Концепция обеспечения стабильности фиксации бедренного компонента эндопротеза тазобедренного сустава системы «ОРТЭН»

Лоскутов А.Е., Красовский В.Л., Олейник А.Е., Бредихин А.В.
Днепропетровская государственная медицинская академия.
Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск. Украина

Введение

Одним из распространенных осложнений эндопротезирования тазобедренного сустава является асептическая нестабильность бедренного компонента, основной причиной которой, по нашему мнению, является несовершенство его крепления к кости [1-7]. В настоящей работе рассматриваются особенности конструкции элемента крепления бедренного компонента эндопротеза тазобедренного сустава «ОРТЭН» при бесцементном методе фиксации, а также обсуждаются некоторые концептуальные вопросы, связанные с его адаптацией в организме и обеспечением длительной стабильности.

Материал и методы

Предварительно отметим, что существуют два подхода к разработке конструкции бедренного компонента эндопротеза тазобедренного сустава. Первый подход базируется на идее создания ножки по форме и размерам, строго соответствующим костно-мозговой полости, (его можно назвать анатомическим). Суть второго подхода (назовем его функциональным) заключается в разработке такой конструкции ножки, которая в максимальной степени обеспечивала бы требуемые функции искусственного сустава. Естественно, что в этом случае вполне допустимыми являются определенные, в том числе и значительные, отклонения формы ножки от формы полости. Функциональный подход существенно расширяет возможности как конструктора-разработчика эндопротеза, так и технолога, занимающегося его производством.

При разработке модульных эндопротезов тазобедренного сустава «ОРТЭН» [8, 9] мы базировались на функциональном подходе, что позволило создать достаточно высокий запас прочности фиксации бедренного компонента, обеспечивающий длительную его стабильность. Ножка эндопротеза системы «ОРТЭН» (рис.1а) состоит из следующих отделов: 1) шейки ножки эндопротеза (на которой крепится головка диаметром 28 мм), 2) метафизарной части ножки, 3) диафизарной части ножки. Каждый отдел отличается определенными конструктивными решениями.

Шейка ножки эндопротеза в проксимальной части выполнена в виде конуса Морзе (1), обеспечивающего прочную фиксацию головки эндопротеза. В дистальной части шейка имеет пятку (4), которая опирается на калькар малого вертела (дугу Адамса). Метафизарная часть ножки эндопротеза (2) имеет трапециевидную уплощенную форму, повторяющую своей конфигурацией во фронтальной плоскости проксимальный отдел бедренной кости (анатомический элемент конструкции). В метафизарной части эндопротеза выполнены углубления, ориентированные под углом 45° к оси протеза. В зоне перехода метафиза в диафиз начинается диафизарная часть ножки эндопротеза (3), поперечное сечение которой по длине этой части ножки не изменяется и имеет форму квадрата с усеченными углами (рис.1б). По передней и задней поверхности диафизарной части имеются углубления (5) в виде желоба с прямыми углами, глубиной 2 мм. На всю поверхность метафизарной и диафизарной частей ножки нанесено керамическое покрытие.

Разработано пять типоразмеров ножки эндопротеза, в основу которых были положены результаты статистической обработки антропометрических исследований бедренной кости.

Имплантация бедренного компонента эндопротеза состоит из следующих этапов. При остеотомии проводится опил шейки бедренной кости таким образом, чтобы его угол наклона к оси ее диафизарной части совпадал с соответствующим углом пятки ножки эндопротеза. С этой целью используют специальный шаблон. Костно-мозговую полость вскрывают при помощи желобоватого долота в метафизарной части, при этом пользуются узким долотом, и спонгиозную ткань удаляют очень экономно. Затем производят обработку костно-мозговой полости набором рашпилей, начиная с наименьшего и заканчивая рашпилем необходимого размера. Размер последнего рашпиля по каждой стороне на 0,5 мм меньше размера ножки (за счет нанесенного керамического покрытия). Таким образом, фиксация как метафизарной, так и диафизарной части ножки эндопротеза осуществляется путем прессовой посадки (по сути, с незначительным смятием костной ткани в зонах контакта). Обработка костно-мозговой полости проводится вручную, возвратно-поступательными движениями рашпиля и, естественно, должна осуществляться без существенных нарушений костных структур вокруг обрабатываемой поверхности.

Результаты и их обсуждение

Конструкция ножки эндопротеза, в первую очередь, должна обеспечивать надежную и длительную стабильность фиксации имплантата в кости. По нашему мнению, это может быть реализовано только при выполнении ряда условий, наиболее важными из которых являются: 1) достаточная прочность крепления имплантата; 2) механизм передачи нагрузки от протеза к несущей трубчатой части кости должен быть близким к физиологическому.

Последнее условие предполагает, что приложение усилий к бедренной кости осуществляется, в основном, в метафизарной зоне ее через дугу Адамса и спонгиозную ткань. При этом не должно возникать больших поперечных составляющих контактного давления между ножкой и костью, в особенности диафизарной части бедренной кости. Важной предпосылкой эффективной адаптации протеза к кости и обеспечения указанных условий стабильности является дистальная первичная стабильность имплантата, позволяющая раннее дозированное нагружение оперированной конечности. Ножка бедренного компонента эндопротеза тазобедренного сустава «ОРТЭН» в целом, а также каждый ее элемент в отдельности содержат в себе ряд конструктивных решений, направленных на обеспечение как первичной, так и длительной стабильности ее фиксации. Рассмотрим более детально как осуществляется эта фиксация и с какими конструктивными элементами связана первичная и длительная стабильность крепления эндопротеза.

Первичную стабильность обеспечивают пятка протеза, метафизарная и диафизарная его части, а также керамическое функциональное покрытие. Пятка препятствует возникновению продольной нестабильности, поскольку она опирается на компактное вещество бедренной кости в области дуги Адамса, что не позволяет ножке смещаться в дистальном направлении вдоль оси бедра. Отметим, что, с другой стороны, этот элемент конструкции при ранней дозированной нагрузке на оперированную конечность обеспечивает нагружение дуги Адамса, близкое к естественному, что крайне необходимо для сохранения физиологических свойств костной ткани этого важного отдела бедренной кости. В метафизарной части ножки трапециевидная уплощенная ее форма в сочетании с прессовой посадкой (вклинивание в спонгиозную ткань метафизарного отдела бедра) способствует фронтальной, продольной и ротационной стабильности крепления имплантата. Диафизарная часть ножки фиксирует эндопротез в верхней трети диафиза бедренной кости. Здесь следует отметить, что внутренняя часть кортикальной пластинки в этом отделе имеет неровную шероховатую поверхность, состоящую из трабекулярных элементов компактного костного вещества. Именно в этой костной структуре формируется прямолинейный канал квадратного сечения под диафизарную часть ножки. Даже при достаточно широком диапазоне вариабельности размеров костно-мозговой полости в этом отделе,

прессовая посадка сравнительно длинной диафизарной части ножки обеспечивает достаточный (хотя, как правило, неполный) контакт по всем ее граням, способствующий, в первую очередь, фронтальной и ротационной стабильности эндопротеза. За счет удлинения диафизарной части ножки обеспечивается также другая важная функциональная особенность конструкции, связанная с надежной гарантированной центровкой эндопротеза в костномозговой полости. Ножка такой конструкции, по сути, является самоцентрирующейся. Ее имплантация не требует сложных, длительных манипуляций, что существенно сокращает время операции и, как следствие, снижает вероятность ранних послеоперационных осложнений. Особую роль в обеспечении первичной стабильности играет функциональное покрытие. Высокий коэффициент трения между покрытием и костной тканью по всей длине ножки протеза при прессовой его посадке обеспечивает надежную продольную фиксацию и, в частности, исключает возможность миграции и экстракции эндопротеза. Продольные углубления на диафизарной части, так же как и срезы прямых углов, не снижая существенно первичную стабильность фиксации ножки (вследствие уменьшения площади контакта), выполняют важную функцию дренирования костно-мозговой полости в первые сутки после операции с целью уменьшения внутрикостного давления. Завершая обсуждение конструктивных особенностей первичной стабильности фиксации эндопротеза «ОРТЭН» в целом, отметим, что наиболее важными элементами этой фиксации являются пятка и диафизарная часть эндопротеза, поскольку наличие борозд в его метафизарной части уменьшает площадь контакта из-за отсутствия конгруэнтности контактирующих поверхностей и снижает прочность крепления протеза в этом отделе. Несмотря на относительно высокую прочность, при таком типе фиксации эндопротеза существенно нарушается механизм передачи усилий от суставного конца к несущей трубчатой кости, что негативно влияет на свойства последней.

Отмеченная выше надежная первичная стабильность ножки эндопротеза позволяет использовать раннюю дозированную нагрузку оперированной конечности, что, в сочетании с рядом конструктивных особенностей ножки, является хорошей предпосылкой для формирования длительной стабильности крепления имплантата. Так, в процессе адаптации протеза к кости для обеспечения надежности его фиксации существенно возрастает роль функционального покрытия,

способствующего остеоинтеграции и увеличению площади зон контакта ножки с костью по всей ее длине. Изменяют свои функции продольные борозды и срезы прямых углов в дистальной части протеза. Отсутствие контакта протеза с костью на участках расположения борозд и срезов создает условия для прорастания сосудов по внутренней части кортикальной пластинки, чем стимулируется остеогенез. Разрастающаяся костная ткань при этом заполняет борозды и срезы, увеличивая площадь контакта ножки с костью и способствуя дополнительной ее фиксации. Увеличению площади контакта и изменению характера фиксации имплантата способствуют также борозды в метафизарной части ножки, что приводит к существенному увеличению прочности крепления протеза в этом отделе кости. Каждый из рассмотренных элементов фиксации, дополняя друг друга, обусловливает высокий уровень надежности фиксации протеза в целом.

Важнейшая особенность предложенной функциональной ножки заключается в том, что фиксация протеза осуществляется в спонгиозном веществе, причем ко времени полной адаптации его к кости прочность крепления имплантата в метафизарном отделе существенно возрастает. Это приводит к изменению механизма передачи нагрузки от протеза к несущей трубчатой части кости, который оказывается близким к физиологическому, что обусловливает длительное эффективное ее функционирование.

Заключение

Надежность фиксации эндопротеза тазобедренного сустава «ОРТЭН» и длительная его стабильность связаны с конструктивными особенностями функциональной ножки имплантата, а также с наличием керамического покрытия. Опорными поверхностями для эндопротеза являются дуга Адамса, спонгиозное вещество метафизарной зоны и трабекулярные структуры диафиза, что обусловливает равномерное распределение нагрузки на всю трубчатую часть кости и демпферирование динамических нагрузок. Предпосылками для обеспечения длительной надежности и стабильности фиксации протеза является первичная его стабильность, позволяющая раннее дозированное нагружение оперированной конечности, способствующая остеоинтеграции протеза с костью, а также изменению характера фиксации протеза, при котором передача нагрузки на несущий трубчатый отдел кости оказывается близкой к физиологической. Последнее условие необходимо для длительного функционирования системы «эндопротез-кость».

Ортопедия, травматология и протезирование. - 2000. - №2. - С.63-66.
УДК 616.728.2-089.28