1. Rodzaje kwalifikacji endoprotez Ze względu na sposób zamocowania w kanale kostnym: o cementowe cement kostny PMMA in situ, wzrost temperatury sprzyjający obumieraniu sąsiednich tanek, możliwość depolimeryzacji, silniejsza więź na granicy kość-cement niż cement-implant (trudność oczyszczenia tkanki kostnej z cementu w przypadku konieczności usunięcia endoprotezy) o bezcementowe trzpień wprowadzany ciasno do kanału kostnego, utworzenie warstwy porowatej na całości lub części powierzchni trzpienia (pory rzędu 100-200 μm) lun unasienienie warstw bioaktywnych ((HAp, bioszkło) umożliwiające przerośnięcie powierzchni endoprotezy przez tkankę kostną, profilowanie powierzchni trzpienia (pierwotna stabilizacja) Ze względu na różnorodność rozwiązań konstrukcyjnych: o kołnierzowe zabezpieczenie przed wgłębianiem się endoprotezy do wnętrza trzonu kości udowej np. endoproteza Wellera, najczęściej stosowana w Polsce o bezkołnierzowe np. firma Biomet, Parchefora-Moncha, Mittelmeiera Ze względu na materiał z którego są wykonane: o Wykonane w całości z jednego materiału o Oddzielne mocowanie główki ułatwia wszczepienie implantu i poprawia jego trwałość 2. Materiały obecnie używane do wytwarzania endoprotez (wady i zalety) Trzpień endoprotezy najczęściej wykonany ze stopu na osnowie kobaltu (Cr-Co-Mo) lub ze stopu na bazie tytanu (klasa wyżej niż kobalt) Główka stawu biodrowego z ceramiki (korund Al 2 O 3, cyrkon ZrO 2 ) lub z metalu (stopy na bazie kobaltu i tytanu) Panewka część zewnętrzna metal (stopy na bazie kobaltu, tytanu), część wewnętrzna(polietylen o wysokiej masie cząsteczkowej, ceramika korund, cyrkon) Stal nierdzewna pojawia się w protezach refundowanych, jest najniższa klasą materiałów metalicznych, najbardziej podatna na korozję, czas życia do 20 lat. Warstwy bioaktywne hydroksyapatyt, szkło stosowane w celu wywołania przerastania endoprotezy tkanką kostną, w endoprotezach cementowych.
Ceramiczne główki z uwagi na wysoką gładkość i twardość materiału zapewniają wysoką odporność na ścieranie. Ścieralność polietylenowej panewki przez metalową główkę 0,1 mm/rok, przez główkę ceramiczną poniżej 0,1mm/rok. Polietylen typy cross-linking najbardziej odporny na ścieranie. Ceramiczna główka i ceramiczna panewka dobra para trąca. Materiały metaliczne (Cr-Co-Mo, tytan i jego stopy) zapewniają wysoką wytrzymałość kosztem wysokiego modułu Younga (sztywność), korozyjności, wysokiego stosunku gęstości do masy i dużej rozszerzalności termicznej Materiały kompozytowe równoczesne zapewnienie wysokiej wytrzymałości i sprężystości, kompozyt węgiel-węgiel, na etapie badań. 3. Sposoby sterowania właściwościami kompozytów o Właściwości faz składowych o Ilość i geometria faz (kompozyty włókniste, cząstkowe, warstwowe) o Sposób rozprowadzania faz (architektura kompozytu) o Rodzaj więzi pomiędzy składnikami (chemiczna, elektrostatyczna, mechaniczna) 4. Wymagania stawiane materiałom na endoprotezy o Sprężystość o Wytrzymałość zmęczeniowa o Odporność na pękanie o Zdolność do tłumienia drgań o Odporność na ścieranie o Biotolerancja o Bioaktywność 5. Warunki konieczne do spełnienie w endoprotezoplastyce o Biozgodność materiałów o Wysoka wytrzymałość statyczna i zmęczeniowa o Sprężystość zbliżona do sprężystości kości o Odporność na ścieranie pary trącej główka-panewka o Mocne złącze kość-implant, możliwość samofiksacji o Równomiernie rozłożony kontakt implantu z kością w celu uniknięcia miejscowej koncentracji naprężeń o Zapewnienie możliwości łatwego wszczepienia endoprotezy o Personalizacja implantów: dostosowanie kształtu endoprotezy i przenoszonych obciążeń do warunków anatomicznych, stanu kości, struktury i ukształtowania mięśni 6. Sztywność giętna (sztywność zginania, sztywność na zginanie)
Do wyznaczenia sztywności giętnej wykorzystuje się założeni, że trzpień endoprotezy jest belką, Podczas jej punktowego obciążania następuje ugięcie belki w kierunku prostopadłym do osi poziomej, a maksymalną wartość przemieszczenia środka ciężkości przekroju nazywamy strzałką ugięcia. Ugięcie: EIy = - Mg y d 2 y/dx 2 - promień krzywizny osi trzpienia w funkcji odległości od głowy protezy x odległość od środka belki EI sztywność giętna belki stanowi iloczyn modułu Younga i momentu bezwładności przekroju Mg moment gnący 7. Porównanie właściwości mechanicznych kości zbitej i gąbczastej Istota gąbczasta odpowiada za przenoszenie naprężeń ściskających i rozciągających, wysoka sprężystość. Moduł Younga 0,05-0,5 GPa. Istota zbita jest wytrzymała na obciążenia osiowe i zginające, wysoka wytrzymałość i twardość. Moduł Younga 14-20 GPa. 8. Zależności naprężeniowo-odkształceniowe w relacji implant-kość Rodzaj materiału: zastosowanie materiałów metalicznych na trzpienie endoprotez wpływa niekorzystnie na relacje naprężeniowo-odkształceniowe. Dobre relacje mogą powstać jedynie po zastosowaniu materiałów kompozytowych. Długość trzpienia: wpływa na wielkość stref przenoszenia obciążeń trzpienia na kość. Krótsze trzpienie dają korzystniejszy rezultat. Wprowadzenie bocznej śruby zabezpieczającej docisk endoprotezy w kanale kostnym nie sprawdziło się (wysuwanie się z kości wyrwanie płytki). 9. Budowa stawu biodrowego, wielkości/parametry opisujące staw biodrowy wraz z ich normami Staw kulisty panewkowaty, głowa kości udowej, panewka stawowa ( półkoliste zagłębienie w kości miedniczej, kształt i wielkości odpowiadająca rozmiarom kulistej budowie głowy kości udowej ), skośnie ustawiona szyjka łączy głowę kości udowej z jej trzonem. Chrząstka pokrywa głowę kości udowej, maksymalna grubość w strefie obciążenia 3-4mm, znaczna sprężystość i odporność na działanie obciążeń dynamicznych, sprężysta ochrona kostnych części stawu, równomierny rozkład obciążeń na powierzchniach stawowych. Cały staw otacza torebka stawowa. Kość udowa -jeden z podstawowych elementów biorących udział w przenoszeniu obciążeń w obrębie biodra, kość długa, nasada zbudowana z istoty gąbczastej i odpowiada za przenoszenie naprężeń ściskających i rozciągających, trzon zbudowany z istoty zbitej, kształt rury wytrzymałej na obciążenia osiowe i zginające, wnętrze wypełnione szpikiem kostnym. Połączenie warstwy powierzchniowej o wysokiej wytrzymałości i twardości ze sprężystością warstwy wewnętrznej (istota gąbczasta) i miękkim szpikiem kostnym nadaje kości udowej efekt wysokiej wytrzymałości i sprężystości, równocześnie umożliwiając tym samym przenoszenie wysokich naprężeń.
Podstawowy zakres ruchu: o płaszczyzna czołowa (osie poprzeczne) zgięcie i wyprost, o płaszczyzna strzałkowa przedniotylna odwodzenie i przywodzenie, o oś pionowa (długa oś kończyny podczas wyprostu) przyśrodkowa i zewnętrzna rotacja. Staw biodrowy dzięki odpowiedniej budowie kostnych części stawu i ich współpracy ze złożonym układem mięśni i wiązadeł (kulszowo-udowe, biodrowo-udowej, głowy kości udowej) jest przystosowany do przenoszenia dużych obciążeń statycznodynamicznych. Kształt i ustawienie kości udowej: o Kąt szyjkowo-trzonowy (125-128º) kąt utworzony przez oś szyjki i trzonu kości udowej o Kąt przodoskręcenia szyjki (12º) kąt zawarty między płaszczyzną szyjki głowy, a płaszczyzną styczną do powierzchni tylnej obu kłykci kości udowej o Zanurzenie głowy kości udowej w panewce (2/3 jej obwodu), a jej środek odpowiada dokładnie środkowi panewki zapewnienie kontaktu obu powierzchni oraz równomiernego rozkładu sił w obszarach przylegania głowy do dna i ścian panewki 10. Cechy konstrukcyjne wpływające na biofunkcjonalność endoprotez o Krzywizna trzpienia (przenoszenie obciążeń) o Przekrój poprzeczny trzpienia (przenoszenie obciążeń, odporność na przeciążenia) o Długość trzpienia (przenoszenie obciążeń, odporność na przeciążenia) o Średnica głowy endoprotezy (zapewnienie odpowiedniego zakresu ruchów) o Średnica panewki (zapewnienie odpowiedniego zakresu ruchów) o Kształt panewki (zapewnienie odpowiedniego zakresu ruchów) o Obecność kołnierza (przenoszenie obciążeń) o Budowa geometryczna warstwy wierzchniej (przenoszenie obciążeń, stymulacja masy kości) 11. Poprawa osteointegrcji Zastosowanie warstw porowatych lub bioaktywnych na powierzchni trzpienia. 12. Wskazania do alloplastyki stawu biodrowego o Artroza główki (przedwczesne zużycie, zwyrodnienie) o Złamania kości o Choroba nowotworowa o Martwica kości 13. Moduł Younga materiału Za wysoki moduł Younga zmniejszenie obciążenia kości, zanik kości, obluzowanie implantu (prawidłowy wzrost i przebudowa kości odbywa się wyłącznie w warunkach obciążeń)
Zbyt niski moduł Younga powoduje duże odkształcenia, wzajemne przemieszczenia uniemożliwiające przerośnięcie powierzchni implantu kością