5 BUDOWA I RODZAJE ENDOPROTEZ Endoproteza połowicza starego typu, znajdująca jeszcze czasami zastosowanie, jest jednoczęściowa. Metalowa głowa jest trwale zespolona z trzpieniem, a ten jest mocowany w kanale szpikowym kości udowej z użyciem cementu kostnego lub bez niego. Powinno się ją stosować tylko u pacjentów ze skrajną osteoporozą i u ludzi bardzo starych, o małej aktywności fizycznej. To rozwiązanie ma na celu głównie zniesienie bólu towarzyszącego złamaniu i jak najszybsze uruchomienie chorego. Obecnie standardem po złamaniu szyjki kości udowej jest połowicza endoproteza bipolarna. Na trzpieniu cementowanym lub bezcementowym, umocowanym w kości udowej, osadzana jest głowa połączona trwale (na zasadzie kulistego przegubu) z drugą, większą wprowadzaną do panewki własnej chorego. Ma ona dwie zasadnicze zalety. Redukuje tarcie na granicy chrząstki stawowej panewki/głowy endoprotezy, oszczędzając chrząstkę. W sytuacji pogłębiających się zmian w panewce związanych z zanikiem warstwy chrzęstnej, spowodowanym głównie różnicą twardości elementów współpracujących, a także narastającymi dolegliwościami bólowymi można, pozostawiając trzpień, wszczepić panewkę endoprotezy i wymienić jej dotychczasową głowę. Endoproteza całkowita może być cementowana lub bezcementowa. Czasami zwłaszcza przy operacjach rewizyjnych przy wymianie starej endoprotezy na nową stosuje się rozwiązanie hybrydowe. Jeden element cementowany, drugi bezcementowy. Cementowana, stabilizowana w kości za pomocą akrylowego cementu kostnego, składa się z dwóch lub (najczęściej) z trzech części. Niektóre z endoprotez cementowanych mają dodatkowy element osadzany na końcu trzpienia (widoczny na ryc. 14), który ma umożliwić dokładne centryczne jego usytuowanie w kanale kości udowej. Zapewnia to pożądaną i symetryczną grubość płaszcza cementowego, co ma istotne znaczenie biomechaniczne w prawidłowym przenoszeniu obciążeń. Panewkę zawsze wykonuje się z polietylenu, trzpień z metalu, głowę z metalu lub ceramiki. Endoprotezy tego typu stosuje się u ludzi starych oraz u chorych ze znacznie obniżoną masą kostną (osteoporozą). Ten rodzaj endoprotez stosowano w przeszłości znacznie częściej. Zmiany technologii spowodowały jednak, że mają one coraz rzadsze zastosowanie i ustępują miejsca wszczepom bezcementowym. Udział endoprotez cementowanych w moim materiale z ostatnich lat nie przekracza 10%. Bezcementowa jest stabilizowana w łożysku kostnym mechanicznie. W jej stabilizacji wykorzystuje się cechy fizyczne kości. Składa się najczęściej z czterech części. Panewka może być wciskana, wkręcana lub częściowo wkręcana i ma dwa elementy. Metalowa czasza jest pokryta porowatym tytanem, hydroksyapatytem lub w nowszych konstrukcjach mieszanką tytanu i hydroksyapatytu. Hydroksyapatyt jest mineralnym składnikiem kości i umożliwia zrost z kością powierzchni endoprotezy. W czaszy umocowuje się wkład wykonany z polietylenu lub z ceramiki. Jest to element, z którym współpracuje głowa endoprotezy. W niektórych konstrukcjach ceramiczny wkład panewkowy jest dodatkowo osadzony w polietylenie lub metalu (ryc. 15, 16). Część udowa to najczęściej tytanowy, w całości lub częściowo napylany porowatym tytanem, trzpień. Może być, podobnie jak panewka, pokryty hydroksyapatytem lub mieszanką (ryc. 17). Wbija się go w od- 31
ALLOPLASTYKA STAWU BIODROWEGO Ryc. 14. Endoproteza cementowana z nasadką centrującą na końcu trzpienia. Panewka polietylenowa, trzpień i głowa metalowe Ryc. 15. Po lewej czasza panewki endoprotezy bezcementowej wciskana, pokryta mieszaniną tytanu i hydroksyapatytu. Wkład polietylenowy lub ceramiczny jest osadzony dodatkowo w osłonie metalowej. Po prawej, zdjęcie śródoperacyjne bezcementowa panewka endoprotezy z wkładem ceramicznym osadzonym dodatkowo w polietylenie. Trzpień z szyjką modularną 32
ANDRZEJ POZOWSKI powiednio przygotowany kanał w kości udowej. Na wystającym z kości udowej konusie trzpienia osadza się metalową lub ceramiczną głowę. Bywają też głowy wykonane z cyrkonii (syntetyczny rodzaj diamentu). W najnowszych konstrukcjach jest możliwość śródoperacyjnego dobrania kąta ustawienia szyjki endoprotezy. Nazywa się to szyjką modularną. Ma ona zastosowanie w stawach o znacznej patologii i pozwala na optymalne wzajemne ustawienie głowy endoprotezy i panewki. Zmniejsza to ryzyko powikłania, jakim jest zwichnięcie endoprotezy (ryc. 18). W doskonaleniu konstrukcji endoprotez od niemal 20 lat widoczna jest tendencja do wprowadzania technik maksymalnie oszczędzających tkankę kostną. Ryc. 16. Czasza bezcementowej panewki endoprotezy częściowo wkręcana. Wkład ceramiczny w oprawie metalowej Ryc. 17. Endoprotezy bezcementowe. Po lewej powierzchnie napylane porowatym tytanem; po prawej hydroksyapatytem 33
ALLOPLASTYKA STAWU BIODROWEGO Ryc. 18. Trzpień bezcementowej endoprotezy z szyjką modularną umożliwia dobór kąta szyjkowo-trzonowego i kąta antetorsji Ryc. 19. Kapoplastyka z możliwością wymiany kapy głowowej na trzpień standardowy z dużą głową i pozostawieniem elementu panewkowego Szerokie zastosowanie, zwłaszcza u osób młodych i w średnim wieku, ma kapoplastyka zwana alloplastyką powierzchniową. Zastępuje ona zniszczone powierzchnie stawowe, a operator usuwa jedynie zniszczoną chrząstkę i warstwę podchrzęstną, oszczędzając głowę i szyjkę kości udowej (ryc. 19). Innym rozwiązaniem oszczędzającym tkankę kostną są krótkie trzpienie przynasadowe z opcją modularnej szyjki (ryc. 20, 21). Ryc. 20. Trzpień endoprotezy przynasadowej z szyjką modularną Ryc. 21. Porównanie długości trzpienia standardowego (po lewej) i krótkiego przynasadowego (po prawej) 34
ANDRZEJ POZOWSKI Wprowadzenie nowego rodzaju polietylenu, o znacznie większej twardości i odporności na utlenianie, umożliwiło zastosowanie cieńszego wkładu i większych głów (ryc. 22). Jest to rozwiązanie korzystniejsze biomechanicznie, trybologicznie i zmniejsza ryzyko zwichnięć. Szczególnym rodzajem endoprotez stawu biodrowego są robione na wymiar CM (custom made). Ze względu na bardzo wysokie koszty (sięgające 30 tys. złotych) wykonuje się je wyłącznie wtedy, gdy standardowej endoprotezy, nawet tej z modularną szyjką, nie można poprawnie wszczepić ze względu na skrajną deformację nasady bliższej kości udowej i ewentualnie panewki. Są to sytuacje sporadyczne i wymagają żmudnego przygotowania do operacji obrazowania z użyciem m.in. tomografii komputerowej i pomiarów radiologicznych obu całych kończyn dolnych. W tych przypadkach konieczna jest ścisła współpraca przyszłego operatora i zespołu projektującego kształt endoprotezy i rodzaj stosowanych materiałów. Z reguły po analizie otrzymanych materiałów projektant proponuje do wyboru przynajmniej dwa rozwiązania. Wybór należy do operatora (ryc. 23, 24). Ryc. 22. Zastosowanie dużej metalowej głowy (36, 40 lub 44 mm średnicy) Ryc. 23. Stawy biodrowe 36-letniego mężczyzny z wrodzonym zwichnięciem i deformacją nasady bliższej kości udowej (strona lewa) i po wszczepieniu endoprotezy CM 35
ALLOPLASTYKA STAWU BIODROWEGO Ryc. 24. RTG 39-letniej kobiety z endoprotezą CM w biodrze lewym i endoprotezą z modularną szyjką w biodrze prawym Powierzchnie współpracujące Pomijając poprawność wykonania zabiegu operacyjnego oraz eliminując czynniki ryzyka powikłań, jednym z istotnych elementów decydujących o przeżywalności endoprotezy jest jakość powierzchni współpracujących głowy endoprotezy i panewki lub wkładu panewkowego. Jedne z pierwszych endoprotez całkowitych stosowane w latach sześćdziesiątych XX wieku miały metalowe powierzchnie trące (endoproteza Mac Kee-Farrar). Ze względu na stwierdzane u części chorych odczyny alergiczne i tzw. metalozę coraz powszechniej zaczęto stosować w panewkach polietylen. On również okazał się materiałem, który nie spełnił wszystkich pokładanych w nim nadziei. Podczas ruchu w stawie wypadkowa sił grawitacji i napięcia mięśni wyzwala na powierzchniach współpracujących siły tarcia. Te z kolei powodują stopniowe mechaniczne zużywanie się powierzchni i uwalnianie do jamy stawu coraz większych ilości cząstek ścieralnych (drobiny polietylenu czy ceramiki) oraz jonów metali, z których zbudowane są głowa endoprotezy i element trzpienia (tzw. konus), na którym jest osadzona. Jony metali uwalniane są również z panewki metalowej współpracującej z metalową głową w kapoplastyce. W produkcji głów i kap (w kapoplastykach) stosuje się najczęściej chrom i kobalt, czasami dodatkowo nikiel, molibden czy ostatnio wanad i niob. Są też firmy wykorzystujące kwasoodporną stal. Najnowsza, zastrzeżona i chroniona patentem technologia, to głowy z tytanu z dodatkowym napyleniem cieniutką warstwą ceramiki, która zwiększa gładź powierzchniową metalowego elementu (ryc. 25). Badania laboratoryjne in vitro, oceniające liczbę uwalnianych cząstek ścieralnych na milion cykli ruchów symulacyjnych pod uśrednionym obciążeniem, potwierdziły ich znaczną redukcję z 3,9 mm 3 /Mc do 2,5 mm 3 /Mc. Najsłabszym dotychczas trybologicznie elementem jest polietylen. Jego twardość jest znacznie niższa niż twardość materiałów użytych do produkcji głów. Dodatkowo narażony jest na powolne utlenianie, co przyspiesza degradację. Jest to jedna z przyczyn skracania prawidłowego funkcjonowania wszczepu. Techniki produkcji elementów polietylenowych są stale doskonalone i duże nadzieje wiąże się z najnowszym produktem oznaczonym symbolem X3. Ma on znacznie wyższą twardość i odporność na utlenianie w porównaniu z poprzednimi typami, jak UHDP (ultra high density polyethylene). Rodzaj i tempo niekorzystnych zmian w polietylenie umieszczonym w żywym organizmie można ocenić wyłącznie na podstawie wieloletnich obserwacji. Parametry zmian fizycznych, jak odkształcenia oraz migrację głowy endoprotezy, można mierzyć, korzystając z precyzyjnego obrazowania. Określenia rodzaju zmian biologicznych w tkankach, otaczających 36
ANDRZEJ POZOWSKI Ryc. 25. Tytanowa głowa endoprotezy napylona ceramiką. Po prawej widok śródoperacyjny po wprowadzeniu głowy do panewki z polietylenu jamę stawu, można dokonać po pobraniu materiału do badań histologicznych i immunologicznych podczas operacji wymiany endoprotezy. Prawdopodobnie więc oceny, na ile polietylen będzie materiałem dożywotnim, dokonają następne pokolenia ortopedów. 37