Koboltin ja kromin taso seerumissa metallin nivelen keraamisen jälkeen lonkkanivelleikkauksen jälkeen (CoM)

Periproteesin osteolyysi liittyy lonkkaproteesin aseptiseen löystymiseen (THR). Sen ymmärretään olevan biologinen vaste kulumishiukkasille, ja polyeteenijätteen uskotaan olevan suurin syy pitkäaikaiseen vikaan.

Kun lonkkaproteesin (THR) potilaat ovat nyt nuorempia, aktiivisempia nuorempia ja he odottavat paljon pidemmän eliniän, laakerien kulumisen vähentämisestä tulee yhä tärkeämpää. Verrattuna metalli-polyeteenilaakerien kulumiseen ja osteolyysiin, vaihtoehtoisten laakereiden, kuten metalli-metallilla (MOM) ja keramiikka-keraamilla (COC), historialliset tulokset osoittivat yleensä paljon alhaisemman kulumisasteen ja osteolyysi oli näennäisesti melko harvinaista. . Metalli-metalli-laakereiden laboratoriokulumisnopeudet ovat yleensä pudonneet alueelle 1-7 mm3/miljoonaa jaksoa (Mc) ja 0,1-1 mm3/Mc sisäänajo- ja vakaan tilan vaiheissa.

Keramiikka-keraami- ja metalli-metalli-laakeripintoja käytetään usein täydelliseen lonkan vaihtoon, koska ne kestävät kulutusta. Vaihtoehtoiset laakeripinnat, kuten keramiikka-keraamilla ja metalli-metallilla, poistavat polyeteenin kulumisen. Koboltti-kromi-molybdeeni (Co-Cr-Mo) -seoksesta valmistetuilla metalli-metalli-nivelillä on osoitettu olevan erittäin alhainen lineaarinen kuluminen ja keraami-keraami-laakerit vielä vähemmän. Keraaminen keraamisen päälle -nivel istutettiin ensimmäisen kerran vuonna 1970 Ranskassa. Pitkäaikaiset raportit ovat osoittaneet erinomaisia ​​kliinisiä tuloksia.

Keramiikka-keraamilaakerien etuna on alhainen kuluminen ja korkea bioyhteensopivuus. Alumiinioksidikeraamiset hiukkaset ovat olennaisesti liukenemattomia orgaanisiin väliaineisiin, joten ionisaatiolla ei ole merkitystä. Niillä on kuitenkin joitain rajoituksia: hauraus on suuri huolenaihe keramiikassa, mikä voi johtaa kliinisesti merkittäviin epäonnistumisasteisiin (0,004 % päänmurtuma ja 0,22 % vuorauksen murtuminen). Vaikka Metal-on-Metal (MOM) -nivelet on nähty yhtenä mahdollisena ratkaisuna UHMWPE:n aiheuttamaan osteolyysiin liittyviin ongelmiin, seerumissa olevat metalli-ionit ja niiden mahdolliset toksiset vaikutukset sekä paikallisesti että systeemisesti ovat huolestuttavia.

Alhaisen kulumisnopeuden uskotaan olevan kriittinen tekijä proteettisen nivelen implantin käyttöiän pidentämisessä, ja MOM-nivelten aiheuttamien kulumismäärien on arvioitu olevan 40-100 kertaa pienempiä kuin metalli-polyeteenilaakereiden. MOM-proteesien kulumisen tiedetään olevan erittäin riippuvainen materiaaleista, tribologisesta suunnittelusta ja viimeistelytekniikasta. Haettujen ensimmäisen ja toisen sukupolven MOM-lonkkaproteesien kliiniset tutkimukset ovat osoittaneet, että lineaariset tunkeutumiset ovat noin 5 μm/vuosi. Tämä vastaa noin 1 mm3/vuosi kulumistilavuutta, joka on kaksi suuruusluokkaa pienempi kuin tavanomaisten polyeteenistä valmistettujen asetabulaaristen kuppien kulutus.

Havainto, että pieni määrä potilaita, joilla oli ensimmäisen sukupolven MOM-proteesi, osoitti hyviä kliinisiä ja radiografisia tuloksia 20 vuoden in vivo jälkeen, johti toisen sukupolven MOM-lonkkaproteesien kehittämiseen, ja vuonna 1988 Metasul-proteesi otettiin käyttöön kliinisessä käytännössä. Tämä koostui kobolttikromiseoksesta tehdystä reisiluun päästä, joka niveltyi kobolttikromiseoksesta valmistettuun asetabulaariseen kuppiin. Tähän mennessä on istutettu yli 200 000 metasul-yhdistelmää. Lyhyen aikavälin kliininen suorituskyky on ollut rohkaisevaa; alhainen kulumisaste ja harvat korjausta vaativat proteesit. Pitkäaikaista kliinistä suorituskykyä ei kuitenkaan vielä tunneta.

Vaikka MOM-lonkkaproteesit kuluttavat huomattavasti vähemmän kuin tavanomaiset UHMWPE-metallin lonkkaproteesit ja pienemmät kulumisasteet kuin vahvasti silloitetut UHMWPE-metallin lonkkaproteesit, näihin laakereihin liittyy huolenaiheita. Kulutushiukkasten on raportoitu olevan nanometrin kokoluokkaa, joka on suuruusluokkaa pienempi kuin UHMWPE-hiukkasten. Huolimatta pienemmästä kulumistilavuudesta kuin UHMWPE-laakereilla, tuotettujen hiukkasten lukumäärän arvioidaan olevan suurempi, mahdollisesti yhdestä kymmeneen miljoonaan hiukkaseen askelta kohti. Nämä pienet hiukkaset voivat levitä koko kehoon imusolmukkeiden, maksan, pernan ja luuytimessä olevien hiukkasten kanssa. Koska MOM-lonkkaproteesit on tarkoitettu nuoremmille aktiivisemmille potilaille, nämä hiukkaset pysyvät näissä paikoissa pitkän aikaa, mahdollisesti 30-40 vuotta.

Huoli on ilmaistu biologisesta vasteesta metallihiukkasille, jotka vapautuvat metalli-metalli-kytkennöistä. Koboltti- ja kromi-ionipitoisuudet on mitattu verestä ja seerumista potilailla, joilla on onnistunut THR, mutta tiedot mahdollisesta alumiinin vapautumisesta keramiikka-keramiikka-nivelistä puuttuvat.

Parempi ymmärrys metallurgian ja tribologian vaikutuksesta komponentin kulumiseen ja parannettu valmistustekniikka ovat mahdollistaneet metallin metallilla -nivelten uudelleen käyttöönoton lonkkaproteesissa. Erinomaisista varhaisista kliinisistä tuloksista on raportoitu uuden sukupolven metalli-metalli-komponenttien kanssa. Aikaisempien metalli-metalli-laakereiden ja nykyaikaisten implanttien hakututkimukset ovat osoittaneet alhaisen kulumisasteen. Nämä kovat kantavat pinnat ovat erityisen lupaavia nuorille ja aktiivisille potilaille. Vaikka metalli-metalli-laakerit tuottavat huomattavasti vähemmän kulumisjäämiä kuin metalli-polyeteenilaakeripinnat, syntyneet roskat johtavat siihen, että keho altistuu metalli-ioneille pitkiä aikoja. Metallien yliherkkyys, osteolyysi, kromosomimutaatio, karsinogeenisuus ja sikiön altistuminen korkeille ionitasoille aiheuttavat huolta. Nämä asiat vaativat lisätutkimuksia, erityisesti nuorempien potilaiden pitkäaikainen altistuminen ja sen tunnustaminen, että joillakin potilailla voi olla epätavallisen korkeat ionitasot. Tribologisissa tutkimuksissa, nivelten simulaatiotestauksessa ja kliinisissä kokeissa on ehdotettu, että kulumisen määrää voidaan vähentää käyttämällä halkaisijaltaan suurempia komponentteja, joissa on korkea hiilipitoisuus (0,2 %) ja hyvin säädetty välys komponenteille. , parempi implantin pallomaisuus ja pienempi pinnan karheus.

Vaikka tutkimukset ovat osoittaneet, että suuret pitoisuudet nanometrin kokoisia kuluvia metallihiukkasia ovat sytotoksisia ihmisen fibroblasteille ja makrofageille in vitro, huolenaiheita ovat myös metalli-ionien vapautuminen näistä pienistä hiukkasista ja näiden ionien mahdollisista vaikutuksista soluihin ja kudoksia. Kohonneita ionipitoisuuksia on raportoitu sekä veressä että virtsassa potilailla, joilla on metallisia implanttikomponentteja. Lisäksi, toisin kuin voisi olettaa, ei ole vakuuttavaa näyttöä siitä, että ionitasot laskevat in vivo MOM-proteesien vuotamisen jälkeen, jolloin proteesien kuluminen on korkeampaa. Koboltti- ja kromi-ionit ovat erittäin myrkyllisiä, ja on olemassa erittäin todellista huolta metalli-ionien subletaalisten annosten vaikutuksista, joiden on osoitettu aiheuttavan DNA-vaurioita. Tämä vaurio tapahtuu kromosomipoikkeavuuksien ja kromosomien translokaatioiden muodossa. Pitkän altistuksen aikana on huolestuttavaa, että tämä johtaa tiettyjen syöpien, kuten leukemian ja lymfooman, kehittymiseen. Eläinmalleissa koboltti-, kromi- ja nikkelipitoisuudet ovat korreloineet lisääntyneiden karsinoomamäärien kanssa. Kuitenkin kirjallisuudessa raportit pahanlaatuisista kasvaimista, jotka kehittyvät täydellisen lonkan tai polven tekonivelleikkauksen jälkeen, ovat erittäin harvinaisia. Kahdeksasta epidemiologisesta tutkimuksesta, jotka koskivat suhteellista syövän riskiä TJR:n jälkeen, vain yhdessä tutkimuksessa tarkasteltiin erityisesti MOM-implantteja. Tässä tutkimuksessa ei havaittu lisääntynyttä syövän kehittymisen riskiä koehenkilöillä, jotka saivat MOM-lonkkaproteesia verrattuna niihin, jotka saivat metallia polyeteenillä olevia lonkkaproteesia. Kaikki tähän mennessä tehdyt tutkimukset ovat kuitenkin olleet huomattavasti alivoimaisia ​​potilasmäärien suhteen, jotka tarvitaan osoittamaan ero näiden kahden proteesityypin välillä.

Metalli-metallilla (MOM) lonkkaproteesin saaneiden potilaiden verestä ja virtsasta havaitaan korkeita koboltti- ja kromi-ioneja, vaikka näitäkin alkuaineita vapautuu laakeripintojen kulumisen seurauksena. Kohonneiden metalli-ionitasojen kliinisiin vaikutuksiin kuuluvat paikalliset kudosreaktiot, joille on ominaista T- ja B-solujen lisääntyminen lonkkaa ympäröivissä kudoksissa ja jotka liittyvät lonkan ennenaikaiseen vajaatoimintaan. Systeemisesti yksi raportti ehdottaa CD8-positiivisten T-solujen vähentyneen määrän. Metalliherkkyys on myös mahdollinen ongelma. Metalli-ionit, syntyivätpä ne sitten kulumisjätteen seurauksena tai korroosion seurauksena, voivat käynnistää yliherkkyysreaktion. Viivästynyt soluvälitteinen vaste tai viivästynyt tyyppinen yliherkkyysvaste voi tapahtua, jossa T-lymfosyytit vapauttavat sytokiinejä ja havaitaan lisääntynyttä makrofagien aktivaatiota, mikä voi johtaa T-soluvälitteiseen periprosteettiseen osteolyysiin. Monet metallit voivat käynnistää yliherkkyysvasteen, yleisin on nikkeli, jota seuraa koboltti ja kromi. Siksi, koska hyvin dokumentoitu koboltti- ja kromi-ionien nousu potilailla, joilla on MOM-lonkkaimplantteja, on olemassa teoreettinen riski yliherkkyysreaktioiden kehittymisestä. Äskettäin on kuvattu immuunivaste, joka liittyy yksinomaan toisen sukupolven MOM-lonkkaproteesiin. Histomorfologiset muutokset viittaavat eräänlaiseen yliherkkyysreaktioon täysmetallisten implanttien suhteen. Yliherkkyyshypoteesia vahvisti edelleen havainto, että näillä potilailla oli varhainen kliininen epäonnistuminen 11-60 kuukauden iässä (keskimäärin 29 kuukautta), ja se tosiasia, että potilaat, jotka saivat toisen MOM-proteesin, eivät kokeneet oireiden lievitystä. Sitä vastoin potilaat, jotka saivat joko metallia polyeteenillä tai keramiikkaa polyeteenillä, ilmoittivat, että heidän oireensa katosivat kokonaan. Verrokkiryhmässä potilaita, joiden nivelproteesit eivät sisältäneet kobolttia, kromia tai nikkeliä, nämä immunologisen reaktion merkit puuttuivat. Raportit tämäntyyppisistä reaktioista ovat yleistymässä; tällä alalla tarvitaan kuitenkin lisää tutkimusta. Ei tiedetä, epäonnistuuko näillä potilailla proteesi jo olemassa olevan metalliherkkyyden vuoksi vai kehittyykö metalliherkkyys korkean kuluvan laakerin ja kohonneiden metalli-ionitasojen vuoksi. Teoriassa olisi suurempi todennäköisyys kehittyä yliherkkyys kohonneille metalli-ionitasoille ja siten lisääntynyt implantin epäonnistumisen riski.

Näiden rajoitusten vaikutuksen vähentämiseksi, kuten COM-laakerin keraamisen sisäosan rikkoutumisen ja MOM-laakerin ionien vapautumisen vähentämiseksi, on ehdotettu keraamisen ja metallin hybridikytkentää. Tämän uuden kytkimen teoreettinen etu saattaa saada ortopediset kirurgit käyttämään sitä umpimähkäisesti.