Применение углеродсодержащих материалов для создания искусственных суставов

Лечения тяжелых травм и заболеваний суставов, методом тотального эндопротезирования является методом выбора при тяжелых заболеваниях и повреждениях крупных суставов.

Несмотря на значительный выбор типов предлагаемых искусственных суставов, актуальным остается вопрос отдаленных результатов после тотального эндопротезирования крупных суставов.

Основной причиной нестабильности эндопротеза, обуславливающей ограниченный срок его службы в отдаленном периоде, является асептическое расшатывание, так как любой имплантат, выполненный из биоинертного материала, не способен полноценно интегрироваться с костной тканью при всех оптимальных условиях его имплантации (асептичность, соблюдение угловых характеристик ориентации компонентов протеза, адекватность и своевременность нагрузок и т.д.). Износ полимерного вкладыша в паре трения тотального эндопротеза так же сокращает срок его службы. При вращении частей протеза в паре трения образуются частицы износа полимера, на которые ткани отвечают макрофагальной реакцией, что является пусковым моментом для процесса асептического воспаления окружающих протез тканей. Высокий момент сопротивления движению в узле подвижности сустава и различие модулей упругости материала, из которого изготовлен эндопротез, способствуют появлению микроподвижности имплантата в костном ложе.

Цель исследования - изучить возможность применения новых углеродсодержащих материалов (таких как пирографит изотопный и углеситалл), обладающих высокой износостойкостью и биоинертностью, для изготовления как компонентов, так и пары трения узла подвижности эндопротезов.

На экспериментальных моделях произведены измерения момента сопротивления движению в узле подвижности в искусственном и в здоровом тазобедренном суставе, а также построена математическая модель, которая соответствует поведению протеза из таких материалов, как пирографит изотопный и углеситалл в костном ложе.

Момент сопротивления движению для эндопротеза и для здорового тазобедренного сустава составил, соответственно, 0,062 и 0,008-0,04, а модуль упругости - 1,94 Нм и 2,25 Нм (в то время как в эндопротезе Сиваша - 12,6 Нм).

Также проведены эксперименты по остеоинтеграции пористого углерода, в результате которых выявлена способность пористых углеродсодержащих материалов к остеоинтеграции.

По результатам выполненных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Использование пористого углеситала с модулем упругости близким к модулю упругости кости обеспечивает функционирование системы протез-кость как единого комплекса.
2. Применение пары трения пирографит-пирографит в узле подвижности протеза позволяет достичь момента трения сравнимого с моментом трения в здоровом суставе.
3. Пористый углеситал является биоинертным материалом.
4. Пористые углеродсодержащие материалы способны к остеоинтеграции.
5. Материалы, подвергнутые исследованию, могут быть использованы для создания искусственных суставов.

Митрошин А.Н., Кислов А.И., Евдокимов С.В., Кибиткин А.С.
Пензенский государственный университет, медицинский институт