Livello sierico di cobalto e cromo dopo l'artroplastica totale dell'anca con ceramica su articolazione metallica (CoM)

L'osteolisi peri-protesica è associata all'allentamento asettico di una sostituzione totale dell'anca (THR). Si tratta di una risposta biologica alle particelle di usura, con detriti di polietilene ritenuti la causa principale del guasto a lungo termine.

Dato che i pazienti sottoposti a sostituzione totale dell'anca (THR) ora sono più giovani, più attivi e prevedono una longevità molto maggiore, la riduzione dell'usura dei cuscinetti diventa sempre più importante. Rispetto all'incidenza di usura e osteolisi con accoppiamenti metallo-polietilene, i risultati storici di accoppiamenti alternativi come metallo su metallo (MOM) e ceramica su ceramica (COC) hanno generalmente mostrato tassi di usura molto inferiori e l'osteolisi era apparentemente piuttosto rara . I tassi di usura in laboratorio per i cuscinetti metallo-metallo sono generalmente scesi nell'intervallo 1-7 mm3/milione di cicli (Mc) e 0,1-1 mm3/Mc rispettivamente per le fasi di rodaggio e stazionario.

Le superfici di appoggio ceramica su ceramica e metallo su metallo sono spesso impiegate per la sostituzione totale dell'anca a causa della loro resistenza all'usura. Superfici di appoggio alternative come ceramica su ceramica e metallo su metallo eliminano l'usura del polietilene. È stato dimostrato che le articolazioni metallo-metallo espiantate in lega di cobalto-cromo-molibdeno (Co-Cr-Mo) presentano tassi di usura lineare estremamente bassi e gli accoppiamenti ceramica-ceramica ancora meno. Un'articolazione ceramica su ceramica è stata impiantata per la prima volta nel 1970 in Francia. Rapporti a lungo termine hanno mostrato eccellenti risultati clinici.

Gli accoppiamenti ceramica su ceramica presentano il vantaggio di una bassa usura e di un'elevata biocompatibilità. Le particelle di allumina-ceramica sono essenzialmente insolubili nei mezzi organici e la ionizzazione è quindi irrilevante. Tuttavia, hanno alcuni limiti: la fragilità è una delle principali preoccupazioni per la ceramica, che potrebbe portare a tassi di fallimento clinicamente rilevanti (0,004% di frattura della testa e 0,22% di frattura del rivestimento. Sebbene le articolazioni metallo su metallo (MOM) siano state viste come una potenziale soluzione ai problemi associati all'osteolisi indotta da UHMWPE, gli ioni metallici presenti nel siero e i loro potenziali effetti tossici sia a livello locale che sistemico sono motivo di preoccupazione.

Si ritiene che un basso tasso di usura sia fondamentale per prolungare la durata dell'impianto di un'articolazione protesica e si stima che i volumi di usura prodotti dalle articolazioni MOM siano 40-100 volte inferiori rispetto agli accoppiamenti metallo su polietilene. È noto che l'usura delle protesi MOM dipende fortemente dai materiali, dal design tribologico e dalla tecnica di finitura. Studi clinici su protesi d'anca MOM di prima e seconda generazione recuperate hanno mostrato penetrazioni lineari di circa 5 μm/anno. Ciò equivale a un volume di usura di circa 1 mm3/anno, due ordini di grandezza inferiore rispetto alle tradizionali coppe acetabolari in polietilene.

L'osservazione che un piccolo numero di pazienti con protesi MOM di prima generazione mostrava buoni risultati clinici e radiografici dopo 20 anni in vivo ha portato allo sviluppo di protesi d'anca MOM di seconda generazione e nel 1988 la protesi Metasul è stata introdotta nella pratica clinica. Questo comprendeva una testa femorale in lega di cobalto-cromo che si articolava su una coppa acetabolare in lega di cobalto-cromo. Ad oggi sono state impiantate oltre 200.000 combinazioni di Metasul. Le prestazioni cliniche a breve termine sono state incoraggianti; con bassi tassi di usura e poche protesi che richiedono revisione. Tuttavia, le prestazioni cliniche a lungo termine sono ancora sconosciute.

Sebbene le protesi d'anca MOM producano tassi di usura significativamente inferiori rispetto alle tradizionali coppie in UHMWPE su metallo e tassi di usura inferiori rispetto alle protesi dell'anca in UHMWPE su metallo altamente reticolate, ci sono preoccupazioni associate a questi accoppiamenti. È stato segnalato che le particelle di usura sono nell'intervallo di dimensioni nanometriche, un ordine di grandezza inferiore alle particelle UHMWPE. Pertanto, nonostante un volume di usura inferiore rispetto ai cuscinetti UHMWPE, si stima che il numero di particelle prodotte sia maggiore, probabilmente tra uno e dieci milioni di particelle per passaggio. Queste piccole particelle hanno il potenziale per distribuirsi in tutto il corpo attraverso il sistema linfatico, con particelle che si trovano nei linfonodi, nel fegato, nella milza e nel midollo osseo. Poiché le protesi d'anca MOM sono indicate per i pazienti più giovani e più attivi, queste particelle saranno presenti in questi siti per un lungo periodo di tempo, possibilmente 30-40 anni.

È stata espressa preoccupazione per la risposta biologica alle particelle metalliche rilasciate dagli accoppiamenti metallo-metallo. I livelli di ioni cobalto e cromo sono stati misurati nel sangue e nel siero in pazienti con THR riuscita, ma mancano informazioni sul possibile rilascio di alluminio dalle articolazioni ceramica su ceramica.

Una migliore comprensione dell'influenza della metallurgia e della tribologia sull'usura del componente e una migliore tecnologia di produzione hanno permesso la reintroduzione delle articolazioni metallo su metallo nella sostituzione totale dell'anca. Eccellenti risultati clinici iniziali sono stati riportati con la nuova generazione di componenti metallo su metallo. Studi di recupero di precedenti accoppiamenti metallo su metallo e di impianti contemporanei hanno mostrato un basso tasso di usura. Queste superfici rigide sono particolarmente promettenti per i pazienti giovani e attivi. Sebbene i cuscinetti metallo su metallo producano una quantità significativamente inferiore di detriti da usura rispetto alle superfici dei cuscinetti metallo su polietilene, i detriti generati fanno sì che il corpo sia esposto a ioni metallici per periodi prolungati. Esistono preoccupazioni per l'ipersensibilità ai metalli, l'osteolisi, la mutazione cromosomica, la cancerogenicità e l'esposizione fetale a livelli elevati di ioni. Queste questioni richiedono ulteriori indagini, in particolare l'esposizione a lungo termine nei pazienti più giovani e il riconoscimento che alcuni pazienti possono avere livelli di ioni insolitamente elevati. Da studi tribologici, test di simulazione dei giunti e prove cliniche, è stato proposto che l'entità dell'usura può essere ridotta utilizzando componenti di diametro maggiore con un alto contenuto di carbonio nella lega (0,2%), gioco ben regolato per i componenti , migliore sfericità dell'impianto e minore rugosità superficiale.

Sebbene la ricerca abbia dimostrato che alte concentrazioni di particelle di usura metalliche di dimensioni nanometriche sono citotossiche per i fibroblasti e i macrofagi umani in vitro, vi sono anche preoccupazioni circa il rilascio di ioni metallici da queste piccole particelle e il potenziale effetto che questi ioni hanno sulle cellule e tessuti. Sono state riportate concentrazioni elevate di ioni sia nel sangue che nelle urine di pazienti con componenti di impianti metallici. Inoltre, contrariamente a quanto ci si potrebbe aspettare, non ci sono prove conclusive che i livelli di ioni diminuiscano in vivo dopo il periodo di assestamento delle protesi MOM, durante il quale l'usura delle protesi è maggiore. Gli ioni di cobalto e cromo hanno un'elevata tossicità e ci sono preoccupazioni molto reali sugli effetti delle dosi subletali di ioni metallici, che hanno dimostrato di causare danni al DNA. Questo danno assume la forma di aberrazioni cromosomiche e traslocazioni cromosomiche. Per lunghi periodi di esposizione la preoccupazione è che ciò porti allo sviluppo di alcuni tipi di cancro, come la leucemia e il linfoma. Nei modelli animali livelli elevati di cobalto, cromo e nichel sono stati correlati con un aumento dei tassi di carcinoma. Tuttavia, le segnalazioni in letteratura di tumori maligni che si sviluppano dopo un intervento di sostituzione totale dell'anca o del ginocchio sono estremamente rare. Su otto studi epidemiologici sul rischio relativo di cancro dopo TJR, solo uno studio ha esaminato specificamente gli impianti MOM. Questo studio non ha riscontrato un aumento del rischio di sviluppo del cancro nei soggetti che ricevevano protesi d'anca MOM rispetto a quelli che ricevevano protesi d'anca in metallo su polietilene. Tuttavia, tutti gli studi fino ad oggi sono stati sostanzialmente sottodimensionati in termini di numero di pazienti necessari per mostrare una differenza tra i due tipi di protesi.

Alti livelli di ioni di cobalto e cromo vengono rilevati nel sangue e nelle urine dei pazienti con protesi d'anca metallo su metallo (MOM) nonostante, anche con questi elementi vengano rilasciati a causa dell'usura delle superfici di appoggio. Gli effetti clinici di livelli elevati di ioni metallici includono reazioni tissutali locali, caratterizzate da aumenti delle cellule T e B nei tessuti che circondano l'anca, e sono associate a cedimento prematuro dell'anca. A livello sistemico, un rapporto suggerisce un numero ridotto di cellule T CD8-positive. Anche la sensibilità al metallo è un potenziale problema. Gli ioni metallici, prodotti in seguito a detriti da usura o tramite corrosione, possono avviare una risposta di ipersensibilità. Può verificarsi una risposta cellulo-mediata ritardata o una risposta di ipersensibilità di tipo ritardato, in cui le citochine vengono rilasciate dai linfociti T e si osserva una maggiore attivazione dei macrofagi, che può provocare osteolisi periprotesica mediata dalle cellule T. Molti metalli possono avviare una risposta di ipersensibilità, il più comune è il nichel seguito da cobalto e cromo. Pertanto, con l'elevazione ben documentata di ioni cobalto e cromo nei pazienti con protesi d'anca MOM, esiste un rischio teorico di sviluppare reazioni di ipersensibilità. Recentemente è stata descritta una risposta immunitaria associata esclusivamente alle protesi d'anca MOM di seconda generazione. I cambiamenti istomorfologici suggeriscono un tipo di reazione di ipersensibilità agli impianti interamente metallici. L'ipotesi di ipersensibilità è stata ulteriormente rafforzata dall'osservazione che questi pazienti hanno sperimentato un fallimento clinico precoce a 11-60 mesi (in media 29 mesi) e dal fatto che i pazienti che hanno ricevuto una seconda protesi MOM non hanno avuto alcun sollievo dai sintomi. Al contrario, i pazienti che hanno ricevuto accoppiamenti metallo-polietilene o ceramica-polietilene hanno riferito che i loro sintomi erano completamente scomparsi. In un gruppo di controllo di pazienti con protesi articolari non contenenti cobalto, cromo o nichel questi segni di reazioni immunologiche erano assenti. Le segnalazioni di questo tipo di reazione stanno diventando sempre più comuni; tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche in questo settore. Non è noto se questi pazienti subiscano un cedimento della protesi a causa di una sensibilità al metallo preesistente o se la sensibilità al metallo si sviluppi a causa di un cuscinetto ad alta usura e livelli elevati di ioni metallici. Teoricamente, ci sarebbe una maggiore probabilità di sviluppare ipersensibilità a livelli elevati di ioni metallici, e quindi un aumentato rischio di fallimento dell'impianto.

Per ridurre l'effetto di queste limitazioni, come la rottura dell'inserto in ceramica nell'accoppiamento COM e per ridurre il rilascio di ioni nell'accoppiamento MOM, è stato proposto un accoppiamento ibrido ceramica-metallo. Il vantaggio teorico di questo nuovo accoppiamento potrebbe indurre i chirurghi ortopedici a utilizzarlo indiscriminatamente.