Poziom kobaltu i chromu w surowicy po całkowitej alloplastyce stawu biodrowego ceramiką na metalu (CoM)

Osteoliza okołoprotezowa jest związana z aseptycznym obluzowaniem całkowitej alloplastyki stawu biodrowego (THR). Rozumie się, że jest to reakcja biologiczna na cząsteczki zużywające się, przy czym uważa się, że szczątki polietylenu są główną przyczyną długotrwałej awarii.

Ponieważ pacjenci po całkowitej alloplastyce stawu biodrowego (THR) są teraz młodsi, bardziej aktywni w młodszym wieku i spodziewają się znacznie dłuższej żywotności, coraz ważniejsze staje się zmniejszone zużycie łożysk. W porównaniu z częstością występowania zużycia i osteolizy w przypadku łożysk metalowo-polietylenowych, historyczne wyniki alternatywnych łożysk, takich jak metal-metal (MOM) i ceramika-ceramika (COC), generalnie wykazywały znacznie mniejsze tempo zużycia, a osteoliza była pozornie dość rzadka . Laboratoryjne wskaźniki zużycia łożysk metal-metal na ogół mieszczą się w zakresie 1-7 mm3/milion cykli (Mc) i 0,1-1 mm3/Mc odpowiednio dla faz docierania i stanu ustalonego.

Powierzchnie nośne ceramika-ceramika i metal-metal są często stosowane do całkowitej endoprotezoplastyki stawu biodrowego ze względu na ich odporność na zużycie. Alternatywne powierzchnie nośne, takie jak ceramika na ceramice i metal na metalu, eliminują zużycie polietylenu. Wykazano, że eksplantowane przeguby metal-metal wykonane ze stopu kobaltowo-chromowo-molibdenowego (Co-Cr-Mo) mają bardzo niskie wskaźniki zużycia liniowego, a łożyska ceramiczne na ceramicznych jeszcze mniej. Artykulacja ceramiczna na ceramice została po raz pierwszy wszczepiona w 1970 roku we Francji. Raporty długoterminowe wykazały doskonałe wyniki kliniczne.

Zaletą łożysk ceramicznych na ceramicznych jest niskie zużycie i wysoka biokompatybilność. Cząsteczki ceramiki glinowej są zasadniczo nierozpuszczalne w mediach organicznych, dlatego jonizacja nie ma znaczenia. Mają jednak pewne ograniczenia: kruchość jest głównym problemem ceramiki, co może prowadzić do istotnych klinicznie wskaźników niepowodzeń (0,004% złamania głowy i 0,22% złamania wyściółki). Chociaż artykulacje typu metal-metal (MOM) były postrzegane jako potencjalne rozwiązanie problemów związanych z osteolizą indukowaną przez UHMWPE, jony metali obecne w surowicy i ich potencjalne działanie toksyczne, zarówno miejscowe, jak i ogólnoustrojowe, są powodem do niepokoju.

Uważa się, że niski stopień zużycia ma kluczowe znaczenie dla przedłużenia żywotności implantu stawu protetycznego, a zużycie wytwarzane przez przeguby MOM oszacowano na 40-100 razy mniejsze niż w przypadku łożysk typu metal-polietylen. Wiadomo, że zużycie protez MOM w dużym stopniu zależy od materiałów, konstrukcji tribologicznej i techniki wykańczania. Badania kliniczne odzyskanych protez stawu biodrowego MOM pierwszej i drugiej generacji wykazały liniową penetrację około 5 μm/rok. Odpowiada to objętości zużycia około 1 mm3/rok, o dwa rzędy wielkości niższej niż w przypadku konwencjonalnych polietylenowych panewek.

Obserwacja, że ​​niewielka liczba pacjentów z protezami MOM pierwszej generacji wykazywała dobre wyniki kliniczne i radiologiczne po 20 latach in vivo, doprowadziła do opracowania protez stawu biodrowego MOM drugiej generacji, aw 1988 r. do praktyki klinicznej wprowadzono protezę Metasul. Składał się on z głowy kości udowej ze stopu kobaltowo-chromowego połączonej przegubowo z panewką ze stopu kobaltowo-chromowego. Do tej pory wszczepiono ponad 200 000 kombinacji Metasul. Krótkoterminowe wyniki kliniczne są zachęcające; z niskimi wskaźnikami zużycia i kilkoma protezami wymagającymi rewizji. Jednak długoterminowa skuteczność kliniczna nie jest jeszcze znana.

Chociaż protezy stawu biodrowego MOM zużywają się znacznie wolniej niż konwencjonalne pary UHMWPE-na-metalu i niższe niż protezy stawu biodrowego z silnie usieciowanego UHMWPE-na-metalu, łożyska te wiążą się z pewnymi obawami. Zgłaszano, że cząstki zużycia mają rozmiary rzędu nanometrów, czyli o rząd wielkości mniejsze niż cząstki UHMWPE. Dlatego też, pomimo mniejszego zużycia niż w przypadku łożysk UHMWPE, szacuje się, że liczba wytwarzanych cząstek jest większa, prawdopodobnie od jednego do dziesięciu milionów cząstek na krok. Te małe cząsteczki mogą rozprzestrzeniać się po całym ciele przez układ limfatyczny, a cząsteczki znajdują się w węzłach chłonnych, wątrobie, śledzionie i szpiku kostnym. Ponieważ protezy stawu biodrowego MOM są wskazane dla młodszych, bardziej aktywnych pacjentów, cząstki te będą obecne w tych miejscach przez długi okres czasu, prawdopodobnie 30-40 lat.

Wyrażono zaniepokojenie odpowiedzią biologiczną na cząsteczki metalu uwalniane ze sprzęgnięć metal-metal. Poziomy jonów kobaltu i chromu mierzono we krwi i surowicy pacjentów po udanej THR, ale brakuje informacji na temat możliwego uwalniania aluminium z artykulacji ceramika-ceramika.

Lepsze zrozumienie wpływu metalurgii i tribologii na zużycie elementu oraz ulepszona technologia produkcji pozwoliły na ponowne wprowadzenie połączeń metal-metal w całkowitej alloplastyce stawu biodrowego. Zgłoszono doskonałe wczesne wyniki kliniczne w przypadku elementów nowej generacji typu metal-metal. Badania odzyskiwania poprzednich łożysk metal-metal i współczesnych implantów wykazały niski stopień zużycia. Te twarde powierzchnie nośne są szczególnie obiecujące dla młodych i aktywnych pacjentów. Chociaż łożyska typu metal-metal wytwarzają znacznie mniej zanieczyszczeń niż powierzchnie łożysk typu metal-polietylen, powstające zanieczyszczenia powodują, że ciało jest narażone na działanie jonów metali przez dłuższy czas. Istnieją obawy dotyczące nadwrażliwości na metale, osteolizy, mutacji chromosomowych, rakotwórczości i narażenia płodu na wysokie poziomy jonów. Kwestie te wymagają dalszych badań, w szczególności długotrwałego narażenia młodszych pacjentów oraz uznania, że ​​niektórzy pacjenci mogą mieć niezwykle wysoki poziom jonów. Na podstawie badań tribologicznych, wspólnych testów symulacyjnych i prób klinicznych zaproponowano, że stopień zużycia można zmniejszyć, stosując komponenty o większej średnicy z wysoką zawartością węgla w stopie (0,2%), dobrze wyregulowanym luzem dla komponentów , lepszą sferyczność implantu i mniejszą chropowatość powierzchni.

Podczas gdy badania wykazały, że wysokie stężenia nanometrowych cząstek zużywających się metali są cytotoksyczne dla ludzkich fibroblastów i makrofagów in vitro, istnieją również obawy co do uwalniania jonów metali z tych małych cząstek oraz potencjalnego wpływu, jaki te jony wywierają na komórki i tkanki. Podwyższone stężenia jonów zgłaszano zarówno we krwi, jak iw moczu pacjentów z metalowymi elementami implantu. Ponadto, wbrew temu, czego można by się spodziewać, nie ma jednoznacznych dowodów na to, że poziomy jonów spadają in vivo po ścieleniu w okresie protez MOM, w którym zużycie protez jest większe. Jony kobaltu i chromu mają wysoką toksyczność i istnieją poważne obawy co do skutków subletalnych dawek jonów metali, które, jak wykazano, powodują uszkodzenia DNA. Uszkodzenie to przybiera formę aberracji chromosomowych i translokacji chromosomowych. W przypadku długich okresów narażenia istnieje obawa, że ​​doprowadzi to do rozwoju niektórych rodzajów raka, takich jak białaczka i chłoniak. W modelach zwierzęcych podwyższone poziomy kobaltu, chromu i niklu zostały skorelowane ze zwiększoną częstością występowania raka. Jednak doniesienia w piśmiennictwie o nowotworach rozwijających się po operacji całkowitej alloplastyki stawu biodrowego lub kolanowego są niezwykle rzadkie. Spośród ośmiu badań epidemiologicznych dotyczących względnego ryzyka zachorowania na raka po TJR, tylko jedno badanie dotyczyło konkretnie implantów MOM. W badaniu tym nie stwierdzono zwiększonego ryzyka rozwoju nowotworu u osób otrzymujących protezy stawu biodrowego MOM w porównaniu z osobami otrzymującymi protezy stawu biodrowego typu metal na polietylenie. Jednak wszystkie dotychczasowe badania były znacznie niewystarczające pod względem liczby pacjentów wymaganej do wykazania różnicy między dwoma typami protez.

Wysoki poziom jonów kobaltu i chromu wykrywa się we krwi i moczu pacjentów po alloplastyce stawu biodrowego typu metal-metal (MOM), mimo że nawet te pierwiastki są uwalniane w wyniku zużycia powierzchni nośnych. Kliniczne skutki podwyższonego poziomu jonów metali obejmują miejscowe reakcje tkankowe, charakteryzujące się wzrostem liczby komórek T i B w tkankach otaczających biodro i są związane z przedwczesną niewydolnością stawu biodrowego. Systemowo, jeden raport sugeruje zmniejszoną liczbę limfocytów T CD8-dodatnich. Potencjalnym problemem jest również wrażliwość na metal. Jony metali, niezależnie od tego, czy powstają w wyniku zużycia lub korozji, mogą zainicjować reakcję nadwrażliwości. Może wystąpić opóźniona odpowiedź komórkowa lub reakcja nadwrażliwości typu opóźnionego, w której cytokiny są uwalniane przez limfocyty T i obserwuje się zwiększoną aktywację makrofagów, co może skutkować osteolizą okołoprotezową, w której pośredniczą komórki T. Wiele metali może zainicjować reakcję nadwrażliwości, najczęściej nikiel, a następnie kobalt i chrom. Dlatego przy dobrze udokumentowanym podwyższonym stężeniu jonów kobaltu i chromu u pacjentów z implantami stawu biodrowego MOM istnieje teoretyczne ryzyko wystąpienia reakcji nadwrażliwości. Ostatnio opisano odpowiedź immunologiczną związaną wyłącznie z protezami stawu biodrowego MOM drugiej generacji. Zmiany histomorfologiczne sugerują rodzaj reakcji nadwrażliwości na całkowicie metalowe implanty. Hipoteza nadwrażliwości została dodatkowo wzmocniona przez obserwację, że u tych pacjentów wystąpiło wczesne niepowodzenie kliniczne w wieku 11-60 miesięcy (średnio 29 miesięcy) oraz fakt, że pacjenci, którzy otrzymali drugą protezę MOM, nie odczuli złagodzenia objawów. I odwrotnie, pacjenci, którzy otrzymali pary metal na polietylenie lub ceramika na polietylenie, zgłaszali, że ich objawy całkowicie zniknęły. W grupie kontrolnej pacjentów z protezami stawów niezawierającymi kobaltu, chromu lub niklu objawy reakcji immunologicznych nie występowały. Doniesienia o tego typu reakcjach stają się coraz częstsze; jednak potrzebne są dalsze badania w tej dziedzinie. Nie wiadomo, czy ci pacjenci doświadczają uszkodzenia protezy z powodu istniejącej wcześniej wrażliwości na metal, czy też wrażliwość na metal rozwija się z powodu dużego zużycia łożyska i podwyższonego poziomu jonów metali. Teoretycznie istniałoby zwiększone prawdopodobieństwo wystąpienia nadwrażliwości na podwyższone poziomy jonów metali, a co za tym idzie zwiększone ryzyko niepowodzenia implantacji.

Aby zredukować skutki tych ograniczeń, takich jak pękanie wkładki ceramicznej w łożysku COM i zmniejszyć uwalnianie jonów w łożysku MOM, zaproponowano hybrydowe połączenie ceramiki z metalem. Teoretyczna zaleta tego nowego połączenia może skłonić chirurgów ortopedów do używania go bezkrytycznie.