Протезирование тазобедренных суставов керамический сустав

Впервые керамические эндопротезы тазобедренного сустава были использованы в Европе еще в 1980-х годах, но в США они получили одобрение на имплантацию пациентам не так давно. Керамические материалы являются неплохой альтернативой разного рода сплавам. У керамики есть свои уникальные свойства, особо ценные при создании протезов, продлевающие срок их службы и улучшающие функциональные характеристики.

Виды керамики

Типы материала тела сустава:

• инертная. Не дает костным тканям врастать и сохраняет свою форму;
• биоактивная. Ассимилируется с костными тканями, но форма остается прежней;
• биодеградируемая. Полностью растворяется и замещается.

Типы керамики:

1. На оксидах алюминия, цинка и титана. Такие протезы относятся к биоинертным. Они прочные, характеризуются высокой степенью биосовместимости. Обычно идут в узлах трения керамика-полиэтилен и керамика-керамика.
2. Циркониевая. Диоксид циркония не уступает металлу по прочности. Однако в компании с примесью иттрия несколько токсичен для организма.
3. Карбоновая (C-Si, С). Биоинертный материал повышенной прочности, обладающий отличной биологической совместимостью. Часто используется при изготовлении вкладышей в ацетабулярные чашки, стержней имплантатов.
4. На основе фосфатов кальция и алюминатов. Биоактивный, но не деградируемый материал. Изделия из него могут выступать посредниками между костью, имплантатами и другими биоматериалами. А также используются в качестве носителей различных активных веществ с быстрым поверхностным высвобождением.
5. На основе сульфатов кальция, фосфатов и алюминатов. Биодеградируемый материал. Может быть носителем активных веществ с медленным поверхностным высвобождением.
6. Композитный керамический материал BIOLOX delta. Представляет собой инновационный сплав из оксида алюминия (82%), диоксида циркония (17%) и прочих элементов. Оксид алюминия обладает очень высокой плотностью за счет мелкозернистой структуры матрицы. Изделия отличаются высокой биосовместимостью, износостойкостью, химической и гидротермальной стабильностью.

Пара трения на основе керамики

Узел трения образуется головкой и имплантатом вертлужной впадины – модульной чашей (ацетабулярный компонент). Ацетабулярная чаша состоит из металлической полусферы, которая выпуклой частью фиксируется в вертлужной впадине (на цемент или методом пресс-фит), а также керамического вкладыша, который крепится внутри чаши с помощью специального механизма блокировки (конус Морзе). Именно внутри этого ложа будет скользить головка при движении.

Также есть моноблочные ацетабулярные чаши, в которых вкладыш изначально закреплен на заводе. При установке такого имплантата риск расколоть прокладку отсутствует.

Вкладыши из керамики обладают очень высокой прочностью, поэтому значительно тоньше остальных. Могут идти в паре с головками больших размеров, что означает повышенную стабильность сустава.

Многие западные хирурги сходятся во мнении, что при имплантации тазобедренных суставов у пациентов в возрасте до 75 лет следует использовать монокерамическую пару трения. Поскольку такая совместимость почти не подвержена стиранию и образованию дебриса в отличие от металла, где частички, попадая в кровоток, могут вызвать аллергию и различные патологии почек. В зависимости от состава керамики, компоненты протеза могут быть цветными: если использована алюмиевая (Al2O3) керамика −  желтые, а если композитная (смесь алюминия и циркония) −  розовые.

Преимущества имплантатов с монокерамической парой трения

• высокая биоинертность;
• повышенная износостойкость;
• антикоррозийность;
• подходят для беременных;
• керамические головки более гладкие, чем металлические;
• можно изготавливать головки больших диаметров;
• высокая чистота обработки поверхности.

Недостатки керамики

• жесткость;
• иногда в процессе эксплуатации появляется характерный скрип;
• возможность разрушения либо по причине неправильной техники установки, либо сама по себе из-за нарушенной технологии производства имплантата;
• колкость (преимущественно в монокерамической паре, но в последнем поколении материалов почти не случается);
• продукты трения (дебрис) еще больше увеличивают скорость износа протеза. Также их наличие может спровоцировать растворение костной ткани в ложе имплантата. При ревизионных операциях полностью удалить все частицы довольно тяжело. Поэтому применение биоактивных видов керамики при изготовлении эндопротезов спорно.

Еще одним недостатком эндопротезов из керамики является их высокая стоимость. Однако узел трения керамика-полиэтилен не во многом уступает монокерамическому, но цена значительно ниже.

Исследования 83-х монометаллических (46) и монокерамических (37) узлов трения на коррозийную устойчивость показали, что керамические головки существенно снижают коррозию конуса, в котором крепится ножка.

Производители керамических имплантатов

Сама технология производства керамики достаточно сложна. По этой причине большинство производителей (Zimmer, Smith&Nephew, Biomet, Aesculap, B. Braun, DePuy, Stryker) закупают материал на единственном в своем роде заводе компании немецкой компании CeramTec (выпускает керамику с 1974 года, владеет 93% рынка). За все время существования компания сменила 3 поколения и в данный момент специализируется на 4-м поколении материала − Biolox delta, из которого изготавливаются все инновационные серии имплантатов.

Особое внимание следует уделить недавней разработке российских ученых – нанокерамике. Это уникальный аналог Biolox delta, ни в чем ему не уступающий. Исследования в этой области начались в 2011 году ЗАО «НЭВЗ-керамикс», а в 2015 был имплантирован первый нанокерамический тазобедренный протез. Продукцию уже оценил такой крупный производитель как концерн Johnson&Johnson (DePuy), предложив совместное участие в проекте.

Изделие из нанокерамики может прослужить от 20 лет без замены. Отличается высокой биоинертностью и прочностью. Благодаря достаточно низкой цене в скором времени эти протезы будут широко использоваться при проведении операций по замене тазобедренных суставов в составе государственной программы выдачи квот.

Срок службы эндопротезов

На срок службы влияет не только материал изготовления и мастерство врача, но и различные заболевания типа хронического полиартрита, а также уровень физической активности, состояние костной ткани и вес пациента. Средний срок для тазобедренного имплантата – 10-25 лет. Но это только расчетное время.

Металлические головки в паре с полиэтиленом изнашиваются примерно через 10 лет, а керамические служат гораздо дольше. Керамические эндопротезы тазобедренного сустава самые прочные, со сверхнизким темпом износа (0,0001 мм в год). При благоприятных условиях могут прослужить не одно десятилетие.

Но большинство ревизионных операций проводится не из-за износа, а по причине расшатывания конструкции и дестабилизации сустава.

Характеристики современных эндопротезов

Современные эндопротезы сконструированы из прочных, биоинертных частей, идентичных по форме суставным структурам. Правильный выбор имплантата и мастерство хирурга — залог быстрого возвращения пациента к активному образу жизни. В настоящее время возможна замена даже мелких сочленений пальцев рук и ног.

При выборе имплантата врач учитывает множество факторов. И это не только вид диагностированной у пациента патологии, но и характеристики искусственного сустава:

• количество составляющих — двухкомпонентные, трехкомпонентные;
• способ соединения компонентов — связанные, полусвязанные, несвязанные;
• конгруэнтность — блоковидные, бисферические, вогнуто-выпуклые, двояковыпуклые, сферические, сфероидальные, цилиндрические, усеченно-цилиндрические, конические;
• форма частей — анатомические, неанатомические.

Успех операции обусловлен и правильным выбором хирургом способа фиксации эндопротеза. Для цементного крепления используется специальный высокопрочный полимер, называемый еще «костным цементом». А при бесцементной фиксации применяются особые полые конструкции, в дальнейшем заполняемые костными тканями.

Какие бывают головки?

Головки различаются между собой глубиной посадки на ножку, благодаря чему хирург во время операции регулирует расстояние между телом ножки и чашкой. Чем короче головка (то есть чем больше глубина ее посадки), тем меньше ее толщина и, следовательно, запас прочности. Глубину посадки головки часто подбирают непосредственно в ходе операции таким образом, чтобы эндопротез был стабилен.

Обычно головки имеют правильную сферическую форму, но бывают и исключения. Например, некоторые модели имеют форму искривленной сферы, что, по данным производителя, позволяет уменьшить износ на 80%. Однако эта новая революционная технология пока еще не получила широкого признания.

Материал, из которого изготавливается головка, должен соответствовать, во-первых, материалу, из которого сделана ножка, а во-вторых, материалу, из которого изготовлен вкладыш. Головки могут быть металлическими и керамическими.

Раньше металлические головки делали из нержавеющей стали, но они были недостаточно прочными и сильно изнашивались. Сейчас головок из обычной нержавеющей стали уже не делают, а для их изготовления используют сплавы, содержащие кобальт, никель, хром, титан.

Неизбежным недостатком металлических головок является то, что при трении они постепенно изнашиваются, а продукты трения в виде ионов металлов проникают в окружающие ткани (мышцы, связки, кость) и с током крови попадают в другие органы (почки, печень и другие).

У пациентов, которым установлены эндопротезы с металлической головкой, в крови всегда обнаруживаются ионы металлов, из которых состоит головка, но их концентрация достаточно мала и не несет никакого вреда. Однако пропитывание ионами металлов мышц, окружающих тазобедренный сустав, представляет собой определенную проблему.

Безусловно, сплавы, использующиеся в производстве головок, постоянно совершенствуются, и ученые стараются сделать головки более долговечными, а продукты трения — менее токсичными. Например, в последнее время все большее распространение получают головки из циркониевых сплавов, которые обладают хорошей устойчивостью к трению, не разрушают вкладыши, меньше корродируют в месте контакта с конусом ножки, а продукты их износа малотоскичны.

Керамические головки, в отличие от металлических, гораздо меньше истираются при движении, а их продукты трения нетоксичны. Однако, к сожалению, этот материал достаточно дорог. Более того, производство керамических головок и вкладышей это очень сложно, и поэтому практически все производители эндопротезов не выпускают керамические головки и вкладыши самостоятельно, а закупают их у фирмы CeramTec, медицинское подразделение которой выпускает керамические компоненты эндопротезов с 1974 года. Керамические головки изготавливаются на основе оксида алюминия или циркония или на основе смеси оксидов этих металлов.

Пожалуй, у керамических головок только два недостатка. Во-первых, керамика — потенциально хрупкий материал и может расколоться при установке компонентов эндопротеза или при падении, прыжке и т. д. Однако на практике и в жизни  такое случается крайне редко: риск перелома головки составляет около 1%.

Во-вторых, керамические головки могут скрипеть при движении, особенно если они используются вместе с керамическим вкладышем. Иногда этот скрип даже слышен окружающим, но, к счастью, в большинстве случаев керамика бесшумна.

Искусственный тазобедренный сустав

Имплантат тазобедренного сустава состоит из чаши, повторяющей форму вертлужной впадины, закрепленного внутри вкладыша, ножки и головки. Используются протезы, изготовленные из таких материалов:

• металл-металл. Конструкция отличается повышенной износоустойчивостью, поэтому часто устанавливается пациентам, которые ведут активный образ жизни. Современные эндопротезы изготавливаются из титана или кобальтохромовых сплавов. К их недостаткам можно отнести повышенную вероятность металлоза мягких тканей, проявление системного токсичного действие ионов металла, попавших в кровоток;
• металл-полиэтилен. Относительно бюджетный вариант, но недолговечный. Металлическая головка довольно быстро изнашивается, но сложный полимер вкладыша вертлужной впадины хорошо снижает силу трения;
• керамика-керамика. Это самые качественные имплантаты: устойчивые к трению, с полным отсутствием токсичности и длительным сроком эксплуатации. У них только один «минус» — относительно высокая стоимость;
• керамика-полиэтилен. Из керамики выполнена искусственная бедренная головка, поэтому прослужит она долго. А полимерный вкладыш вертлужной впадины изготовлен из сложного полимера, практически не поддающегося истиранию.

Эндопротезирование тазобедренного сочленения бывает двухполюсным и однополюсным. В последнем случае в ходе операции выполняется замена только головки бедренной кости пластиковым, металлическим или керамическим имплантатом. В настоящее время этот метод хирургического вмешательства практикуется достаточно редко.

Какая пара трения эндопротеза тазобедренного сустава подойдет мне?

Вкладыш, внутри которого происходит вращение головки эндопротеза, во время операции вставляется в чашку и блокируется в ней. Вкладыши бывают полиэтиленовые, металлические и керамические.

Комбинация материалов головки и вкладыша определяет пару трения. У цементных эндопротезов пара трения всегда металл—полиэтилен (металлическая головка и полиэтиленовый вкладыш), а в бесцементных эндопротезах пары трения могут быть разными.

Все пары трения, которые используются в современном эндопротезировании тазобедренного сустава, очень износостойки. Теоретически вкладыш из высокомолекулярного полиэтилена, контактирующий с металлической головкой, 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. Скорость износа пары трения керамика-полиэтилен составляет 0,1 мм в год, поэтому вкладыша толщиной 8-9 мм хватит уже на 80-90 лет!

Скорость износа пар трения металлметалл, керамика—керамика или 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.

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 не исчезают в никуда: они могут раздражать кость и мышцы, всасываться в кровь и оказывать местное (только рядом с эндопротезом) или системное (по всему организму) токсическое действие.

Продукты трения высокомолекулярного полиэтилена не всасываются в кровь, а раздражают кость, что может привести к расшатыванию ножки или чашки эндопротеза. Для того чтобы уменьшить токсическое действие этих веществ на кость, в последнее время полиэтилен стали «пропитывать» витамином E, обладающим свойствами антиоксиданта.

Скапливаясь в окружающих мышцах, продукты трения полиэтиленового вкладыша могут вызывать образование болезненных псевдоопухолей, но, к счастью, при использовании современного высокомолекулярного полиэтилена это осложнение практически не встречается.

Продукты трения металла меньше раздражают кость, но они активно накапливаются в окружающих мышцах и всасываются в кровь. Псевдоопухоли окружающих мышц при использовании пары трения металл-металл встречаются намного чаще, чем у пары трения металл—полиэтилен. Точная частота развития этого осложнения неизвестна, но, по всей видимости, ее можно оценить в 1—2%.

Распространение ионов металлов с током крови по внутренним органам обнаруживается только лабораторными анализами и неопасно для здоровых органов, но может усугубить их поражение при наличии сопутствующих заболеваний. Пару трения металл—металл также следует с осторожностью использовать в тех случаях, когда планируется беременность, поскольку ионы металлов могут проникать в пуповинную кровь. Продукты трения керамики практически нетоксичны.

Металл—полиэтилен

Подходит как мужчинам, так и женщинам, планирующим вести умеренный образ жизни без занятий спортом. Общепризнанно, что эта пара трения может безопасно использоваться у людей старшей и, возможно, средней возрастных групп, однако в точности возрастной критерий не определен.

Многие считают, что эта пара трения оправдана у людей старше 60 лет, но во многих странах ее используют и у людей 40—60 лет. Продукты износа не всасываются в кровь и не оказывают вредного системного действия, а могут действовать только местно, нарушая прочность кости вокруг эндопротеза и, теоретически, способствуя расшатыванию ножки (реже — чашки).

При использовании этой пары трения рекомендовано  ежегодно делать рентгеновские снимки, чтобы оценивать степень износа вкладыша.

Металл—металл

Больше подходит мужчинам с высоким уровнем физических нагрузок, 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).

Керамика—керамика

Подходит, пожалуй, пациентам всех возрастов. Из-за высокой стоимости не всегда целесообразна: 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) сочетают в себе достоинства и, увы, недостатки вышеописанных пар.

Эндопротезы коленного сустава

Естественное коленное сочленение состоит из трех отсеков — медиального, расположенного с внутренней стороны, внешнего бокового и бедренного, находящего под коленной чашечкой. У искусственного сустава значительно более сложная конструкция. Она представлена следующими компонентами:

• большеберцовый. Это металлическая платформа, оснащенная пластиковой вставкой и крепящаяся к голени в ее верхней части. Обычно при изготовлении этого части производители используют титановые сплавы;
• бедренный. Крупный, изогнутый компонент, фиксируемый на бедренной кости, в процессе эксплуатации подвергающийся серьезным нагрузкам. Поэтому для его производства применяются керамика и металл, например кобальтохромовый сплав;
• коленный. Часть куполообразной формы, которой заменяется поврежденная коленная чашечка. Хорошо выдерживает повышенное трение при ходьбе, сгибании и разгибании сочленения, так как выполнена из высокопрочного полиэтилена;
• пластиковая прокладка. Расположена между большеберцовым и бедренным компонентами, предназначена для плавного смещения других частей относительно друг друга. Выполнена прокладка из прочного и одновременно упругого, эластичного пластика.

Ранее обычно использовались искусственные суставы с фиксированной опорой. Это традиционный тип эндопротезов с полиэтиленовой большеберцовой частью и мягким бедренным компонентом. В последнее время такие изделия применяются только для протезирования пожилых пациентов из-за низкого диапазона доступных движений (около 40%).

Сейчас востребованы подшипниковые эндопротезы коленного сустава. Они обеспечивают отличную мобильность колену, в том числе за счет дополнительных градусов вращения. Подшипниковый протез становится как бы естественной частью ноги, а его функциональность напрямую зависит от состояния связочно-мышечного аппарата.

Эндопротезы коленного сустава

Керамика—керамика

Срок службы искусственного сустава часто становится определяющим фактором при его выборе. Чем он дольше, тем реже проводится ревизионное эндопротезирование, то есть плановая замена изношенного сочленения. При повторной установке хирург спиливает часть собственной кости пациента. С каждой последующей заменой количество костных тканей сокращается.

• грамотное проведение хирургического вмешательства;
• качество используемого протеза;
• выполнение пациентом всех врачебных рекомендаций в период реабилитации.

Хороший эндопротез прослужит 25 лет и более, если он не подвергается повышенным нагрузкам. Средний срок службы имплантата, изготовленного из полиэтилена и металла — от 15 до 20 лет. Он может сокращаться из-за избыточной массы пациента, наличия у него хронических патологий, особенно аутоиммунных, эндокринных, метаболических.

Благодаря квотам на эндопротезирование, установкой искусственных тазобедренных и коленных суставов занимаются многие российские клиники. Но вот производство отечественных имплантатов не поставлено на широкий поток. Поэтому при выполнении операций обычно используются импортные протезы, чаще американские или европейские. Китайские модели менее востребованы. Их стоимость существенно ниже, но качество нередко оставляет желать лучшего.

При выборе эндопротеза не всегда стоит ориентироваться на его цену, но именно она часто определяет качество, становится залогом длительной и беспроблемной эксплуатации. В подавляющем большинстве случаев хирурги-ортопеды отдают предпочтение искусственным тазобедренным суставам от таких производителей:

• Зиммер. Международная корпорация, несколько десятилетий занимающаяся разработкой и совершенствованием эндопротезов. Продукция Зиммер высокого качества, что и определяет ее цену. Протез для однополюсного протезирования обойдется пациенту в 80-85 тысяч рублей, для двухполюсного — до 230 тысяч рублей;
• Джонсон-Джонсон. Это известный производитель внешних и внутренних протезов, но в нашей стране его изделия не слишком востребованы. Стоимость качественного имплантата от Джонсон-Джонсон варьируется в пределах 150-200 тысяч рублей;
• Биомет. Компания по изготовлению медицинских устройств выпускает эндопротезы отличного качества с длительным сроком службы. Но их цена достаточно высока. Керамический имплантат стоит от 270 тысяч рублей и выше;
• Stryker. Это международная корпорация, специализирующаяся на производстве ортопедической продукции. Изготавливаемые ею эндопротезы надежны, прочны, с хорошими техническими характеристиками. Средняя стоимость эндопротеза — 250 тысяч рублей.

Цены искусственных коленных суставов несколько ниже, но не намного. Они зависят как от производителя, так и от конструкции. Имплантаты для тотального эндопротезирования стоят от 50 до 200 тысяч рублей. Частичная замена обойдется пациенту несколько дешевле (на 20-40%).

Эндопротезирование тазобедренного сустава часто является единственным методом восстановления двигательной активности. Установка имплантата ликвидирует болевой синдром, который не покидает пациента при заболеваниях опорно-двигательного аппарата.

Современные виды протезов сконструированы так, чтобы полностью имитировать родной сустав и выполнять его функциональные способности.

Из большого количества эндопротезов можно подобрать подходящий имплант. Иногда пациенты пытаются самостоятельно подобрать имплантат, изучают марки, модели, разновидности. Ортопеды часто слышат от пациентов следующее:

• Недавно я прочитал (-ла), что самый надежный протез изготавливают из керамики.
• Протез с цементным креплением — устаревшая модель, а бесцементная — хороший вариант.
• Самые лучшие протезы — иностранные, они имеют положительные отзывы.

Первый миф, который следует развеять — не существует самого лучшего эндопротеза.

Второй — для замены ТБС есть много вариаций ортопедических конструкций: какие-то из них получше, другие чем то уступают в одном, но превосходят в другом. Речь идет об известных компаниях, работающих на рынке ортопедии не первый год.

Существуют недорогие модели, но есть и дорогие протезы. Это не означает, что вариант подешевле может оказаться на?