24

Введение

Наиболее актуальной проблемой восстановительной хирургии опорно— двигательного аппарата является восстановление безболезненной подвижности суставов и опорности конечности. Патология суставов—это болезнь века. Нарушение функции суставов связано с врожденной патологией, травмами, ревматоидными, инфекционными поражениями и наиболее распространенной дегенеративно-дистрофической патологией.

Эндо-протезирование суставов, на сегодняшний день, является самым эффективным, а иногда и единственным методом восстановления утраченных возможностей конечностей при их повреждении или заболевании.

К этому методу протезирования прибегают в тех случаях, когда медикаментозное лечение уже не может привести к положительному результату, а боль в суставах мешает не только выполнять простейшие движения в повседневной жизни, но и нарушает психическое состояние человека.

Эндо-протезирование суставов заключается в замене изношенного сустава на искусственный имплантат. Его цель смоделировать утраченный собственный сустав. Благодаря современным технологиям современные эндо протезы гарантируют 20-30 лет нормальной трудовой, двигательной жизни и работы.

После эндо протезирования пациент активизируется уже на 2 день послеоперационного периода, а стационарное лечение занимает в среднем 5 суток. То есть эндопротезирование суставов дает возможность человеку полностью вернуться к нормальной полноценной активной жизни всего через 1-2 месяца после операции, и забыть что такое боль в суставах на 20-30 лет.

Даже если окажется, что искусственный сустав пришёл в негодность (через много лет), его можно просто заменить на новый. Это относится ко всем современным эндо-протезам, как к эндо-протезам коленного и тазобедренного суставов, так и к эндо-протезам голеностопных суставов и даже для мелких суставов стоп. Основные показания к таким операциям - это артрозы тазобедренных и коленных суставов 2-3 степени, переломы шейки бедра, сложные внутри суставные переломы тазобедренного и коленного суставов.

Показания для эндо-протезирования коленного сустава:

• идиопатический, посттравматический артроз коленного сустава (гонартроз) 3 стадии

• гонатроз 2 стадии при выраженных нарушениях ходьбы и стояния с резким болевым синдромом и ограничением движений в суставе

• порочная (вальгусная или варусная) установка конечности

• ревматоидный полиартрит и моноартрит

• болезнь Бехтерева

• при последствиях травм и остеосинтеза дистального конца бедра и проксимального конца большеберцовой кости

Противопоказания к тотальному эндо-протезированию:

• воспалительные заболевания, вызванные специфической или не специфической флорой

• костный анкилоз коленного сустава

• последствия инфицированного остеосинтеза, остеомиелита

• активный туберкулез

• наличие общих противопоказаний к операции (наличие сопутствующих заболеваний, препятствующих выполнению любых операции, инфекции кожи и подкожной клетчатки в области операции)

Эндо-протез коленного сустава состоит из бедренного компонента, тибиального компонента и полиэтиленового вкладыша.

Компоненты эндо-протезов выполняются из различных высокотехнологичных материалов (титан, сталь, керамика, полиэтилен).

1. Аналитический обзор литературы

1.1. Основная информация

Артропластика (замена коленного сустава) является распространенной ортопедической операцией. Суть операции по замене коленного сустава состоит в замещении поврежденных частей протезами

Выделяют два вида эндопротезирования коленного сустава.

Частичное протезирование коленного сустава − производиться замена чаще всего внутренней, или реже внешней части коленного сустава. Связки при такой операции сохраняются.

Полное протезирование.

1. Производят замену только поверхности части сустава, сохраняя структуру связок и не используя механические фиксаторы между бедром и голенью.

2. Связки частично удаляются, вместо них используют специальные крепления для стабилизации сустава.

Существующие эндопротезы предствляют собой шарнирную конструкцию (рис. 1). Наиболее часто используют пары трения металл–полимер, либо керамика–полимер[1].

Для закрепления в кости используют три типа фиксации[2]:

1. цементное протезирование коленного сустава. При помощи специального цемента, протез крепят к кости. Металл к кости крепиться на место при помощи эпоксидной смолы.

2. бесцементное протезирование  коленного сустава. Протез впрессовывают в нужное место. Со временем кости прирастают к протезу и увеличивают прочность соединения. Нецементируемый протез имеет тонкую петлю с прорезями на поверхности, которая позволяет кости врастать внутрь протеза.

3. смешанный способ фиксации. Большеберцовую часть фиксируют цементом, бедренную часть крепят без цемента.

Рисунок 1. Эндопротез коленного сустава

В ходе операции бедренная кость опиливается по форме бедренного компонента эндопротеза, суставной конец большой берцовой кости также отпиливается. Далее с помощью специальных инструментов рассверливают костномозговой канал большой берцовой кости под ножку эндопротеза.

При бесцементном креплении ножку эндопротеза забивают в подготовленное ложе, а при цементном устанавливают на костный цемент.[2]

1.2. Применяемые материалы

Выбор материала при создании любого имплантата является важным этапом, нередко определяющим успех всего комплекса опытно-конструкторских исследований и производственных работ. При этом следует учитывать два основных принципа, которые, отражая тесную взаимосвязанность дизайна и материала, могут быть положены в основу медицинского материаловедения: 1) технические и биологические особенности конструкции зависят от соответствующих особенностей материала; 2) новые материалы позволяют реализовывать новые варианты дизайна имплантата.

Главной дизайнерской задачей при создании тотального эндопротеза является получение постоянного, длительно функционирующего имплантата, позволяющего устранить болевой синдром и улучшить функциональные возможности тазобедренного сустава путем воспроизведения искусственными сочленяющимися компонентами его нормальной пространственной геометрии, подвижности и опороспособности.

Вторичными задачами общего плана наиболее часто считают: простоту дизайна и применения, сберегательное отношение к тканям при имплантации, надежность и высокую устойчивость к разрушению и износу, долговечность функционирования, удобство в применении, минимизацию технических трудностей при замене изношенных и разрушенных имплантатов, удобство для промышленного производства, снижение стоимости.

Основным требованием, предъявляемым к материалам для изготовления эндопротеза, является биосовместимость, определяемая как способность материала вызвать приемлемый ответ макроорганизма или не вызывать его совсем. Негативное влияние материала и продуктов его износа или деградации не должны приводить к значимым местным, системным и отдаленным эффектам, а положительное влияние может заключаться в виде ряда полезных, требуемых для решения задач эндопротезирования, проявлений, например, адгезии или врастания костной ткани.

К материалам, которые применяют в настоящее время в эндопротезировании тазобедренного сустава, относят: металлы и их сплавы, керамику, костный цемент (полиметилметакрилат), полиэтилен.

Металлы

Общими требованиями к металлам, применяемым для изготовления эндопротезов, являются: жесткость, прочность, эластичность, устойчивость к коррозии, возможность создавать требуемую структуру поверхности и биосовместимость.

Нержавеющие стали характеризуются низким содержанием углерода, что определяет неустойчивость к коррозии и механическим нагрузкам. Прочность нержавеющей стали может быть повышена холодной ковкой. Сплав стали BioDur108, содержащий Ni, с высоким содержанием азота и обладающий значительной коррозионной устойчивостью и лучшими прочностными характеристиками, применяют для изготовления цементных ножек эндопротезов.

Титан и его сплавы (CP-Ti (чистый титан - 98 - 99,6%), Ti-6AI-4V и др.) характеризуются высокой коррозионной устойчивостью и биосовместимостью. Чистый титан более вязкий, применяется для пористых покрытий, фиброметалла.

Поверхность металлических компонентов эндопротезов может быть:

1. полированной (головки, вкладыши чашек при парах трения металл-металл, ножки цементной фиксации);

2. шероховатой, которую создают путем обработки в струе песка (ножки и чашки бесцементной фиксации 5-8 мкм);

3. пористой, которую создают путем спекания шариков или проволоки (ножки и чашки бесцементной фиксации);

4. трабекулярной, получаемой путем плазменного напыления металлом (чашки, а также ножки бесцементной фиксации);

5. с покрытием из гидроксиапатита, фосфата кальция и др.

Керамика

Совершенствование керамических материалов позволило рассматривать их как некоторую альтернативу металлическим сплавам, а по некоторым своим характеристикам, прежде всего трибологическим, пара керамика-керамика обладает уникальными свойствами.

С точки зрения взаимодействия с тканями организма, керамические материалы могут быть подразделены на 3 группы:

инертная керамика, сохраняющая форму имплантата и поверхностную структуру без врастания тканей;

биоактивная керамика, сохраняющая форму имплантата и его внутреннюю структуру с врастанием окружающих тканей;

биодеградируемая, которая теряет форму, поверхностную и внутреннюю структуру имплантата с врастанием в нее, частичным или полным замеще

нием окружающими тканями.

При создании эндопротезов применяются следующие виды керамики:

На основе оксидов Al, Zr, Ti (Аl2O3 ZrO, TiO): биоинертные, с высокой биологической совместимостью и поверхностной прочностью, применимы при создании пар трения керамика-полиэтилен и керамика-керамика. Циркониевая керамика за счет примеси иттрия характеризуется некоторой токсичностью.

Карбоновая керамика (Сс различной структурой, C-Si): биоинертная, с хорошей биологической совместимостью и поверхностной прочностью. Применима для покрытия ножек и чашек протезов, а также в создании пар трения.

Кальция фосфаты и алюминаты (Cryst-Са5(РO)3(O), СаАl2O3): биоактивные, небиодеградируемые. Могут обеспечивать взаимодействие между костью и другими биоматериалами, быть носителями лекарственных и биологически активных веществ (короткого срока действия, поверхностное высвобождение). Применимы для биоматериал-индуцированной и биоматериал-зависимойостеоинтеграции.

Кальция сульфаты, алюминаты и фосфаты (CaSO4, СаАl2O3, Amorph-Ca5(PO4)3(OH)): биодеградируемые, с различным сроком замещения, могут быть носителями лекарственных и биологически активных веществ (длительного срока высвобождения). Аналогичная роль в создании эндопротезов.

Преимуществами керамических пар трения являются высокая износостойкость и более высокая чистота обработки поверхности, высокая биоинертность, устойчивость к коррозии. Недостатки: повышенная жесткость пары керамика-керамика, склонность к разрушению, в том числе самопроизвольному при нарушении технологии производства или имплантации, а также колкость (особенно, пары керамика-керамика).

Полиэтилен

Существуют полиэтилены низкой, средне-низкой, высокой, ультравысокой плотностей и ультравысокой плотности с поперечными связями. Полиэтилен применяют для создания пары трения. В настоящее время широкое распространение получил полиэтилен ультравысокой плотности и его производные, как правило, для изготовления вертлужного компонента[2].

1.2. Патентный обзор

1. Патент № 2121319 Эндопротез коленного сустава

(Акционерное общество открытого типа "Санкт-Петербургский институт огнеупоров", Новоселов К.А., Засульский Ф.Ю.)

Эндопротез коленного сустава состоит из:

- бедренного компонента 1 с пористым покрытием 2, мыщелковой части, в которой различается передняя часть 3 и задняя часть 4, ребер жесткости 5, соединяющих мыщелковые части 3 и 4;

- большеберцового компонента 6 с пористым покрытием 7, с площадкой 8 и фиксирующих ребер 9;

- надколенника 10 с пористым покрытием 11 и фиксирующих выступов 12.

Рисунок 2.

Эндопротезпредназначен для восстановления функции коленного сустава путем эндопротезирования и может быть использован в травматологии и ортопедии.

Эндопротез устанавливается и работает следующим образом.

Осуществляем доступ к коленному суставу. При ревизии убеждаемся в целостности крестообразных связок. Обрабатываем суставные поверхности бедренной и большеберцовой костей вначале под профиль соответствующего компонента. Затем в кости по шаблонам выполняем пазы под фиксирующие ребра, а в надколеннике - углубления конической формы, после этого устанавливаем в подготовленные костные ложа тест-эндопротез и производим контрольную сборку, проверяя амплитуду движений в суставе. Удаляем тест-эндопротез и "вбиваем" компоненты в подготовленные костные ложа[4].