стоимостью. Зачастую многим пациентам будет абсолютно достаточно более дешевых пар трения. Однако у некоторых фирм пара трения керамика-керамика стоит дешевле пары металл-металл.
Остальные варианты пар трения (керамика-полиэтилен, керамика-металл) комбинируют в себе описанные выше плюсы и, к сожалению, минусы.
Источник