IMPROVEMENT OF THE ENDOPROSTHESIS OF THE HIP JOINT

Full Text

Актуальность. Эндопротезирование тазобедренного сустава в настоящее время является одним из наиболее эффективных способов лечения травм и заболеваний тазобедренного сустава. Количество эндопротезирований ежегодно увеличивается, одновременно растет число осложнений после данного вида лечения пациентов. При этом остается большое количество нерешенных вопросов, связанных с выполнением операции по замене сустава, а также с последующим функционированием эндопротеза. Несмотря на наличие большого выбора современных видов эндопротезов, частота вывихов после первичного эндопротезирования тазобедренного сустава составляет до 10%, а после ревизионного эндопротезирования до 20% [6, 8]. Наиболее частой причиной вывихов является некорректное положение компонентов искусственного сустава, при этом правильная установка имплантатов является трудной задачей для любого ортопеда [5, 7]. Существует ряд других предрасполагающих к дислокациям факторов, таких как слабость окружающих сустав мышц, механический импинджмент. В настоящее время разработано большое количество имплантатов для предотвращения вывихов, например, эндопротезы с двойной мобильностью, суставы с увеличенным радиусом головки, а также связанные конструкции. Однако, все они имеют свои недостатки: увеличенный износ пары трения, повышенный риск асептического расшатывания, возможность разрушения эндопротеза и др. В большинстве случаев лечение вывихов, особенно рецидивирующих, осуществляется хирургическим путем [2]. Одной из самых важных нерешенных проблем современного эндопротезирования является продолжительность функционирования искусственных суставов. В процессе эксплуатации эндопротеза происходит износ компонентов пары трения, в связи с чем, изменяется положение центра вращения в суставе, уменьшается длина конечности. При полном износе компонентов пары трения (наиболее часто изнашивается вкладыш) начинается трение головки эндопротеза о внутреннюю поверхность вертлужного компонента, что требует повторного оперативного вмешательства - ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава, см. рис 1 [3]. Известны эндопротезы с так называемой альтернативной парой трения керамика-керамика, керамика-полиэтилен, обладающие хорошими трибологическими свойствами, однако, полностью исключить процесс износа компонентов они также не могут. Описание: K:\поворотная чашка\Статья в БСМП\Фиг. 6 рентгенограмма.jpg Рис.1. Износ полиэтиленового вкладыша эндопротеза (слева - рентгенограмма, справа - схематичное изображение). Материал и методы исследования. С целью повышения срока службы эндопротеза тазобедренного сустава и предотвращения вывихов в суставе был разработан оригинальный «Эндопротез тазобедренного сустава» [1], см. рис. 3. Прототипом для него послужил эндопротез фирмы Zimmer с вертлужным компонентом Trilogy и полиэтиленовым вкладышем, широко используемый в настоящее время и показывающий хорошие отдаленные результаты, см. рис. 2 [4, 9]. Описание: K:\поворотная чашка\Статья в БСМП\trilogy-ace-sys-hero1.png Рис. 2. Вертлужный компонент Trilogy эндопротеза фирмы Zimmer. Недостатком эндопротеза является то, что при его функционировании происходит износ (стирание) полиэтиленового вкладыша в месте наибольшей нагрузки (при незначительном стирании оставшейся части вкладыша), что приводит к укорочению конечности, изменению центра ротации в суставе, и в свою очередь - к ограничению движений в суставе, нарушению функции конечности. При достижении полного стирания начинается трение металлической головки эндопротеза о металлический вертлужный компонент, что сопровождается попаданием металлического дебриса в окружающие ткани, способствует развитию остеолиза и требует ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава. Указанный фактор является основной причиной ограниченного срока службы эндопротеза. Вкладыш данного имплантата может содержать антилюксационный козырек. При вывихах в суставе после операции, например, при неправильном ориентировании компонентов эндопротеза, в чашке Trilogy отсутствует возможность неинвазивной ориентации антилюксационного козырька таким образом, чтобы он препятствовал вывиху (изменить его направление можно только при ревизионном вмешательстве). Предложенный эндопротез тазобедренного сустава состоит из сферической головки, шейки, ножки эндопротеза и вертлужного компонента. В плоской части вертлужного компонента располагаются несквозные равноудаленные друг от друга отверстия. С внутренней поверхности полусферы чашки имеется паз в котором располагается стопорное кольцо с усиками (см. рис. 3). Описание: K:\поворотная чашка\Статья в БСМП\Чертеж.jpg Рис. 3. Вертлужный компонент авторского эндопротеза. 1 - несквозное отверстие, 2 - усики стопорного кольца, 3 - отверстие с резьбой для направителя. В чашку устанавливается полиэтиленовый вкладыш, в ободке которого с нижней стороны имеется несквозное отверстие с расположенным в нем металлическим цилиндрическим фиксатором Т-образного сечения, сверху которого имеется пружина. Необходимо отметить, что все компоненты эндопротеза изготавливаются из парамагнетиков (т.е. веществ, которые не взаимодействуют с магнитным полем) за исключением цилиндрического фиксатора, который выполнен из ферромагнетика. В свободном состоянии пружины нижняя часть цилиндрического фиксатора находится внутри одного из несквозных отверстий вертлужного компонента эндопротеза (положение 2 на рис. 4). Описание: K:\поворотная чашка\Статья в БСМП\Фиг. 3 сечение.jpg Рис. 4. Схема поворота и фиксации полиэтиленового вкладыша. 1 - полиэтиленовый вкладыш, 2 - несквозное отверстие вертлужного компонента эндопротеза, 3 - вертлужный компонент эндопротеза, 4 - металлический цилиндрический фиксатор Т-образного сечения, 5 - пружина. Установка эндопротеза осуществляется следующим образом. Вертлужный компонент эндопротеза фиксируется методом «press-fit». В него устанавливается вкладыш при помощи специального направителя (импактора). Правильность установки проверяется по смыканию усиков стопорного кольца. Затем вкладыш плавно поворачивается до момента, когда одно из несквозных отверстий вертлужного компонента совпадет с несквозным отверстием в нижней части вкладыша, при этом пружина вытолкнет металлический цилиндрический фиксатор и зафиксирует вкладыш, см. рис. 4, положение 2. Далее проводится обработка бедренного канала специальными развертками, установка бедренного компонента, головки, послойное ушивание раны. При достижении определенной степени износа полиэтиленового вкладыша для восстановления нормального центра ротации и длины конечности, а также предотвращения полного износа вкладыша производится следующее. В положении больного на здоровом боку при расслабленных мышцах оперированной нижней конечности с незначительным вытяжением по оси конечности (чтобы головка эндопротеза не упиралась во вкладыш и не препятствовала повороту) под рентгенологическим контролем при помощи магнита производится поворот вкладыша на определенный угол, чтобы в зону наибольшей нагрузки «переместить» наименее изношенную часть вкладыша, и, соответственно «переместить» наиболее изношенную часть в зону наименьшей нагрузки, см. рис. 5. Описание: K:\поворотная чашка\Статья в БСМП\Фиг. 5 поворот.jpg Рис. 5. Схема поворота полиэтиленового вкладыша в магнитном поле. 1 - полиэтиленовый вкладыш, 2 - вертлужный компонент эндопротеза, 3 - постоянный магнит, 4 - цилиндрический фиксатор. Поворот вкладыша осуществляется следующим образом. Магнит первоначально подносится к поверхности тела в проекции вертлужного компонента эндопротеза. Поскольку компоненты эндопротеза выполнены из парамагнетиков, а цилиндрический фиксатор Т-образного сечения из ферромагнетиков, то вследствие притяжения последнего к магниту он выходит из несквозного отверстия вертлужного компонента, вследствие чего у вкладыша появляется возможность вращения вокруг оси О (см. рис.5). Затем при вращении магнита по окружности (на рис. 5 показано стрелкой) вместе с ним происходит и поворот вкладыша. При повороте на определенный запланированный угол при удалении магнита цилиндрический фиксатор Т-образного сечения снова выталкивается пружиной в одно из несквозных отверстий чашки. Для контроля его положения выполняется рентгенологическое исследование. В том случае, если вкладыш имеет антилюксационный козырек, при вывихах в суставе после операции, например, при неправильном ориентировании компонентов эндопротеза, также аналогичным способом можно неинвазивно повернуть вкладыш и расположить антилюксационный козырек таким образом, чтобы он препятствовал вывиху, тем самым предотвратив возможное повторное хирургическое вмешательство. Для оценки возможности применения данного эндопротеза с использованием технологий 3D печати был создан демонстрационный вариант вертлужного компонента и полиэтиленового вкладыша. В пластиковую модель таза устанавливалась чашка и полиэтиленовый вкладыш по вышеописанной методике, после чего проводился поворот вкладыша при помощи постоянного магнита. Полученные результаты и их обсуждение. Результаты проведенных опытов на пластиковой модели тазовой кости продемонстрировали возможность вращения полиэтиленового вкладыша относительно вертлужного компонента эндопротеза под действием постоянного магнитного поля. Безусловно, условия, в которых проводился опыт, и условия реального функционирования эндопротеза отличаются. В пользу предложенного эндопротеза свидетельствуют следующие факторы. При работе эндопротеза в человеческом организме происходит «смазка» всех компонентов искусственного сустава за счет межтканевой жидкости, окружающей сустав, что, естественно, будет способствовать улучшению поворота вкладыша относительно чашки. Другим положительным моментом является то, что, cross-link полиэтилен, из которого изготавливается вкладыш, имеет ровную и гладкую поверхность, не препятствующую врастанию в него соединительной ткани. Практика ревизионных эндопротезирований показывает, что наименее изнашиваемая часть вкладыша (подлежащая повороту) обычно изнашивается на 10-20%, поэтому в результате использования предлагаемого имплантата срок службы эндопротеза тазобедренного сустава может повыситься на 80-90%. При этом неинвазивный поворот вкладыша можно осуществлять несколько раз на протяжении всего срока функционирования искусственного сустава для того, чтобы происходил равномерный износ полиэтилена на всех участках вкладыша. Наиболее актуально использование предлагаемого эндопротеза у больных с вывихами, которые развились в раннем или позднем послеоперационном периоде, поскольку изменение положения антилюксационного бортика (перемещение его в положение, в котором происходит вывих) может способствовать предотвращению повторных вывихов. Не менее актуально применение данного имплантата у пациентов, которым противопоказано или нежелательно проведение повторных оперативных вмешательств. К ним относятся больные пожилого и старческого возрастов, особенно имеющие тяжелую сопутствующую соматическую патологию, поскольку ревизионное вмешательство на тазобедренном суставе является травматичным, и сопряжено с высоким риском развития ранних и поздних послеоперационных осложнений. Выводы. Предложенная конструкция эндопротеза тазобедренного сустава позволяет снизить количество осложнений после операции по замене сустава, а также увеличить срок его эксплуатации.

About the authors

D I Varfolomeev

«Main military clinical hospital named of N.N. Burdenko» of the Ministry of Defense of Russia

Email: d.i.burdenko@yandex.ru

V G Varfolomeev

Voronezh State Medical University

Email: v_samoday@mail.ru

References