Стандартные элементы современных эндопротезов тазобедренного сустава

Схематически эндопротез тазобедренного сустава состоит из ацетабулярного компонента (чашки), бедренного компонента (ножки) и головки. Различают имплантаты цементной и бесцементной фиксации.

Ацетабулярный компонент (чашка) эндопротеза

Чашка бесцементной фиксации состоит из металлической основы и вкладыша. Металлическую основу бесцементного вертлужного компонента эндопротеза чаще всего изготавливают из титана. По форме металлическая чашка обычно имеет вид полусферы либо усеченной полусферы. Для ревизионного протезирования иногда используют овальные вертлужные компоненты. Некоторые модели эндопротезов имеют дополнительные элементы крепления в виде лепестков, выступов на экваторе, скоб, пластин, шипов и т.д.

Первичную фиксацию чашки обеспечивают путем вкручивания либо плотной посадки забиванием за счет разницы размера костного ложа и вертлужного компонента («press-fit» эффект). Некоторые хирурги устанавливают чашку, одинаковую по размеру с костным ложем (размер-в-размер с последней фрезой), в этих случаях фиксация достигается за счет применения винтов.

Современная металлическая основа бесцементной чашки эндопротеза по наружной поверхности имеет пористое покрытие в виде мельчайших шариков, проволоки или плазменного напыления титана. Доказана эффективность использования гидроксиапатита для стимуляции остеогенеза.

Самой уязвимой частью эндопротеза тазобедренного сустава является узел трения, поэтому большое внимание уделяют выбору полимерного состава вкладыша, толщине и способу фиксации его в чашке, размеру и материалу головки, технологии производства имплантата.

Данные о скорости износа в узле трения свидетельствуют о том, что в паре трения металл-полиэтилен износ полиэтилена составляет 0,2 - 0,5 мм/ год, в паре трения керамика-полиэтилен - 0,1 мм/ год, в паре трения металл-металл стирание металла составляет 0,002 мм/год, а керамики в паре трения керамика-керамика - 0,001 мм/год.

Поскольку именно в паре трения образуются субмикроскопические продукты трения, токсичные для клеток, работа над оптимизацией ее параметров постоянно продолжается.

Обычно вкладыш изготавливают из ультравысокомолекулярного полиэтилена (ultra-high-molecular-weight-polyethylene - UHMWPE) методом вытачивания или сверхточного вакуумного прессования. От качества, чистоты и точности изготовления вкладыша зависит срок службы его в узле трения эндопротеза.

Чашка цементной фиксации эндопротеза в большинстве случаев не имеет металлической основы и изготавливается из UHMWPE.

Обычно наружная поверхность цементной чашки имеет ребристую поверхность для лучшего контакта с костным цементом и рентгеноконтрастные элементы в виде колец из проволоки. Фланец цементной чашки эндопротеза изготавливают в виде «полей шляпы», что при имплантации препятствует выходу костного цемента при давлении на чашку, уплотняет костный цемент и тем самым улучшает проникновение цемента в кость и элементы чашки.

Различают полнопрофильные (обычные) и низкопрофильные (при дисплазии вертлужной впадины) цементные чашки эндопротезов. В зависимости от формы чашки цементной фиксации подразделяют на классические, классические модифицированные с фланцем, классические чашки низкопрофильные, цементные чашки с эксцентричной ямкой под головку.

Традиционно полиэтиленовая ацетабулярная чашка эндопротеза фиксируется в подготовленном костном ложе при помощи костного цемента. Поскольку полиметилметакрилат (ПММА) не является клеем, фиксация достигается за счет проникновения цемента в поры губчатой костной ткани и неровности полиэтилена, Поэтому, если внутренняя стенка вертлужной впадины гладкая, необходимо предусмотреть формирование специальных каналов и отверстий. Полиэтиленовая чашка, в свою очередь, должна иметь по наружной поверхности желоба достаточной глубины и ширины для фиксации цемента. Как правило, они имеют прямоугольную форму и связаны друг с другом, что способствует прочному связыванию цемента. Наклон края полиэтиленовой чашки в сторону выемки для головки обеспечивает большую стабильность сустава. В 80-х годах был разработан новый дизайн полиэтиленовой чашки эндопротеза, впрессованной в металлическую оболочку с пористым покрытием для лучшей фиксации цемента. Экспериментальные исследования методом конечных элементов показали более равномерное распределение напряжения на цемент и вертлужную впадину. Однако последующие клинические наблюдения не выявили существенных преимуществ этого типа чашек.

Головка эндопротеза

Головки эндопротеза производят из нержавеющей стали, сплава кобальт-хрома, циркониевой и алюминиевой керамики, сплава титана. Диаметр головок составляет 22, 26, 28 и 32 мм. С внедрением поперечно-связанного полиэтилена появилась возможность использования головок большего диаметра. Головку устанавливают на конус бедренного компонента, который выполнен по принципу конуса Морзе. Головки диаметра 22 мм позволяют применять более толстый полиэтиленовый вкладыш, способствуют уменьшению объемного износа полиэтилена, распределению сил через всю сферу головки на чашку, но при этом создают большее контактное давление на чашку и имеют более высокий уровень риска вывиха головки.

Исходя из данных клинической практики, головки эндопротезов диаметром 22 мм целесообразно имплантировать пациентам, у которых размеры вертлужного компонента находятся в интервале от 44 до 46 мм, а головки диаметром 32 мм - больным, у которых размеры чашек варьируют в интервале от 58 мм и более. Чаще находят применение головки диаметром 28 мм.

Применение пары трения металл-металл позволило значительно чаще применять головки больших размеров - от 36 мм и более. Увеличение диаметра головки эндопротеза позволяет повысить стабильность в искусственном суставе без существенного увеличения линейного и объемного износа.

Бедренный компонент эндопротеза

Бедренные компоненты эндопротезов изготавливают из сплавов Со-Cr-Мо, нержавеющей медицинской стали, сплавов титана. Философия построения ножек идет по пути максимального сближения модуля упругости искусственного материала и костной ткани.

Бедренные компоненты эндопротеза тазобедренного сустава бывают бесцементной и цементной фиксации.

По уровню фиксации бесцементные бедренные компоненты разделяют на конструкции с проксимальной фиксацией (Mayo Conservative Hip, Zimmer; Proxirna, DePuy), дистальной (ревизионные ножки) и комбинированной.

Наиболее часто применяются бедренные компоненты эндопротезов комбинированной фиксации. По форме выделяют цилиндрические ножки (AML, DePuy; Versys Beaded Midcoat, Versys Fiber Metal Midcoat, Zimmer) и клиновидные. Последние, в свою очередь, подразделяют на клиновидные прямые (Spotorno, Versys ЕТ), клиновидные с прямоугольным сечением (Zweymuller), клиновидные ножки, изогнутые в проксимальном отделе (Muller) и конические (Wagner).

Для обеспечения вторичной (биологической) фиксации ножки имеют неровную поверхность, желоба или выступы. Шероховатость достигается корундированием (пескоструйной обработкой). Этот тип обработки характерен для клиновидных ножек. Более выраженная пористость достигается специальными покрытиями из шариков, мелкой проволоки, плазменным напылением металла.

Цементные ножки эндопротезов, как правило, изготавливают из кобальт-хромового сплава или стали. Это обусловлено тем, что эти материалы имеют большую жесткость и не разрушают цементную мантию.

По форме выделяют изогнутые ножки, повторяющие форму костного канала (Charnley, Muller) и прямые клиновидные (типа Exeter, СРТ).

По структуре поверхности различают полированные и шероховатые ножки. Первый вариант обработки имеет преимущество, так как при этом сохраняются микродвижения на границе цемент-металл, и уменьшается нагрузка на соединение цемента с костью.

Центраторы и пробки

В цементном эндопротезировании часто применяют центраторы, которые позволяют правильно устанавливать ножку и обеспечивают формирование равномерной цементной мантии.

Перед установкой ножки в дистальный отдел канала бедренной кости вводят пробку-заглушку (специальную пластиковую или изготовленную из губчатой кости), которая препятствует дальнейшему прохождению костного цемента и создает необходимые условия для компрессии костного цемента при введении ножки эндопротеза.

 

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