Глава 8. Эндопротез. Возможные реакции организма на эндопротез

Из раздела: Монографии Волкова Е. Е.
12-02-2014

ВОЛКОВ Е.Е., КЭЦИНЬ ХУАН

Асептический некроз головки бедренной кости.
Безоперационное лечение / Пер. с китайского
В.Ф. Щичко. — М., 2010. — 128 с.: ил.
ISBN 978-5-9994-0090-1

УДК 616.7
© Волков Е.Е., Кэцинь Хуан, 2010
© ХуанДи 黄帝

Основные требования к эндопротезу
Влияние эндопротеза на окружающие ткани
Влияние продуктов трения эндопротеза на окружающие ткани
Асептическая нестабильность эндопротеза
Опухоли, вызванные эндопротезом

8.1. Основные требования к эндопротезу

Операция по постановке суставного протеза главным образом показана при старческом переломе шейки бедренной кости, ревматоидном артрите, хроническом артрите, травмах и АНГБК. Материал, из которого изготавливают эндопротез, в основном представляет собой сплав различных металлов, пластмассу, акриловую смолу (также называемую костным цементом), фарфор, силикон и углерод.
Суставной протез должен соответствовать следующим требованиям:
• быть совместимым с костной тканью и сохранять суставное пространство;
• быть химически стабильным и не оказывать токсического действия на ткани в организме человека;
• не должен разрушаться при различных сложных напряжениях;
• не должен подвергаться коррозии в теле человека;
• не должен вызывать воспалений или реакций на инородное тело;
• не должен приводить к аллергическим реакциям;
• не должен способствовать опухолевому росту.
В настоящее время в мире пока ещё не найдено материала, способного полностью удовлетворять названным выше
требованиям. Существующие материалы различаются степенью наносимого ими вреда и тканевой реакции, а также способностью удовлетворять большинство больных.

 8.2. Влияние эндопротеза на окружающие ткани

Независимо от того, из какого материала сделан протез головки бедренной кости, какова его структура и технология изготовления, его металлическая часть должна закрепляться в костно-мозговой полости с помощью костного цемента или другого связующего вещества. В Китае и других странах учёные обнаружили, что материалы, используемые для протеза, вызывают гистологические изменения в костно-мозговой полости.
Willert и другие учёные также выяснили, что в течение нескольких недель после операции окружающие костный
цемент ткани отмирают и их структура изменяется. Постановка протеза нарушает местное кровообращение, смола
метакриловой кислоты в процессе полимеризации нагревается до 72°С, неполимеризованная смола оказывает непосредственное токсическое действие на ткани. Нередко вокруг эндопротеза и костного цемента происходит некроз кости. В повреждённых некрозом костных тканях обычно отмечается реактивная гиперемия, и макрофаги и другие клетки обеспечивают врастание новых капилляров в омертвевшие ткани, и, в конце концов, некротические ткани заменяются волокнистой тканью.
После постановки эндопротеза головки бедренной кости сжатие и растяжение бедренной кости уже передаются
не через её шейку, а непосредственно на её диафиз, и под влиянием нагрузки в расположении трабекул происходят
изменения, провоцирующие асептическую нестабильность, поэтому воссоздание кости может длиться годами.
После постановки эндопротеза головки бедренной кости также возникает очаговый некроз трабекул и появляется грануляционная ткань, в ранний период возможен рост нового костного вещества. Очень быстро развивается остеопороз, у некоторых больных отмечается рост вверх внешнего края большого вертела и соединение его с внешним
краем вертлужной впадины, в результате чего ограничивается функция тазобедренного сустава.

8.3. Влияние продуктов трения эндопротеза на окружающие ткани

Обломки и микрочастицы эндопротеза головки бедренной кости образуются от истирания костного цемента и металлического материала протеза, их содержание различно в зависимости от материала и структуры искусственного сустава. Продукты эрозии, образующиеся в результате жидкостной коррозии металлических частей протеза, могут приобретать форму зёрен, которые вызывают реакцию в окружающих тканях. Абразивные обломки обычно скапливаются в синовиальной жидкости или поглощаются макрофагами мягких тканей. Различают следующие источники и виды абразивных обломков:

Эндопротез из сплава кобальта и хрома и нержавеющей стали.

Абразивные обломки от него имеют диаметр 0,5—5 мкм, представляя собой чёрные зёрна неправильной формы.
Иногда встречаются обломки с диаметром свыше 100 мкм. Окружающие металлический протез мягкие ткани окрашиваются в чёрно-коричневый цвет. Под микроскопом в засорённых обломками тканях видны инфильтрация макрофагов, поглощающих металлические зёрна, а также небольшое количество гигантских клеток инородного тела.
Можно увидеть также некроз тканей суставной капсулы, особенно при чрезмерном скоплении абразивных обломков. В зоне патологии наблюдают явные следы фиброза, а также местную сосудистую инфильтрацию лимфоцитов и плазмоцитов.

Vernon-Robert считает, что изменения в кровеносных сосудах являются проявлением аллергии на металл и, возможно, это один из факторов, вызывающих некроз тканей. В тканях вокруг протеза из нержавеющей стали часто фиксируют большое количество железных зёрен, Winter считает это специфическим изменением. Эндопротезы из сплава делают из различных металлов, но пропорция компонентов разных металлов в протезе необязательно совпадает с пропорцией этих металлов в абразивных обломках, попадающих в сустав. Например, в эндопротезе из cплава кобальта и хрома доля кобальта составляет примерно 62%, а хрома — 28%, но содержание хрома в обломках, находящихся в тканях, намного выше, чем кобальта. Возможно, в абразивных металлических частицах в процессе коррозии в жидкости тела происходят дальнейшие преобразования или же жидкость тела может растворять некоторые вещества, тем самым влияя на пропорциональное содержание металлов в тканях.

Обломки полиэтилена.

Обломки полиэтилена прозрачны и бесцветны, поэтому их не видно под обычным микроскопом. Под фазово контрастным микроскопом они проявляют довольно сильную способность к рефракции света. Размер обломков неодинаков, диаметр 0,5—50 мкм, они образуют форму пыли, зёрен или осколков. Под микроскопом в синовиальных тканях можно видеть реакцию макрофагов и гигантских клеток инородного тела. Группы этих клеток, а также большое количество обломков и омертвевших тканей фиксируются в довольно глубоко расположенных соединительных тканях суставной капсулы. Невооружённым глазом видно, что суставная капсула приобретает молочно-белый цвет, становится твёрдой, и в ней происходит фиброз.

Акриловая смола (костный цемент).

Зёрна костного цемента могут также вызвать реакцию макрофагов и гигантских клеток инородного тела. Мельчайшие зёрна костного цемента могут поглощаться макрофагами. В связи с тем, что костный цемент при изготовлении растворяется, цитоплазма макрофагов приобретает форму пены. Сравнительно большие зёрна костного цемента можно видеть и в гигантских клетках инородного тела. Костный цемент обычно не вызывает заметного фиброза тканей.

Зёрна силикона.

В последние годы эндопротез из искусственного каучука и силикона, в основном, используют при операциях на суставах кисти. Установлено, что силикон внутри суставов может приводить к синовиту, что выражается в воспалительной реакции в виде гранулёмы. Зёрна силикона имеют форму жемчужин, обладают способностью преломлять свет и могут рассеиваться в тканях, а также поглощаться макрофагами. Результаты опытов подтвердили, что через 14 дней после имплантации эндопротезов из силикона кроликам в тканях обнаруживают инфильтрацию большим количеством макрофагов. Эта реакция может также способствовать реактивному увеличению лимфатических тканей в местных лимфатических узлах.

Зёрна фарфора.

Композитные материалы из фарфора в искусственном эндопротезе при стирании и выпадении в виде микрочастиц могут приводить не только к острой воспалительной реакции в суставе, но и к росту числа покровных клеток в синовиальной сумке, а также к фиброзу тканей. Зёрна фарфора можно также обнаружить в дренажных лимфатических сосудах. При увеличении инородных тел во внутренних стенках синовиальной оболочки могут образовываться условия для развития некроза мягких тканей.
При чрезмерном истирании металлических эндопротезов и эрозии жидкости тела содержание металла в окружающих тканях повышается, что способствует проявлению аллергии на металл. Evans обнаружил в кожных пробах у больных с аллергией на металл довольно высокую вероятность расшатывания сустава. Чаще всего такое расшатывание происходит в суставах при трении металла о металл.
Nаter обнаружил, что у отдельных больных после имплантации эндопротеза из металла и полиэтилена возникала аллергия на никель или кобальт, но не было расшатывания суставов.

8.4. Асептическая нестабильность эндопротеза

Причин для расшатывания эндопротеза много, в обобщённом виде они представляют собой следующие:
• плохое соприкосновение поверхностей сустава;
• неправильная постановка эндопротеза;
• ненормальное восприятие нагрузки частями сустава;
• возникновение срезывающего или крутящего момента;
• инфекция;
• чрезмерная нагрузка и увеличение массы тела;
• чрезмерное истирание сустава;
• остеопороз.
Вследствие возрастания количества абразивных обломков появляются большое количество местных макрофагов и
реакции гигантских клеток на инородные тела. Эти клетки могут поглощать цемент и костное вещество вокруг эндопротеза, в результате чего разрушается костное основание и эндопротез расшатывается. Вызванные разными причинами фрагментация и разрушение цемента также могут приводить к расшатыванию эндопротеза. Когда подвижность эндопротеза превышает прочность фиброзной ткани, то происходят её разрыв, кровотечение и экссудация белков плазмы, что ослабляет прочность костного цемента и может способствовать перелому металлического материала.

8.5. Опухоли, вызванные эндопротезом

Большое количество лабораторных материалов подтверждает канцерогенное действие на грызунов почти всех материалов, из которых сделаны эндопротезы. Например, кобальт и хром способны индуцировать саркому у крыс; ортопедические трансплантаты суставов — остеопластическую саркому и фибросаркому у кошек и собак, а костный цемент — новообразования у мышей. Кремнийорганический каучук вызывает опухоли у крыс, а полиэтилен, нейлон, тефлон и полистирол — саркому у грызунов.

Stinson обнаружил, что пластинки из нержавеющей стали и акриловая смола способны спровоцировать саркому у крыс.
Физические свойства эндопротезов из пластмассы также играют большую роль в образовании опухолей. Bates и Klein доказали, что саркомы возникают чаще при подкожном введении животным пластинок из полиэтилена с гладкой поверхностью, чем с грубой. Sinibaldi (1976) наблюдал трёх больных саркомой, развившейся после имплантации эндопротеза: один представлял собой гемангиоэндотелиому, другой — саркому Ewing, а третий — остеопластическую саркому. Все эти опухоли возникли в месте постановки эндопротезов или в близлежащих костных тканях.
Инкубационный период опухоли, вызванной эндопротезом сустава, может составлять 4—30 лет, а число больных,
у которых обнаружена опухоль, становится всё больше. Раньше больные, которым ставили суставные эндопротезы, в основном были старше 60 лет, поэтому по разным причинам они умирали раньше, чем у них диагностировали опухоли.
В дальнейшем в связи с более широким применением операций по постановке эндопротезов эта проблема стала привлекать всё больше внимания, став темой дальнейших научных исследований. Их цель — совершенствование искусственных материалов для эндопротезов, уменьшение их токсического действия, недопущение аллергических
реакций в клетках тканей, ещё большее приближение эндопротезов к свойствам и физиологическим функциям кости с тем, чтобы физические и биологические свойства материалов, а также их биомеханическая структура были более рациональными.
Эндопротезы, в том случае когда отсутствуют их токсичность и побочное действие, безвредны, удовлетворяют потребностям, а также позволяют повысить качество жизни людей.