BACKGROUND: Russian ultra-high-molecular-weight polyethylene has previously demonstrated, in tribological pin-on-disk tests, a coefficient of friction comparable to commercial ultra-high-molecular-weight polyethylene grades Gur1020 and Gur1050 (Chirulen). From a clinical perspective, wear values of prosthetic components obtained under conditions simulating in vivo performance in accordance with GOST R ISO 14242-1—including kinematics, loading, and lubrication—are critical in the selection of orthopedic implants.
AIM: This study aimed to investigate the wear rate of experimental ultra-high-molecular-weight polyethylene liners in the hip joint bearing pair of a total hip prostheses according to GOST R ISO 14242 (Parts 1 and 2).
METHODS: It was a pilot single-center study; the object was the hip joint bearing pair with a total sample of four specimens. The study was experimental, with both quantitative and qualitative data obtained and monitored at 0.5, 1, 2, 3, 4, and 5 million cycles. The study control was both descriptive and quantitative, accounting for before–after values. Wear testing of hip prosthesis bearing pairs, one component of which was ultra-high-molecular-weight polyethylene manufactured by Engineering Polymers (Russia), was carried out in accordance with GOST R ISO 14242 (Parts 1 and 2) using a hip prosthesis wear simulator (Center for Technical Safety of Materials, Equipment, and Complex Systems, ElectronTest Group, Russia), which enabled evaluation of the wear resistance of the bearing pair. Wear mechanisms were analyzed using scanning electron microscopy, roughness assessment, and deviation from sphericity of the hip joint bearing components.
RESULTS: Baseline deviations from sphericity and surface roughness of the bearing components complied with GOST R ISO 7206-2. After 5 million cycles according to GOST R ISO 14242-2, the mean wear rate across three test pairs was 19.8 ± 2.1 mg/ million cycles, which, according to published data, is lower or comparable to wear rates reported in similar studies. Abrasive and fatigue wear of the inner surface of the liners was typical of ultra-high-molecular-weight polyethylene under these test conditions, manifested by polishing, scratching, particle detachment, and adhesion.
CONCLUSION: The experimental Russian ultra-high-molecular-weight polyethylene demonstrated a low wear rate compared with imported commercial analogs available on the Russian market, which, when used as an acetabular component material, will ensure the long-term clinical effectiveness of total hip prostheses.
Обоснование. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) отечественного производства продемонстрировал в ранее проведённых трибологических испытаниях «штифт на диске» значение коэффициента трения, не уступающее коммерческим образцам СВМПЭ марок Gur1020 и Gur1050 (Chirulen). С клинической точки зрения значения износа компонентов эндопротеза, полученные в условиях, имитирующих in vivo в соответствии с ГОСТ Р ИСО 14242-1, включая кинематику, условия нагрузки и смазки, имеют решающее значение при выборе ортопедических имплантатов.
Цель. Исследование степени износа вкладыша из экспериментального СВМПЭ пары трения эндопротеза тазобедренного сустава в соответствии с ГОСТ Р ИСО 14242 (части 1, 2).
Материалы и методы. Проведено пилотное одноцентровое исследование; объект — пара трения тазобедренного сустава при сплошной выборке четырёх образцов. Исследование является экспериментальным, с получением количественных и качественных данных, отслеживание которых проводилось через 0,5, 1, 2, 3, 4 и 5 млн циклов. Контроль исследования носит как описательный характер, так и точные значения с учётом «до–после». Испытания на износ пар трения эндопротеза тазобедренного сустава, одним из компонентов которого является отечественный СВМПЭ производства компании ООО «Инженерные полимеры» (Россия), были проведены в соответствии с ГОСТ Р ИСО 14242 (части 1, 2) с использованием машины для испытаний на износ эндопротезов тазобедренного сустава (ООО «ЦТБ МОС» группы компаний «Электронтест»), позволяющей провести оценку устойчивости к истиранию пары трения. Анализ механизмов износа выполнялся по результатам сканирующей электронной микроскопии, исследования шероховатости и отклонения от сферичности компонентов пары трения тазобедренного сустава.
Результаты. Входные значения отклонения от сферичности и шероховатости компонентов пар трения соответствуют ГОСТ Р ИСО 7206-2. Среднее значение скорости износа после 5 млн циклов в соответствии с ГОСТ Р ИСО 14242-2 по результатам расчётов по образцам трёх пар трения составляет 19,8 ± 2,1 мг/млн циклов, что, в соответствии с литературными данными, ниже скорости износа в аналогичных исследованиях или сопоставимо с нею. Абразивный и усталостный износ внутренней поверхности вкладышей типичен для СВМПЭ в данных условиях испытаний: полировка, царапины, отрыв и адгезия частиц.
Заключение. Отечественный экспериментальный СВМПЭ обладает низкой скоростью износа по сравнению с коммерческими импортными аналогами, представленными на российском рынке, что при использовании его в качестве материала вертлужного компонента обеспечит долгосрочную клиническую эффективность эндопротезов тазобедренного сустава.