Тазобедренный сустав (ТБС) является одной из самых важных структур опорно-двигательного аппарата человека, играющей решающую роль в его передвижении. Несмотря на наличие богатого связочного аппарата и толстого суставного хряща, с течением жизни факторы защиты изнашиваются, приводя к нарушению функционирования ТБС и образованию деструктивных необратимых изменений в нём. Для сохранения жизни пациентов, повышения её качества, а также восстановления функции нижней конечности в хирургической практике применяют эндопротезирование тазобедренного сустава. Данный метод имеет большое количество преимуществ: восстановление движений в области проведения эндопротезирования, активизация пациента за счёт допускаемой ранней нагрузки на конечность, возможность сохранить орган в результате хирургической операции [1].
При этом успешность операции и срок функционирования эндопротеза зависит от следующих факторов: возраста, иммунного статуса, физической активности пациента, применения рациональной оперативной техники. Нельзя не учитывать необходимость адекватного длительного реабилитационного лечения в послеоперационном периоде [2].
Немаловажным в эффективности ЭТБС является наличие сопутствующих заболеваний, изменяющих состояние костных, хрящевых и прилегающих к суставу мягких тканей (ревматоидная этиология, остеопороз, сахарный диабет, фоновая гормональная терапия и др.) [3].
Решающим фактором срока службы эндопротеза является материал, из которого данный протез изготовлен. Комбинация различных материалов позволяет увеличить срок эксплуатации и снизить риск возникновения осложнений в послеоперационном периоде [4].
Самой частой причиной повторного вмешательства в протезированный сустав является асептическая нестабильность его компонентов. Выбор оптимальной пары трения при изготовлении эндопротеза позволяет минимизировать факторы, вызывающие развитие асептической нестабильности, и увеличить его срок службы [5].
Данная статья направлена на обзор материалов, используемых при эндопротезировании ТБС (ЭТБС), их преимуществ и недостатков.
Проводилась оценка эффективности реабилитации после проведения хирургического вмешательства с целью эндопротезирования тазобедренного сустава в разных возрастных группах по восстановлению объема движения больных после операции. Основными причинами эндопротезирования в молодом возрасте (17 – 30 лет) были врожденный вывих бедра, ревматоидная патология, асептический некроз, миастения. Вторая возрастная группа больных от 31 до 40 лет по численности больше предыдущей: распределение по нозологии было следующим: преобладал коксартроз итравмы, затем следовал врожденный вывих бедра, ревматоиднаяпатология, болезнь Пертеса, асептический некроз и опухоль. В третьей возрастной группе от 41 до 50 основными причинами эндопротезирования тазобедренных суставов стали посттравматические изменения, ревматоидная патология, асептический некроз,оксартроз, врожденный вывих бедра, болезнь Пертеса, полиомиелит, защемление седалищного нерва. Пациенты возрастной группы 51–60 летнего возраста преобладали среди прооперированных с целью эндопротезирования. Причинами выполнения названной операции был коксартроз, травмы, ревматоидная патология, асептический некроз, врожденный вывих бедра. В возрастной группе от 61 до 70 лет операция эндопротезирования была показанием у пациентов с коксартрозом различной этиологии, с травмами, в том числе переломом шейки бедра, с ревматоидной патологией, с асептическим некрозом, с болезнью Пертеса.
1. Металл-полиэтилен. Наиболее часто применяемой парой трения в ЭТБС до середины 90-х годов являлся металл-полиэтилен. За годы практики протезирования были использованы сплавы различных металлов, такие как нержавеющая сталь, сплавы титана и кобальт-хромовые сплавы. Структура головок Co-Cr-Mo сплава представлена кобальтовой матрицей с примесью молибдена и хрома. Данная комбинация металлов обуславливает прочность и антикоррозионные свойства материалов. Головки металлических эндопротезов подвергаются физической обработке (нагревание, отжиг, обработка давлением, термоводородная обработка), что дополнительно увеличивает прочность материалов. Несмотря на высокую прочность и устойчивость к коррозии, в клинической практике наблюдается ряд осложнений при использовании пары трения металл-полиэтилен, ранее отмеченных в паре трения металл-металл.
Существует гипотеза, связанная с применением головок сплава Co-Cr-Mo и ножки из сплава Co-Cr или сплава Ti, которые являются причиной дебриса в точке контакта конической шейки с головкой протеза, что ранее наблюдалось в паре металл-металл. Отмечается выраженная местная реакция мягких тканей, за счет износа компонентов и образования дебриса (мусора) в узле трения [6]. Принимая во внимание данное осложнение, следует более избирательно относиться к применению пары трения металл-полиэтилен.
2. Керамика-полиэтилен. Под термином «керамика» в эндопротезировании подразумевается любой материал, не являющийся металлом или полимером. В ЭТБС керамика применяется благодаря своим качествам – жесткости, смачиваемости и биологической инертности. Изначально керамика позиционировалась как хрупкий и непрактичный in vivo материал [6]. Керамика современного поколения проходит химическую обработку для укрепления её механических свойств. Наиболее часто используемая алюминиевая керамика (Al2O3) имеет гексагональную структуру.
Последнее поколение керамики – Biolox-Forte (CeramTec. Ploching, Germany) [7]. Существующая структура полного окисления в данном сплаве даёт прочность и твердость материала, малый износ, биологическую инертность. Данные свойства керамикиделают её материалом выбора при эндопротезировании тазобедренного сустава. Но имеется также и отрицательный момент – это низкий порог прочности, склонность к переломам головки.
Керамика Biolox-Delta (CeramTec. Ploching, Germany) является алюминиевым сплавом с примесью атомов циркония, иттрия, и других окисей, таких как стронций и хром, что придаёт материалу специфический розовый цвет. Равномерное распределение иттрия по всей поверхности керамики способствует увеличению механической прочности эндопротеза. Применение керамики в ЭТБС обеспечило статистически значимое снижение частоты образования сером в области операционного вмешательства на 10,7%, относительно пациентов, прооперированных с использованием металлических материалов, что улучшало исходы выполненных операций эндопротезирования у пациентов [8].
Несмотря на имеющиеся преимущества керамических материалов, у эндопротезов присутствует риск перелома головок. Переломы керамики хорошо описаны в литературе, где в 13 % наблюдается перелом головки керамики первого поколения. Изменение качественного состава материалов, входящих в состав эндопротеза, позволило добиться его укрепления. Улучшения прочностных свойств добились уменьшением частиц оксидов, тем самым увеличилась плотность, что в конечном итоге уменьшило риск перелома керамических головок.
В настоящее время широкое распространение получила керамика 4-го поколения. В паре трения «керамика-полиэтилен», по данным компании Ceramtec, при использовании керамики 3-го поколения Biolox-Forte, на 100000 эндопротезов наблюдался 21 клинический случай перелома головок; износ полиэтиленового вкладыша был зафиксирован в 38 случаях. Аналогичное исследование проводилось в отношении керамики 4-го поколения Biolox-Delta: на 100000 случаев эндопротезирования в послеоперационном периоде были получены данные об одном случае перелома керамической головки и 26 случаях износа полиэтиленового вкладыша соответственно. Использование пары трения «керамика-керамика» (материал Biolox-Delta) позволяет значительно уменьшить риск перелома головки эндопротеза.
Использование пары трения «керамика-полиэтилен» с кросслинк-полиэтиленом позволило добиться отсутствия клинических случаев перелома.
3. Кросслинк-полиэтилен. Данный материал получил широкое распространение в эндопротезировании тазобедренного сустава с 60-х годов XX века. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ) является модификацией термопластичного полиэтилена, изначально использовавшегося в эндопротезировании суставов широкого спектра. Данный полимер, используемый в паре трения, отличается от имеющихся материалов высокой механической прочностью, ударной вязкостью и низким коэффициентом трения. Кросслинк-полиэтилен позволяет создать высокопрочные оперативные конструкции, выдерживающие более высокую нагрузку.
Материал производят путём стерилизации полимера этилена гамма-облучением 5-10 мРад [9]. В результате образуются молекулы с числом последовательно расположенных звеньев не менее 36000, а также свободные радикалы, создающие ковалентные связи между собой. В эндопротезе из данных материалов свободные радикалы крайне редко связываются с кислородом, растворённом в биологических жидкостях окружающих тканей, вследствие чего редко подвергаются биологическому окислению. Показатель окислительных процессов in vivo значительно ниже, чем in vitro. Основная причина ревизионного вмешательства после эндопротезирования тазобедренного сустава обнаруживается после изучения статистических и качественных различий материала имплантов.
Исследования износа in vivo показали, что увеличение уровня изнашивания приводит к остеолизу с исходящими последствиями. Исследование факторов износа позволило выявить закономерность – к остеолизу прилежащих к эндопротезу тканей приводит увеличение уровня объёмного износа на конструкцию. Данная взаимосвязь зависит от числа, размера и формы молекул кросслинк-полиэтилена. При изнашивании эндопротеза частицы заполняют перипротезное пространоство в зоне остеолиза. Это указывает на отдачу предпочтения материалам, обладающим более высокой механической прочностью, поскольку в данном случае продуцируется оптимальное количество биологически активных частиц изнашивания. Поперечно-связанный кросслинк-полиэтилен позволяет уменьшить степень износа эндопротеза [10].
В 2019 году опубликована статья, в которой были обозначены результаты использования пары трения «керамика – кросслинк-полиэтилен» [11]. Эндопротез был изготовлен с применением керамики последнего поколения Biolox-Delta в паре с кросслинк-полиэтиленом. Показатели скорости износа 0,006 мм/год являются одними из самых низких значений, зафиксированных в клинической практике.
Полученные данные указывают на увеличение выживаемости эндопротезов, изготовленных из кросслинк-полиэтилена. Малая распространённость и сравнительно недолгий срок использования в ЭТБС керамики Biоlox-Delta с кросслинк-полиэтиленом, ограничивают проведённое исследование, но позволяют предположить о сроке службы эндопротеза до 30 лет [11].
Проведенный обзор литературы по клиническим, морфологическим функциональным показателям эффективности эндопротезирования тазобедренного сустава, привел к мысли о необходимости анализа материала, используемого при изготовлении составляющих частей эндопротеза. На данном этапе развития научных исследований, нельзя не согласиться с авторами, сторонниками использования кремнийсодержащих составляющих – керамики последнего поколения Biolox-Delta в паре с кросслинк-полиэтиленом, значительно увеличивающих «выживаемость» эндопротезов, в том числе за счет остеинтеграции.
Эндопротезирование тазобедренного сустава применяется в хирургической практике для сохранения жизни пациентов, повышения её качества, а также восстановления функции нижней конечности. Фактором, определяющим срок службы эндопротеза и частоту возникновения послеоперационных осложнений в анамнезе, является применённый при его изготовлении материал. Наиболее часто применяемой парой трения в ЭТБС до середины 90-х годов являлся металл-полиэтилен. Комбинация металлов в парах трения «металл-металл» характеризовала себя как методика, формирующая значительное количество осложнений в послеоперационном периоде.
Керамика Biolox-Delta является алюминиевым сплавом с примесью металлов, придающих ей уникальные механические свойства. Использование пары трения «керамика-полиэтилен» позволило снизить риск ревизионного вмешательства и уменьшить частоту образования сером в области эндопротеза на 10,7% при сохранении его механической прочности.
На данный момент наиболее оптимальным материалом, применяемым для пары трения эндопротеза, является кросслинк-полиэтилен. Использование данного компонента в комбинации с керамикой последнего поколения Biolox-Delta в паре при проведении ЭТБС позволило снизить показатель износа, частоту возникновения осложнений и, следственно, необходимость ревизионного вмешательства в область тазобедренного сустава. Зафиксированный показатель износа пары трения «керамика – кросслинк-полиэтилен» является одним из самых низких, зафиксированных в клинической практике.