Как устроен эндопротез?

О том, как устроены эндопротезы тазобедренного сустава, а также о том, что происходит во время операции, читателям Вести.Медицина продолжает рассказывать Александр Тарасов, врач Юсуповской больницы по направлению ортопедической реабилитации.

Классический, тотальный,  эндопротез состоит из ножки, чашки и головки. Самый распространенный вид эндопротезирования — это тотальное, или двухполюсное, эндопротезирование тазобедренного сустава.

Тотальное, или двухполюсное, бесцементное эндопротезирование при переломе шейки бедра: протез замещает и головку с шейкой бедренной кости, и вертлужную впадину тазовой кости. Слева —рентгенограмма после операции; справа — внешний вид бесцементного эндопротеза с пористым покрытием.

В ходе этой операции головку и шейку бедренной кости, а также вертлужную впадину тазовой кости заменяют на искусственные. Компоненты эндопротеза могут фиксироваться за счет вколачивания в кость во время операции — это так называемая бесцементная фиксация, или плотная посадка («пресс-фит»). Впоследствии кость прорастает в пористую поверхность или специальные борозды эндопротеза.

Чашка эндопротеза (тазовый компонент, замещающий вертлужную впадину) при бесцементной фиксации также имеет пористое покрытие для последующего прорастания кости. Чашка может дополнительно фиксироваться винтами. Некоторые модели эндопротезов покрыты гидроксиапатитом, который облегчает врастание кости.

Бесцементные эндопротезы более предпочтительны для молодых пациентов: они хорошо фиксируются благодаря высокой плотности костной ткани у молодых, а если истечет срок их службы, то их будет проще заменить, чем цементные эндопротезы.

У пожилых пациентов, особенно с переломами шейки бедренной кости, чаще используют цементные эндопротезы. Они крепятся с помощью особого полимерного цемента, который обеспечивает быструю и надежную фиксацию даже при сниженной прочности и плотности костей, то есть при остеопорозе, который часто встречается у таких пациентов.

Однако если состояние кости у пожилого пациента хорошее, а сопутствующие заболевания неопасны, то возможна установка и бесцементного эндопротеза.

Зачем эндопротезу ножка и какими они бывают

Ножка эндопротеза тазобедренного сустава, как правило, монолитная (цельная),  бывают и модульные (сборные) ножки. Ножка состоит из тела, которое входит в канал бедренной кости, шейки и конуса, на который надевается головка. Угол, под которым соединяются шейка и тело, называют шеечно-диафизарным углом. Как правило, он составляет 135°, но бывают ножки с углом в 125° и 145°.

Материал, из которого изготовлена ножка — чаще всего это сплав медицинских металлов. Материал ножки с одной стороны, должен быть достаточно прочным, чтобы не сломаться, с другой стороны — эластичным, то есть способным деформироваться при нагрузке. С третьей же стороны, материал должен быть инертным, то есть не отторгаться организмом, и хорошо срастаться с костью (этот параметр важен для бесцементных ножек).

Цементные ножки изготавливаются из кобальт-хромового или кобальт-хром-молибденового сплава. Эти сплавы пришли на смену стали, поскольку стальные ножки показали себя слишком хрупкими. Цементные ножки не контактируют непосредственно с костью, а крепятся в цементе. Соответственно, кость в цементную ножку не врастает. Поверхность цементной ножки гладкая, для того чтобы хорошо сцепляться с цементом и не разрушать его.

Бесцементные ножки делают из сплавов на основе титана, который обладает прекрасной биосовместимостью (то есть не отторгается организмом). Позже ножки стали делать из кованого титан-алюминий-ванадиевого сплава, а потом — из титан-алюминий-ниобиевого сплава. Поверхность бесцементой ножки эндопротеза тазобедренного сустава может быть покрыта специальными веществами, облегчающими врастание кости, а может быть шероховатой, с микропорами. От того, какой будет эта поверхность, зависит надежность и долговечность протеза.

Часто производители дополняют ножку специальными выступами, ребрами, арками и прочими геометрическими «украшениями», которые служат не для того, чтобы облегчать врастание кости, а для более прочной первичной фиксации ножки в канале бедренной кости.

Подбор ножки эндопротеза по шаблонам, которые хирург прикладывает к рентгенограмме.

Каковы требования к форме ножки протеза?

Казалось бы, все просто: форма ножки должна максимально соответствовать форме канала бедренной кости, и тогда все будет хорошо. Но дело обстоит сложнее: поскольку все люди разные, одинаковых каналов бедренной кости не существует — можно лишь выделить основные их варианты. Как несложно догадаться, уже по одной этой причине не может быть единственной ножки, которая была бы самой лучшей для всех пациентов.

Существуют три основные формы ножки эндопротезов тазобедренного сустава: расширяющаяся вверх, прямая (с прямым наружным краем) и изогнутая. Каждая соответствует определенным вариантам-нормы формы канала бедренной кости, и имеет свои плюсы и минусы, свои технические тонкости установки.

В поперечном сечении ножка бывает круглой или четырехугольной. Казалось бы, оптимальной будет ножка круглого сечения, ведь сам канал кости круглый. Однако не все так просто. Во-первых, канал бедренной кости изогнут. Во-вторых, из-за неодинаковой эластичности кости в верхней и в нижней ее части основная нагрузка при использовании ножки круглого сечения будет приходиться на нижнюю часть кости, а верхняя часть кости из-за недостаточной нагрузки будет постепенно рассасываться (врачи называют такой эффект стресс-шилдингом).

Идеальная ножка эндопротеза тазобедренного сустава должна обеспечивать равномерный переход нагрузки на кость не только по окружности канала, но и в верхней и нижней части.

Хирург, планируя операцию эндопротезирования тазобедренного сустава, подбирает наиболее подходящую ножку по рентгенограмме, прикладывая к ней специальные шаблоны с контурами ножек различных типов и размеров. При этом учитываются многие дополнительные параметры: форма канала, имеющиеся деформации, выраженность остеопороза и другие факторы.