セラミック・オン・メタル関節形成後のコバルトとクロムの血清レベル 人工股関節全置換術 (CoM)

人工股関節周囲の骨溶解は、人工股関節全置換術 (THR) の無菌的緩みに関連しています。 これは摩耗粒子に対する生物学的反応であると理解されており、ポリエチレンの破片が長期的な故障の主な原因であると考えられています。

人工股関節全置換術 (THR) の患者が若年化し、より活動的になり、寿命が大幅に延びることが予想される現在、ベアリングの摩耗を減らすことがますます重要になっています。 金属-ポリエチレン ベアリングの摩耗と骨溶解の発生率と比較して、メタル オン メタル (MOM) やセラミック オン セラミック (COC) などの代替ベアリングの過去の結果は、一般に摩耗率がはるかに低く、骨溶解は一見非常にまれでした。 . 実験室でのメタル-メタル ベアリングの摩耗率は、通常、慣らし段階と定常状態でそれぞれ 1 ～ 7 mm3/100 万サイクル (Mc) と 0.1 ～ 1 mm3/Mc の範囲に収まっています。

セラミック オン セラミックおよびメタル オン メタルのベアリング面は、耐摩耗性があるため、人工股関節全置換術によく使用されます。 セラミック オン セラミックやメタル オン メタルなどの代替ベアリング表面により、ポリエチレンの摩耗がなくなります。 コバルト-クロム-モリブデン (Co-Cr-Mo) 合金で作られた外植されたメタル オン メタル アーティキュレーションは、線形摩耗率が非常に低く、セラミック オン セラミック ベアリングはさらに少ないことが示されています。 セラミック オン セラミック関節は、1970 年にフランスで初めて移植されました。 長期的な報告は、優れた臨床結果を示しています。

セラミック オン セラミック ベアリングには、摩耗が少なく、生体適合性が高いという利点があります。 アルミナセラミック粒子は本質的に有機媒体に不溶性であるため、イオン化は重要ではありません。 ただし、いくつかの制限があります。脆性はセラミックの主要な懸念事項であり、臨床的に関連する故障率 (0.004% の頭部骨折および 0.22% のライナー骨折) につながる可能性があります。 メタル オン メタル (MOM) 関節は、UHMWPE による骨溶解に関連する問題の 1 つの潜在的な解決策と見なされてきましたが、血清中に存在する金属イオンと、局所的および全身的な潜在的な毒性効果が懸念の原因となっています。

人工関節のインプラントの寿命を延ばすには、摩耗率が低いことが重要であると考えられており、MOM 関節によって生じる摩耗量は、メタル オン ポリエチレン ベアリングの 40 ～ 100 分の 1 と推定されています。 MOM プロテーゼの摩耗は、材料、トライボロジー設計、および仕上げ技術に大きく依存することが知られています。 回収された第 1 世代および第 2 世代の MOM 股関節プロテーゼの臨床研究では、約 5 μm/年の線形浸透が示されています。 これは、約 1 mm3/年の摩耗量に相当し、従来のポリエチレン製寛骨臼カップよりも 2 桁少なくなります。

第 1 世代の MOM 人工股関節を装着した少数の患者が、in vivo で 20 年後に良好な臨床的および X 線写真の結果を示したという観察は、第 2 世代の MOM 人工股関節の開発につながり、1988 年に Metasul 人工股関節が臨床診療に導入されました。 これは、コバルト クロム合金の寛骨臼カップに関節接合するコバルト クロム合金の大腿骨頭で構成されています。 これまでに 200,000 を超える Metasul の組み合わせが移植されました。 短期的な臨床成績は有望です。摩耗率が低く、修正が必要なプロテーゼはほとんどありません。 ただし、長期的な臨床成績はまだ不明です。

MOM 股関節プロテーゼは、従来の UHMWPE オンメタル カップルよりも摩耗率が大幅に低く、高度に架橋された UHMWPE オンメタル股関節プロテーゼよりも摩耗率が低いですが、これらのベアリングに関連する懸念があります。 摩耗粒子は、UHMWPE 粒子よりも 1 桁小さいナノメートル サイズの範囲であると報告されています。 したがって、UHMWPE ベアリングよりも摩耗量が少ないにもかかわらず、生成される粒子の数は多くなると推定され、1 ステップあたり 100 万から 1000 万個の粒子になる可能性があります。 これらの小さな粒子は、リンパ節、肝臓、脾臓、骨髄に見られる粒子とともに、リンパ系を介して全身に分布する可能性があります。 MOM 股関節プロテーゼはより若く活動的な患者に適応されるため、これらの粒子は長期間、おそらく 30 ～ 40 年間これらの部位に存在します。

金属同士のカップリングから放出される金属粒子に対する生物学的反応について懸念が表明されています。 THRが成功した患者の血液および血清中のコバルトおよびクロムイオンのレベルが測定されていますが、セラミックオンセラミック関節からのアルミニウムの放出の可能性に関する情報は不足しています.

コンポーネントの摩耗に対する冶金学とトライボロジーの影響の理解が深まり、製造技術が向上したことで、人工股関節全置換術に金属同士の関節を再導入することが可能になりました。 新世代のメタル オン メタル コンポーネントにより、優れた早期臨床転帰が報告されています。 以前のメタル オン メタル ベアリングと現代のインプラントの検索研究では、摩耗率が低いことが示されています。 これらの硬いベアリング面は、若くて活動的な患者にとって特に有望です。 メタル オン メタル ベアリングは、メタル オン ポリエチレン ベアリング表面よりも大幅に少ない摩耗破片を生成しますが、生成された破片により、本体が長時間金属イオンにさらされることになります。 金属過敏症、骨溶解、染色体変異、発がん性、および高イオンレベルへの胎児の曝露に関する懸念が存在します。 これらの問題は、特に若い患者の長期曝露と、一部の患者が異常に高いイオンレベルを持っている可能性があるという認識について、さらなる調査が必要です. トライボロジー研究、ジョイント シミュレーション テスト、および臨床試験から、合金中の炭素含有量が高く (0.2%)、コンポーネントのクリアランスが適切に調整された、より大きな直径のコンポーネントを使用することで、摩耗の程度を低減できることが提案されています。 、インプラントの真球度が向上し、表面粗さが低下します。

高濃度のナノメートルサイズの金属摩耗粒子が in vitro でヒト線維芽細胞およびマクロファージに対して細胞毒性を示すことが研究で示されていますが、これらの小さな粒子からの金属イオンの放出、およびこれらのイオンが細胞や細胞に及ぼす潜在的な影響についても懸念があります。組織。 イオン濃度の上昇は、金属インプラント コンポーネントを使用している患者の血液と尿の両方で報告されています。 さらに、予想されることとは反対に、MOM プロテーゼの期間中の寝具の後にイオンレベルが生体内で低下するという決定的な証拠はありません。その間、プロテーゼの摩耗はより高くなります。 コバルトイオンとクロムイオンは毒性が高く、DNA損傷を引き起こすことが示されている金属イオンの亜致死量の影響については、非常に現実的な懸念があります. この損傷は、染色体異常および染色体転座の形をとります。 長期間暴露すると、白血病やリンパ腫などの特定の種類の癌の発生につながることが懸念されます. 動物モデルでは、コバルト、クロム、ニッケルのレベル上昇が癌発生率の上昇と相関しています。 しかし、全股関節置換術または膝関節置換術後に発生する悪性腫瘍の文献報告は非常にまれです。 TJR 後のがんの相対リスクに関する 8 つの疫学研究のうち、MOM インプラントに特化した研究は 1 つだけでした。 この研究では、MOM 股関節プロテーゼを装着した被験者は、金属製のポリエチレン製股関節プロテーゼを装着した被験者と比較して、がん発生のリスクが増加することはわかりませんでした。 しかし、これまでのすべての研究は、2 つのプロテーゼ タイプの違いを示すために必要な患者数に関しては、実質的に不十分でした。

メタルオンメタル（MOM）股関節置換術を受けた患者の血液と尿から高レベルのコバルトとクロム イオンが検出されますが、これらの元素はベアリング表面の摩耗の結果として放出されます。 上昇した金属イオンレベルの臨床効果には、股関節周囲の組織における T 細胞および B 細胞の増加を特徴とする局所組織反応が含まれ、股関節の早期不全に関連しています。 全身的に、1 つのレポートは、CD8 陽性 T 細胞の数の減少を示唆しています。 金属過敏症も潜在的な問題です。 金属イオンは、摩耗破片に二次的に生成されるか、腐食によって生成されるかにかかわらず、過敏反応を引き起こす可能性があります。 T リンパ球によってサイトカインが放出され、マクロファージの活性化の増加が見られる遅延型細胞性応答または遅延型過敏反応が発生する可能性があり、T 細胞性プロテーゼ周囲の骨溶解を引き起こす可能性があります。 多くの金属が過敏反応を引き起こす可能性があり、最も一般的なのはニッケルで、コバルトとクロムがそれに続きます。 したがって、MOM 股関節インプラントを装着した患者のコバルトおよびクロム イオンの上昇が十分に実証されているため、過敏症反応を発症する理論上のリスクがあります。 最近、もっぱら第 2 世代の MOM 人工股関節に関連する免疫応答が報告されています。 組織形態学的変化は、全金属インプラントに対する一種の過敏反応を示唆しています。 過敏症の仮説は、これらの患者が 11 ～ 60 か月 (平均 29 か月) で初期の臨床的失敗を経験したという観察、および 2 回目の MOM プロテーゼを受けた患者が症状の軽減を経験しなかったという事実によってさらに強化されました。 反対に、メタル オン ポリエチレンまたはセラミック オン ポリエチレンのカップルのいずれかを投与された患者は、症状が完全に消失したと報告しています。 コバルト、クロム、またはニッケルを含まない人工関節を装着した対照群の患者では、これらの免疫学的反応の徴候は見られませんでした。 この種の反応の報告はますます一般的になっています。ただし、この分野ではさらに研究が必要です。 これらの患者が既存の金属過敏症のためにプロテーゼの不具合を経験するのか、それとも高い摩耗ベアリングと高い金属イオンレベルのために金属過敏症が発症するのかは不明です. 理論的には、上昇した金属イオンレベルに対して過敏症を発症する可能性が高くなり、したがってインプラント失敗のリスクが高くなります.

COMベアリングのセラミックインサートの破損などのこれらの制限の影響を減らし、MOMベアリングでのイオン放出を減らすために、セラミックオンメタルのハイブリッドカップリングが提案されています。 この新しいカップリングの理論上の利点により、整形外科医が無差別に使用する可能性があります。