Материалы для эндопротезирования

Разработки на уровне космической техники – так характеризуется эндопротезирование суставов в Германии. Подразумеваются и высокотехнологичные конструкции суставных протезов, в полной мере отвечающих принципам биогармонии, и современные материалы, из которых они изготовлены. Материаловедческие аспекты во многом определяют тот широкий круг клинических возможностей, в котором развивается эндопротезирование суставов.

Выбор материалов для суставных протезов имеет большое значение. Материалы должны отвечать самым разным (и весьма строгим) условиям – таким как:

• прочность;
• легкость;
• долговечность;
• химическая чистота;
• взаимная сочетаемость и безусловная сочетаемость с живой тканью.

Крайне строги и те специфические требования, которые предъявляются по результатам продолжительных клинических наблюдений за состоянием пациентов с протезированными суставами. Так, применяемые материалы:

• не должны представлять токсической опасности;
• не должны быть аллергенами;
• не должны разрушаться (истираться) внутри организма, отражаться на обмене веществ, а уж тем более нарушать его.

Нейтральные металлы и безопасное эндопротезирование суставов

В ответ на эти требования делаются важные поправки в материаловедческих решениях, на которых основаны новейшие протезные системы.

Так, в Германии изъяты из клинического оборота протезы на основе никеля (поскольку этот металл – аллерген). Значительно снижено содержание в сплавах других металлов, за которыми признана потенциальная аллергическая опасность. На первый план выходят такие химически чистые и не раздражающие живую ткань компоненты, как хром, кобальт, молибден. Основным материалом стал весьма комфортный для живой ткани титан.

При этом следует иметь в виду, что для каждой анатомической зоны тщательно подобраны свои комбинации сплавов и технические приемы обработки металлов (формирования изделий). Анатомически проработанный подбор сплавов и методов обработки гарантирует дополнительную комфортность имплантата в конкретном месте его вживления. Гарантируется и повышенная стойкость имплантата к характерным для данной анатомической зоны нагрузкам.

Не стоит поэтому удивляться, что, например, материал протезов тазобедренного сустава отличается от материалов в коленных протезах.

Различия в материалах обусловлены даже принципом установки протеза. На костный цемент устанавливаются металлические крепежи из одних сплавов, непосредственно на кость – из других сплавов.

Вот несколько примеров.

Крепежи (вживляемые в кость) эндопротезов тазобедренного сустава различаются между собой следующим образом:

• устанавливаемые на цемент – сплавы кобальта, хрома, молибдена (ковка);
• бесцементные – сплавы титана, алюминия и ванадия, либо титана, алюминия и ниобия (ковка).

Элементы коленного протеза (устанавливаемые на эпифизы бедренной и большеберцовой костей):

• сплавы титана с различными компонентами (ковка);
• сплавы кобальта, хрома и молибдена (ковка).

Важнейший раздел – подбор материалов для взаимодействующих частей полных суставных протезов. Это так называемые ТЕР (тотальные эндопротезы). Они воспроизводят не только сустав, но и его функции. ТЕР подвижен в той же мере, что и живой здоровый сустав. Поэтому тотальный эндопротез включает в себя хитроумную комбинацию трущихся друг о друга, скользящих, прокатывающихся друг по другу частей.

Новейшие инновационные решения, исключающие истирание и разрушение взаимодействующих элементов, таковы:

• сплав кобальта, хрома, молибдена контактирует с полиэтиленом;
• керамика – с керамикой;
• керамика – с полиэтиленом;
• кобальт, хром, молибден – с аналогичным сплавом.

Пластик с прочностью металла

Кому-то функциональное взаимодействие металла и полиэтилена в искусственном суставе может показаться «неравноценным». Мол, твердый металл раздавит или разорвет мягкую пластиковую «подкладку». На самом деле это не так: в суставных протезах применяют полиэтилен с особыми свойствами. И прежде всего с особыми свойствами поверхности: минимальное трение, максимальная устойчивость к разрушению. Структуру полиэтилена специально усиливают. Материал с усиленной структурой называют XUHMWPE (cross-linked UHMWPE), то есть поперечно протянутые нити высокомолекулярного полиэтилена.

Высокомолекулярный полиэтилен (Ultra-High-Molecular-WeightPolyethylene, или UHMWPE) отличается от обычного повышенным количеством полимерных связей в молекулах. Отсюда – повышенная прочность полимерных молекулярных нитей. UHMWPE чрезвычайно прочен на разрыв. Что же касается XUHMWPE, то его молекулярные нити сориентированы перпендикулярно друг к другу, благодаря чему высокомолекулярный полиэтилен становится чрезвычайно прочным не только на разрыв, но и на отслаивание.

Для того, чтобы продольно вытянутые молекулярные нити переориентировать во взаимно поперечных направлениях, высокомолекулярный полиэтилен подвергают электромагнитной или нуклеарной «ковке» (обрабатывают гамма-лучами или бета-частицами).

Еще одна инновация: в последние три-четыре года в состав полиэтиленовых деталей добавляют некоторую (не более одного процента общего веса) долю антиоксидантов – например, витамина Е. Это в течение продолжительного времени препятствует окислению искусственного сустава.

Словом, все решения, принимаемые в сфере с названием эндопротезирование суставов – действительно на уровне космической техники. Но речь здесь не только о материалах. И не столько о них. Прежде всего здесь видна особая профессиональная забота о пациентах, нуждающихся в протезировании суставов. Она – действительно на уровне тех многосложных мер, которые принимаются для жизнеобеспечения космонавтов на орбите.