Использование кальциофосфатных покрытий при эндопротезировании

При проведении сравнения результатов клинических испытаний пористых металлических эндопротезов бедра APR-1 с или без гидроксиапатитного (ГА) покрытия было установлено следующее. Дооперационные показатели больных по заболеванию статистически не отличались. После проведения эндоптезирования роразница между группами с или без гидроксиапатитного покрытия начала проявляться уже спустя 3 месяца после операции. В дальнейшем клинические и рентгенологические показатели различались между собой в сторону улучшения результатов при использовании биокерамики. Все это позволяет заключить, что гидроксиапатитные покрытия можно рассматривать как дополнительный момент, который ускоряет интеграцию и стабилизацию имплантатов внутри кости больного. Следует отметить, что биокерамика не может быть заменой плохой хирургической технике или имплантатам плохой конструкции (McPherson et al., 1993).

При анализе более 700 историй болезней пациентов, которым были имплантированы протезы тазобедренного сустава с и без гидроксиапатитных покрытий было установлено, что идеального протеза бедра, вероятно, в принципе не существует. Тем не менее, с точки зрения геометрии и границы раздела использование ножек с ГА покрытием выглядит чрезвычайно многообещающе. Клинические результаты ножек с ГА биокерамикой превосходят результаты ножек с прессовой посадкой, у которых наблюдается высокая доля переломов (Li et al., 1993).

Группой английских ученых было проведено сравнительное исследование эндопротезов из Ti-Al-V сплава с использованием цемента (Ц), без цемента (БЦ) и гидроксиапатитным покрытием. Наилучшую способность ходить без перерыва в течение 30 мин. продемонстрировали пациенты из гидроксиапатитной группы (80%) (для сравнения Ц -68%, БЦ - 78%), они же нуждались в меньшем количестве обезболивающих средств (93%) (Ц - 89%). Миграция ножек была также наименьшей: гидроксиапатитные - 0,3, цементные - 0,78, без цемента - 1,7 мм. Все это свидетельствует о том, что наиболее стабильная фиксация достигается при использовании эндопротезов с гидроксиапатитным покрытием, затем идет с использованием цемента, а затем бесцементная технология занимает промежуточное положение (Scott, Freeman, 1993).

Кроме эндопротезов бедра, гидроксиапатитная керамика широко используется и в артропластике коленного сустава. Одно время считалось, что протезирование коленного сустава зашло в тупик (Bauer, 1992). Было показано, что неудовлетворительные результаты, в основном, возникали из-за плохой конструкции протезов и износа полиэтилена (Bauer, 1992; Goodfellow, 1992; Engh et al., 1992; Verhaar, 1993).

Процессы, приводящие к перестройке кости, пока еще не вполне понятны и требуют дальнейшего изучения (Vaes, 1987; Bauer, 1993). В любом случае в них участвуют механизмы, связанные с воздействием нагрузки на кость, минеральным обменом, локальной концентрацией ионов фосфатов и кальция, положением имплантата внутри кости, механической нагрузкой, электрохимическими реакциями и пьезоэффектами (Bauer, 1993).

Наличие костных трабекул на гистологических препаратах человека при извлечении эндопротезов показывает высокую интеграцию гидроксиапатитного покрытий с костью. Причем расположение костных балок шло по направлению силовых линий как в прямолинейном направлении нагрузки, так и при нагрузке кручения. Также наблюдалось увеличение кортикальной пористости проксимальной части бедра, что является важным элементом экранирования проксимального напряжения. Гидроксиапатит биодеградировал более интенсивно в зонах, где проходили силовые линии, вплоть до обнажения участков титана. Следует отметить, что здесь же находились и остеокласты с частицами гидроксиапатита. Однако время нахождения биоактивной поверхности на имплантатах не ясно, В этом процессе большую роль играют процессы химической и биологической резорбции, истирания (Bauer, 1993).

Как уже было сказано выше, гидроксиапатитная керамика, за исключением объемных, пористых и бифазных КФ, как правило, наносится на металлическую подложку, которая обеспечивает высокие биомеханические свойства имплантата. При этом одной из главных технических сложностей, с которыми встречаются исследователи, является низкая адгезия гидроксиапатита с металлом, в частности с титаном. Этого можно избежать при использовании электрофореза, введением в керамику биостекла, использованием методов плазменного или ионного напыления. Модификация поверхности титана пленками фосфатов кальция, обладающими растворимостью, пригодной для остеоинтеграции и прочной адгезией с Ti подложкой, может иметь значение для получения ранней и прочной остеоинтеграции в костной ткани после имплантации (Yoshinari et al., 1996). Видимая кристалличность гидроксиапатита была получена в покрытиях после термообработки при температуре выше 600 °С. Пленки после нанесения и термообработки при 400 и 500 °С быстро растворялись в биологических жидкостях и почти исчезли через 1 день и 1 неделю, соответственно, вследствие наличия аморфных фаз. Это подтверждалось высвобождением в среду ионов Са. Приблизительно 60% покрытий еще оставались на образцах с шероховатой поверхностью с быстрым нагревом до 600 °С с последующим охлаждением до комнатной температуры в нормальных условиях и после 5-недельного погружения. Явного растворения на образцах с быстрым нагревом до 700 °С после 5-недельной инкубации не наблюдалось. Покрытия с быстрым нагревом до 800 °С и нагревом в печи растрескивались и частично деградировали (отшелушивались).

Прочность покрытий на растяжение, исключая HV и IR800, превышала 55 МПа, что было намного больше, чем у эпоксидного клея перед погружением. Однако эта прочность на растяжение уменьшилась после инкубации.

Прочность связи ГА покрытий при растяжении (МПа)

Примечание: * - разрушение связи в эпоксидном клее

Эти данные показывают, что термообработка с быстрым нагревом рекомендуется для контроля за растворимостью и обеспечением тесной связи с Ti подложкой для тонких кальций-фосфатных покрытий, нанесенных ионным методом. Они легко растворяются при быстром нагреве ниже 500 °С и слабо - при 700 °С (Yoshinari et al., 1994, 1996).


А.В. Карпов, В.П. Шахов
Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики