Бедренные компоненты эндопротеза цементной фиксации

15 Марта в 20:07 4617 0


В начале 90-х годов прошлого века проводилось множество исследований, которые показали хорошие среднеотдаленные и долгосрочные результаты применения бедренных компонентов эндопротезов цементной фиксации, особенно с использованием современных методов цементирования. К этому времени были изучены демографические факторы, особенности дизайна и основы хирургической техники, влияющие на долговечность функционирования бедренного компонента. Одновременно были проанализированы и многочисленные неудачи при имплантировании первого поколения бесцементных имплантатов. Это привело к всплеску применения цементных ножек даже у молодых пациентов.

К сожалению, в середине и в конце 90-х годов многие авторы сообщали о менее благоприятных результатах использования бедренных компонентов эндопротезов цементной фиксации, чем ожидалось. Проблемы в основном были связаны с ранними неудовлетворительными результатами применения ножек с грубой поверхностью, обработанной в струе песка, которая разрушала цементную мантию, вызывала ее разрыхление, образование дебриса, развитие остеолиза с дальнейшей клинической несостоятельностью фиксации имплантата. Эти неудачи заставили перепроверить взаимосвязь между дизайном, качеством поверхности, методикой цементирования и отбора пациентов для обеспечения отдаленных успешных результатов. Несколько исследований, результаты которых были опубликованы, показали, что даже при удачном дизайне цементного бедренного компонента частота неудач у молодых пациентов не удовлетворяла хирургов. Наконец, к концу 90-х годов стало ясно, что существует множество бесцементных бедренных компонентов, которые способны обеспечить надежную долгосрочную фиксацию и очень хорошие клинические результаты у подавляющего числа пациентов. В результате значительно сократилось число случаев цементной фиксации бедренного компонента, и постепенно увеличилось применение бесцементных имплантатов, особенно у относительно молодых пациентов.

Особенности дизайна эндопротезов

Общая оценка бедренного компонента тотального эндопротеза тазобедренного сустава складывается при рассмотрении особенностей дизайна отдельных его элементов - собственно ножки, качества обработки ее поверхности, головки, шейки и воротничка. В данном разделе рассматриваются только особенности дизайна цементных бедренных компонентов.

Головка бедренного компонента

В дизайне головки важными элементами являются диаметр, материал, из которого она изготовлена, и обработка поверхности. В настоящее время большинство фирм выпускает головки диаметром 22, 26, 28, и 32 мм для использования со стандартными ножками. Помимо этого, изготавливаются головки еще большего диаметра для использования с альтернативными парами трения. J. Charnley выбрал диаметр головки 22,225 мм для своей оригинальной модели как компромисс между силой трения (которая изменяется прямо пропорционально размеру головки) и изнашиванием (которое изменяется обратно пропорционально). Многие исследователи считают, что устойчивость к вывихам возрастает с увеличением размера головки. Однако, по другим данным, меньшая частота вывихов при использовании головок диаметром 32 мм не имеет никакого клинического подтверждения. Теоретически головка размером 32 мм позволяет сделать диапазон движения приблизительно на 20% больше, чем компонент размером 22 мм (при одинаковом размере шейки и дизайне вертлужного компонента), но клинических различий в амплитуде движения тазобедренного сустава также не отмечается. Несмотря на то, что линейный износ полиэтилена больше при головке диаметром 22 мм, потенциальный объемный износ значительно увеличивается при использовании головки 32 мм. Частота нестабильности цементных вертлужных компонентов выше при использовании головок диаметром 32 мм. Это может быть результатом того, что большой размер головки (большая площадь соприкосновения) ведет к увеличению силы трения и передает торсионные нагрузки на вертлужный компонент. Кроме того, головки большего размера увеличивают объемный износ полиэтилена, вследствие чего формируется больше полиэтиленового дебриса, который вызывает макрофагальное воспаление, способное привести к нестабильности чашки. Помимо этого, увеличение головки до 32 мм ведет к уменьшению толщины полиэтилена цементного вертлужного компонента (при одном и том же внешнем диаметре) или вкладыша бесцементной чашки. По вышеупомянутым причинам размер головки 32 мм в комбинации с обычным полиэтиленом с начала 1990-х годов использовался очень мало. Оптимальный для модульных бесцементных систем размер 28 мм обеспечивает больше возможностей относительно коррекции длины шейки в сравнении с диаметром 22 мм и поэтому используется чаще всего. В маленьких вертлужных компонентах размер головки 28 мм не позволяет обеспечить достаточную толщину полиэтилена, поэтому в них по-прежнему используются головки диаметром 22 мм. С появлением новых материалов, используемых в парах трения (типа поперечно-связанного полиэтилена), которые должны обеспечить низкий объемный износ, вновь нарастает интерес к головкам большого размера. Большие размеры головки, увеличивая диапазон возможных движений в суставе, снижают частоту импинджмента и потенциально более стабильны к послеоперационным вывихам. Только время покажет, приведет ли их использование к уменьшению частоты вывихов, и не будет ли нарастать объемный износ в новых парах трения.

Материал, из которого изготовлена головка бедренного компонента эндопротеза, является также важной составляющей дизайна, поскольку различные материалы имеют разные характеристики изнашивания в паре с полиэтиленом. Титан, который обладает хорошей биосовместимостью, но является мягким и не износостойким, продемонстрировал высокую степень износа in vivo и в настоящее время практически не применяется. «Золотым стандартом» стали головки из кобальт-хрома, обладающие прекрасной износостойкостью и хорошо поддающиеся полировке. Керамические головки при трибологических испытаниях демонстрируют лучшие показатели изнашивания, однако керамика хрупка, и периодически появляются сообщения о переломе керамических головок. Прямое рандомизированное сравнение керамических и кобальт-хромовых головок в естественных условиях по показателям износа полиэтилена пока еще не доступно. По результатам нескольких ретроспективных исследований высказано предположение, что керамические головки могут обеспечить меньшее изнашивание, но это остается не доказанным.

ets8.jpg

Рис. 1. Схематическое представление особенностей дизайна шейки бедренного компонента.

Шейка эндопротеза

Модульное соединение между головкой и ножкой присутствует практически во всех современных моделях эндопротезов, поскольку имеет множество очевидных практических преимуществ и при первичной операции, и при ревизии. Модульность позволяет легко изменять длину шейки, оптимизируя натяжение мышц, длину конечности, стабильность и биомеханику сустава, однако она создает и потенциальные проблемы. В самом соединении могут формироваться продукты износа и даже явления коррозии из-за разности металлов. При использовании длинных шеек модульные системы требуют наличия юбки на головке эндопротеза, которая увеличивает диаметр шейки и уменьшает амплитуду движений, в результате чего возрастает риск развития импинджмента с вертлужным компонентом. Развивающийся импинджмент может привести к нестабильности и формированию полиэтиленового дебриса.

Задаваемый шейкой «offset» - важная особенность дизайна, которая должна быть оптимальной, потому что это глубоко затрагивает механическую функцию тазобедренного сустава. Он зависит от угла между ножкой и шейкой, длины шейки и местоположения, в котором шейка присоединяется к ножке (рис. 1). Слишком большой «offset» нежелателен, поскольку может потенциально привести к увеличенному изгибающему моменту или чрезмерным ротационным усилиям в бедренном компоненте с последующим переломом ножки или расшатыванием. Маленький «offset» уменьшает плечо рычага отводящих мышц бедра и может вызвать недостаточность абдукторов с развитием хромоты и перегрузкой контралатерального сустава. Помимо этого, недостаточный «offset» уменьшает стабильность сустава, поскольку слабое натяжение отводящих мышц повышает риск вывиха.

Воротничок эндопротеза

Значение воротничка в основании шейки ранее являлось темой многочисленных споров. При использовании костного цемента воротничок выполняет функцию стопора для предотвращения избыточного дистального продвижения ножки. Существовало также мнение, что воротничок может в момент установки осуществлять дополнительную прессуризацию, однако другие исследования доказали его неэффективность в достижении этой цели. Наиболее рациональная цель воротничка - обеспечение лучшего перераспределения нагрузки на проксимальный отдел бедра и цементную мантию. Несколько экспериментальных исследований с элементами компьютерного моделирования определили более близкую к нормальной передачу компрессионных нагрузок на медиальную части шейки бедра посредством воротничка (рис. 2, 3).

ets9.jpg

Рис. 2. Схематическое представление передачи нагрузки на проксимальный отдел бедренной кости в неповрежденной конечности и при наличии протеза с воротничком и без него.

ets10.jpg

Рис. 3. Максимальное сжимающее напряжение в кортикальной кости с медиальной поверхности проксимального отдела при нагрузке на сустав 2000 N до и после эндопротезирования (Tarr R.R. et al., 1979).



Данный эффект полезен, поскольку позволяет уменьшить адаптивную резорбцию кости в проксимальном отделе бедра (stress shielding), уменьшить изгибающее напряжение в ножке и напряжение в дистальной части цементной мантии (рис. 4).

ets11.jpg

Рис. 4. Схема нарушения нагрузки с перемещением напряжения в дистальную часть ножки эндопротеза (а); рентгенографическая иллюстрация реактивной гипертрофии диафиза бедра в результате перемещения напряжения в дистальную часть ножки цементного протеза через 3 года после операции (б).



При этом надо иметь в виду, что аксиальные нагрузки в проксимальном отделе значительно превышают все остальные, поэтому наличие дополнительной опоры может привести к трехкратному увеличению нагрузки на зону дуги Адамса. Одним из результатов осевой нагрузки бедренного компонента клиновидной формы является чрезвычайно высокое кольцевое напряжение (периферические растягивающие усилия) в проксимальном отделе бедра и цементе. Это кольцевое напряжение может приблизиться к окончательному пределу прочности цемента, но теоретически значительно уменьшается до безопасного уровня за счет воротничка. Проблема в том, что технически сложно обеспечить тесный контакт между нижней стороной воротничка ножки и костью, а также удержать достигнутый контакт. Даже незначительная резорбция кости аннулирует эффективную передачу напряжения, и положительное действие воротничка теряется. На математических моделях удалось показать, что напряжение может быть передано от воротника через слой цемента на кость шейки бедра. Экспериментальные лабораторные исследования, напротив, продемонстрировали, что при осевой нагрузке слой цемента под воротничком быстро фрагментируется.

Модель безворотничкового компонента эндопротеза разрабатывалась с гладкой или полированной поверхностью для возможности самопозиционирования в разрыхленной цементной мантии за счет клиновидной формы. Сторонники такого дизайна предполагают, что отсутствие воротничка позволяет полированной ножке немного оседать в устойчивую позицию в вязкоупругой цементной мантии, стимулируя таким образом положительное адаптивное ремоделирование кости. Способность безворотничковых клиновидных полированных бедренных компонентов в процессе оседания постоянно уплотнять цемент позволяет предотвращать образование дебриса от микроподвижности ножки в мантии и, следовательно, развитие дистального остеолиза.

Клиническая практика показала хорошие результаты применения обеих моделей цементных ножек и с воротничком, и без него. Возможно, что воротнички необходимы для определенных конструкций компонента, но бесполезны или даже вредны для других.

Ножка эндопротеза

Особенности дизайна бедренного компонента включают геометрические характеристики (длина, форма, поперечное сечение), свойства материала и состояние поверхности.

От некоторых ранних моделей, имеющих изогнутый дизайн, отказались, поскольку, помимо проблем с ромбовидным поперечным сечением, имелись трудности в обеспечении однородности цементной мантии. При внедрении изогнутой ножки в относительно прямой (во фронтальной плоскости) интрамедуллярный канал бедренной кости формируется тонкая мантия в проксимально-латеральном и дистапьно-медиапьном отделах, что, в свою очередь, приводит к усталостным переломам цемента и развитию нестабильности. Прямая, умеренно клиновидная ножка производит дополнительную прессуризацию цемента при внедрении и обеспечивает более равномерный его слой.

Длина ножки была предметом многих споров - обсуждались вопросы простоты установки и возможные сложности ее удаления при ревизии. Исследования с применением математического моделирования показали, что очень короткие или слишком длинные ножки приводят к концентрации напряжения в некоторых точках композиции. Например, очень длинные имплантаты приводят к нарастанию напряжения в ножке с шунтированием нагрузки в дистальном направлении (stress-bypass) и экранировании от нагрузки проксимального отдела (stress-shielding). Слишком короткие ножки способствуют проксимальному увеличению напряжения , которое может превысить прочность цемента или кости.

Геометрия поперечного сечения бедренного компонента в комбинации с физическими свойствами материала определяет прочность и жесткость имплантата. Сечение определенной формы может обеспечивать более благоприятные механические условия функционирования и наоборот. Так, острых ребер на ножке необходимо избегать, поскольку они приводят к концентрациям напряжения и могут вызвать повреждение цементной мантии. Ножки, утолщенные с латеральной стороны, более устойчивы к изгибу и вызывают меньшее напряжение на растяжение в цементной мантии. Имплантаты с относительно толстой медиальной стороной вызывают меньшее компрессионное напряжение в цементе. Поскольку костный цемент приблизительно в три раза более устойчив к сжатию, чем к растяжению, постоянная компрессия может быть единственным безопасным режимом (то есть, чем менее выражено напряжение растяжения, тем менее вероятно, что цемент сломается с развитием нестабильности компонента). Рисунок 5 иллюстрирует результаты исследования R.D. Crowninshield с соавторами по определению оптимальной формы поперечного сечения цементного компонента. Анализ выполнялся при условии, что имплантат имеет изгиб только во фронтальной плоскости. В действительности изгиб в аксиальной плоскости не менее важен, особенно при ходьбе по прямой и по лестнице. В конце 90-х годов было признано, что клиническую эффективность ножки определяет ее торсионная стабильность в цементной мантии. Недостаточная торсионная стабильность имплантатов с излишне округлыми формами и маленькой площадью поперечного сечения приводит к раннему разрыхлению мантии под воздействием мощных ротационных напряжений, возникающих в ножке на фоне повседневной двигательной активности. Таким образом, идеальный имплантат должен иметь геометрию поперечного сечения, обеспечивающую высокую торсионную стабильность без острых граней, которые могут вызвать переломы цементной мантии.

ets12.jpg

Рис. 5. Влияние геометрии поперечного сечения бедренного компонента эндопротеза: А — на максимальное сжатие цемента; В — на растяжение; С — форма поперечного сечения D представляет оптимальную конфигурацию для использования при цементной фиксации, поскольку генерирует минимальные напряжения сжатия и растяжения в цементе и меньше других подвергает напряжению мантию (Crowninshield R.D. et al., 1980).

ets13.jpg

Рис. 6. Графическое представление модуля упругости сплавов, кости и костного цемента. (Tarr R.R. et al., 1979).

На раннем этапе развития эндопротезирования для изготовления бедренных компонентов использовалась нержавеющая сталь, материал относительно жесткий (то есть с высоким модулем упругости), но низкими показателями усталости и предела текучести. Технический прогресс в металлургии способствовал созданию современных модификаций нержавеющей стали, применяемых для производства эндопротезов и обладающих превосходными характеристиками усталости. Сплавы кобальт-хрома обладают отличными показателями усталости и предела текучести, но имеют немного больший модуль упругости, чем нержавеющая сталь. У сплавов титана модуль упругости приблизительно в два раза меньше, чем у нержавеющей стали или кобальт-хрома (рис. 6). Более тонкие и гибкие ножки вызывают меньшее внутреннее напряжение и передают больше компрессирующих усилий к кости проксимального отдела и цементу, тогда как большие, жесткие ножки уменьшают толщину цемента и вызывают сильное напряжение растяжения в дистальной части цементной мантии. Использование сплавов титана для изготовления цементных компонентов нецелесообразно, поскольку титан - это мягкий неизносостойкий метал, продукты истирания которого вызывают быстрое развитие остеолиза.

Способ обработки поверхности бедренного компонента также является важной особенностью дизайна. Большинство моделей ранних цементных имплантатов имели гладкую или полированную поверхность, и причиной их несостоятельности большинство исследователей считали плохую связь ножки с цементной мантией. Поэтому протезы, разрабатываемые в 80-е и 90-е годы, изготавливались с микроструктурированными и пористыми поверхностями или имели покрытие из ПММК. Такая поверхность обеспечивала надежное сцепление цемента и ножки, не допуская возможности микроподвижности в пределах мантии. Однако теперь стало понятно, что при нарушении связи такой ножки с цементом их взаимное трение приводит к образованию большого количества дебриса (рис. 7). Некоторые бедренные имплантаты в настоящее время полируются, чтобы уменьшить вероятность образования дебриса при рассоединении ножки и цемента, однако в настоящий момент еще нет убедительных данных о преимуществе такого дизайна.
R.D. Crowninshield на основании измерения шероховатости с помощью калиброванного профилометра ввел шесть терминов для описания текстуры поверхности: 1) блестящая; 2) гладкая; Закрашенная; 4) матовая; 5) шероховатая; и 6) текстурированная.

ets14.jpg

Рис. 7. Среднее истирание после 250000 циклов смещения на 0,5 мм металла относительно цемента с различной шероховатостью поверхности (Crowninshield R.D. et al., 1980).


Поверхность ножки обладает двумя важными характеристиками: 1) силой вытяжения, определяющей сцепление между цементом и металлом; 2) абразивными качествами, которые влияют на интенсивность истирания цемента металлом, происходящего при нарушении сцепления и возникновении движений между бедренным компонентом и мантией. При испытаниях количество продуктов истирания цемента прямо пропорционально степени шероховатости, но прочность связи металла и цемента находится в обратно пропорциональной зависимости. При шероховатой ножке рассоединение металла и цемента сопровождается прогрессивным расшатыванием и обширным остеолизом (рис. 8).

ets15.jpg

Рис. 8. Рентгенограммы правого тазобедренного сустава больного А.: а — эндопротезирование правого тазобедренного сустава с использованием бедренного компонента Elite Plus (DePuy); б — через год после операции — нестабильность бедренного компонента с выраженным остеолизом в проксимальном отделе; в — ревизионное эндопротезирование, замена бедренного компонента с костной аллопластикой, результат через один год.


При освобождении от цемента ножек с гладкой поверхностью происходят другие процессы. D.J. Berry с соавторами изучили этот эффект при анализе 2000 гладких ножек Charnley. Они выявили, что имеется зависимость «выживаемости» от степени оседания ножки в цементной мантии в раннем периоде. При максимальной толщине рентгено-прозрачной линии между цементом и верхненаружным краем ножки в 2 мм и более значительно возрастала вероятность ранней ревизии вследствие нестабильности (Р <0,0001). Однако если толщина линии была меньше 2 мм, такое оседание не влияло на выживаемость.

На основании этих работ сформировалось понимание, что шероховатые ножки лучше связаны с цементной мантией, но в случае рассоединения очень быстро развивается нестабильность с выраженным остеолизом. Гладкие или полированные компоненты слабо сцеплены с цементом, но если геометрия ножки обеспечивает механическую стабильность в мантии, то клинические результаты остаются удовлетворительными.

Проведенный сравнительный анализ поведения ножек Charnley Elite и Exeter, дизайн которых имеет принципиальное отличие с точки зрения возможности оседания, показал, что для обоих имплантатов в первый год миграция была наибольшей и в четыре раза превышала миграцию в последующие годы. Смещение ножки Exeter имело преимущественно дистальное направление и составило 1 мм в течение первого года. Кроме того, наблюдались легкое вальгусное отклонение ножки и ротация головки кзади (0,3 мм/год). В противоположность этому, произошло небольшое оседание (0,2 мм/год) ножки Charnley Elite, но ее быстрое ротационное смещение кзади (0,8 мм/год). По заключению авторов, эта разница в направлении смещения может стать причиной нестабильности ножек.

R.S.M. Ling с сотрудниками полагают, что полированные клиновидные ножки имеют значительное потенциальное преимущество в обеспечении хороших долгосрочных результатов. Они показали, что при температуре тела у цемента проявляются вязкоупругие свойства, позволяющие полированной клиновидной ножке оставаться стабильной в мантии, а генерируемое ей кольцевое напряжение передается на проксимальный отдел бедра через цемент.

Цементная мантия

Важным вопросом долговечности цементного протеза является наличие равномерной цементной мантии и правильное положение ножки в костномозговом канале. Удовлетворительная периферическая толщина цементной мантии, окружающей бедренный компонент, необходима по двум причинам. Во- первых, при слишком тонкой цементной мантии повышается риск возникновения растрескивания цемента, что, в свою очередь, может привести к развитию нестабильности компонента и необходимости ревизии. Во-вторых, полное отсутствие мантии может дать доступ продуктам износа к кости при развитии остеолиза. Установка бедренного компонента в неправильной позиции может вызвать локальное истончение цементной мантии, например, при варусной позиции ножки отмечается недостаточная толщина мантии проксимально с медиальной стенки и в дистальном отделе с латеральной стороны. Более того, плохо центрированный в канале компонент может быть не только окружен локально истонченной мантией, но местами просто прилегать к костным стенкам. С этой целью в современных моделях эндопротезов предусмотрены специальные централизаторы, которые способствуют центрированию ножки в подготовленном ложе в процессе установки.

До настоящего времени точно не определена оптимальная толщина цементной мантии. Расчеты методом конечных элементов показали, что при толщине костного цемента более 2,5 мм существенно снижается нагрузка на окружающие ткани. Исследования, выполненные при аутопсии, выявили.. что переломы цементной мантии при ее толщине более 2 мм наблюдались редко. Таким образом, на сегодняшний день известно, что величина цементной прослойки между костной тканью и ножкой протеза должна быть не менее 2 мм.

Показания

Отличные клинические результаты в сочетании с хорошими показателями выживаемости и относительно низкой стоимостью цементных имплантатов заставляют рассматривать их во многих случаях как конструкции выбора. Цементная фиксация бедренного компонента, вероятно, не так зависит от качества кости и геометрии канала, как бесцементная, поэтому она применима в большинстве клинических ситуаций. Однако при определенной геометрии бедренного канала использование цементных ножек более целесообразно, тогда как в других случаях более подходящими являются компоненты бесцементной фиксации.

Несомненно, что чаще возникают проблемы с цементными бедренными компонентами у относительно молодых пациентов и у людей с избыточным весом.

В настоящее время большинство хирургов предпочитают использовать цементные бедренные компоненты у старших, малоактивных пациентов. Молодым больным с высокой степенью физической активности и хорошим качеством кости практически всегда устанавливают эндопротезы бесцементной фиксации. Между этими двумя крайностями выбор имплантата зависит от воззрений хирурга. У пациентов моложе 70 лет мы в подавляющем большинстве случаев применяем бесцементные ножки, даже на фоне умеренно выраженного остеопороза. В более старшем возрасте в основном используются цементные протезы.

Разумеется, возраст - не единственный критерий, используемый в нашем учреждении при выборе имплантата. Повседневная активность, избыточный вес, предполагаемая продолжительность жизни, наличие и выраженность сопутствующей патологии и, наконец, геометрия костномозгового канала и качество кости - все это учитывается при выборе имплантата и способа его фиксации. Удовлетворительное качество кости с плотной трабекулярной структурой и толстыми кортикальными стенками позволяет применять бедренный компонент бесцементной фиксации, и, наоборот, при выраженных остеопоротических изменениях методом выбора является цементное эндопротезирование.

Учитывая особенности геометрии костномозгового канала, у пациентов с индексом бедренного расширения Dorr более 4,7 (форма «бутылки шампанского») мы стараемся использовать бесцементный имплантат. С другой стороны, для пациентов с плохим качеством кости и индексом расширения Dorr менее 3 (форма «печной трубы») мы стремимся применять цементную фиксацию. Впрочем, S. Kobayashi с соавторами показали, что цементные компоненты Charnley демонстрируют более низкую степень выживаемости при форме канала типа «печной трубы», но возможно, что эта форма канала может быть еще более неблагоприятной при имплантации ножки бесцементной фиксации.

Результаты

Любое усовершенствование дизайна эндопротеза и методики его имплантации по логике должно приводить к улучшению исходов лечения. Однако многочисленные сообщения о результатах клинического применения вновь разработанных и усовершенствованных моделей позволяют сделать вывод, что не все эти изменения оказываются полезными. Поэтому прежде, чем внедрять в широкую клиническую практику новые имплантаты, они должны быть тщательно и всесторонне исследованы.

Сообщения о результатах использования различных цементных бедренных компонентов при эндопротезировании тазобедренного сустава содержат очень противоречивые сведения. Исходы могут зависеть от состава группы пациентов, типа имплантированного эндопротеза, хирургического доступа и техники цементирования, хирурга и бригады, выполняющих операцию, интерпретации результатов и сроков наблюдения.
Огромное значение в определении показателей «выживаемости» имеет демографический фактор. Многие исследователи отмечают увеличение частоты неудач при цементной фиксации бедренных компонентов у пациентов молодого возраста. L.D. Dorr с соавторами при исследовании пациентов моложе 45 лет после цементого эндопротезирования зарегистрировал удовлетворительные результаты через 16 лет лишь у 27% больных, в то время как через 4,5 года они были выявлены у 78%, а через 9 лет - у 58%. Ревизионные операции спустя 16 лет были выполнены 82% пациентов, которым на момент операции было менее 30 лет и 56% - в более старшей возрастной группе.



Высокий уровень нестабильности цементных ножек коррелировал не только с возрастом больных, но и с избыточным весом и более высокой степенью двигательной активности пациентов.

Количество неудовлетворительных результатов может зависеть от заболевания, которое послужило причиной эндопротезирования: асептический некроз головки бедра и посттравматический артроз связаны с более высоким уровнем асептического расшатывания, тогда как при полисуставной форме ревматоидного артрита неудачи встречались реже.

Влияют на показатели выживаемости и технические факторы, включая размер ножки и ее позицию, а также качество цементной мантии.

Слишком большие и чрезмерно маленькие имплантаты в пропорции к бедренному каналу пациента являются фактором риска ранней неудачи. Чрезмерно большой протез не позволяет сформировать адекватную цементную мантию, что ведет к ее перегрузке и возможному разрешению. Слишком маленькие компоненты способствуют образованию очень толстой мантии, которая будет плохо передавать нагрузку на кость; кроме того, маленькие ножки обладают плохой ротационной устойчивостью. Оптимальная толщина мантии цемента составляет 2-3 мм.

Значение правильного позиционирования ножки для повышения «выживаемости» бесспорно: большинство авторов считает, что желательно обеспечить ее нейтральное положение. Есть данные, что крайне неблагоприятна варусная позиция бедренного компонента. Вальгусную позицию раньше считали выгодной, однако теперь есть данные о ее неблагоприятных последствиях.

Вероятно, отрицательное влияние неправильной позиции ножки на «выживаемость» заключается в изменении нормальной биомеханики сустава с перегрузкой отдельных участков кости и локального истончения цементной мантии.

Очень важным параметром для долгосрочной успешной работы бедренного компонента эндопротеза являются качество цементной мантии и надежность фиксации цемента в окружающей кости. C.R. Bragdon с соавторами продемонстрировали значение оптимизации цементной техники. Разбив на категории качество изначальной цементной мантии, полученной после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава, и проанализировав их, они заключили, что этот показатель позволяет оценить вероятность асептического расшатывания в будущем. Соответственно, хирургические меры, принятые для оптимизации качества цементной мантии, могут привести к лучшим показателям выживаемости цементных ножек.

Результаты цементного эндопротезирования рассматриваются по трем поколениям тотального эндопротезирования тазобедренного сустава. В первом поколении использовались ножки, изготовленные не из самых высококачественных сплавов и имеющие в своем дизайне острые и узкие медиальные грани. Цемент внедрялся в бедренный канал руками, никаких пробок для дистапьного блокирования канала не применялось. Во втором поколении применялись бедренные компоненты с округлыми широкими краями, выполненные из наиболее качественных сплавов в сочетании с усовершенствованной техникой цементирования. Канал блокировался пробкой, и цемент вводился ретроградным способом с помощью пистолета. В третьем поколении цементного эндопротезирования начали осуществлять вакуумное смешивание цемента или его центрифугирование для уменьшения пористости. В некоторых моделях новых эндопротезов стали производить обработку поверхности ножки для улучшения сцепления на границе металл-цемент, а во многих - использовать проксимальные и/или дистальные централизаторы для формирования равномерной однородной мантии. Разумеется, не все наблюдения в пределах одного поколения абсолютно эквивалентны, поскольку иногда речь идет о принципиально разных дизайнах ножек.

Результаты использования эндопротезов и цементной техники первого поколения: тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава по Charnley

Дизайн тотального эндопротеза тазобедренного сустава и техника цементирования, предложенные сэром Джоном Чарнли остаются «золотым стандартом», с которым сравниваются все прочие. D.J. Berry с соавторами опубликовали обзор 25-летних результатов применения этого эндопротеза в Mayo Clinic. С марта 1969 по сентябрь 1971 года было выполнено 2000 последовательных первичных эндопротезирований по Charnley. Бедренный компонент представлял собой моноблок из нержавеющей стали с гладкой поверхностью и головкой диаметром 22.225 мм. Средний возраст пациентов составил 63,5 года. Показанием к эндопротезированию в 82% случаев был остеоартрит. Из 2000 пациентов 97% наблюдались, по крайней мере, в течение 25 лет, до ревизии или до смерти. Самый долгий период наблюдения составил 28,4 года. Общая «выживаемость» данного эндопротеза составила 80,9%, а «выживаемость» до ревизии по поводу асептического расшатывания за 25 лет была еще выше - 89,8% (табл. 4.2). В целом частота асептического расшатывания была сходной и для вертлужных, и для бедренных компонентов. Однако в первые 15 лет ревизии чаще подвергались бедренные компоненты, а за последующие 10 лет увеличилась частота ревизий вертлужных компонентов. Ревизионные вмешательства по поводу асептического расшатывания выполнялись в два раза чаще у мужчин.

Самым важным фактором, влияющим на долговечность эндопротеза, был возраст больных (табл. 4.3). L. Neuman с соавторами сообщили, что вероятность «выживания» в течение 20 лет составляет 88,3% у пациентов моложе 55 лет и 89,3% - старше 55 лет.

J.J. Callaghan с соавторами рассказали о 25-летнем опыте 330 эндопротезирований по Charnley, выполненных одним хирургом. Частота ревизий вследствие асептического расшатывания бедренного компонента была 3%, а из 62 пациентов, проживших 25 лет, 77% по-прежнему пользовались первоначальным протезом. J. Older из Англии также сообщил о 20-летних результатах эндопротезирования по Charnley. Ревизии вследствие асептического расшатывания бедренного компонента выполнялись им в 3% случаев.

Причинами успешной имплантации гладкой ножки Charnley в настоящий момент считают малое образование частиц износа даже при нарушении связи протеза с цементной мантии (гладкая поверхность), ротационно устойчивый дизайн ножки, небольшой объемный износ полиэтилена (головка диаметром 22.225 мм) и подавляющее число пациентов пожилого возраста.

Отдаленные результаты тотального эндопротезирования по Charnley лучше, чем при использовании других ножек. P.W. Pavlov сообщил о результатах 512 эндопротезирований с применением компонентов Charnley-Muller через 15 лет: обнаружилось 40% неудач, требующих ревизии. AW. Dunn и L.R. Hamilton также сообщили, что нестабильность 185 таких же ножек была выявлена в 40% случаев через 10 - 14 лет после операции. Неблагоприятные особенности дизайна ножек первого поколения (кроме Charnley) - это узкие, острые грани, приводящие к разрушению цемента, и геометрия ножек, способствующая формированию неравномерной по толщине мантии.

Результаты использования эндопротезов и цементной техники второго поколения

Несколько исследований со сроками клинических наблюдений 10 или более лет показали, что на «выживаемость» бедренных компонентов второго поколения влияет также и хирургическая методика. D.R. Mulroy и W.H. Harris сообщили о клинических результатах использования 105 цементных бедренных компонентов различного дизайна для первичного эндопротезирования с периодом наблюдения от 10 до 12,7 лет (в среднем 11,2 года) в сочетании с цементной техникой второго поколения. Общая частота асептической нестабильности составила 3%, ограниченный эндостальный остеолиз отмечен у 6,8% пациентов.

R.N. Stauffer сообщил о 3,2% ревизий по поводу асептического расшатывания при среднем сроке наблюдения 9,6 лет (от 8,8 до 11,5) за 222 тотальными эндопротезами с ножкой HD-2 (Harris Design-2), имплантированной с применением цементной техники второго поколения. Общая «выживаемость» в течение 10 лет составила 95%.

J. Sanchez-Sotelo с соавторами опубликовали опыт Mayo Clinic по применению 256 ножек HD-2, установленных в период с 1980 по 1983 гг. в сочетании с цементной техникой второго поколения. Средний возраст больных при операции составил 66 лет, основным показанием к эндопротезированию в 71% случаев был остеоартроз. За 15 лет было выполнено 7% ревизий по поводу асептического расшатывания ножки. Общая 15-летняя выживаемость для бедренного компонента составила 92,2% причем у пациентов младше 50 лет результат был значительно хуже - 72,3%. S.E. Smith с соавторами представили свой 20-летний опыт использования цементной техники второго поколения у пациентов 50 лет и младше . Ревизионные вмешательства были выполнены у 14% пациентов, в том числе у 6% - вследствие асептического расшатывания.
A.S. Klapach с соавторами сравнили использование ножек Charnley с цементной техникой первого и второго поколений. При минимальном 20- летнем сроке наблюдения частота неудач была ниже при использовании цементной техники второго поколения, но различие не было статистически достоверным. Однако авторы показали, что адекватное заполнение бедренного канала приводит к улучшенным показателям «выживаемости» ножки.

Данные Шведского национального регистра артропластики, в котором отслеживаются все операции эндопротезирования, выполненные в Швеции, также свидетельствуют о лучших показателях «выживаемости» ножки при использовании техники цементирования второго поколения в сравнении с первым. На основании анализа этих данных авторы поддерживают мнение, что использование дистальной пробки и ретроградного заполнения канала с помощью цементного пистолета улучшает качество цементирования и повышает «выживаемость» ножки.

Результаты использования эндопротезов и цементной техники третьего поколения

C.S. Oishi с соавторами на основании анализа 100 гибридных эндопротезирований сообщили, что выживаемость бедренных компонентов Precoat, имплантированных по методике цементирования третьего поколения, составляет 6-8 лет. Только в одном случае наблюдалось асептическое расшатывание ножки, а в 6% - локальный остеолиз.

G. Duffy и D.G. Lewallen наблюдали на протяжении 12 лет 90 случаев последовательных первичных тотальных эндопротезирований тазобедренного сустава, выполненных с использованием ножки Precoat и техники цементрирования третьего поколения. У четырех пациентов (5%) выполнена ревизия по поводу асептического расшатывания, но во всех этих случаях уже на первичных рентгенограммах отмечалось неудовлетворительное качество цементной мантии. В более ранних публикациях десятилетняя выживаемость этих ножек оценивалась в 98%.

Также было проведено сравнение эндопротезов двух различных дизайнов, установленных по общей методике третьего поколения. Сто пятьдесят ножек Precoat продемонстрировали десятилетнюю выживаемость в 98,6% случаев, в то время как выживаемость ножки Iowa за такое же время составила 90,6%. C.G. Mohler с соавторами также сообщили о высокой частоте неудач при имплантации круглой ножки Iowa, вызванной разобщением цемента с шероховатой поверхностью и высоким темпом образования дебриса с развитием остеолиза. Такие же проблемы возникли при использовании ножки Elite Plus. В целом, техника цементирования третьего поколения не дала тех результатов, которых от нее ожидали. Во многом это связано с высокой частотой асептического расшатывания некоторых типов ножек, что в большей степени зависит от особенностей их дизайна, нежели от техники цементирования. Вероятно, попытка добиться более надежной связи между поверхностью бедренного компонента и цементной мантией была ошибкой, но уменьшение пористости цемента и централизация ножки в канале, несомненно, являются шагом вперед. Только время покажет, насколько эффективными были усовершенствования дизайна эндопротезов и нововведения в методике цементирования в сравнении с высоким стандартом, установленным J. Charnley.

Техника

В процессе установки цементного бедренного компонента несколько этапов операции заслуживают особого внимания.

Подготовка кости

Точное определение размеров канала, обработка сверлами и рашпилями проксимального отдела бедра внесли свой вклад в улучшение оперативной техники, позволяя подготовить к цементированию канал практически любой формы. В отличие от инструментов, которые удаляют почти всю губчатую кость, приспосабливая канал к имплантации бесцементных ножек в случае применения цемента рашпили должны сохранять и уплотнять губчатую кость. Хорошая мантия из сильной эндостальной губчатой кости должна быть оставлена для проникновения цемента.

После обработки канала бедренной кости необходимо удалить все свободные фрагменты губчатой кости и дебриса. С этой целью B.G. Weber предложил использовать специальные щетки, хотя другие авторы успешно применяют костные ложки или кюретки. Промывание пульсирующей струей способствует удалению жирового дебриса и крови из костных полостей. Это улучшает проникновение цемента и фиксацию имплантата, что, в свою очередь, снижает вероятность нестабильности и продлевает срок службы протеза. Дистальное закупоривание бедренного канала перед промыванием пульсирующей струей позволяет удалить ретроградным способом значительную часть дебриса из эндостальных полостей бедра.

После промывания канала желательно обеспечить максимально возможное высушивание поверхности кости, чтобы избежать неблагоприятного воздействия жира и крови на прочность цементной мантии. Уменьшению кровотечения из канала бедра способствует гипотензивная общая и спинальная анестезия, а также местные аппликации адреналина или тромбина. Может быть эффективным и простое просушивание канала салфетками непосредственно перед введением цемента.

Подготовка и введение цемента

ets17.jpg

Рис 9. Два метилметакрилатовых слепка каналов после растворения кости азотной кислотой: слева — из бедра с пробкой, справа — из бедра без пробки. Слепок из бедра с пробкой показывает большую однородность и лучше отражает рисунок от проникновения цемента в губчатую кость 
(I. Oh, W.H. Harris, 1978).

Со времени описания оригинальной методики Charnley произошли существенные изменения в подготовке ПММА и его введении в канал бедра. В качестве дистальной пробки для закупоривания канала, первоначально предложенной Н.С. Amstutz, может использоваться шарик ПММА. В настоящее время обычно в качестве пробки используют полученные при операции из коробчатого долота фрагменты аутокости или полиэтиленовые заглушки (в многообразии доступные по размеру и дизайну). Однако при сравнительном исследовании костных и пластмассовых пробок с заглушками из ПММА G.M. Beim с соавторами продемонстрировали преимущество последних в обеспечении герметизации и достижении максимального давления в канале кости без утечки цемента и смещения пробки.

I. Oh и W.H. Harris сообщили о важности методики ретроградного заполнения канала с использованием цементного пистолета после дистального закупоривания. Авторы подчеркнули потенциальное значение прессуризации массы цемента после ее введения в канал (рис. 9). Этой группой для улучшения вторжения цемента в кость был спроектирован бедренный компактор. Существуют модификации цементных пистолетов для ретроградного заполнения канала, обеспечивающих одновременное удаление смеси воздуха, жира и крови.

Предпочтения авторов

Корректное предоперационное планирование - основной залог успеха. Для определения желаемого положения вертлужного компонента, ожидаемого центра ротации сустава, а также дизайна и размера бедренного компонента используются соответствующие шаблоны. Выбор дизайна бедренного компонента основан на персональных предпочтениях хирурга и на особенностях геометрии проксимального отдела бедра пациента. Размер ножки зависит от величины канала и выбирается так, чтобы обеспечить достаточную толщину цементной мантии (по крайней мере, 2-3 мм).

Выбор хирургического доступа зависит от предпочтений хирурга. Уровень остеотомии шейки бедра определяется на этапе предоперационного планирования таким образом, чтобы обеспечить коррекцию длины конечности, в качестве ориентиров используются большой и малый вертелы. Целесообразно выполнить остеотомию шейки немного выше планируемого уровня для исключения ошибки в выборе направления хода лезвия осциляторной пилы.

После установки вертлужного компонента проводится подготовка бедренного канала. Мы предпочитаем использовать рашпили, уплотняющие губчатую кость и формирующие хорошую основу для внедрения цемента. Рашпиль устанавливается в позиции 10 - 15° антеверсии. Такое направление, за исключением случаев грубого искажения анатомии при дисплазиях, задается собственной шейкой бедренной кости пациента. После проведения пробного вправления, определения необходимой длины шейки и оценки стабильности сустава удаляют рашпиль и завершают подготовку канала для цементирования.

Устанавливают дистальную пробку (пластиковую, ПММА, но чаще всего из аутокости). Удаляют свободные мелкие фрагменты кости, тщательно промывают и высушивают канал, затем приступают к введению цемента.

Предпочтительно вакуумное смешивание цемента. Стандартной упаковки цемента 40 г обычно достаточно для малого и среднего размеров канала бедра. В случае необходимости может использоваться большее его количество. Предпочтительно введение цемента ретроградным способом с помощью пистолета. Если осуществляется ручное введение, необходимо параллельно удалять кровь из канала с помощью дренажной трубки, подсоединенной к хирургическому отсосу. После заполнения канала производится проксимальная прессуризация цемента эластичным обтуратором.

Эндопротез внедряется руками, пока цемент находится в эластичном состоянии. Необходимо следить за установкой протеза в нейтральном положении. При выполнении операции из переднего доступа на спине необходимо избегать истончения цементной мантии спереди в проксимальном отделе и сзади - в дистальном. Лишний цемент удаляется. После окончательного затвердевания цемента выполняются вправление бедра и повторная проверка стабильности сустава на предмет вывиха. Необходимо внимательно следить, чтобы фрагменты цемента не попадали в полость искусственного сустава, поскольку абразивное действие третьего тела в узле трения может привести к катастрофическому износу полиэтилена.

После окончательного промывания раны осуществляется ее обычное послойное ушивание. В полости раны остаются дренажные трубки, подсоединенные к вакуумному отсосу или системе сбора и реинфузии дренажной крови. Протокол послеоперационного ведения изменяется по усмотрению хирурга и зависит от применяемого доступа и способа фиксации вертлужного компонента.

Из всего многообразия цементных ножек мы наиболее часто применяем следующие.

Полированная клиновидная ножка СРТ (Zimmer) (рис. 10): существует пять типоразмеров ножек, для равномерного распределения цементной мантии применяется централизатор. Установка ножки осуществляется без особых усилий, руками. При этом необходимо следить, чтобы не произошло истончение цементной мантии по передней стенке канала при переднем доступе и по задней стенке - при заднем доступе.

Достоинства:

  • современная философия дизайна (микроподвижность в цементной мантии);
  • хорошие среднеотдаленные результаты;
  • наличие стандартных и латерализованных ножек;
  • возможность использования биполярных головок.

Недостатки:

  • малое количество типоразмеров головок (3);
  • требует при установке латерализации (возможное повреждение мышц).

ets18.jpg

Рис. 10. Бедренный компонент эндопротеза СРТ (Zimmer): а — внешний вид; б — рентгенологическая картина эндопротеза и ножки СРТ.


Оригинальная ножка Muller матовая (Zimmer) (рис. 11), может быть выполнена из комохрома или титана, имеется пять типоразмеров ножек, для равномерного распределения цементной мантии применяется централизатор. Установка ножки осуществляется руками без особых усилий.

Достоинства:

  • анатомичная форма, сберегающая мышцы при установке;
  • плотная посадка с упором на наружный и внутренний кортикальные слои;
  • хорошие среднеотдаленные результаты;
  • возможность использования биполярных головок.

ets19.jpg

Рис. 11. Бедренный компонент эндопротеза Muller матовый (Zimmer): а — внешний вид; б — рентгенограмма правого тазобедренного сустава после имплантации.


Lubinus (Link) (рис. 12) - матовая ножка, выполнена из кобальт-хромового сплава; имеется четыре типоразмера; для равномерного распределения цементной мантии применяется централизатор. Установка ножки осуществляется без особых усилий руками.

Достоинства:

  • анатомичная форма, сберегающая мышцы при установке;
  • плотная посадка с упором на воротничок;
  • хорошие среднеотдаленные результаты;
  • возможность использования биполярных головок.

Недостаток: малое количество типоразмеров головок (3).

ets20.jpg

Рис. 12. Бедренный компонент эндопротеза Lubinus (Link): а — внешний вид; б — рентгенограмма правого тазобедренного сустава после имплантации.



Р.М. Тихилов, В.М. Шаповалов
РНИИТО им. Р.Р. Вредена, СПб


Похожие статьи
показать еще
 
Травматология и ортопедия