Problematika životnosti TEP velkých kloubů z materiálového hlediska R. Kubeš Ortopedická klinika IPVZ a 1.LF UK Nemocnice Na Bulovce Přednosta: prof. Pavel Dungl, DrSc

Historie TEP kyčle Sir. Charnley – 1966 – low friction arthroplasty – cementovaná TEP – stejný model dosud standardně užíván Poldi (Beznoska s.r.o) – 1972 – stále zlatý standard 80. léta – počátek éry necementovaných implantátů

Základní typy TEP kyčle Dle fixace do kosti: 1/ Cementované TEP – „zlatý standard“ = „biologicky pasivní“ fixace 2/ Necementované TEP = „biologicky aktivní“ fixace = osteointegrace 3/ Hybridní TEP – každá komponenta fixována jinou technikou

Osteointegrace - makrofoto

Osteointegrace = přímé biologické spojení kosti s implantátem - mikrofoto

Problematika selhání TEP Mechanické selhání – u monobloku spíše výjimečné – vinou skryté vady materiálu (zlomení dříku, prasklé keramické hlavičky) – nelze ovlivnit, riziko selhání konusu Septické uvolnění – infekt Aseptické uvolnění – největší problém – otázka role otěrových částic – cementové a polyethylenové a nyní i korozní partikule – startují osteolýzu aktivací makrofágů Traumatické uvolnění – periprotetické zlomeniny

Osteointegrace x nechtěná snaha organismu o narušení tohoto spojení

Základy pro fungování TEP 1. Správný materiál 2. Správný tvar 3. Dokonalé a trvalé ukotvení do kosti = osteointegrace 4. Hladký pohyb artikulujících částí bez otěru – Charnley = low friction arthroplasty 5. Správná operační technika

Otázka dlouhodobého horizontu životnosti TEP Pohyb a zátěž vede k otěru polyethylenu jamky – až 0,1 mm ročně – mechanicky není problém, ale biologická reakce (aktivace makrofágů) vede k nastartování osteolytické reakce na otěr U cementovaných TEP z uvolněných mikročástic cementu analogně vzniká „cementová nemoc“ – nyní se jeví jako okrajový problém Životnost TEP nelze předvídat, ale prokazatelně souvisí se rizikovými faktory uvolnění

Rizikové faktory uvolnění Mladší věk v době implantace - pravděpodobnost revise do 20 let je: 27% u pacientů mladších 59 let v době implantace 13% u pacientů ve věkové skupině 60-65 let 7,5% u pacientů starších 66 let v době implantace Nadváha Mužské pohlaví Vysoká aktivita pacienta Osteonekroza hlavice

Výhody modularity = individuální sestava TEP Možnost variabilní sestavy: 1. velikosti dříku 2. natočení krčku 3. CCD úhlu 4. offsetu 5. délky krčku 6. délky končetiny Spoj = modularita = největší výhoda, ale i slabina sestavy – „weak point“

MODULARITA DŘÍKU

Case Report No 1. Trauma revision Female – 60 y.o., 20 years ago right THR, 2 years ago LIMA TT cup, 1 year ago Vancouver B 3 fct. Impl. modular stem LIMA 1 year postoperatively – ideal osteointegration and remodelation of the proximal femur Jun 2013 Mar 2014

Case Report - osseointegration Tumour case Female – 29 y.o. – synovialosarcoma of right prox. Femur Apr 2005 - resection of 18 cm of proximal part of the femur Impl. revision LIMA stem – biomechanicaly risky, but we expected osteointegration Apr 2005 Apr 2012

Konstrukční problémy TEP kyčle - modularita „Femoral Taperosis“= „konusová nemoc“ Mechanically Assisted Crevice corrosion (MACC) = kombinace fretting and crevice corrosion Modularita má velké výhody, ale riziko Advers Local Tissue Reactions – ALTR ALTR – zejména u CoCr modularních spojů – ne u Ti-Ti – ale ty jsou mnohem náchylnější zlomení „Hydrogen pneumatosis“ = tvorba H2 při korozi titanovéhé modulárního krčku

MODULARITA KRČKU

Selhávání konusů v praxi

RTG zlomeného konusu = mechanické selhání modularity

Spojení krček – hlavice = také zdroj koroze

Rizika konusového spoje Riziko zlomení = mechanické selhání při trvalém přetěžování – závisí na: technické konstrukci : velikost off-setu délce proximální části váze pacienta aktivitě pacienta kostní opoře implantátu osteoinductivitě implantátu Riziko koroze – platí i pro spoj hlavice - krček

Výhody modularity Možnost optimální sestavy implantátu „na míru“ pro daného pacienta – jak tvaru, tak i velikosti – ale s potenciálními riziky spojení Riziko technického selhání implantátu závisí také na správné konstrukci i technickém provedení spoje, zvoleném materiálu a osteoindukčním potenciálu implantátu. NIC NENÍ ZADARMO !!!

Ideální materiál pro kloubní náhradu bez otěru otěr nemá biologickou aktivitu nízké tření Chemická stabilita Nedeformovatelnost, odolnost proti poškrábání Pevnost = odolnost proti zlomení Bez zvukových fenoménů při pohybu

Mechanické selhání otěr = osteolytický granulom Aseptické uvolnění: otěr = osteolytický granulom koroze = ALTR = alergická reakce fretting corrosion = dtto Technické selhání - zlomení komponenty - impingement komponenty – tj. mechanické páčení přes hranu

Ideální artikulační povrch je zásadní pro životnost implantátu žádný otěr = žádné uvolněné částice = nevzniká osteolytický granulom = nedochází k aseptickému uvolnění Objem otěru je nepřímo úměrný tvrdosti artikulačního povrchu !!! nízké tření = nízké torzní namáhání spojení kost-implantát a hlavice-krček Obojí je také přímo úměrné velikosti hlavice !!!

Keramické povrchy menší drsnost povrchu oproti kovovým hlavicím artikulace keramika-PE má 2-4x měnší otěr než kov-PE otěr keramika-keramika - µm/ročně a také s minimem biologické aktivity Artikulace keramika-keramika pravděpodobně nepovede k rozvoji biologické reakce na implantát během celé jeho životnosti

Squeaking (vrzání) = třením vzniklé vibrace Squeaking = stále neobjasněný fenomén Squeaking (vrzání) = třením vzniklé vibrace jsou jevem pouze „tvrdých“ artikulačních povrchů jediné jasné vysvětlení je u prasklých implantátů některé faktory jsou dány postavením implantátu – lze je ovlivnit

Riziko prasknutí a squeakingu Squeaking CoC – 2.4 % (0.7 – 20 %) Riziko prasknutí: do r. 1990 – 13.4 % třetí generace – 0.004 % čtvrtá generace – 0.002 % Odolnost poškrábání - největší

Mechanické zlomení keramické hlavice = TLAK 8 t

Odolnost poškrábání keramiky

Chemická stabilita Zirconiová keramika – může docházet k chemické změně (tři fáze krystalizace) – stažena z trhu Aluminiová keramika – nedochází k transformaci Čtvrtá generace keramiky – aluminiová + 17 % zirconiové – nedochází k transformaci

Děkuji za pozornost Očekávám Vaše dotazy

Incidence TEP kyčle USA – cca 700 tis. ročně 421 žen / 100 000 ve věku 75 – 84 let 306 mužů / 100 000 ve věku 65 – 74 let Ročně cca 1 000 000 TEP kolen v poměru 3/2 ke kyčlím ČR – cca 20 tis. ročně Cca 15 000 TEP ročně včetně kolen v poměru 3/2 Obrovský nárůst – v r. 89 cca 3 500 V poměru na počet obyvatel - jako Evropa

Cementované TEP Obě komponenty fixovány do kosti pomocí kostního cementu (polymethylmetakrylát) Různá filozofie resp. technika cementování – 1.- 3. generace cementování Po zatuhnutí cementu již „ může docházet pouze k uvolnění“ Historicky první a stále „zlatý standard“ Charnleyova TEP – 1% selhání ročně – tj. po 20 letech cca 80% funkčních

Necementované TEP kyčle „press-fitová“ fixace do kosti Dříky – femorální komponenty Anatomické dříky – mají tvar co nejvíce podobný tvaru dřeňové dutiny Custom made dříky – extrém – ale žádné zřejmé výhody Rovné dříky – primární stabilita zaklíněním hran do dřeňové dutiny

Necementované TEP kyčle Jamky Exact fit = form fit – tvar shodný s frézovaným acetabulem Press – fit – jamka cca o 2 mm větší průměr než frézované acetabulum Závitořezné jamky – závity na povrchu se zašroubuje do frézovaného acetabula Expanzibilní jamky – do frézovaného acetabula je zavedena ve složeném stavu a poté se expanduje, resp. rozvine

Hybridní TEP kyčle Každá komponenta fixována jinou technikou Nejčastější je kombinace necementované jamky s cementovanou femorální komponentou ( pro dysplastické acetabulum jsou technicky vhodnější necementované jamky)

Stabilita fixace TEP Primární stabilita – bezprostředně od implantace po dobu 3 měsíců, závisí zejména na správné operační technice Sekundární stabilita – u cementovaných TEP – dochází k vrůstání kostních trámců do materiálu povrchové struktury Terciální stabilita – po 5-10 letech = osteointegrace endoprotézy

Výhody typů fixací Cementované TEP - pozitiva: Primární stabilita přechází plynule do terciální Tímto je možná prakticky ihned plná zátěž - negativa Omezené možnosti kotvení jamky u dysplastického acetabula Otěr cementu = „ cementová nemoc“ – vede teoreticky k uvolnění TEP Riziko KP komplikací při cementování Delší operační čas – max. o 20 minut

Výhody typů fixací Necementovaná TEP kyčle – pozitiva: - Kratší operační čas - Technicky méně náročná operace - Není toxické riziko ani „cementová nemoc“ - K pevné fixaci acet. komponenty stačí kostní krytí cca 70% povrchu jamky - nevýhody: - plná zátěž až při sekundární stabilitě – ale prakticky se nedodržuje

Možnost zátěže TEP kyčle Cementovaná – teoreticky z hlediska kostní fixace možná ihned plná zátěž Necementovaná – plná zátěž teoreticky až po 3 měsících, ale dnes se prakticky ukazuje, že toto není nutné

TEP kolenního kloubu Prakticky se u nás používá pouze cementovaná varianta (ale vyrábí se i necementované varianty) Otázka zátěže se neliší od kyčle

TEP hlezenního kloubu U nás implantována pouze několik let Necementovaná varianta

TEP ramenního kloubu Aplikuje ve nyní převážně v tzv. reverzní variantě nebo pouze jako náhrada hlavice = CKP Anatomická varianta TEP spíše výjimečně Glenoidální komponenta – necementovaná Humerální komponenta – jsou dostupné obě varianty

TEP ostatních kloubů TEP loketního kloubu TEP zápěstí TEP drobných ručních kloubů – všechny převážně v rámci revmatochirurgie Existují v obou variantách – dle výrobce