Certain problems of total joint replacement

Full Text

Начиная с конца прошлого столетия, когда J. Charnley и несколько позже М. Muller создали первые образцы эндопротезов тазобедренного сустава, это новое направление ортопедии стало стремительно развиваться. Причиной тому послужило огромное количество больных с деформирующими заболеваниями суставов, помочь которым другими методами ортопедического лечения было трудно или невозможно. Вначале речь шла в основном о цементируемых эндопротезах, для чего J. Charnley был предложен костный цемент на основе полиметилметакрилата, который с теми или иными изменениями используется и по сей день. Позже появились модификации эндопротезов для бесцементной фиксации. Сегодня существует несколько десятков фирм, занимающихся производством эндопротезов суставов, как цементных, так и бесцементных, а также для ревизионного эндопротезирования.

Говоря о проблемах, стоящих перед производителями эндопротезов и хирургами-ортопедами, хотелось бы прежде всего коснуться социального и экономического аспектов. Число больных, нуждающихся в операциях эндопротезирования, в мире исчисляется 6—7 млн. В нашей стране таких больных не менее 1,5 млн. Это потенциально вполне работоспособные люди, имеющие II, а иногда и I группу инвалидности, которые после эндопротезирования могут вернуться к нормальному труду. Речь идет о больных, страдающих ревматоидным артритом, диспластическими поражениями, дистрофическими заболеваниями, в первую очередь коленного и тазобедренного суставов.

Существенно подчеркнуть, что, по нашим данным, стоимость лечения одного пациента соотносится с размером выплат по временной или постоянной нетрудоспособности как 1:42. Отсюда вытекает безусловная экономическая, не говоря уже о моральной, целесообразность развития в стране системы оказания помощи больным, нуждающимся в эндопротезировании суставов.

Первые отечественные эндопротезы тазобедренного и коленного суставов были созданы в ЦИТО проф. К.М. Сивашом. Это были неразъемные металло-металлические конструкции, которые не потеряли своего значения до настоящего времени. Сегодня мы имеем большой выбор эндопротезов суставов, прежде всего зарубежных фирм, для бесцементного и цементного крепления, с различными способами обработки поверхностей их компонентов.

Показано, что ни один из применяемых в настоящее время в эндопротезировании материалов: титан, кобальтохромомолибденовые сплавы, керамика, сверхвысокомолекулярный полиэтилен и др. — не обладает полной биологической инертностью. Поэтому важным направлением работы является поиск новых материалов, отличающихся достаточной механической прочностью и одновременно биологической совместимостью, или модификация существующих материалов, их поверхности путем создания биологически совместимых покрытий.

Путь, по которому идут многие ведущие фирмы-производители эндопротезов, — создание пространственно-развитой структуры поверхности эндопротеза с помощью специальных технологий. Так, фирма "Protek" прибегает с этой целью к формированию покрытия ацетабулярного компонента типа Sulmesh, представляющего собой пористую структуру на основе металлической сетки из протазула (кобальтохромомолибденовый сплав с примесью никеля).

Фирма "ESKA medical" выпускает несколько типов покрытий эндопротезов, наиболее перспективным из которых является покрытие типа коралло-форте: с помощью специальной достаточно дорогой технологии создается глубокая пористая структура на основе кобальтохромомолибденового литья (эндокаст). Такое покрытие при фиксации чашки эндопротеза методом press-fit обеспечивает очень хорошие условия для истинного прорастания костных структур в имплантат.

Одно из перспективных направлений — покрытие чашек и ножек эндопротезов слоем гидроксиацатита, представляющего собой естественную составляющую минеральной основы кости. Эти покрытия получили довольно широкое распространение и позволили достигнуть хороших отдаленных результатов.

Полимерным материалом, обладающим наибольшей биологической совместимостью, является политетрафторэтилен, или тефлон. Нами было высказано предположение, что модификация поверхности эндопротеза путем покрытия его тефлоном в виде велюра с высотой ворса 0,5—0,7 мм позволит, во-первых, изолировать металл от непосредственного контакта с костью и, во-вторых, создать тонкий демпфирующий слой между металлом и костью, что весьма существенно, если учесть разницу в модуле упругости кости и металла. Наконец, тефлоновый ворс должен обладать высокой степенью индифферентности по отношению к кости. Все эти предположения подтвердились при разработке сначала экспериментального, а потом и клинического образца эндопротеза тазобедренного сустава. Мы получили безупречные результаты в эксперименте. Клинический же опыт пока мал для достаточно обоснованных выводов.

Есть все основания полагать, что модификация поверхности эндопротезов, в том числе и путем создания пространственно-развитых структур, — вполне перспективное направление, здесь есть место и новым технологиям, и новым материалам.

Следующая важная проблема — улучшение трибологических характеристик пар трения в искусственных тазобедренном и коленном суставах. Сегодня большинство фирм, выпускающих эндопротезы тазобедренного и коленного суставов, используют в качестве пары трения сверхвысокомолекулярный полиэтилен и кобальтохромомолибденовый сплав, титан или керамику. Все эти пары достаточно хорошо зарекомендовали себя. Однако их коэффициент трения не идет ни в какое сравнение с коэффициентами трения естественного сустава.

Но дело даже не в этом или, точнее, не только в этом. Износ указанных пар трения в тазобедренном суставе составляет около 0,1 мм в год. Это не так мало. Продукты трения попадают в клетчатку, формирующую псевдокапсулу сустава, и вызывают нежелательную тканевую, клеточную реакцию. Поэтому поиски новых конструкций и материалов для изготовления пары трения продолжаются.

По интересному пути пошел крупнейший специалист в области эндопротезирования проф. М. Muller. Он вернулся к металло-металлической паре трения, но поместил металлическую чашку ацетабулярного компонента, имеющую толщину стенок 2 мм, во вкладыш из полиэтилена. Такая конструкция чашки обладает многими достоинствами, и эндопротезы тазобедренного сустава Мюллера, выпускаемые фирмой "Protek", хорошо зарекомендовали себя в клиниках. Это не означает, что исследования в данном направлении можно считать законченными. Правильно будет сказать, что проблема пары трения в эндопротезах суставов еще очень далека от разрешения и здесь необходим поиск и новых материалов, и новых технологий.

Следующая по значимости проблема — цементная фиксация эндопротезов. Не подлежит сомнению, что бесцементное крепление элементов тазобедренного, коленного, плечевого, локтевого и других суставов с биологической и биомеханической точки зрения предпочтительнее. Несмотря на все ухищрения химиков и технологов, костный цемент на основе полиметилметакрилата далеко не безупречен как в плане биологической совместимости, так и по своим физико-химическим и механическим свойствам. Высокая температура полимеризации при имплантации компонентов эндопротеза, постепенное разрушение цементной "мантии" в процессе функционирования искусственного сустава, приводящее к его вторичной нестабильности, делают костный цемент терпимым, но далеко не идеальным материалом в эндопротезировании крупных суставов.

Можно ли сегодня обойтись без костного цемента? Нет. Прежде всего потому, что около 20% больных, находящихся, например, в ЦИТО, которым требуется повторное эндопротезирование, нуждаются в применении костного цемента — без него осуществить имплантацию ревизионного эндопротеза просто невозможно.

Нельзя не принимать во внимание и то, что цементируемые эндопротезы по законам рынка значительно дешевле бесцементных. Поэтому цементируемые конструкции, в том числе и для первичного эндопротезирования, будут применять еще долгое время. Отсюда важнейшее направление исследований — разработка цемента, возможно, на другой, не полиметилметакрилатной основе. Наши исследования, проводимые совместно с НИИ химической физики РАН, показали принципиальную возможность разработки и выпуска такого цемента.

Разумеется, сказанное далеко не исчерпывает всей сложности, всех направлений разработки проблемы эндопротезирования. Конструкции эндопротезов, их дизайн, система первичного крепления в кости также стремительно совершенствуются, хотя, с нашей точки зрения, это уже вопросы второго плана, которые могут решаться в зависимости от успехов в разработке направлений, рассмотренных выше.

Хотелось бы затронуть еще один весьма важный для нас аспект. Нет сомнения в том, что сегодня гражданин России или другой страны СНГ не сможет заплатить за бесцементный эндопротез западного производства (1500 долларов США за тазобедренный, 2500 долларов за коленный). Вместе с тем, как уже упоминалось выше, в нашей стране в эндопротезировании нуждаются не менее 1,5 млн человек, и возвращение их к нормальной жизни и общественно полезному труду является важнейшей государственной задачей. Отсюда — необходимость производства отвечающих современным требованиям отечественных конструкций. На сегодня наиболее совершенную конструкцию и по современной технологии выпускает НПО "Композит". Стоимость эндопротеза тазобедренного сустава "Компомед" составляет около 200 долларов США. Правительством России принято Постановление от 27.03.95 о создании на акционерной основе на базе НПО "Композит" Медицинского центра эндопротезирования и реабилитационного лечения ветеранов Великой Отечественной войны, инвалидов войны и труда. Задачами этого центра будут как разработка и производство эндопротезов, так и их клиническая апробация, обучение специалистов, распространение изделий по лечебным учреждениям страны. Он должен стать методическим, учебным, клиническим и производственным центром эндопротезирования в России. К этому есть все предпосылки.

About the authors

Yu. G. Shaposhnikov

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files