Klíčová slova
endoprotéza kyčle * cementovaná endoprotéza * necementovaná endoprotéza * resurfacing * mininvazívní operace * reimplantace
Summary
Trč, T. Hip replacements Replacements of the hip for degenerative arthrosis currently have the broadest implementation. Joint replacements are differentiated from each other by the used material, the fixation of the endoprosthesis in the bone (cemented and non-cemented total endoprosthesis) and the contact surface head-fossa. „New types“ of endoprostheses are represented by endoprosthesis with methaphysal fixation, resurfacing, custom made endoprosthesis and special types of endoprostheses. Mini-invasive surgical approaches are also quite beneficial.
Key words
hip endoprosthesis * cemented endoprosthesis * non-cemented endoprosthesis * resurfacing * mini-invasive surgery * reimplantation
Náhrady kloubů v ortopedii znamenají arteficiální nahrazení anatomicky i fyziologicky poškozených, a tedy nefunkčních kloubů. Nejčastější, ale nikoliv jedinou příčinou tohoto poškození je deformační artróza, která ve finálním stadiu působí bolestivé ztuhnutí kloubu – ankylózu. První náhrady kloubu byly použity spíše pro infekční či nádorové poškození kloubů (Carnochan v roce 1840 použil dřevěnou destičku k náhradě temporomandibulárního kloubu, postiženého tuberkulózou, v roce 1923 Hey Groves použil slonovinu k náhradě hlavice kosti stehenní u ankylózy, Austin T. Moore použil speciální náhradu horního konce femuru destruovanou obrovskobuněčným nádorem v roce 1940).
Největší uplatnění v současnosti mají náhrady pro degenerativní artrózu. Degenerativní artróza je patologický stav, který po 60. roce věku postihuje 50 % populace. Díky prodlužování průměrného věku, vyšším nárokům na hybnost a civilizačním chorobám její frekvence narůstá. Artrotické bolesti patří k těm, které člověka nejvíce obtěžují. Proto možnost odstranit tyto obtíže náhradou kloubu patří k nejefektivnějším a nejúspěšnějším lékařským výkonům v uplynulém století.
I když první použitá náhrada byla náhrada kolenního kloubu (Gluck, 1880), první úspěšnou náhradou kloubu standardně prováděnou byla náhrada kyčelního kloubu. Totální náhrada se skládá z náhrady horního konce stehenní kosti a kloubního povrchu jamky. Tzv. hemiartroplastika, tedy pouze náhrada horního konce stehenní kosti, která se pohybuje v nezměněném – a tedy i v neopracovaném – acetabulu, se používá pouze v traumatické indikaci.
Femorální komponentu endoprotézy tvoří dřík, který je zaveden do dřeňové dutiny a který se rozšiřuje do trochanterické části (Obr. 1). Toto rozšíření vyplňuje metafyzární prostor trochanterický, zabraňuje rotaci protézy a následně přechází do krčku a hlavice. Jamku obvykle tvoří dutá polokoule, jejíž konkávní část koresponduje s hlavicí (Obr. 2). Tento tvar endoprotézy prošel mnoha designovými úpravami, až se ustálil na této standardní formě.
Náhrady kloubní se od sebe liší:
1. materiálem, 2. ukotvením v kosti, 3. kontaktní, kluznou plochou hlavice-jamka.
Materiálové diference
Chlumský již v roce 1905 stanovil postulát inertních materiálů a dle tohoto se v podstatě vyčlenily aplikovatelné materiály. Patří mezi ně ušlechtilé oceli, slitiny kovů a titanu a jeho slitiny, dále je používán modifikovaný polyetylén a keramika. Kontaktní plochy mohou také tvořit vzájemně si přesně odpovídající kovové povrchy.
Fixace v kosti
Ukotvení endoprotézy v kosti je pro její funkci a životnost kruciální. Systém ukotvení se vyvíjel prakticky stejně dlouho jako vlastní design protézy. Podle principů ukotvení se endoprotézy dělí na 2 velké skupiny: a) cementovaná totální endoprotéza (TEP), b) necementovaná TEP. Logicky tyto dvě skupiny doplňuje kombinace – hybridní protéza.
Cementovaná endoprotéza Tyto protézy jsou v kosti ukotveny tzv. kostním cementem, tj. polymetylmetakrylátem, který se zpracuje těsně před implantací protézy. V době polymerizace je kostní cement měkkou tvárnou hmotou, která se aplikuje do dřeňové dutiny a do konkavity opracovaného acetabula a bezprostředně poté se do ní aplikují dřík a jamka. Kostní cement polymerizuje během 7–12 minut a tím vytvrdne. Vytvoří precizní lůžko, které přemostí nepravidelný (spongiózní) povrch kosti a přesný povrch endoprotézy. Její ukotvení je tak dokonalé.
Necementovaná endoprotéza Endoprotézu je nutné implantovat do naprosto přesně zpracované dutiny kosti, která svým tvarem odpovídá tvaru protézy. Na takto přesné opracování jsou nutná přesná speciální instrumentária. Velikost endoprotézy musí přesně odpovídat vytvořené dutině, pokud se jedná o „press fit“ fixaci, tak musí být o 1–2 mm větší a tedy je nutné mít k dispozici poměrně velkou škálu velikostí!
Obě nutné podmínky pro implantaci necementovaných náhrad (přesné instrumentárium a dostatečná škála velikostí implantátů) samozřejmě zvyšují cenu necementované náhrady ve srovnání s cementovanou, která je několikanásobně vyšší. Fixace endoprotézy v kosti je daná aktivní osteogenezí v okolí protézy. Aby tato aktivita byla možná, musí endoprotéza splňovat několik podmínek. Musí být vyrobena z „osteoatraktivního“ materiálu, což splňuje v současnosti titan a jeho slitiny. S tímto materiálem jsou osteoblasty schopny vyrůstat v těsném kontaktu a mezi nimi a materiálem se nevytváří mezivrstva.
Jinou možností je vytvořit prostředí, do kterého jsou osteoblasty schopny vrůst a vyplnit je kostí. Toto splňuje zhrubění povrchu a vytvoření prostorů velmi malých, do kterých osteoblasty jsou aktivně lákány. Jak prokázali v experimentu Bobyn a Enght již v roce 1980, měly by tyto lakuny být ve velikosti 260–450 nm. Vytvoření takovéhoto povrchu endoprotézy umožní vrůst osteoblastů a fixaci ke kosti. Tato fixace je natolik pevná, že při nutnosti event. výměny způsobuje operatérovi nemalé problémy (Obr. 3).
Do prostor menších než uvedené rozmezí osteoblasty nejsou schopny vrůst, prostory větší pak nejsou schopny vyplnit. Obojí narušuje dobrou fixaci. Povrchy dodržující tento princip jsou většinou výrobním tajemstvím nebo podléhají patentním ochranám (Porometal, Porocoat Titanium Mesh). Jiná metoda ukotvení endoprotézy spoléhá na chemickou kovalentní vazbu mezi hydroxyapatitem, obsaženém v minerální složce kosti, a arteficiálním hydroxyapatitem, naneseným na povrch endoprotézy. Tato vazba pak dovoluje intimní kontakt osteoblastů, které tuto primární fixaci převezmou.
V současné době jsou používány i povrchy s kalcium sulfátem (Bonit), které jsou stejně účinné a po dorůstu osteoblastů se vstřebají, což hydroxyapatit umožňuje omezeně. Při fixaci endoprotézy necementované se hovoří o tzv. primární fixaci a fixaci sekundární. O sekundární fixaci bylo hovořeno výše a jsou za ni zodpovědné osteoblasty a kostní metabolismus pacienta.
Primární fixaci vytváří operatér při operaci, měla by vytvořit podmínky pro nerušenou aktivitu osteoblastů v okolí endoprotézy. To znamená, že endoprotézy musí být pevně mechanicky fixovány v lůžku tak, aby hojení mohlo proběhnout bez vývoje vazivové membrány. Tato primární fixace může být vytvořena mechanickými vlastnostmi endoprotézy. Pevnou primární fixaci umožní například endoprotéza, která se do kosti zašroubuje a její tvar je podobný závitu, či se protéza přišroubuje dodáním šroubů. Druhá možnost je tzv. „press fit“ fixace, kdy se do vytvořeného lůžka aplikuje endoprotéza o cca 1–2 mm větší a využívá se elastičnosti kosti, která endoprotézu na určitou dobu obemkne.
Tato primární fixace musí být dostatečně pevná po dobu v průměru 8–12 týdnů a pak by měla pevnost endoprotézy zabezpečit fixace sekundární. Pokud si ortoped není jistý možností dobré sekundární fixace (oslabený kostní metabolismus), měl by dát přednost cementované náhradě. Kombinací cementované a necementované komponenty náhrady kloubu se vytvoří tzv. hybridní endoprotéza. V minulosti se touto kombinací zvyšovala životnost endoprotézy, neboť se kombinovala necementovaná jamka s cementovaným dříkem.
Obě tyto komponenty vykazovaly delší životnost než stejně aplikovaná druhá komponenta protézy. Bylo to dáno částečně předchozími výsledky tuzemské endoprotézy. Zhodnocení většífocus ho souboru (registr) jistě prokáže, je-li tato hypotéza pravdivá i pro jiné typy náhrady. Hybnost arteficiálního kloubu umožňuje pohyblivá kontaktní plocha endoprotézy. V případě kyčelního kloubu umožňuje tento pohyb hlavice na dříku femorální komponenty a jamka acetabula.
Velikost hlavice a korespondující jamky se rovněž vyvíjely dlouhou dobu. Velká hlavice má lepší pohyb a menší riziko luxace, avšak vykazuje větší množství otěrových částic. Menší hlavice má určité limitace v rozsahu pohybu (impingement, luxace), avšak otěru vykazuje méně. Velikosti hlavic jsou variabilní, nejčastější jsou od nejmenších v průměru 22 mm, 28 mm až po – v současnosti nejčastěji používané – velikosti 32 a 36 mm v průměru, které získávají oblibu v keramické verzi. Moderní endoprotézy typu „resurfacing“ mají hlavice odpovídající jamce v rozsahu od 38 do 64 mm (Obr. 4 a 5).
Vlastní kontaktní povrchy se historicky vyvíjely a nejúspěšnější je kontakt polyetylén-kov. Jamka je tvořena konkávní skořepinou z UHMW polyetylénu a s ní koresponduje hlavice z medicínské oceli. Tento povrch je dlouhodobě užívaný a odzkoušený. Ve snaze snížit množství otěrových částeček, vznikajících při pohybu kloubu, se zkoušelo mnoho jiných kontaktních ploch. Nejprve se vyvinuly upravené polyetylény, které vytvářejí menší množství otěru, zpevněné v molekulární struktuře zkříženými vazbami (crosslink), nebo se vyvíjel polyetylén na jiné bázi. Tyto úpravy skutečně snižují množství otěrových částic, tím by měly prodloužit životnost protézy, resp. pevnost fixace v kosti.
Jiná cesta je vývoj zcela jiných materiálů kontaktních ploch, ať již jsou to povlakované, kovové hlavice v kombinaci s keramickou jamkou, nebo keramika na obou komponentách endoprotézy. Množství otěru se drasticky snížilo, avšak tvrdost kontaktu může být v některých případech problémem. Staronovou metodou je kontakt kov-kov, kterou používal již P. Willes v roce 1935, avšak teprve nové technologie opracování umožnily využít jejích vlastností. Výrobně velmi složité je získat superkongruentní povrchy obou kontaktních ploch, mezi kterými je cca 300 nm rozdílu, aby do vytvořené štěrbiny mohl proudit transsudát plazmy a umožňoval kluzný pohyb.
Tyto relativně tenké povrchy umožnily využít principu resurfacingu (znovuobnovení povrchů – rozuměj kloubních) mnohem šířeji. V současné době limitují rozvoj tohoto typu endoprotézy nedořešené problémy s otěrovými ionty těžkých kovů v séru některých takto ošetřených pacientů. Možnost výběru mezi těmito kontaktními povrchy rozšiřuje indikaci a dovoluje operatérovi optimální volbu pro daného pacienta. Téměř 50 let úspěšné náhrady kyčelního kloubu (v roce 1959 Charnley uvedl do praxe „low friction arthroplasty“ a zhodnotil první soubor úspěšně léčených pacientů) dovolilo ustálit tvar, design a materiál endoprotézy do obecně uznávaných principů a pravidel.
Drobné, spíše kosmetické úpravy byly a jsou vždy dlouhodobě sledovány a kontrolovány, než jsou uznány jako efektní. Design endoprotézy výše popsaný je – a pravděpodobně dlouho bude – standardně využíván, protože je velmi úspěšný. Pro zlepšení již tak dobrých výsledků, odstranění nedostatků či komplikací jsou i nadále (a v poslední době stále více) vyvíjeny i jiné koncepty náhrady kyčelního kloubu, které standardní design s určitou filosofií mění.
Nové typy endoprotézy
Markantní snahou, potencující vývoj nových endoprotéz, je prodloužení možnosti využití benefitu umělého kyčelního kloubu. Výměna selhávajícího nebo „opotřebovaného“ arteficiálního kloubu je vždy velkým zásahem do organismu a vždy musí částečně poškodit další část kostní tkáně, neboť endoprotéza by měla být zavedena, alespoň částí, do zdravé tkáně, nepoškozené endoprotézou předchozí. To v praxi znamená nutnost použití větší endoprotézy.
Z toho důvodu se v poslední době vyvinulo několik femorálních komponent endoprotézy s krátkým dříkem, který není fixován, jako starší typy v opracované diafýze, ale v metafýze (Obr. 6). Tato fixace je možná dodržením standardních implantačních pravidel a správné indikace. Dlouhodobé výsledky u některých (8–10 let) jsou srovnatelné se standardní femorální komponentou. Výhodou je nenarušení diafyzární kosti, která může být využita při následné výměně komponenty za endoprotézu standardní, a tedy ne velkou revizní. Ostatní komponenty (hlavice, jamka) jsou standardní.
Zcela odlišný koncept náhrady kloubu vytváří tzv. resurfacing. Díky moderní metalurgii a přesnému opracování kovů se vyvinula náhrada kyčelního kloubu, kde jsou nahrazeny pouze poškozené povrchy kloubu, tedy chrupavka a maximálně tenká vrstva subchondrální kosti. Jamka je tenká skořepina, pokrytá aktivním povrchem, dřík je tvarem podobný kloboučku houby na tenké nožce – dříku, který zesiluje pouze krček stehenní kosti. Při správné indikaci a samozřejmě provedení endoprotéza umožňuje velmi rychlou rekonvalescenci, bez limitací.
První dlouhodobé výsledky jsou velmi slibné, a pokud by funkčnost tohoto kloubu byla skutečně větší než 10 let, jak je prokázáno McMinnem ve velké studii ve Velké Británii, pak by nutnost reoperace opět dovolila využít standardní protézu nebo dokonce metafyzární fixaci (viz výše) se všemi výhodami. Vývoj endoprotetiky se nedotkl pouze nových implantátů, ale také operační techniky. V současnosti jsou využívány tzv. miniinvazívní přístupy ke kyčelnímu kloubu (Obr. 7). Tato operační technika využívá anatomických přístupů z minimálního kožního řezu, při kterých se nenaruší – nebo pouze minimálně – svalový a vazivový aparát ovládající kloub. Tyto přístupy donutily operatéry změnit své anatomicko-chirurgické myšlení a podřídit je zájmu pacienta.
Kosmetický efekt, který je nesporný, je pouze malým benefitem těchto přístupů. Mnohem významnější jsou menší peroperační ztráty krve, menší bolesti po operaci, rychlejší rehabilitace, a tím samozřejmě i rychlejší rekonvalescence. To vše ovlivňuje dobu pobytu ve zdravotnickém zařízení, a tím i cenu léčby, ale zatím v našich zemích toto není upřednostňováno. Závěrem je nutné se zmínit o speciálních endoprotézách kyčelního kloubu, které jsou určeny pro zvláštní indikace dané patologickým stavem. Nejčastěji se jedná o tumorózní náhrady, kdy při odstranění tumoru je nutné odstranit i kyčelní kloub. Tento je pak možné nahradit endoprotézou, která bude mít speciální tvar, zvláštní možnosti ukotvení i kontaktní plochy.
Tyto endoprotézy se většinou zhotovují na míru podle rtg snímku nebo CT vygenerovaného modelu kloubu. Většina dobrých výrobců náhrad kyčelního klubu je schopna zhotovit tyto náhrady do několika dnů. Tento princip dokonce vedl k vytvoření principu individuálních (custom made) endoprotéz, které se zhotovují na základě modelu kosti buď zhotoveného před operací, nebo dokonce peroperačně finalizovaného. Předpokládané výhody se nepodařilo prokázat a samozřejmě i poměr hodnota-cena byl pro terapii artrózy příliš vysoký; tak se tyto techniky ponechávají pro speciální indikace.
Do zvláštních typů endoprotéz je možné zařadit také tzv. revizní endoprotézy, o kterých již bylo hovořeno a které jsou určeny pro ošetření a reoperace selhání kloubních náhrad. Tyto náhrady musí umožňovat ukotvení v relativně zdravé kosti a ošetřit kost narušenou selháním předchozí náhrady. Většinou se jedná o větší a masivnější implantáty tvarem podobné primární náhradě, s možností využití více principů dodatečného ukotvení. Cena odpovídá vývoji a pracnosti výroby těchto implantátů.
Je jasný předpoklad, že vývoj implantátů půjde dále, avšak převratné změny tohoto konceptu léčby degenerativních i jiných onemocnění kyčelního kloubu nepřinese. Převrat se dá očekávat v genetickém řízení vývoje artrózy či v možnosti kultivace a aplikace kvalitní hyalinní chrupavky na povrch kloubu. Rozvoj tímto směrem bude trvat v optimistickém pojetí několika desetiletí. Po tuto dobu jistě náhrady kyčelního kloubu přinesou úlevu a radost mnoha pacientům. V ČR se každoročně úspěšně odoperuje cca 10 000 pacientů trpících koxartrózou při potřebě cca o 20–30 % vyšší. Doufejme, že i to se v krátké době podaří.
Doc. MUDr. Tomáš Trč, CSc., MBA, Univerzita Karlova v Praze, 2. lékařská fakulta, Klinika dětské a dospělé ortopedie a traumatologie e-mail: tomas.trc@lfmotol.cuni.cz
Literatura
BOBYN, JD., ENGH, CHA. Bone ingrows and remodellingin canine and human porous coatedhip replacement In FITZGERALD, RH. Non cemented total hip arthroplasty. New York : Raven Press, 1988.
ČECH, O. Aloplastika kyčelního kloubu. Praha : Avicenum, 1979.
ČECH, O., DŽUPA, V., ESSLINGER, T. 2-years of clinical experiences with the Mayoshortstem in hip arthroplasty. In Abstract: European Hip Society Domestic meeting, 2002.
GLUECK, T. Elfenbeinimplataten. Arch Klin Chir, 41, 187, p. 1880.
CHARNLEY, J. Low friction arthroplasty of the Hip. Theory and Practice. Geneva : Springer Verlag, 1978.
CHIMENTO, GF., PAVONE, V., SHARROCK, N., et al. Minimally invasive total hip arthroplasty: a prospective randomized study. J Arthroplasty, 2005, 20, 2, 2005.
McMINN, D., TREACY, R., LIN, K., PYNSENT, P. Metal on metal surface replacement of the hip. Clin Orthop, 1996, 329 S, p. 89–98.
MORREY, BF., ADAMS, RA., KESSLER, M. A conservative femoral replacement for total hip arthroplasty. A prospective study. J Bone Joint Surg (Br), 2000, 82B, p. 952– 958.
PIPINO, F. (Ed.) Bone cement and cemented fixation of implants. Genoa University, 2001.
TRČ, T. První zkušenosti s endoprotézou kyčle s poresním povrchem. Acta chir orthop traum čech, 1997, 64, s. 144–153.
TRČ, T., CHLÁDEK, P. Minimal invasive Zugange in der Huftendoprothetik – eine Vergleichstudie. Medizinisch Orthopadische Technik, 2007, 5, S. 25–31.