Какая пара трения эндопротеза лучше?

Общие сведения

Любой движущийся механизм подвержен износу. Эндопротезы суставов — не исключение. Во время ходьбы пациента головка эндопротеза постоянно трется о вертлужный компонент («чашку»), отделяя от него микроскопические частицы материала.

Это нормальный процесс старения искусственного сустава, полностью избавиться от которого пока невозможно. Скорость износа эндопротеза напрямую зависит от материалов, из которых изготовлены головка и чашка. Сочетание этих материалов именуется «парой трения» эндопротеза.

Сегодня при производстве искусственных суставов применяют разнообразные металлические сплавы, пластик (полиэтилен), а также керамику в различных комбинациях. Рассмотрим подробнее пары трения современных эндопротезов и узнаем их преимущества и недостатки.

Выбор оптимальной пары трения эндопротеза тазобедренного сустава.
Скорость износа эндопротеза сустава максимальна для пары трения «стандартный полиэтилен-металл» и минимальна для полностью керамической пары трения. Данные на схеме приблизительные. Реальная скорость износа зависит также от массы пациента и его уровня физической активности.

Пара трения полиэтилен — металл

Это самая распространенная на сегодняшний день пара трения. По данным авторитетнейшего Шведского регистра артропластики, на ее долю приходится порядка 80% операций по эндопротезированию тазобедренного сустава.

В такой паре трения, головка эндопротеза металлическая. Обычно это сплав кобальта и хрома. Вертлужный компонент (или его вкладыш) изготавливается из пластика, а точнее сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокой плотности (UHMWPE — ultra-high molecular weight polyethylene).

Данный пластик бывает двух разновидностей:

  • стандартный полиэтилен (conventional PE)
  • сшитый полиэтилен (cross-linked PE)

Скорость износа стандартного полиэтилена в среднем равна 200 микронам в год, сшитого — 20 микронам в год. Таким образом, за 15 лет эксплуатации будет утрачено около 3 мм толщины чашки для стандартного полиэтилена и около 0,3 мм — сшитого. Как видим, износ сшитого полиэтилена примерно в 10 раз меньше.

Так выглядит изношенный полиэтиленовый лайнер на рентгенограмме.
Так выглядит изношенный полиэтиленовый лайнер на рентгенограмме. Синие стрелки показывают его толщину в наиболее (вверху) и наименее (внизу) нагружаемых частях.

Однако, что плохого в том, что за 15 лет службы чашка протрется на 3 мм? Ведь ее толщина, как правило, не менее 7 мм и остается хороший запас еще лет на 15…

Проблема в том, что долговечность эндопротеза не равна сроку полного износа чашки.

Частицы пластика (тот самый «песок» на картинке выше) попадают в организм пациента и запускают сложную иммунологическую реакцию. Она приводит к частичному разрушению костей, к которым закреплен сустав. Через некоторое количество лет (обычно от 10 до 20) фиксация сустава нарушается настолько, что возникает необходимость его замены. Износ чашки при этом может быть еще сравнительно небольшим.

Таким образом, чем меньше скорость износа полиэтилена, тем дольше прослужит сустав и тем позже потребуется его замена на новый.

В общем, сшитый полиэтилен, безусловно предпочтительнее стандартного, хотя и дороже его. А когда имеет смысл применять стандартный полиэтилен? В тех случаях, когда:

  • ожидаемая продолжительность активной жизни пациента не превышает 15 лет
  • пациент имеет небольшую массу тела и (или) ведет малоподвижный образ жизни
  • пациент не в состоянии приобрести более «продвинутую» пару трения

Важное замечание. Данные о скорости износа пар трения, представленные на рисунке в начале статьи, очень приблизительные. Реальная скорость износа может быть существенно выше:

  • у пациентов с избыточной массой тела
  • у пациентов, занимающихся тяжелым физическим трудом

Пара трения металл — металл

В общем-то, писать тут много не придется. На картинке в начале статьи видно, что износ этой пары в 2 раза меньше, чем у сшитого полиэтилена. Казалось бы, вот он, прорыв? Увы, попытка широкого внедрения пары трения «металл — металл», которая имела место в середине нулевых годов, выявила ее серьезные недостатки.

Не буду вдаваться в медицинские и технические подробности. Если вкратце, то ионы металлов, попадая в мягкие ткани вокруг сустава, приносят больше вреда, чем «гора» полиэтиленовых опилок от стандартной пары трения «полиэтилен — металл».

В настоящее время эта пара трения практически не используется. По данным того же Шведского регистра артропластики, с 2010 года в этой стране не было произведено ни одной операции по замене тазобедренного сустава с использованием полностью металлической пары трения.

Пара трения керамика-керамика

Наиболее совершенной на сегодняшний день парой трения эндопротезов тазобедренного сустава является «керамика — керамика». Она обеспечивает минимальный износ — менее 1 микрона в год. А это всего лишь 0,02 мм за 20 лет эксплуатации!

Керамическая пара трения - наиболее совершенная на сегодняшний день. Ее использование особенно уместно у молодых и физических активных пациентов.
Керамическая пара трения — наиболее совершенная на сегодняшний день. Ее использование особенно уместно у молодых и физических активных пациентов.

Именно поэтому полностью керамическая пара трения особенно уместна у молодых и физически активных пациентов. Малый темп износа позволяет таким людям сравнительно безопасно эксплуатировать эндопротез под существенными нагрузками длительное время. 

Какие же у керамической пары трения недостатки?

  • высокая стоимость
  • очень небольшое число пациентов в определенных положениях ноги может слышать механический звук, похожий на скрип
  • меньшая прочность в сравнении с другими парами трения

Последний пункт требует пояснения. Некоторые пациенты считают, что керамическая пара трения по прочности сродни керамическому цветочному горшку или тарелке. Малейшая нагрузка, прыжок или что-то подобное приведет к катастрофе — эндопротез расколется.

Керамический лайнер прочнее обычной тарелки.
Керамический лайнер значительно прочнее обычной тарелки. Он не выйдет из строя даже у тучных или физически активных пациентов.

Конечно же, это не так. Современные керамические компоненты эндопротеза очень прочные и в процессе обычной физической активности расколоться не могут (даже у тучных пациентов). Со временем, на них могут появляться трещины и сколы. Однако даже в этом случае срок их службы будет гораздо больше, чем у пары трения «полиэтилен — металл».

В качестве промежуточного звена между полностью керамической парой трения и парой трения «полиэтилен — металл» выступает пара трения «полиэтилен — керамика». Ее цена ниже «керамики — керамики», а скорость износа примерно в 2 раза меньше «полиэтилена — металла».

Какая пара трения лучше?

Частые вопросы и ответы по лечению артроза, перелома шейки бедра, эндопротезированию (замене) суставов в ДонецкеЯ рекомендую использовать пару трения «керамика — керамика» (лучше всего) или «сшитый полиэтилен — керамика» (также очень неплохо). Если же Вы не можете приобрести эндопротез с такими парами трения, то расстраиваться не стоит.

Ведь даже в наиболее развитых странах мира на более доступную пару трения «сшитый полиэтилен — металл» приходится 80% операций эндопротезирования тазобедренного сустава. Это говорит о том, что данная пара трения совсем не плохая. Просто есть более совершенные пары трения.

Представьте себе последние марки автомобилей Мерседес и Фольксваген. Автомобилисты знают, что Фольскваген — прекрасный автомобиль, на котором можно проехать десятки тысяч километров без всяких поломок. Но они также знают, что Мерседес несколько лучше. Примерно также обстоит дело и с парами трения эндопротезов…

И еще одно замечание. Не всегда существует техническая возможность использовать продвинутые пары трения. В некоторых ситуациях применяется только пара трения «полиэтилен — металл».

Дата публикации: 17.09.2019
Автор: доктор А. В. Вакуленко