This copy is for personal use only - distribution prohibited.

Transkrypt

1 Kwart. Ortop. 2011, 3, str. 243, ISSN GWÓŹDŹ GAMMA POKRYTY WARSTWĄ WĘGLA NANOKRYSTALICZNEGO W LECZENIU ZŁAMAŃ KRĘTARZOWYCH KOŚCI UDOWEJ U CHORYCH W PODESZŁYM WIEKU GAMMA NAIL COATED WITH NANOCRISTALLINE CARBON IN THE TREATMENT OF TROCHANTERIC FEMUR FRACTURES IN ELDERLY PATIENTS Ireneusz Kotela 1, Jacek Grabarczyk 2, Marcin Bednarenko 1 Andrzej Kotela 1 1 Oddział Ortopedyczno-Urazowy Szpitala im. Św. Łukasza w Tarnowie 2 Zakład Inżynierii Biomedycznej Instytutu Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej *Praca finansowana ze środków własnych. Streszczenie: Biotolerancja wszczepu metalicznego w środowisku tkankowym jest podstawowym kryterium jego przydatności do implantacji. Najważniejszą cechą warstwy węgla nanokrystalicznego jest biozgodność oraz biostabilność, czyli brak degradacji materiału metalowego w kontakcie z żywą tkanką organizmu w środowisku płynów ustrojowych. W pracy przedstawiono i oceniono grupę 14 chorych w podeszłym wieku z niestabilnymi złamaniami krętarzowymi kości udowej, u których wykonano zespolenie gwoździem Gamma z powłoka węglową. We wszystkich przypadkach uzyskano zrost kostny, a uzyskane wyniki kliniczne były porównywalne z wynikami uzyskanymi w podobnej większej grupie chorych gdzie zastosowano klasyczne metaliczne gwoździe Gamma. W pracy zwrócono uwagę na trudności w rozpoznawaniu nadwrażliwości na metale u chorych urazowych. Zaproponowano rozważenie powszechniejszego stosowania implantów posiadających barierę dyfuzyjną dla jonów metali. Summary: Biotolerance of metallic implant in the tissue environment is a fundamental criterion for its suitability for implantation. The most important feature of the nanocrystalline carbon layer is biocompatibility and biostability, or lack of degradation of the metallic material in the contact with the living tissue in the body fluid environment. The paper presents and assesses a group of 14 elderly patients with unstable trochanteric fractures of the femur who underwent Gamma nail fixation with carbon coating. In all cases bone union was achieved, and the obtained clinical results were comparable with the resultsof a similar group of patients in whom classical metallic Gamma nails were used. The paper highlights difficulties in diagnosis of hypersensitivity to metals in trauma patients. Consideration of widespread use of implants with a diffusion barrier for metal ions has been proposed. Słowa kluczowe: złamania krętarzowe kości udowej, gwóźdź Gamma, węgiel nanokrystaliczny, alergia na metale. 243

2 Kwart. Ortop. 2011, 3, str. 244, ISSN Keywords: trochanteric fractures of the femur, the Gamma nail, nanocrystalline carbon, metal allergy Wstęp Leczenie złamań krętarzowych kości udowej stanowi nadal poważny i częsty problem kliniczny. Większość z tych złamań to złamania osteoporotyczne [3,4,5]. Dotyczą zazwyczaj chorych w wieku podeszłym, tj lat [1,2]. Ta grupa chorych jest bardzo zróżnicowana zarówno pod kątem ogólnej sprawności fizycznej, jak i obciążeń chorobami przewlekłymi. W leczeniu złamań bliższej części kości udowej stosowane jest leczenie operacyjne oraz nieoperacyjne. W leczeniu operacyjnym do zespalania złamań krętarzowych kości udowej stosowane są metalowe implanty: śrubopłytki DHS, pręty Endera, płyty kątowe, gwoździe Gamma i PFN, i inne. Stosowanie implantów metalicznych wiąże się z możliwością wystąpienia wielu procesów i objawów niepożądanych, w tym alergii, co w konsekwencji może prowadzić do odrzucenia implantu. Rola pierwiastków z których wytwarzane są implanty w procesach immunologicznych znana jest od lat [10-17]. Badania populacyjne wykazały, że 10% populacji wykazuje nadwrażliwość na implanty metaliczne [6]. Żołyński i wsp. [7] zauważyli kilka lat temu, ze w przypadku chorych z alergią na składniki stopu, z którego wyprodukowany jest implant, należy zastosować materiał pokryty warstwą węgla nanokrystalicznego, stanowiący wystarczającą barierę dyfuzyjną dla jonów metali. Biotolerancja wszczepu metalicznego w środowisku tkankowym jest podstawowym kryterium jego przydatności do implantacji. Powszechnie dostępną i relatywnie tanią metodą potwierdzającą obecność uczulenia na składniki stopów metalicznych jest test płatkowy (patch-test), którego wartość kliniczna jest nadal przedmiotem dyskusji w środowisku ortopedycznym pomimo pozytywnych doniesień z literatury [8]. Celem pracy jest ocena skuteczności zespalania złamań krętarzowych kości udowej za pomocą gwoździ Gamma pokrytych warstwą diamentu nanokrystalicznego. Materiał i metoda W latach w Oddziale Ortopedyczno - Urazowym Wojewódzkiego Szpitala im. Św. Łukasza w Tarnowie na ogólna liczbę wszczepionych 178 gwoździ Gamma zastosowano 14 gwoździ pokrytych powłoką węgla nanokrystalicznego. W grupie badanej znalazło się 14 osób, u których wykonano zespolenie złamania krętarzowego kości udowej gwoździem Gamma z nanokrystaliczną powłoką węglową. W grupie było 9 kobiet i 5 mężczyzn. Średnia wieku w grupie badanej wyniosła 72,6 lat, przy czym istotnie starsze były kobiety u których średnia wieku wyniosła 79,1 lat (p< 0,05). Do złamania najczęściej dochodziło w wyniku upadku na jednym poziomie, tylko u dwóch mężczyzn przyczyną urazu był upadek z roweru. Chorych do grupy badanej wybrano w sposób losowy. U wszystkich chorych wskazaniem do zastosowania gwoździa Gamma była obecność niestabilnego złamania przezkrętarzowego typu II wg Evansa. Wg podziału Kyle a w 8 przypadkach były to złamania typu III, a pozostałe typu IV. Wszyscy chorzy mieli podobną przedurazowa sprawność fizyczną posiadali umiejętność samodzielnego chodzenia, stąd też założono dla całej grupy za cel leczenia odzyskanie sprawności przedurazowej. W badaniu wykorzystano gwoździe z powłoką węgla nanokrystalicznego przygotowane w Zakładzie Inżynierii Biomedycznej Instytutu Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej. Gwoździe i instrumentarium wyprodukowano w firmie MEGDAL. 244

3 Kwart. Ortop. 2011, 3, str. 245, ISSN Zabieg operacyjny wykonywano w sposób typowy zgodnie z techniką producenta [9]. Wszystkie repozycje złamań uzyskano sposobem zamkniętym. Nie stosowano dodatkowej stabilizacji (cerklaż). Chorzy uruchamiani byli od 3 doby po operacji, rehabilitowani w sposób typowy z uwzględnieniem własnych możliwości oraz wyjściowej oceny jakości uzyskanej repozycji i zespolenia. W ocenie klinicznej skupiono się na analizie jakości życia chorych wynikającej bezpośrednio z uzyskanej zdolności chodzenia porównanej do stanu przedurazowego. Analizowano samodzielność chodu, pokonywany dystans, oraz nasilenie dolegliwości bólowych. Wyniki Oceniono 12 chorych w oparciu o badanie kliniczne i radiologiczne. Okres obserwacji wyniósł od 6 miesięcy do 2 lat. We wszystkich przypadkach przebieg pooperacyjny był niepowikłany. Rany poperacyjne wygojone przez rychłozrost. Nie występowały powikłania zapalne. W żadnym przypadku, nie wystąpiły wskazania do reoperacji. W ocenie klinicznej u wszystkich chorych uzyskano zrost kostny, którego cechy w obrazie radiologicznym uwidoczniono w 8-12 tygodni od zespolenia. W ocenie klinicznej sprawność przedurazową odzyskało 6 chorych, u pozostałych doszło do istotnego skrócenia pokonywanego dystansu aktywność w obrębie własnego mieszkania, u 4 z nich konieczna była asekuracja drugiej osoby przy chodzeniu. Dolegliwości bólowe w większości przypadków nie były bardziej nasilone od tych pochodzących z innych okolic ciała, natomiast jeden chory uskarżał się z powodu bolesnego przeskakiwania pasma biodrowo-piszczelowego na końcu obwodowym śruby szyjkowej. Spośród 14 operowanych w pierwszym roku od urazu zmarło 2 osoby z powodu chorób układu krążenia. Ze względu na małą liczebność grupy nie zastosowano metod analizy statystycznej i powyższe wyniki przedstawiono w formie opisowej. Omówienie Jak wykazał Bednarenko [9] zespalanie złamań okołokrętarzowych gwoździem Gamma jest skuteczną i mało obciążającą pacjentów metodą leczenia chorych w wieku podeszłym. Należy jednak pamiętać, iż implanty metaliczne prowadzą niekiedy do wystąpienia wielu objawów i procesów niepożądanych, w tym reakcji alergicznej. Aby wyeliminować ryzyko powyższego powikłania, w Zakładzie Inżynierii Biomedycznej Politechniki Łódzkiej, powstała metoda pokrywania implantu warstwą nanokrystalicznego węgla [7]. Najważniejszą cechą tej warstwy jest biozgodność oraz biostabilność, czyli brak degradacji materiału metalowego w kontakcie z żywą tkanką organizmu w środowisku płynów ustrojowych. Implanty metalowe zawierające w swoim składzie jony niklu, chromu i kobaltu znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach zabiegowych, jak ortopedia, traumatologia, chirurgia szczękowo-twarzowa i in. [12,14,16,17]. Zastosowanie tych implantów niesie z sobą możliwość wystąpienia różnego rodzaju powikłań w postaci zaburzenia zrostu kostnego, zaniku kostnego, zapalenia kości, infekcji ran pooperacyjnych, obluzowań endoprotezy. Etiologia tych powikłań w wielu przypadkach pozostaje niejasna. Jedną z przyczyn może być nadwrażliwość na jony metali zawarte w implantach. Wpływ nadwrażliwości na jony metali na występowanie powikłań wczesnych i późnych po zabiegach z użyciem implantów metalowych wielokrotnie wykazywano w piśmiennictwie.[18-22]. Wystąpienie wyprysku kontaktowego po zastosowaniu implantów metalowych po raz pierwszy opisali Foussereau i Laugier w 1966 roku [23]. 245

4 Kwart. Ortop. 2011, 3, str. 246, ISSN Od tej pory opisywano przypadki pacjentów, u których wystąpiły lokalne zmiany skórne po stabilizacji złamanych kości za pomocą płyt i śrub wykonanych ze stali nierdzewnej [24]. Opisywano także przypadki obluzowań endoprotez stawów biodrowych u pacjentów, u których były dodatnie testy płatkowe [8, 27,28]. Nadwrażliwość na jony metali może mieć również istotny wpływ na opóźnienie gojenia się kości. Przedstawiono w literaturze przypadki pacjentów po złamaniach kości, leczonych operacyjnie z użyciem implantów metalowych, u których wystąpiły radiologiczne cechy obluzowania wszczepów, brak zrostu, oraz pojawiły się zmiany rzekomotorbielowate kości [13,25,26]. W badanej grupie chorych nie zaobserwowano powyższych powikłań. Uzyskane wyniki kliniczne są porównywalne z podawanymi przez piśmiennictwo [9]. Życie pokazuje, że dostępność do testów płatkowych jest ograniczona, a brak możliwości uzyskania kontaktu z alergologiem w szpitalu w zasadzie przekreśla możliwość ich wykonywania u pacjentów przyjmowanych do oddziału w trybie pilnym (pozaplanowym). Z drugiej strony nie powinno się opóźniać leczenia operacyjnego w przypadku złamań krętarzowych ponad niezbędny dla przygotowania chorego czas, tzn godz. Śmiertelność chorych ze złamaniami krętarzowymi w wieku podeszłym wzrasta z każdym dniem leżenia w łóżku począwszy od 3 doby po doznanym urazie [2]. W przypadku pacjenta urazowego w zasadzie jedynie wywiad lekarski może ujawnić informacje o alergii na metale. Dlatego warty rozważenia wydaje się być sposób postępowania, przyjmujący za obligatoryjne stosowanie implantu o sprawdzonej jakości i udowodnionym posiadaniu bariery antydyfuzyjnej, jakim jest na przykład powłoka węglowa, we wszystkich przypadkach pilnych, gdzie nie ma czasu na kilkudniowe testy, oraz w przypadku chorych przygotowywanych do zabiegów planowych dodatkowe przedszpitalne wykonanie testu płatkowego w kierunku nadwrażliwości na metale. Ponieważ nie ma innych równie mało inwazyjnych metod wykazania nadwrażliwości na metale, wykonanie pach-testu stanowi niejako o wyczerpaniu możliwości przewidzenia wystąpienia reakcji alergicznej u potencjalnie nie uczulonego chorego przed zabiegiem operacyjnym. Wnioski 1. Zastosowanie powłoki nanokrystalicznej na implantach metalicznych stanowi skuteczną, udowodnioną w badaniach doświadczalnych, barierę dyfuzyjną dla jonów metali, co potwiedzają zachęcające i coraz bogatsze obserwacje kliniczne. 2. Obligatoryjne stosowanie implantów pokrytych warstwą węgla nanokrystalicznego wydaje się być rozsądnym sposobem postępowania zwłaszcza u chorych, u których rutynowo nie jest planowane usuwanie implantów. 3. Problem uszkodzeń powłoki z węgla nanokrystalicznego powstających w trakcie implantacji, a także normalnej pracy oraz zużywania się implantów stanowi nadal przedmiot zainteresowań ośrodków badawczych zajmujących się tym problemem. 4. Zastosowanie najlepszych implantów pokrytych najdoskonalszymi powłokami nie wyeliminuje występowania zaburzeń zrostu kostnego oraz obluzowań endoprotez wynikających z zależnych od chirurga przyczyn. 246

5 Kwart. Ortop. 2011, 3, str. 247, ISSN Piśmiennictwo 1. Horowitz B.G.: Retrospective analysis of hip fractures. Surg. Gynecol. Obstet. 1996, 123, Kenzora J.E., McCarthy R.E., Lowell R.D. et al.: Hip fracture mortality: relation to age, treatment, preoperative illness, time of surgery, and complications. Clin. Orthop. 1984, 186, Biliński P.J, Wall A., Matera A. i wsp.: Wpływ osteoporozy na odległe losy chorych po złamaniach bliższego końcakości udowej. Chir. Narz. Ruchu Ortop. Pol. 1994, 59, (Supl.3), Krzykawski R., Gusta A., Kozerawski D.: Osteoporoza przyczyną niepowodzeń w leczeniu operacyjnym złamań krętarzowych kości udowych. Chir. Narz. Ruchu Ortop. Pol. 1994, 59, ( Supl. 3), Singh M., Nagrath A.R., Maini P.S.: Changes in trabecular pattern of the upper end of the femur as an index of osteoporosis. J Bone Joint Surg Am. 1970, Apr; 52(3): Dobrzański L.: Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe. Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo WNT, Warszawa Grabarczyk J., Batory D., Louda P., Couvrat P., Kotela I., Bąkowicz-Mitura K.: Karbon coatings for medical implants. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, JAMME 2007, Kotela I.: Test płatkowy w obluzowaniu endoprotezy stawu biodrowego ocean wstępna. Kwart. Ortop. 2008, 1, Bednarenko M.: Analiza wyników leczenia złamań okołokrętarzowych kości udowej zespalanych gwoździem Gamma u chorych w wieku podeszłym. Praca doktorska, Kraków, Kieć-Świerczyńska M.:Alergia kontaktowa. Mediton, Łódź Merritt K. Rodrigo J.J.:Immune response to synthetic materials. Sensitization of patients receiving orthopedic implants. Clin. Orthop. Relat. Res. 1996; (326): Glińska O., Gliński W.: Utajone źródła alergii kontaktowej. Pol. Merkur. Lek. 2003; 14 (84): Brown S.A., Devine S.D., Merrit K.: Metal allergy, metal implants and fracture healing. Biomater. Med. Devices Artif. Organs 1983;11(1): Rudzki E.: Wyprysk kontaktowy. PZWL, Warszawa Chapman M.W., Szabo R.M., Marder R. Vince K.G. Mann R.A., Lane J.M. McLain R.F., Rab G.: Ortopaedic surgery. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, Baltimore, New York, London, Buenos Aires, Hong Kong, Sydney, Tokio Budinger L., Hertl M.: Immunologic mechanisms in hypersensivity reactions to metal ions: an overview. Allergy, 2000; 55(2): Hildebrand L., Veron C., Martin P.: Nickel, chromium, cobalt dental alloys and allergic reactions: an overview. Biomaterials, 1989; 10(8): Looney R. J., Schwarz E.M. Boyd. A., O Keefe R.J.: Periprosthetic osteolysis: an immunologist s update. Curr. Opin. Rheumatol. 2006; 18(1): Niki Y., Matsumoto H., Otani T., Yatabe T. Kondo M., Yoshimine F., Toyama Y.: Screening for symptomathic metal sensivity: a prospective study of 92 patients undergoing total knee arthroplasty. Biomaterials 2005; 26(9):

6 Kwart. Ortop. 2011, 3, str. 248, ISSN Jacobs J.J,Hallab N.J.: Loosening and osteolysis associated with metal-on-metal bearings: A local effect of metal hypersensitivity? J. Bone Joint Surg. Am. 2006;88(6): Kubba R., Taylor J.S., Marks K.E.: Cutaneous complications of orthopedic implants. A two-year prospective study. Arch. Dermatol. 1981;117(9): Szliska C., Raskoski J.: Sensitization to nickel, cobalt and chromium in surgical patients. Contact Derm. 1990;23(5): Foussereau J., Laugier P.: Allegic eczemas from metallic foreign bodies. Trans. St. Johns Hosp. Dermatol. Soc. 1966; 52(2): Cramers M., Lucht U.: Metal sensitivity in patients treated for tibial fractures with plates of stainless steel. Acta Orthop. Scand. 1977;48(3): Śpiewak R., Brewczyński P.Z.: Powikłania po stabilizacji pytą metalową złamania kości udowej u chorej z alergią kontaktową na chrom, nikiel i kobalt. Pol. Tyg. Lek. 1993; 48(29-30): Antony F.,C., Dudlmy W., Field R., Holden C.A.: Metal allergy resurfaces in failed hip endoprostheses. Contact Derm. 2003; 48(1): Evans E.M.:Metal sensitivity as cause of bone necrosis and loosening of the prosthesis in total joint replacement. J. Bone Joint Surg. Br. 1974; 56B(4): Gawkrodger D.J.: Metal sensitivities and orthopaedic implants revisited: the potential for metal allergy with the new metal-on-metal joint prostheses. Br. J. Dermatol. 2003; 148(6): Adres do korespondencji: dr hab. n. med. Ireneusz Kotela Oddział Ortopedyczno-Urazowy Szpitala im. Św. Łukasza Ul. Lwowska Tarnów