세라믹 온 메탈 아티큘레이션 고관절 전치환술 후 코발트 및 크롬의 혈청 농도 (CoM)

Peri-prosthetic osteolysis는 고관절 전치환술(THR)의 무균성 이완과 관련이 있습니다. 마모 입자에 대한 생물학적 반응으로 이해되며 폴리에틸렌 파편이 장기 고장의 주요 원인으로 생각됩니다.

고관절 전치환술(THR) 환자가 이제 더 젊고 더 활동적이며 수명이 훨씬 길어질 것으로 예상됨에 따라 베어링 마모 감소가 점점 더 중요해지고 있습니다. 금속-폴리에틸렌 베어링의 마모 및 골용해 발생률과 비교할 때, MOM(metal-on-metal) 및 COC(ceramic-on-ceramic)와 같은 대체 베어링의 역사적 결과는 일반적으로 훨씬 낮은 마모율을 보였고 골용해는 매우 드물게 보였습니다. . 금속-금속 베어링의 실험실 마모율은 일반적으로 진입 및 정상 상태 단계에서 각각 1-7 mm3/백만 주기(Mc) 및 0.1-1 mm3/Mc 범위로 떨어졌습니다.

세라믹-세라믹 및 금속-금속 베어링 표면은 내마모성 때문에 고관절 전치환술에 자주 사용됩니다. 세라믹-온-세라믹 및 금속-온-금속과 같은 대체 베어링 표면은 폴리에틸렌 마모를 방지합니다. 코발트-크롬-몰리브덴(Co-Cr-Mo) 합금으로 만든 외식형 금속-금속 관절은 선형 마모율이 매우 낮은 것으로 나타났으며 세라믹-세라믹 베어링은 훨씬 적습니다. 세라믹-세라믹 관절은 1970년 프랑스에서 처음 이식되었습니다. 장기 보고서는 우수한 임상 결과를 보여주었습니다.

세라믹-온-세라믹 베어링은 마모가 적고 생체 적합성이 높다는 장점이 있습니다. 알루미나-세라믹 입자는 본질적으로 유기 매질에 용해되지 않으므로 이온화는 중요하지 않습니다. 그러나 그들은 몇 가지 한계가 있습니다. 취성은 세라믹의 주요 관심사이며 임상적으로 관련된 실패율(헤드 골절 0.004% 및 라이너 골절 0.22%)로 이어질 수 있습니다. Metal-on-metal(MOM) 관절은 UHMWPE로 유도된 골 용해와 관련된 문제에 대한 하나의 잠재적인 해결책으로 여겨져 왔지만, 혈청에 존재하는 금속 이온과 국소 및 전신의 잠재적인 독성 효과는 우려의 원인입니다.

낮은 마모율은 보철 관절의 임플란트 수명을 연장하는 데 중요한 것으로 여겨지며 MOM 관절에 의해 생성된 마모량은 금속-폴리에틸렌 베어링보다 40-100배 낮은 것으로 추정됩니다. MOM 보철물의 마모는 재료, 마찰 설계 및 마무리 기술에 크게 의존하는 것으로 알려져 있습니다. 회수된 1세대 및 2세대 MOM 고관절 보철물에 대한 임상 연구에서는 약 5μm/년의 선형 침투가 나타났습니다. 이것은 약 1mm3/년의 마모 부피와 동일하며, 기존의 폴리에틸렌 비구 컵보다 2배 더 낮습니다.

1세대 MOM 보철물을 착용한 소수의 환자가 생체 내 20년 후 우수한 임상 및 방사선학적 결과를 보였다는 관찰은 2세대 MOM 고관절 보철물의 개발로 이어졌고, 1988년에 Metasul 보철물이 임상에 도입되었습니다. 이것은 코발트 크롬 합금 비구 컵에 연결되는 코발트 크롬 합금 대퇴골두로 구성됩니다. 현재까지 200,000개 이상의 Metasul 조합이 이식되었습니다. 단기 임상 성과는 고무적이었습니다. 마모율이 낮고 수정이 필요한 보철물이 거의 없습니다. 그러나 장기적인 임상 성능은 아직 알려지지 않았습니다.

MOM 고관절 보철물이 기존의 UHMWPE-on-metal 커플보다 훨씬 낮은 마모율과 고도로 가교결합된 UHMWPE-on-metal 고관절 보철물보다 마모율이 낮지만 이러한 베어링과 관련된 문제가 있습니다. 마모 입자는 UHMWPE 입자보다 한 자릿수 작은 나노미터 크기 범위에 있는 것으로 보고되었습니다. 따라서 UHMWPE 베어링보다 마모량이 적음에도 불구하고 생성된 입자의 수는 단계당 100만에서 천만 사이로 더 클 것으로 추정됩니다. 이 작은 입자는 림프절, 간, 비장 및 골수에서 발견되는 입자와 함께 림프계를 통해 몸 전체에 분포할 가능성이 있습니다. MOM 고관절 보철물은 보다 활동적인 젊은 환자에게 적합하기 때문에 이러한 입자는 아마도 30-40년 동안 장기간 이 부위에 존재할 것입니다.

금속-금속 커플링에서 방출되는 금속 입자에 대한 생물학적 반응에 대한 우려가 표명되었습니다. 성공적인 THR 환자의 혈액 및 혈청에서 코발트 및 크롬 이온 수치가 측정되었지만 세라믹-세라믹 관절에서 알루미늄 방출 가능성에 대한 정보가 부족합니다.

부품의 마모에 대한 야금 및 마찰학의 영향에 대한 더 나은 이해와 개선된 제조 기술로 고관절 전치환술에서 금속 대 금속 관절을 다시 도입할 수 있었습니다. 차세대 금속 대 금속 부품으로 우수한 초기 임상 결과가 보고되었습니다. 이전의 금속 대 금속 베어링과 최신 임플란트에 대한 검색 연구에서는 마모율이 낮은 것으로 나타났습니다. 이러한 단단한 베어링 표면은 특히 젊고 활동적인 환자에게 유망합니다. 금속 대 금속 베어링은 금속 대 폴리에틸렌 베어링 표면보다 훨씬 적은 마모 파편을 생성하지만 생성된 파편으로 인해 본체가 장기간 금속 이온에 노출됩니다. 금속 과민증, 골용해, 염색체 돌연변이, 발암성 및 높은 이온 수준에 대한 태아 노출에 대한 우려가 있습니다. 이러한 문제는 추가 조사, 특히 젊은 환자의 장기간 노출과 일부 환자가 비정상적으로 높은 이온 수준을 가질 수 있다는 인식이 필요합니다. 마찰 연구, 조인트 시뮬레이션 테스트 및 임상 시험에서 합금의 탄소 함량이 높은(0.2%) 직경이 더 큰 구성 요소를 사용하고 구성 요소에 대해 잘 조정된 간극을 사용하여 마모 정도를 줄일 수 있다고 제안되었습니다. , 더 나은 임플란트 구형도 및 낮은 표면 거칠기.

나노미터 크기의 금속 마모 입자의 고농도가 시험관 내에서 인간 섬유아세포 및 대식세포에 세포 독성이 있다는 연구 결과가 있지만, 이러한 작은 입자에서 금속 이온이 방출되는 것과 이러한 이온이 세포 및 조직. 금속 임플란트 구성 요소를 사용하는 환자의 혈액과 소변 모두에서 이온 농도가 증가한 것으로 보고되었습니다. 또한, 예상할 수 있는 것과는 달리, 보철물의 마모가 더 높은 MOM 보철물의 기간에 베딩 후 생체 내에서 이온 수준이 떨어진다는 결정적인 증거는 없습니다. 코발트 및 크롬 이온은 독성이 높으며 DNA 손상을 유발하는 것으로 밝혀진 치사량 미만의 금속 이온의 영향에 대해 매우 실질적인 우려가 있습니다. 이 손상은 염색체 이상 및 염색체 전좌의 형태를 취합니다. 장기간 노출되면 백혈병 및 림프종과 같은 특정 유형의 암이 발생할 수 있다는 우려가 있습니다. 동물 모델에서 높은 수준의 코발트, 크롬 및 니켈은 암종 발생률 증가와 관련이 있습니다. 그러나 고관절 또는 슬관절 전치환술 후 발생하는 악성 종양에 대한 문헌 보고는 매우 드뭅니다. TJR 후 암의 상대적 위험에 대한 8개의 역학 연구 중 MOM 임플란트를 구체적으로 살펴본 연구는 단 하나였습니다. 이 연구에서는 금속-폴리에틸렌 고관절 보철물을 받은 피험자에 비해 MOM 고관절 보철물을 받은 피험자에서 암 발병 위험이 증가하지 않았음을 발견했습니다. 그러나 지금까지의 모든 연구는 두 가지 보철물 유형 간의 차이를 보여주기 위해 필요한 환자 수 측면에서 상당히 힘이 없었습니다.

금속 대 금속(MOM) 고관절 치환술을 받은 환자의 혈액과 소변에서 높은 수준의 코발트 및 크롬 이온이 검출됩니다. 이러한 요소를 사용하더라도 베어링 표면의 마모로 인해 방출됩니다. 증가된 금속 이온 수준의 임상적 효과에는 고관절 주변 조직의 T 및 B 세포 증가를 특징으로 하는 국소 조직 반응이 포함되며 고관절의 조기 부전과 관련이 있습니다. 체계적으로, 한 보고서는 CD8 양성 T 세포의 수가 감소했음을 시사합니다. 금속 감도도 잠재적인 문제입니다. 마모 파편에 의해 이차적으로 생성되거나 부식을 통해 생성되는 금속 이온은 과민 반응을 일으킬 수 있습니다. T-림프구에 의해 사이토카인이 방출되고 대식세포의 활성화가 증가되어 T-세포 매개 삽입물 주위 골용해를 일으키는 지연 세포 매개 반응 또는 지연형 과민 반응이 발생할 수 있습니다. 많은 금속이 과민 반응을 일으킬 수 있으며, 가장 흔한 것은 니켈, 코발트 및 크롬입니다. 따라서 MOM 고관절 임플란트 환자의 코발트 및 크롬 이온 수치가 잘 기록되어 있기 때문에 이론상 과민 반응이 발생할 위험이 있습니다. 최근에는 2세대 MOM 인공 고관절과 독점적으로 관련된 면역 반응이 설명되었습니다. 조직 형태학적 변화는 모든 금속 임플란트에 대한 일종의 과민 반응을 시사합니다. 과민성 가설은 이들 환자가 11-60개월(평균 29개월)에 초기 임상 실패를 경험했다는 관찰과 두 번째 MOM 보철물을 받은 환자가 증상 완화를 경험하지 않았다는 사실에 의해 더욱 강화되었습니다. 반대로 금속-폴리에틸렌 또는 세라믹-폴리에틸렌 커플을 받은 환자들은 증상이 완전히 사라졌다고 보고했습니다. 코발트, 크롬 또는 니켈을 포함하지 않는 관절 보철물을 가진 환자의 대조군에서는 이러한 면역학적 반응 징후가 없었습니다. 이러한 유형의 반응에 대한 보고가 점점 보편화되고 있습니다. 그러나이 분야에서 더 많은 연구가 필요합니다. 이 환자들이 기존의 금속 민감성으로 인해 보철물 실패를 경험하는지 또는 높은 마모 베어링과 높은 금속 이온 수준으로 인해 금속 민감성이 발생하는지 여부는 알려져 있지 않습니다. 이론적으로 상승된 금속 이온 수준에 대한 과민증이 발생할 가능성이 높아져 임플란트 실패 위험이 높아집니다.

COM 베어링의 세라믹 인서트 파손과 같은 이러한 제한의 영향을 줄이고 MOM 베어링의 이온 방출을 줄이기 위해 세라믹-온-메탈의 하이브리드 커플링이 제안되었습니다. 이 새로운 결합의 이론적인 이점은 정형외과 의사들이 그것을 무분별하게 사용하게 만들 수도 있습니다.