Эндопротезы

Эндопротез — заменитель сустава человека, который может состоять из разных комбинаций металла, керамики и пластика. Операция по установке эндопротеза (эндопротезирование) может понадобиться людям с хроническими заболеваниями, такими как остеоартроз, ревматоидный артрит, диспластический, посттравматический артрит, а также после серьезных травм. После установки искусственного сустава он может прослужить, при правильном пользовании, больше двадцати лет. Современной медицине удалось побороть множество инвалидизирующих состояний и заболеваний благодаря введению в широкую практику эндопротезирования суставов.

Содержание

  1. Материалы в эндопротезировании;
  2. Характеристика эндопротезов;
  3. Виды фиксации эндопротезов;
  4. Узел трения эндопротеза;
  5. Осложнения связанные с эндопротезированием;
  6. Вопросы, которые должен задать пациент своему хирургу.

Материалы в эндопротезировании

В эндопротезировании большое значение придается выбору металлов и их сплавов, пластмасс, керамики, которые должны обладать совместимостью с живыми тканями с одной стороны, и надежными физико-химическими свойствами с другой.

Ниже рассмотрены основные материалы, из которых изготовляют эндопротезы суставов человека. 

Металлы и их сплавы

Сталь представляет собой сплав железа, углерода и других элементов. Известны три основных типа нержавеющей стали: феррит, аустенит и мартенсит. Эти сплавы различаются по своим характеристикам (прочность, устойчивость к коррозии, магнитными свойствами, стабильность и др.), и подбираются исходя из условий конкретного случая.

Кобальтово- хромовые сплавы часто применяются для изготовления хирургических имплантатов в ортопедии и стоматологии. Такие сплавы могут содержать разные количества вольфрама, углерода, молибдена, никеля и железа. Они обладают высокими технологическими свойствами и позволяют изготовлять тонкостенные высокоточные отливки. Ведущие зарубежные фирмы применяют сложные технологические приемы для уплотнения кобальтовых сплавов, в результате получаются высокопрочные материалы с высокой твердостью и устойчивости к истиранию. Сплавы на основе кобальта и хрома имеют длительный период эксплуатации трущихся поверхностей, что дает им преимущество перед другими сплавами. Все это обусловило их название “стеллиты” — “звезды” среди сплавов.

Титан и его сплавы. Сплавы титана начали использовать как альтернативу стали и других сплавов еще в 1951 году. Первые наблюдения за титановыми пластинами и винтами для лечения переломов показали, что негативная реакция тканей организма отсутствует, а костная ткань плотно контактирует с титановыми изделиями и даже врастает в неровности их поверхности. Это подтверждает высокую биологическую совместимость титана с живой тканью, что в меньшей степени свойственно другим распространенным сплавам. Современные сплавы титана имеют высокую прочность,  коррозионную устойчивость и низкую токсичность.

Тантал был введен в ортопедическую хирургию в конце прошлого века, когда этот сплав начали использовать для изготовления протезов тазобедренного и коленного суставов. По своим свойствам тантал во многом напоминает титан: он также биосовместим, имеет высокую прочность и устойчивость к коррозии. Испытания тантала показали отличное сцепление с костной тканью и соответствие упругости эндопротезов упругости костей (что способствует практически естественной передаче нагрузок). Кроме того, пористость тантала способствует васкуляризации (образованию кровеносных сосудов) костной ткани.

Керамика

Использование керамики в ортопедии было начато в начале прошлого столетия, и быстро вошло в широкую практику благодаря высокой твердости (например, твердость керамики в четыре раза превышает твердость титана).

Многие виды керамики используют для изготовления отдельных компонентов эндопротезов, для трущихся изделий в узле движения, в качестве покрытия поверхностей.

Керамика — это поликристаллический материал, который представляет собой устойчивое соединение металлов с газами (кислород, азот или углерод), которые внедряются в структуру металлов и изменяют их свойства. Получают оксидную керамику (соединение металла с кислородом), нитридную (соединение металла с азотом) и карбидную (металл с углеродом). 

Наиболее часто используется алюминиевая керамика, которая обладает очень высокой устойчивостью к высокой температуре и хорошо смачивается. Это важно для материалов, которые используются в узле трения. Еще одно ценное свойство керамики — биосовместимость как в виде цельного фрагмента, так и в виде мельчайших частиц.

Керамика последних лет, благодаря улучшению микроструктуры, более чистая, с малой величиной зерен, не пористая, высокопрочная и с отличной устойчивостью на излом.

Пластмассы

Пластмассы находят широкое применение в ортопедии. В искусственных суставах они используются для изготовления суставных поверхностей в узле подвижности, а также для смягчения жестких нагрузок во время ходьбы, которые могут вызывать нестабильность протеза. В медицине применяют различные пластмассы: полиуретан в хирургии сердца и крупных сосудов; силикон в урологии, оториноларингологии и пластической хирургии, а также для изготовления эндопротезов суставов кисти. Большое распространение в производстве эндопротезов получил сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) в паре с керамикой или металлическими компонентами. Сюда же относиться и костный цемент, используемый для фиксации искусственных суставов в костях.

Характеристики материалов

Физико-механические свойства материалов, используемых при изготовлении эндопротезов очень важны. Для выбора подходящего материала необходимо определить величину нагрузок, которым имплантат подвергается в процессе эксплуатации.

Вот основные свойства материалов, влияющие на их поведения под воздействием внешних сил:

  • предел прочности;
  • предел текучести;
  • усталостная прочность;
  • модуль упругости;
  • пластичность;
  • твердость;
  • биосовместимость;
  • биоадгезия или остеоинтеграция;
  • трибологические свойства;

Характеристика эндопротезов

Эндопротезы принято классифицировать зависимо от характеристик их отдельных составляющих и параметров самого искусственного сустава.

По признаку количества костной ткани, удаляемой во время операции, все эндопротезы можно разделить на поверхностные, шеечные, тотальные (проксимальные, промежуточные и дистальные), ревизионные, однополюсные, онкологические и специальные сегментарные.

Также эндопротезы можно разделить на группы в зависимости от способа фиксации, характера применяемого материала и т.д.

Такие компоненты как ножка, шейка (для тазобедренного сустава), головка и чашка эндопротеза, а также способ фиксации, пара трения в узле движения и используемые в изготовлении материалы чаще всего включают такие варианты:

  • Ножка эндопротеза. К основным характеристикам ножки эндопротеза включают форму, материал изготовления и характер поверхности. Форма ножки может быть коническая, цилиндрическая, винтовая, адаптированная, с расщепленным концом, прямая, изогнутая, S-образная, с воротником и без воротника, различного сечения (круглая, прямоугольная, плоская, трапециевидная, овальная и др.). Среди материалов, используемых для изготовления ножек эндопротезов, чаще всего используют сталь, титановые и комохромовые сплавы. Характер поверхности ножки эндопротеза может быть пористый (полностью или частично), структурированный (сетка, шарики и др.), плазменные напыления других материалов. 
  • Шейки эндопротезов, кроме вышеописанных характеристик, отличаются по своему расположению (медиальная или латеральная) и месту фиксации (проксимальная, промежуточная, латеральная).
  • Головки эндопротезов могут быть монолитными с шейкой, съёмными или двойными, различных диаметров и глубины посадки. Среди используемых материалов выделяют титан, керамику, сталь, комохром и цирконий.
  • Чашка эндопротеза по форме может быть сферическая, эллипсовидная, циллиндрическая, коническая, квадратная, с винтовой нарезкой, шипами, отверстиями для крепления винтами, расщепляющимися стенками. Среди материалов — металл, керамика, металл с полиэтиленовым вкладышем.
  • Пару трения в узле движения составляют металл-полиэтилен, керамика-полиэтилен, металл-металл, керамика-керамика или керамика-металл.
  • Фиксация эндопротеза может быть цементная, бесцементная, гибридная или смешанная.

Виды фиксации эндопротезов

Один из главных вопросов, возникающих в области эндопротезирования — выбор способа фиксации эндопротеза к костной ткани. Существующее многообразие компонентов искусственных суставов объясняется в первую очередь поиском способа их надежной фиксации.

Надежная фиксация эндопротеза в костной ткани — основное условие стабильности и длительности функционирования имплантатов. Существует пять основных факторов, которые влияют на выбор метода фиксации искусственного сустава:

  1. форма ножки;
  2. поверхность контакта ножки имплантата и костного цемента;
  3. цементная мантия;
  4. поверхность контакта костного цемента и кости;
  5. состояние костной ткани.

Существует четыре метода фиксации эндопротеза в костной ткани: цементный, бесцементный, гибридный и смешанный.

Цементная фиксация

Цементный способ фиксации эндопротеза предусматривает заполнение кости специальным веществом, которое затвердевает после погружения в него ножки имплантата. Эта методика появилась в самом начале развития практики эндопротезирования и длительное время считалась золотым стандартом фиксации. Со временем многие исследования начали показывать несовершенность цементной фиксации, что подтолкнуло медицину к улучшению существующих материалов и на поиск принципиально новых методик.

Бесцементная фиксация

Бесцементная фиксация эндопротезов представляет собой два взаимосвязанных направления:

  • использование эндопротезов с плотной посадкой компонентов;
  • использование структурированных поверхностей для врастания костной ткани в материал эндопротеза.

В основу первого метода положено максимально плотное заполнение имплантатом объема костномозгового канала для предотвращения смещений ножки протеза от заданной оси.

Второй предусматривает прямой контакт лишь части поверхности имплантата и костью (для этого поверхность ножки специально создается с определенной текстурой). В дальнейшем свободное пространство заполняется костной тканью, которая служит дополнительным фактором фиксации.

Гибридная и смешанная фиксация

Анатомические особенности разных суставов и индивидуальные особенности клинических случаев зачастую требуют использования гибридной или смешанной фиксации эндопротезов. 

Гибридная фиксация означает использование разных методов для разных компонентов. Например, при эндопротезировании тазобедренного сустава, имеет смысл фиксировать бедренный компонент цементным способом, а вертлужный — бесцементным.

Смешанная фиксация подразумевает комбинирование разных методов на одном компоненте. Например, верхняя часть ножки погружается в костный цемент, тогда как нижняя часть (вследствие другой структуры костной ткани) может фиксироваться бесцементным способом.

Узел трения эндопротеза

Узел трения эндопротеза — движущаяся часть эндопротеза,  “золотая сердцевина”, от которой зависит долговечность сустава и его функциональность. Помимо используемых материалов контактирующих элементов узла трения, существует еще ряд факторов, влияющих на функциональность и надежность эндопротеза.

Идеальный узел трения любого эндопротеза должен обладать низким коэффициентом трения и минимальным износом трущихся поверхностей. Выполнение этих условий было и остается главной целью при проектировании искусственных суставов. К сожалению не существует одного идеального рецепта создания идеального эндопротеза и все пары трения обладают как плюсами, так и недостатками.

Осложнения связанные с эндопротезированием

Осложнения, связанные с эндопротезированием, могут возникать во время операции, в раннем или позднем послеоперационном периоде.

Интраоперационные осложнения

Список осложнений, которые могут возникнуть во время самой операции включает:

  • Переломы костных структур. Так как операция эндопротезирования достаточно травматична (требуется удаление части костей и других тканей для замещения их на искусственный сустав), всегда существует небольшая вероятность получения избыточной операционной травмы.
  • Преждевременная полимеризация костного цемента — очень редкостное осложнение, которое может возникнуть вследствие слишком высокой температуры в операционной или низкого качества костного цемента. Такие случаи остались в прошлом, так как в каждой современной операционной есть кондиционер, а материалы для эндопротезирования постоянно совершенствуются и подвергаются контролю качества.
  • Внутриоперационная кровопотеря, которая всегда присутствует при таких операциях, иногда становиться слишком массивной. Несмотря на это, эндопротезирование всегда проводиться в плановом порядке и операционные бригады готовы к избыточным кровотечениям. Это практически никогда не приводит к серьезным и долгосрочным последствиям.
  • Жировая эмболия — грозное состояние, которое может развиться во время установки ножки протеза. Современные методы выполнения операции и опыт хирургов позволяют значительно снизить риск жировых эмболий.

Осложнения в ранние сроки после операции

В период восстановления после операции могут развиваться такие осложнения как:

  • Образование послеоперационной гематомы. Кровоточивость мягких тканей и обнаженной кости наблюдаются у всех пациентов в первые дни после эндопротезирования. Для предотвращения образований гематом хирурги устанавливают дренажные трубки, по которым кровь покидает операционную рану.
  • Развитие тромбофлебитов и тромбозов. Кровяные тромбы в венах образовываются вследствие нарушения кровотока во время операции и послеоперационного периода. Чаще тромбы появляются при операциях на ногах (замена тазобедренного, коленного сустава). Для профилактики этого осложнения врачи назначают прием специальных препаратов и ношение компрессионных повязок/чулков.
  • Послеоперационная анемия (сниженное количество красных кровяных телец) считается нормальной реакцией организма на операцию и без труда устраняется переливаниями донорской крови или кровозаменителей.
  • Развитие пролежней может наблюдаться у больных, которые длительное время находятся в лежачем положении, ослабленных, пожилых пациентов, особенно с сахарным диабетом, низкой или избыточной массой тела.
  • Вывих головки эндопротеза может наблюдаться при погрешностях техники выполнения операции, неправильной реабилитации, несоблюдении пациентом назначений врачей, падений, недостаточной силе фиксирующих мышц.
  • Поверхностное нагноение мягких тканей чаще всего ограничиваются кожей и успешно предотвращаются профилактическим применением антибиотиков. Нагноение глубоких тканей встречается крайне редко.
  • Развитие застойной пневмонии может угрожать ослабленным пациентам, которые длительное время пребывают в постели после операции.
  • Неврологические нарушения. Эти осложнения могут развиваться вследствие повреждения нервов, которые находятся в области проведения операции. Со временем большинство неврологических расстройств ослабевают и исчезают.

Осложнения в поздние сроки после операции

После выписки из больницы пациенту рекомендуют пройти курс реабилитации. Задача реабилитации состоит в закреплении успеха оперативного вмешательства, восстановлении трудоспособности и профилактике вероятных осложнений.

К осложнениям, которые могут развиваться в позднем послеоперационном периоде причисляют:

  • Вывих головки эндопротеза. Факторами риска развития этого осложнения для разных суставов могут быть женский пол, повторные операции на суставе, нервно-мышечные заболевания, низкий тонус мышц и др.
  • Остеолиз (разрушение костной ткани) вокруг имплантата — одно из самых грозных поздних осложнений после эндопротезирования. Причины развития остеолиза является образования продуктов износа, которые, проникая в область контакта эндопротеза и кости, вызывают разрушительные биологические реакции.
  • Расшатывание и нестабильность компонентов эндопротезов — осложнение, вероятность которого увеличивается пропорционально термину эксплуатации имплантата. Этому состоянию больше подвержены пациенты с остеопорозом, ревматическими заболеваниями, пожилые люди и больные на гемодиализе. Несоблюдение рекомендаций врачей также значительно увеличивает риск расшатывания и нестабильности.
  • Позднее инфицирование глубоких тканей.
  • Переломы ножки эндопротеза наблюдаются крайне редко, в основном спустя 5-6 лет после операции.
  • Stress-shielding синдром может развиваться при использовании эндопротезов с бесцементной фиксацией. Суть синдрома состоит в недостаточной фиксации верхнего отдела ножки и разрежение костной ткани вокруг. Это делает протез подвижным по типу перевернутого маятника.

Вопросы, которые должен задать пациент своему хирургу

Перед операцией врачи дают пациентам информацию, которая может помочь в послеоперационном периоде. Никогда не стоит стесняться задавать вопросы своему врачу.

Следующий список вопросов может помочь в разговоре с врачом:

  • какие будут последствия, если отказаться от операции?
  • каковы вероятности осложнений операции и что именно может произойти?
  • есть ли у меня повышенные риски осложнений?
  • как я могу снизить риски осложнений?
  • опыт врача более важен чем качество эндопротеза?
  • делал ли хирург такие операции ранее и занимается ли он эндопротезированием на постоянной основе?
  • как много операций по замене сустава проводиться в этой больнице за год?
  • какой силы боли стоит ожидать после операции и как с ней бороться?
  • как долго придется оставаться в больнице?
  • необходима ли реабилитация после операции и как она будет происходить?
  • как изменятся мои возможности после операции, что будет необходимо делать и что будет противопоказано?
  • к кому я могу обратиться после операции, если мне понадобиться помощь или дополнительная информация?
Ответить