Hladina kobaltu a chrómu v séru po keramice na kovové artikulaci Totální endoprotéza kyčle (CoM)

Periprotetická osteolýza je spojena s aseptickým uvolněním totální náhrady kyčelního kloubu (THR). Rozumí se, že jde o biologickou odezvu na částice opotřebení, přičemž polyethylenové zbytky jsou považovány za hlavní příčinu dlouhodobého selhání.

Vzhledem k tomu, že pacienti s totální náhradou kyčelního kloubu (THR) jsou nyní mladší, aktivnější a mladší a očekávají mnohem delší životnost, je snížení opotřebení ložisek stále důležitější. Ve srovnání s výskytem opotřebení a osteolýzy u ložisek kov-polyetylen, historické výsledky alternativních ložisek, jako je kov na kov (MOM) a keramika na keramiku (COC), obecně vykazovaly mnohem nižší míru opotřebení a osteolýza byla zdánlivě poměrně vzácná. . Laboratorní rychlosti opotřebení ložisek kov-kov obecně spadají do rozsahu 1-7 mm3/milion cyklů (Mc) a 0,1-1 mm3/Mc pro záběhové a ustálené fáze, v daném pořadí.

Dosedací plochy keramika na keramiku a kov na kov se často používají pro totální náhradu kyčelního kloubu kvůli jejich odolnosti vůči opotřebení. Alternativní povrchy ložisek, jako je keramika na keramiku a kov na kov, eliminují opotřebení polyetylénu. Ukázalo se, že explantované klouby kov na kov vyrobené ze slitiny kobalt-chrom-molybden (Co-Cr-Mo) mají extrémně nízkou míru lineárního opotřebení a ložiska keramika na keramice ještě méně. Keramika na keramice byla poprvé implantována v roce 1970 ve Francii. Dlouhodobé zprávy prokázaly vynikající klinické výsledky.

Keramická ložiska mají výhodu nízkého opotřebení a vysoké biokompatibility. Hlinito-keramické částice jsou v podstatě nerozpustné v organických médiích, a proto není ionizace důležitá. Mají však určitá omezení: křehkost je u keramiky hlavním problémem, což by mohlo vést ke klinicky relevantním poruchám (0,004 % zlomenina hlavy a 0,22 % zlomenina vložky. Ačkoli byly artikulace kov na kov (MOM) považovány za jedno potenciální řešení problémů spojených s osteolýzou vyvolanou UHMWPE, ionty kovů přítomné v séru a jejich potenciální toxické účinky jak lokálně, tak systémově jsou důvodem k obavám.

Nízká míra opotřebení je považována za kritickou pro prodloužení životnosti implantátu protetického kloubu a objemy opotřebení produkované MOM klouby byly odhadnuty na 40-100krát nižší než u ložisek kov na polyetylen. Je známo, že opotřebení protéz MOM velmi závisí na materiálech, tribologickém designu a technice konečné úpravy. Klinické studie získaných kyčelních protéz MOM první a druhé generace prokázaly lineární průniky přibližně 5 μm/rok. To odpovídá objemu opotřebení přibližně 1 mm3/rok, o dva řády nižší než u běžných polyetylenových acetabulárních jamek.

Pozorování, že malý počet pacientů s první generací protéz MOM vykazovalo po 20 letech in vivo dobré klinické a rentgenové výsledky, vedlo k vývoji druhé generace kyčelních protéz MOM a v roce 1988 byla protéza Metasul zavedena do klinické praxe. To sestávalo z hlavice femuru ze slitiny kobaltu a chromu kloubově na acetabulární misce ze slitiny kobaltu a chromu. K dnešnímu dni bylo implantováno více než 200 000 kombinací Metasul. Krátkodobá klinická výkonnost byla povzbudivá; s nízkou mírou opotřebení a malým počtem protéz vyžadujících revizi. Dlouhodobá klinická výkonnost je však dosud neznámá.

Přestože kyčelní protézy MOM produkují výrazně nižší míru opotřebení než běžné páry UHMWPE na kovu a nižší míru opotřebení než vysoce zesíťované protézy kyčle UHMWPE na kovu, existují obavy spojené s těmito ložisky. Uvádí se, že částice opotřebení jsou v rozsahu velikosti nanometrů, řádově menší než částice UHMWPE. Proto se i přes menší objem opotřebení než u ložisek UHMWPE odhaduje, že počet produkovaných částic je vyšší, pravděpodobně mezi jedním až deseti miliony částic na krok. Tyto malé částice mají potenciál distribuovat se do celého těla prostřednictvím lymfatického systému, přičemž částice se nacházejí v lymfatických uzlinách, játrech, slezině a kostní dřeni. Protože protézy kyčle MOM jsou indikovány pro mladší aktivnější pacienty, budou tyto částice v těchto místech přítomny po dlouhou dobu, možná 30-40 let.

Byly vyjádřeny obavy ohledně biologické odezvy na kovové částice uvolněné z vazeb kov na kov. Hladiny iontů kobaltu a chrómu byly měřeny v krvi a séru u pacientů s úspěšnou THR, ale informace o možném uvolňování hliníku z keramiky na keramických kloubech chybí.

Lepší pochopení vlivu metalurgie a tribologie na opotřebení součásti a vylepšená výrobní technologie umožnily opětovné zavedení kloubů kov na kov u totální náhrady kyčelního kloubu. U nové generace komponentů kov na kov byly hlášeny vynikající rané klinické výsledky. Vyhledávací studie předchozích ložisek kov na kov a současných implantátů prokázaly nízkou míru opotřebení. Tyto tvrdé nosné povrchy jsou slibné zejména pro mladé a aktivní pacienty. Přestože ložiska kov na kov produkují podstatně méně nečistot z opotřebení než povrchy ložisek kov na polyetylen, vznikající úlomky mají za následek, že tělo je vystaveno působení kovových iontů po dlouhou dobu. Existují obavy z přecitlivělosti na kovy, osteolýzy, chromozomální mutace, karcinogenity a expozice plodu vysokým hladinám iontů. Tyto záležitosti vyžadují další zkoumání, zejména dlouhodobá expozice u mladších pacientů a zjištění, že někteří pacienti mohou mít neobvykle vysoké hladiny iontů. Z tribologických studií, testování simulace kloubů a klinických zkoušek bylo navrženo, že rozsah opotřebení lze snížit použitím součástí s větším průměrem s vysokým obsahem uhlíku ve slitině (0,2 %), dobře nastavenou vůlí pro součásti , lepší kulovitost implantátu a nižší drsnost povrchu.

Zatímco výzkum ukázal, že vysoké koncentrace kovových otěrových částic o velikosti nanometrů jsou cytotoxické pro lidské fibroblasty a makrofágy in vitro, existují také obavy z uvolňování kovových iontů z těchto malých částic a potenciálního účinku, který tyto ionty mají na buňky a papírové kapesníky. U pacientů s kovovými součástmi implantátů byly hlášeny zvýšené koncentrace iontů jak v krvi, tak v moči. Navíc, na rozdíl od toho, co by se dalo očekávat, neexistuje žádný nezvratný důkaz, že hladiny iontů klesají in vivo po lůžku v období protéz MOM, během kterého je opotřebení protéz vyšší. Ionty kobaltu a chrómu mají vysokou toxicitu a existují velmi reálné obavy z účinků subletálních dávek kovových iontů, u kterých bylo prokázáno, že způsobují poškození DNA. Toto poškození má podobu chromozomových aberací a chromozomových translokací. Při dlouhodobé expozici je obava, že to povede k rozvoji určitých typů rakoviny, jako je leukémie a lymfom. Na zvířecích modelech byly zvýšené hladiny kobaltu, chrómu a niklu korelovány se zvýšeným výskytem karcinomu. V literatuře jsou však zprávy o malignitách vzniklých po operaci totální náhrady kyčelního nebo kolenního kloubu mimořádně vzácné. Z osmi epidemiologických studií o relativním riziku rakoviny po TJR se pouze jedna studie zabývala konkrétně implantáty MOM. Tato studie nezjistila zvýšené riziko rozvoje rakoviny u subjektů užívajících kyčelní protézy MOM ve srovnání s těmi, kteří dostávali kyčelní protézy kov na polyetylenu. Všechny dosavadní studie však byly značně poddimenzované, pokud jde o počty pacientů potřebné k prokázání rozdílu mezi těmito dvěma typy protéz.

Vysoké hladiny iontů kobaltu a chrómu jsou detekovány v krvi a moči pacientů s náhradou kyčelního kloubu metal-on-metal (MOM), přestože se tyto prvky uvolňují v důsledku opotřebení dosedacích ploch. Klinické účinky zvýšených hladin kovových iontů zahrnují lokální tkáňové reakce, charakterizované zvýšením T a B buněk v tkáních obklopujících kyčle a jsou spojeny s předčasným selháním kyčle. Systémově jedna zpráva naznačuje snížený počet CD8-pozitivních T buněk. Citlivost na kovy je také potenciální problém. Kovové ionty, ať už vznikají sekundárně při opotřebení nebo korozí, mohou vyvolat reakci přecitlivělosti. Může se objevit opožděná reakce zprostředkovaná buňkami nebo hypersenzitivní reakce opožděného typu, kdy jsou cytokiny uvolňovány T-lymfocyty a je pozorována zvýšená aktivace makrofágů, což může vést k periprotetické osteolýze zprostředkované T-buňkami. Mnoho kovů může vyvolat reakci přecitlivělosti, nejběžnější je nikl následovaný kobaltem a chrómem. Proto při dobře zdokumentované elevaci iontů kobaltu a chrómu u pacientů s kyčelními implantáty MOM existuje teoretické riziko rozvoje reakcí přecitlivělosti. Nedávno byla popsána imunitní odpověď výhradně spojená s druhou generací kyčelních protéz MOM. Histomorfologické změny naznačují typ hypersenzitivní reakce na celokovové implantáty. Hypotéza hypersenzitivity byla dále posílena pozorováním, že u těchto pacientů došlo k časnému klinickému selhání v 11-60 měsících (průměrně 29 měsíců), a skutečností, že pacienti, kteří dostali druhou protézu MOM, nezaznamenali žádné zmírnění symptomů. Naopak pacienti, kteří dostávali buď páry kov na polyetylen nebo keramika na polyetylen, uváděli, že jejich symptomy úplně zmizely. V kontrolní skupině pacientů s kloubními protézami neobsahujícími kobalt, chrom nebo nikl tyto známky imunologické reakce chyběly. Zprávy o tomto typu reakcí jsou stále častější; v této oblasti je však zapotřebí dalšího výzkumu. Není známo, zda u těchto pacientů dochází k selhání protézy kvůli již existující citlivosti na kov, nebo zda se citlivost na kov rozvíjí kvůli vysokému opotřebení ložisek a zvýšeným hladinám kovových iontů. Teoreticky by byla zvýšená pravděpodobnost rozvoje přecitlivělosti na zvýšené hladiny kovových iontů, a tudíž zvýšené riziko selhání implantátu.

Ke snížení účinku těchto omezení, jako je prasknutí keramické vložky v ložisku COM a ke snížení uvolňování iontů v ložisku MOM, byla navržena hybridní spojka keramika na kov. Teoretická výhoda této nové spojky by mohla vést ortopedické chirurgy k jejímu používání bez rozdílu.