Эндопротез — это искусственный имплантат, который применяется для замещения поврежденных или искривленных суставов, таких как коленный или тазобедренный. Главная цель эндопротезирования заключается в восстановлении функции сустава и уменьшении болевого синдрома у пациента, позволяя ему вернуться к активной жизни.
Процедура эндопротезирования обычно выполняется при наличии заболеваний, таких как остеоартрит или остеонекроз, когда консервативное лечение уже не эффективно. Эндопротезы могут быть металлическими, керамическими или пластиковыми, в зависимости от конкретных показаний и человеческой физиологии, что позволяет подобрать оптимальный вариант для каждого пациента.
Лекция о замене суставов
Специалист в области материаловедения Федор Сенатов объясняет, какие компоненты входят в состав эндопротеза и как они создаются.
Во-первых, причиной для эндопротезирования могут быть травмы. Например, профессиональные спортсмены часто сталкиваются с повреждениями коленного и тазобедренного суставов. Во-вторых, существуют врожденные аномалии суставов. В-третьих, с возрастом происходят изменения в суставах.
Когда происходит перелом кости, активируются остеобласты — клетки, способствующие образованию новой ткани, и остеокласты — клетки, отвечающие за разрушение старой. Этот процесс регенерации продолжается на протяжении всей жизни. Однако в хрящевой ткани клеток меньше, чем в костной, поэтому восстановление затруднено. При серьезных повреждениях или износе сустава часто бывает необходимо провести полное эндопротезирование.
Части эндопротеза
Часто выполняют операции по эндопротезированию коленных и тазобедренных суставов, а также имплантацию протезов плеча и даже пальцев. Однако больше всего востребованы эндопротезы для тазобедренных суставов.
Эндопротез тазобедренного сустава представляет собой сложную конструкцию. Бедренный компонент вводится в канал бедренной косточки, от него идет шейка, на которой расположена головка протеза. Эта головка соприкасается с ацетабулярным компонентом, размещенным в тазовой кости.
В большинстве случаев ножка эндопротеза изготавливается из различных металлических сплавов, таких как титан или кобальт-хром. Материалы должны быть не только прочными, но и устойчивыми к износу, так как ножка должна плотно фиксироваться в бедренной кости. Важно, чтобы материал ножки имел схожие характеристики с естественной костной тканью.
Если ножка протеза изготовлена из слишком жесткого материала, могут возникнуть новые микротрещины. Эти напряжения концентрируются на материале с высоким модулем упругости, например, на титане, что может привести к ослаблению окружающей кости, изменению её структуры и пористости, а также повысить риск трещин и расшатывания протеза.
Из ножки протеза идет головка с шейкой и шариком спереди. Шейка бывает разной длины, что позволяет настраивать нагрузку на мышцы. Шарик, находящийся на шейке, часто делают из сплавов кобальта и хрома или из керамики. Материалы должны быть высокоустойчивыми к износу, поскольку при трении образуются мелкие частицы. Исследования определили, что поверхность шарика не должна быть идеально гладкой, а иметь небольшую шероховатость, что улучшает его трибологические свойства.
Последним компонентом эндопротеза является вкладыш, по которому движется шарик. Ранее его изготавливали из металлических материалов, однако клинические испытания показали, что частицы металла могут быть токсичны и вызывать остеолиз. Макрофаги инициируют реакции организма, которые приводят к повреждениям костной ткани вокруг протеза. В последние десятилетия вкладыши чаще делают из полимеров или керамики. Основные плюсы керамики — высокая стойкость к износу, а полимеры обеспечивают большую ударопрочность и экономичность.
Типы эндопротезов
Поскольку каждый организм уникален, индивидуальный подход необходим при подборе эндопротезов. Поэтому в медицинской практике представлены различные виды эндопротезов.
Тотальные эндопротезы
Этот тип протеза заменяет весь сустав, включая все его анатомические элементы. Это наиболее часто используемая конструкция для лечения серьёзных патологий суставов. Примеры включают полную замену тазобедренного или коленного сустава.
Преимущества такого подхода — полное восстановление функций сустава и устранение болей. К недостаткам относятся большая продолжительность операции и длительный реабилитационный период.
Частичные эндопротезы
Эти протезы заменяют только одну часть сустава, например, головку бедренной кости или впадину. Они подходят для пациентов с частичными повреждениями суставов.
Плюсы такой операции — меньшая травматичность и более быстрый восстановительный период по сравнению с полным эндопротезированием. Однако есть риск, что может понадобиться полная замена сустава, если болезнь будет прогрессировать.
Протезы с неподвижной платформой
Эти конструкции имеют фиксированные элементы, что ограничивает движение между компонентами протеза и часто используется в коленном эндопротезировании.
Преимущества такого метода — повышенная стабильность и долговечность протеза. К недостаткам относятся ограниченность движений по сравнению с протезами с подвижной платформой и меньшая адаптация к физиологическим нагрузкам.
Протезы с подвижной платформой
Здесь компоненты могут перемещаться относительно друг друга, что обеспечивает более естественные движения и лучшую адаптацию к нагрузкам.
К преимуществам таких протезов можно отнести более широкий диапазон движений и лучшую адаптацию к физиологическим нагрузкам. Однако конструкция тут более сложная, что увеличивает риск износа, а Возможны проблемы с устойчивостью сустава.
Методы прикрепления протеза к кости
Эндопротезы фиксируют к костям с помощью бесцементного, цементного и гибридного методов. Бесцементный подход применяется для пациентов с хорошей костной плотностью. Протез имеет пористую поверхность, увлекающую кость в свои структуры, тем самым обеспечивая надежное соединение. Со временем кость и протез плотно срастаются друг с другом.
Цементный метод подходит пациентам с низкой плотностью костной ткани или пожилым людям, так как протез фиксируется специальным медицинским цементом. Гибридный метод сочетает оба подхода: одна часть протеза фиксируется цементом, а другая — без него.
Материалы для производства эндопротезов
Эндопротез состоит из трёх основных компонентов:
- тазовая часть (чашка);
- вкладыш;
- пара трения (состоящая из двух частей — головки и ножки, формирующей бедренную часть конструкции).
Для изготовления бедренной и тазовой частей часто используют титан, сплавы кобальта и хрома или нержавеющую сталь. Головка и вкладыш протеза могут быть как металлическими, так и выполненными из полиэтилена, керамики или комбинированными (сочетание трех материалов).
В тех местах, где происходит контакт с костью, различные модели эндопротезов (коленного и тазобедренного) покрываются нетоксичным биосовместимым составом. Это покрытие наносят на внешнюю поверхность чашки и участок ножки протеза.
Этапы замены тазобедренного сустава
Эндопротезирование тазобедренного сустава в процессе лечения артроза включает несколько ключевых этапов:
- высокоточное удаление поврежденной головки бедра;
- подготовка вертлужного элемента;
- установка компонентов эндопротеза в подготовленные анатомические зоны.
Если повреждена только головка бедренной кости, заменяют лишь ее дистальную часть, тогда как вертлужное углубление не затрагивается. При поражении обеих структур устанавливается полный протез.
Имплант тазобедренного сустава создает формы, максимально повторяющие естественные формы сустава.
Полное и частичное эндопротезирование
Когда сустав поражен полностью, проводится его тотальная замена. В других случаях заменяются только поврежденные части, например, суставная впадина или головка кости. При замене тазобедренного сустава возможны следующие варианты:
- тотальная замена — резекция всех компонентов сустава с установкой полного эндопротеза (бедренная головка плюс вертлужный компонент);
- однополюсная замена — установка сферического элемента на бедренной кости, взаимодействующего с натуральным хрящом таза;
- биполярная замена — более редкий метод однополюсного протезирования;
- поверхностная замена — включает лишь шлифовку головки/впадины и покрытие их гладким имплантом.
Наиболее эффективной считается тотальная замена: положительный прогноз составляет от 15 до 30 лет.
Замена коленного и тазобедренного суставов
Эндопротезирование суставов
Эндопротезирование — это хирургическое вмешательство, направленное на замену поврежденного или разрушенного сустава (его части) эндопротезом. Эндопротез представляет собой имплант, изготовленный из качественных материалов, который полностью воспроизводит форму и функцию естественного сустава.
- полная замена — сустав заменяется целиком;
- однополюсная либо одномыщелковая замена — затрагивается лишь часть сустава;
- ревизионное эндопротезирование — замена сустава при его износе или деформации.
Ортопед-травматолог индивидуально выбирает подходящий тип протеза для каждого пациента, учитывая следующие факторы:
- заболевание и его стадию;
- степень деформации сустава;
- возраст;
- вес;
- особенности анатомического строения сустава;
- причины, вызвавшие деформацию;
- образ жизни;
- наличие аллергических состояний и другие важные аспекты.
Какие эндопротезы считаются лучшими?
Все имплантаты, например, эндопротезы коленного сустава, создаются с расчетом на продолжительное использование, срок которого составляет не менее 15 лет. Они используются в ходе хирургических операций по эндопротезированию коленного сустава. Наиболее устойчивыми к износу считаются конструкции, выполненные из сочетания керамики с керамикой. Данный материал обладает высокой жесткостью и минимальным коэффициентом трения. Однако стоит заметить, что керамика является достаточно хрупким материалом, и при сильном падении эндопротез тазобедренного сустава может разбиться на множество мелких фрагментов, которые окажется сложно извлечь из тканей.
В нашем медицинском центре наилучшим вариантом признан коленный протез, основанный на сочетании керамики и полиэтилена. Полиэтилен проходит специальную обработку, что значительно увеличивает его прочность. Это приводит к заметному снижению коэффициента трения и уменьшению вероятности повреждения импланта при падении или ударе.
Комбинация металла и металла также представляет собой хорошее решение, поскольку в основе таких протезов лежит прочный и стойкий к ударам материал.
Для протезов тазобедренного сустава или других имплантатов могут использоваться сочетания металлических материалов и высокополимерного полиэтилена – это прочная и более экономически доступная альтернатива вышеперечисленным изделиям.
Как осуществляется выбор эндопротеза?
На первичной консультации у ортопеда-травматолога врач и пациент вместе выбирают подходящий протез, его модель и материал. Затем определяют форму и размер импланта в соответствии с анатомическими особенностями пациента и его сустава. Для этого проводятся специальные рентгеновские сканирования, на основании которых осуществляется компьютерный расчет оптимальной модели.
В сложных ситуациях эндопротез может быть изготовлен по индивидуальному заказу для конкретного пациента.
При выборе эндопротеза специалисты учитывают множество параметров, и одним из ключевых факторов является возраст пациента. Чем моложе пациент, тем вероятнее необходимость сохранить здоровье костной ткани. Также рассматриваются варианты будущего протезирования, когда действующий имплантат перестанет выполнять свои функции. Обычно молодым пациентам устанавливают протез с укороченной ножкой или поверхностный эндопротез. Окончательное решение о выборе модели протеза принимает специалист.
В нашем центре консультации проводятся травматологами-ортопедами с многолетним опытом работы. Эти профессионалы увлечены своей деятельностью, постоянно следят за новыми исследованиями и методиками лечения.
Все травматологи нашего центра активно занимаются хирургией. Мы не настаиваем на проведении хирургического вмешательства для каждого пациента. Мы являемся экспертами в своей области, и для нас важно удерживать этот статус, что возможно только заботой о каждом пациенте и точным подбором безопасного и эффективного лечения.
Зёрна силикона
В последние годы эндопротезы, выполненные из искусственного каучука и силикона, в основном применяются при операциях на суставах кисти. Ученые установили, что силикон внутри суставов может провоцировать синовит, что выражается в воспалительной реакции, приводящей к образованию гранулём. Частицы силикона имеют форму жемчужин, способны преломлять свет и могут рассеиваться в тканях, а также поглощаться макрофагами. Исследования подтвердили, что через две недели после имплантации силиконовых эндопротезов у кроликов в тканях наблюдается инфильтрация большим числом макрофагов, что может спровоцировать увеличения лимфатических тканей в местных лимфатических узлах.
Причины расшатывания эндопротеза можно обобщить следующим образом:
- неудовлетворительное соприкосновение суставных поверхностей;
- неправильная установка эндопротеза;
- аномальное восприятие нагрузки суставами;
- возникновение срезывающих или крутящих моментов;
- наличие инфекции;
- избыточные нагрузки и увеличение массы тела;
- чрезмерное изнашивание сустава;
- остеопороз.
Из-за увеличения количества абразивных частиц образуется большое количество местных макрофагов и активизируются реактивные гигантские клетки на иностранные тела. Эти клетки способны поглощать цемент и костное вещество вокруг эндопротеза, что приводит к разрушению костной структуры и, как следствие, расшатыванию импланта. Разрушение цемента и фрагментация, вызванные различными факторами, могут также способствовать ухудшению стабильности эндопротеза. Когда подвижность имплантата превышает прочность фиброзной ткани, могут происходить ее разрывы, кровоизлияния и экссудация плазменных белков, что ослабляет цемент и может привести к переломам металлической структуры.
5. Опухоли, вызванные эндопротезом
Анализ большого количества лабораторных данных подтверждает канцерогенное воздействие практически всех материалов, используемых для изготовления эндопротезов, на грызунов. Например, кобальт и хром могут провоцировать развитие саркомы у крыс; ортопедические трансплантаты суставов способствуют образованию остеопластической саркомы и фибросаркому у собак и кошек, а костный цемент вызывает новообразования у мышей. Кремнийорганический каучук Вызывает опухоли у крыс, в то время как полиэтилен, нейлон, тефлон и полистирол могут вызывать саркому у грызунов.
Исследования Стинсона выявили, что пластинки из нержавеющей стали и акриловые полимеры могут провоцировать саркому у крыс.
К физическим свойствам пластиковых эндопротезов также следует отдать должное, поскольку они оказывают значительное влияние на развитие опухолей. Bates и Klein продемонстрировали, что саркомы возникают чаще при подкожном введении пластинок из полиэтилена с гладкой поверхностью по сравнению с грубыми. Sinibaldi (1976) описал троих пациентов с саркомой, развившейся после имплантации эндопротеза: один из них имел гемангиоэндотелиому, другой — саркому Эвинга, а третий — остеопластическую саркому. Все три опухоли развивались в месте установки эндопротезов или в прилегающих костных тканях.
Инкубационный период опухоли, вызванной эндопротезом сустава, может составлять от 4 до 30 лет, и количество пациентов с выявленными опухолями становится все больше. Ранее пациенты с установленными суставными эндопротезами, как правило, были старше 60 лет, и по различным причинам они нередко умирали раньше, чем у них успевали диагностировать опухоли.
С учетом расширенного применения операций по установке эндопротезов, эта проблема вызывает всё больший интерес и исследуется в научной среде. Ученые ставят перед собой цель улучшить искусственные материалы для эндопротезов, снижают их токсичность, предотвращают аллергические реакции в клетках тканей и стремятся сделать эндопротезы более похожими по своим свойствам и функциям на кости. Это позволит добиться более высоких биомеханических характеристик материалов.
Эндопротезы, которые не обладают токсичностью и побочными эффектами, совершенно безопасны, удовлетворяют потребностям пациентов и способствуют улучшению качества жизни.
