Prof. dr med., dr fil., inż. (FH) Andrej M. Nowakowski, ceniony ekspert w dziedzinie chirurgii biodra i endoprotezoplastyki stawu biodrowego, pełni funkcję ordynatora i kierownika Kliniki Ortopedii i Traumatologii Układowego Ruchu w Szpitalu Kantonalnym w Baselland. Jego wyjątkowa wiedza specjalistyczna obejmuje wszystkie obszary związane ze zdrowiem bioder, od operacji zachowujących staw po minimalnie inwazyjne zabiegi wszczepiania sztucznych stawów biodrowych.
Jako wysoce wyspecjalizowany lekarz, prof. dr dr Nowakowski imponuje nie tylko swoją rozległą wiedzą, ale także pasją do ortopedii. W szczególności specjalizuje się w biodrach i jest uznawany na arenie międzynarodowej za eksperta w dziedzinie endoprotezoplastyki. Klinika Ortopedii i Traumatologii Układu Ruchowego w Kantonsspital Baselland znana jest z doskonałej opieki medycznej i pozycji jednego z największych ośrodków ortopedycznych w Szwajcarii.
Prof. dr dr Nowakowski ma wyjątkowe spojrzenie na świat ortopedii. Jego kariera rozpoczęła się od studiów na kierunku inżynieria mechaniczna, po których nastąpiła służba wojskowa i skupienie się na technologii medycznej. Jego pasja doprowadziła go do założenia biura inżynierskiego, w którym działał jako rzeczoznawca, a jednocześnie zgłaszał kilka patentów dotyczących optymalizacji sztucznych stawów. W wieku 28 lat zdecydował się na studia medyczne w Hanowerze, a ponadto uzyskał tytuł doktora w dziedzinie inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie w Bazylei. Imponująca kariera prof. dr. dr. Nowakowskiego zaprowadziła go następnie przez Szpital Uniwersytecki w Bazylei do szpitala w Uster w kantonie Zurych, gdzie znacznie rozbudował oddział ortopedii i uczynił go odnoszącym sukcesy. Na prośbę Szpitala Kantonalnego w Bazylei-Okręgu powrócił ostatecznie do Bazylei.
Jako specjalista od bioder prof. dr dr Nowakowski znany jest ze swojej wiedzy w zakresie urazów, złamań, infekcji i nowotworów w okolicy bioder. Wraz z prof. dr. med. Michaelem Hirschmannem kieruje „Centrum Układu Ruchowego” w szpitalu kantonalnym Baselland, które oferuje pacjentom kompleksową opiekę w zakresie ortopedii, traumatologii, leczenia bólu i rehabilitacji. Redakcja Leading Medicine Guide skorzystała z okazji, aby porozmawiać z nim i dowiedzieć się więcej o najnowszych osiągnięciach w dziedzinie endoprotezoplastyki stawu biodrowego.
Około 60 lat temu Sir John Charnley położył podwaliny pod endoprotezoplastykę stawu biodrowego, która jest stosowana do dziś. Zastosowanie stali nierdzewnej, cementu kostnego z polimetakrylanu metylu (PMMA) oraz polietylenu (PE) do panewek biodrowych stanowi sprawdzoną podstawę udanych implantacji sztucznych stawów biodrowych. Ostatnie dwie dekady przyniosły przełomowy postęp w postaci ulepszeń tribologicznych i nowych materiałów. Innowacje te doprowadziły do powstania protez o dłuższej żywotności i lepszych wynikach. W szczególności wprowadzenie tytanu w latach 80. przyczyniło się do wydłużenia żywotności trzpieni bezcementowych. Nowe, silnie usieciowane odmiany polietylenu mają na celu zmniejszenie zużycia i zapobieganie osteolizie.
Postępy w zakresie ulepszeń tribologicznych i innowacji materiałowych ostatnich dwóch dekad miały znaczący wpływ na długoterminową trwałość protez biodrowych.
Ogólnie rzecz biorąc, wydłużyła się żywotność endoprotez biodrowych. Szczególnie wprowadzenie odmian polietylenu o wysokim stopniu usieciowania stanowi znaczący krok naprzód. W porównaniu z tradycyjnymi materiałami oferują one lepsze właściwości tribologiczne, co prowadzi do zmniejszenia zużycia i mniejszej prawdopodobieństwa wystąpienia osteolizy.
Tribologia to nauka i technika zajmująca się powierzchniami ruchomymi, w szczególności w odniesieniu do tarcia, zużycia i smarowania.
„W przypadku stawu, zwłaszcza sztucznego, mamy zawsze dwa tzw. elementy ślizgające się, a czasem nawet więcej. A tam, gdzie coś się ślizga, zawsze powstaje tarcie. A tam, gdzie jest tarcie, występuje zużycie. Tylko w idealnym świecie istnieją stawy odporne na zużycie. Jednak tam, gdzie siła działa na dwa elementy ślizgające się względem siebie, mamy do czynienia ze ścieraniem. Również protezy stawów, których używamy obecnie, czy to w barku, biodrze, kolanie czy stawie skokowym, charakteryzują się pewnym stopniem ścierania. A to z kolei zależy w dużej mierze od tego, jakie mamy elementy ślizgające się względem siebie. W przypadku stawów biodrowych klasycznie mamy do czynienia z połączeniem metalu lub ceramiki z polietylenem. Zużycie następuje tu w ciągu dziesięcioleci. W przypadku tradycyjnych protez zakłada się liniowe – mierzalne na zdjęciu rentgenowskim – zużycie wynoszące około 0,2 mm rocznie dla par ślizgowych polietylen-metal oraz 0,1 mm rocznie dla par ślizgowych polietylen-ceramika. „U osób szczególnie aktywnych i uprawiających sport lub osób z dużą nadwagą, złym ustawieniem panewki itp. zużycie może przebiegać znacznie szybciej” – opisuje prof. dr dr Nowakowski na początku naszej rozmowy i wyjaśnia, jakie rozważania podjęto wówczas, aby w miarę możliwości zmniejszyć zużycie:
„Rozważano wówczas parę ślizgową metal-metal, która jednak w niektórych przypadkach prowadziła do wysokiego stężenia jonów metali we krwi i innych niepożądanych reakcji. Kolejną opcją jest para ślizgowa ceramika-ceramika, która charakteryzuje się bardzo niewielkim zużyciem objętościowym. Może to jednak powodować np. piski, a gdy ruchomość jest zbyt duża, może również dojść do twardego uderzenia (ryzyko obluzowania implantu, zwichnięcia, pęknięcia ceramiki). Obecnie często stosuje się głowicę biodrową ze stali lub ceramiki, która styka się z panewką biodrową z polietylenu jako partnerem ślizgowym, który obecnie jest również oferowany w postaci silnie usieciowanej na poziomie molekularnym”.
Wysoki stopień sieciowania ma na celu wzmocnienie integralności strukturalnej materiału i zwiększenie jego odporności na zużycie. Znaczenie tych wysoko usieciowanych odmian polietylenu polega nie tylko na ich zdolności do zmniejszania ścierania, ale także na tym, że umożliwiają one dłuższą żywotność protez biodrowych. Pacjenci odnoszą korzyści z większej trwałości implantów, co może prowadzić do długotrwałej stabilności stawów i mniejszego ryzyka operacji rewizyjnych.
„Organizm zasadniczo reaguje na każdą formę ścierania i dąży do usunięcia odpowiednich cząstek. Czyni to np. za pomocą komórek, które wychwytują takie ciała obce. Może to jednak również wywołać procesy prowadzące do resorpcji kości, a w konsekwencji do obluzowania protezy. To z kolei może pociągać za sobą konieczność operacji wymiany, a nawet spowodować pęknięcie protezy. Z tego powodu podjęto próby dalszej poprawy właściwości tribologicznych protez biodrowych. Polietylen składa się z łańcuchów węglowych, które zostały ze sobą silnie usieciowane, a powierzchnia została częściowo dodatkowo wzbogacona witaminą E, aby lepiej wychwytywać rodniki. Ma to na celu dalszą poprawę właściwości materiałowych, połączoną z oczekiwaniem dłuższej trwałości dzięki mniejszemu ścieraniu. Szczególnie młodzi ludzie mogą na tym skorzystać, ponieważ protezy przygotowane w ten sposób są trwalsze, czego jednak oczywiście nie możemy jeszcze udowodnić. Musimy jeszcze poczekać na wyniki długoterminowe i je przeanalizować. „W każdym razie celem jest, aby operacja wymiany protezy z powodu zużycia po prostu nie była już konieczna” – wyjaśnia prof. dr dr Nowakowski, opisując najnowsze osiągnięcia.
Wprowadzenie tytanu w latach 80. stanowiło znaczący krok w endoprotezoplastyce stawu biodrowego, zwłaszcza w kontekście trzpieni bezcementowych.
Wysiłki zmierzające do wydłużenia żywotności bezcementowych trzpieni stalowych miały pozytywny wpływ na praktykę endoprotezoplastyki stawu biodrowego. Tytan, dzięki swoim szczególnym właściwościom, takim jak wytrzymałość, odporność na korozję i biokompatybilność, umożliwił ostatecznie poprawę długoterminowej stabilności trzpieni bezcementowych. Rozwój ten doprowadził do szerszego zastosowania tytanu w produkcji protez biodrowych i przyczynił się do wydłużenia żywotności implantów. Pacjenci odnieśli korzyści w postaci zmniejszonego prawdopodobieństwa obluzowania się lub innych powikłań związanych z zakotwiczeniem implantu.
„Zaletą implantów cementowanych jest to, że można je natychmiast obciążać i w przypadku np. osteoporozy kości wiążą się one z mniejszym ryzykiem złamań okołoprotezowych. Może jednak dojść m.in. do ścierania się między cementem a implantem, co może prowadzić do przedwczesnego obluzowania. Zwłaszcza u młodych pacjentów płci męskiej stwierdzono ogólnie gorsze wyniki pod względem trwałości, co spowodowało przyspieszenie prac nad protezami bezcementowymi. Powierzchnie protez poddawano obróbce różnymi metodami, aby kość mogła się do nich lepiej przyczepić. Jednak protezy te były tak sztywne, że często dochodziło do bólu uda. Wraz z pojawieniem się tytanu uzyskano materiał, który charakteryzuje się podobną sztywnością zginania jak kość ludzka, a ponadto posiada hydroksylowaną powierzchnię, która sprzyja zrostowi kości. „Tytan stał się dominującym materiałem na trzonki protez biodrowych, zwłaszcza w przypadku protez bezcementowych” – wyjaśnia prof. dr dr Nowakowski.
Hydroksylacja powierzchni tytanu prowadzi do powstania cienkiej warstwy tlenku tytanu, która jest funkcjonalizowana grupami hydroksylowymi (-OH). Ta hydroksylowana warstwa sprzyja tworzeniu się silnego połączenia między implantem a otaczającą tkanką kostną, co znane jest jako osteointegracja.
Postępy w nanotechnologii i materiałach biokompatybilnych mogą doprowadzić do powstania jeszcze bardziej wytrzymałych i trwałych implantów. Ponadto nowatorskie kompozycje materiałowe mogą przyczynić się do dalszego zminimalizowania zużycia i zwiększenia ogólnej skuteczności endoprotezoplastyki stawu biodrowego. Ciągłe badania i innowacje w dziedzinie materiałoznawstwa mają kluczowe znaczenie dla dalszej poprawy jakości i trwałości protez biodrowych oraz zapewnienia pacjentom optymalnych rozwiązań długoterminowych.
Prof. dr dr Nowakowski przedstawił swoją koncepcję „dwukierunkowej całkowitej endoprotezy stawu biodrowego” (Bi-HTP), której celem jest zminimalizowanie zwichnięć i uderzeń. Uwzględnienie fizjologicznego zakresu ruchu (RoM) ma na celu osiągnięcie lepszych wyników.
„Wypadnięcie, czyli zwichnięcie sztucznego stawu biodrowego, jest powikłaniem, które wprawdzie występuje stosunkowo rzadko, ale mimo to jest istotne: jeśli do tego dojdzie, na przykład w wyniku upadku, powoduje to silny ból i wymaga nastawienia, zazwyczaj w szpitalu. Dzięki chirurgii minimalnie inwazyjnej udało się wprawdzie jeszcze bardziej zmniejszyć ryzyko zwichnięcia, ale zwichnięcia nadal stanowią istotną część przyczyn operacji wymiany. W tym przypadku należy wziąć pod uwagę dwie kwestie z zakresu biomechaniki. Jednym z nich jest wypadnięcie protezy spowodowane niestabilnością stawu, a drugim uderzenie podczas skrętu. Jeśli więc ktoś wykonuje na przykład ekstremalny ruch obrotowy, jak podczas szpagatu, może się zdarzyć, że odpowiednie elementy sztucznego stawu uderzą o siebie. Zazwyczaj jako panewkę biodrową stosuje się półkule o symetrii obrotowej, co jednak nie jest rozwiązaniem idealnym. Aby rozwiązać ten dylemat, przeprowadziłem własne badania mające na celu inteligentniejsze konstruowanie protez przy użyciu specjalnej geometrii. Obecnie jesteśmy w trakcie testowania tej geometrii za pomocą symulacji. Zdecydowanie widzę potencjał rozwoju w tej dziedzinie badań” – mówi prof. dr dr Nowakowski.
Ocena problemów tribologicznych w kontekście endoprotezoplastyki stawu biodrowego odbywa się na różnych poziomach.
Aby osiągnąć równowagę między potencjalnymi korzyściami wynikającymi z większych średnic głowy kości udowej a związanymi z tym możliwymi wadami, przeprowadza się kompleksowe badania tribologiczne. Badania te analizują interakcje między materiałami i komponentami endoprotezy stawu biodrowego, w szczególności w porównaniu większych średnic głowy kości udowej z rozmiarami tradycyjnymi. Badania długoterminowe służą obserwacji działania endoprotez stawu biodrowego o większej średnicy głowy kości biodrowej w dłuższym okresie czasu. Skupiają się one na kompleksowej ocenie długoterminowej stabilności, odporności na ścieranie oraz możliwych powikłań, takich jak trunnionosis, które mogą wystąpić u pacjentów z endoprotezami biodrowymi. Odnosi się to do zużycia lub korozji w miejscu połączenia między trzpieniem (trunnion), protezą a głowicą, która jest umieszczana w panewce biodra.
Trunnionosis może być spowodowana różnymi czynnikami, w tym tarciem między materiałami, które występuje podczas ruchów sztucznego stawu biodrowego, a także reakcjami chemicznymi między metalami a otaczającymi tkankami. Skutkiem tego może być zużycie cząstek metalu, które gromadzą się w tkankach wokół protezy i mogą powodować stany zapalne, ból oraz obluzowanie implantów. „Im większa jest głowa kości biodrowej, tym większy jest możliwy zakres ruchu, ale również zużycie. Oznacza to, że montuje się taką głowę kości biodrowej kosztem tribologii. Właśnie staramy się znaleźć nowe rozwiązania biomechaniczne, aby zdefiniować idealną geometrię” – komentuje prof. dr dr Nowakowski.
Ulepszenia tribologiczne odnoszą się do postępów w dziedzinie tribologii, nauki zajmującej się tarciem, zużyciem i smarowaniem powierzchni ruchomych. W odniesieniu do endoprotezoplastyki stawu biodrowego i implantów medycznych ogólnie, ulepszenia tribologiczne obejmują działania mające na celu optymalizację interakcji między różnymi materiałami stosowanymi w protezach. Celem jest zminimalizowanie tarcia, zmniejszenie zużycia i poprawa długoterminowej stabilności implantów.
„Jednym z powiedzeń, które często słyszałem na początku mojej kariery lekarskiej, było: »Co jeszcze chcesz poprawić w endoprotezoplastyce stawu biodrowego? Mamy przecież tak dobre implanty i techniki, że nic więcej nie da się zrobić”… Niedługo potem cała technika operacyjna uległa zmianie dzięki chirurgii minimalnie inwazyjnej, również w przypadku biodra, co sprawia, że podczas zabiegu po prostu uszkadza się mniej mięśni i tkanek miękkich, aby wszczepić implant. Wcześniej nacięcia były znacznie większe i trzeba było przecinać dużo mięśni, a operacje trwały dłużej. Obecnie zabieg minimalnie inwazyjny jest standardem. Również materiały uległy ogromnej zmianie, a co za tym idzie, w pewnym sensie zmieniły się również kształty protez, które zostały dostosowane do technik minimalnie inwazyjnych, aby można je było lepiej wprowadzić w zależności od drogi dostępu. To, co pozostało niezmienne, to panewki. Osobiście uważam, że leży to w naturze rzeczy, że zawsze chce się coś ulepszać i jestem przekonany, że za kilka lat lub dziesięcioleci będziemy świadkami zupełnie innych zmian w zakresie geometrii panewek – wyjaśnia prof. dr dr Nowakowski.
W ostatnich latach wykorzystanie robotyki w chirurgii przeszło znaczący rozwój i zrewolucjonizowało sposób wykonywania wielu zabiegów chirurgicznych.
Chirurgia wspomagana robotami, znana również jako chirurgia robotyczna, łączy precyzję i kontrolę technologii robotycznej z umiejętnościami i wiedzą doświadczonego chirurga. Wprowadzenie robotów do chirurgii przyniosło wiele korzyści, w tym większą precyzję podczas skomplikowanych zabiegów, mniejsze nacięcia, szybszy powrót do zdrowia pacjentów oraz mniejsze prawdopodobieństwo powikłań podczas i po operacji.
„W ortopedii robotyka to w większości przypadków przede wszystkim nawigacja. A pomoce nawigacyjne są po to, żeby implant znalazł się tam, gdzie ma być. W tym przypadku prawdopodobnie lepszym obszarem zastosowania jest endoprotezoplastyka kolana, gdzie wzajemne ustawienie poszczególnych elementów może mieć ogromny wpływ na napięcie więzadeł. Dzięki robotyce z pewnością mamy możliwość osiągnięcia niezwykłej precyzji. Jednak w wielu dziedzinach robotyka jest raczej pozorem i narzędziem marketingowym, niż faktyczną korzyścią dla pacjenta. Osobiście, biorąc pod uwagę obecne systemy, jako pacjent nie zapłaciłbym za to, aby uzyskać pozorne ulepszenie. Być może w przyszłości standardem stanie się wykonywanie niektórych czynności przy wsparciu robotów, ale najpierw musi pojawić się korzyść dla stanu techniki, a w większości przypadków jeszcze jej nie ma. Tutaj, w szpitalu kantonalnym Baselland, podczas operacji wykonujemy zdjęcia rentgenowskie, aby sprawdzić położenie i ustawienie implantu. Jako wykwalifikowany inżynier mechanik jestem oczywiście miłośnikiem technologii, ale w niektórych obszarach widzę, że korzyści płynące z robotyki nie są jeszcze wcale jasne” – wyjaśnia profesor dr dr Nowakowski na temat robotyki i dodaje jako przykład: „Niedawno przeprowadziliśmy operację biodra w przypadku złamania szyjki kości udowej i zaopatrzyliśmy ją w endoprotezę biodrową: operacja, od nacięcia skóry do zszycia, trwała w sumie 17 minut. Nie udałoby mi się tego osiągnąć przy użyciu robotyki, ponieważ sam czas przygotowania ustawień jest tu bardzo długi. Ostatecznie liczy się wiedza i doświadczenie chirurga”.
„Być może kiedyś będziemy mieli możliwość wstrzyknięcia do stawu płynu leczniczego lub czegoś innego, aby uniknąć implantów, kto wie. Jednak implanty będą nam towarzyszyć jeszcze przez długi czas i w tym zakresie należy wykorzystać najlepsze dostępne opcje. W każdym razie istnieje duży potencjał poprawy w zakresie optymalizacji geometrii panewki” – mówi prof. dr dr Nowakowski, patrząc w przyszłość.
Szpital kantonalny Baselland jest doskonale wyposażony technicznie.
„Mimo że w naszej placówce dysponujemy najlepszym wyposażeniem, w tym sprzętem robotycznym, moim przekonaniem jest, że aby endoproteza, czy to biodrowa, czy kolanowa, działała dobrze i długo, potrzebne są lata treningu, które w końcu pozwalają na perfekcyjne przeprowadzenie możliwie krótkiej operacji, połączone z kontrolą, czy implanty są dobrze i stabilnie osadzone. Szpital Kantonalny Baselland, jako centrum układu ruchu, jest wysoce wyspecjalizowany w operacjach wymiany implantów, właśnie dlatego, że dysponujemy tutaj tak dużym doświadczeniem i przyswoiliśmy sobie motto: „Zawsze znajdziemy rozwiązanie!”. Zdecydowana większość naszych pacjentów jest niezwykle zadowolona z wyniku. Operacja stawu biodrowego jest obecnie jedną z najbardziej udanych operacji, ale wymaga również dużego doświadczenia, aby osiągnąć maksymalny potencjał i jakość”, wyjaśnia prof. dr dr Nowakowski, i tym samym kończymy naszą rozmowę.
Serdecznie dziękujemy, profesorze dr Nowakowski, za wiele interesujących informacji dotyczących endoprotezoplastyki stawu biodrowego!
