Новые тенденции в эндопротезировании тазобедренного сустава — интервью с экспертом, профессором Новаковским
Александра Пфицманн ·
Проф. д-р мед. наук, д-р философских наук, дипломированный инженер (FH) Андрей М. Новаковский, высокоуважаемый эксперт в области хирургии тазобедренного сустава и эндопротезирования тазобедренного сустава, занимает должность главного врача и руководителя клиники ортопедии и травматологии опорно-двигательного аппарата в Кантональной больнице Базель-Ланд. Его выдающаяся экспертиза охватывает все аспекты здоровья тазобедренного сустава — от операций по сохранению сустава до малоинвазивного имплантирования искусственных тазобедренных суставов.
Как высокоспециализированный врач-специалист, проф. д-р д-р Новаковски впечатляет не только своим обширным опытом, но и страстью к ортопедии. В частности, он специализируется на тазобедренном суставе и считается международно признанным экспертом в области эндопротезирования. Клиника ортопедии и травматологии опорно-двигательного аппарата при Кантональной больнице Базель-Ланд известна своим превосходным медицинским обслуживанием и статусом одного из крупнейших ортопедических центров Швейцарии.
Проф. д-р д-р Новаковский обладает уникальным видением мира ортопедии. Его карьера началась с обучения на факультете машиностроения, за которым последовала служба в качестве офицера и специализация в области медицинской техники. Его увлечение привело к созданию инженерного бюро, в котором он активно работал в качестве эксперта и одновременно подал заявки на несколько патентов по оптимизации искусственных суставов. В 28 лет он решил поступить на медицинский факультет в Ганновере, а также получил степень доктора философии (PhD) в области биомедицинской техники в Базельском университете. Впечатляющая карьера проф. д-ра д-ра Новаковского привела его через Университетскую больницу Базеля в больницу Устер в кантоне Цюрих, где он значительно расширил ортопедическое отделение и превратил его в успешное подразделение. По просьбе кантональной больницы Базель-Ланд он в конечном итоге вернулся в Базель.
Как специалист по тазобедренному суставу профессор д-р д-р Новаковски известен своим опытом в лечении травм, переломов, инфекций и опухолей в области тазобедренного сустава. Вместе с проф. д-ром мед. наук Михаэлем Хиршманном он возглавляет «Центр опорно-двигательного аппарата» при кантональной больнице Базелланда, который предлагает пациентам комплексное лечение в области ортопедии, травматологии, обезболивания и реабилитации. Редакция Leading Medicine Guide воспользовалась возможностью поговорить с ним, чтобы узнать больше о новейших разработках в области эндопротезирования тазобедренного сустава.
Около 60 лет назад сэр Джон Чарнли заложил основы эндопротезирования тазобедренного сустава, которые используются и по сей день. Использование нержавеющей стали, костного цемента из полиметилметакрилата (ПММА) и полиэтилена (ПЭ) для вертлужных впадин составляет проверенную основу для успешной имплантации искусственных тазобедренных суставов. Последние два десятилетия принесли революционный прогресс в виде трибологических усовершенствований и новых материалов. Эти инновации привели к увеличению срока службы протезов и улучшению результатов лечения. В частности, внедрение титана в 80-е годы способствовало увеличению срока службы нецементных стебельков. Новые варианты высокосетевого полиэтилена призваны снизить износ и предотвратить остеолиз.
Достижения в области трибологических усовершенствований и инноваций в материалах за последние два десятилетия оказали значительное влияние на долговечность тазобедренных протезов.
Срок службы эндопротезов тазобедренного сустава в целом улучшился. В частности, внедрение вариантов высокосетевого полиэтилена стало значительным шагом вперёд. По сравнению с традиционными материалами они обладают улучшенными трибологическими свойствами, что приводит к снижению износа и уменьшению вероятности остеолиза.
Трибология — это наука и техника, изучающая движущиеся поверхности, в частности с точки зрения трения, износа и смазки.
«В суставе, особенно в искусственном суставе, всегда присутствуют два так называемых скользящих партнера, а иногда и больше. А там, где что-то скользит, всегда возникает трение. А там, где есть трение, происходит износ. Только в идеале существуют суставы, не подверженные износу. Но там, где сила действует на две скользящие поверхности, мы сталкиваемся с истиранием. Даже искусственные суставы, которые мы используем сегодня — будь то для плеча, бедра, колена или голеностопного сустава, — все подвержены той или иной форме истирания. А это, в свою очередь, в значительной степени зависит от того, какие у нас скользящие поверхности. В области тазобедренных суставов традиционно металл или керамика соприкасаются с полиэтиленом. Износ здесь происходит в течение десятилетий. При использовании традиционных протезов рассчитывается линейный износ (измеряемый на рентгеновском снимке) примерно 0,2 мм в год для пар «полиэтилен-металл» и 0,1 мм в год для пар «полиэтилен-керамика». «У особо активных и занимающихся спортом людей, а также у людей с сильным избыточным весом, плохим расположением вертлужной впадины и т. д. износ может происходить гораздо быстрее», — рассказывает проф. д-р д-р Новаковский в начале нашего разговора и объясняет, какие соображения тогда учитывались, чтобы максимально уменьшить износ:
«Тогда в дискуссию вошло сочетание «металл-металл», которое, однако, в некоторых случаях приводило к высокой концентрации ионов металла в крови и другим нежелательным реакциям. Еще одним вариантом является сочетание «керамика-керамика», которое характеризуется очень низким объемным износом. Однако в этом случае могут возникать, например, скрипящие звуки, а при слишком большом объеме движения возможен и жесткий удар (риск расшатывания имплантата, вывиха, поломки керамики). В настоящее время часто используется стальная или керамическая головка тазобедренного сустава, которая соприкасается с вертлужной впадиной из полиэтилена в качестве партнера по скольжению, который сегодня также предлагается в высокосетевом исполнении на молекулярном уровне».
Высокая степень сшивания направлена на укрепление структурной целостности материала и повышение его износостойкости. Значение этих высокосшитых вариантов полиэтилена заключается не только в их способности снижать износ, но и в том, что они обеспечивают более длительный срок службы тазобедренных протезов. Пациенты получают выгоду от повышенной долговечности имплантатов, что может привести к стабильному состоянию сустава в долгосрочной перспективе и снижению риска ревизионных операций.
«Организм, как правило, реагирует на любую форму истирания и стремится удалить соответствующие частицы. Он делает это, например, с помощью клеток, которые поглощают такие инородные тела. Однако в результате этого могут возникать процессы, приводящие к разрушению кости и, как следствие, к расшатыванию протеза. Это, в свою очередь, может повлечь за собой необходимость повторной операции по замене протеза или даже привести к его поломке. По этой причине были предприняты попытки дальнейшего улучшения трибологических свойств тазобедренных протезов. Полиэтилен состоит из углеродных цепей, которые были подвергнуты ультравысокой степени сшивания, а поверхность частично дополнительно обогащена витамином Е для более эффективного поглощения свободных радикалов. Таким образом, ставится цель дальнейшего улучшения материала, что связано с ожиданием более длительного срока службы за счет снижения износа. В первую очередь от этого могут выиграть молодые люди, поскольку протезы, изготовленные таким образом, служат дольше, что, конечно, мы пока не можем доказать. Нам ещё предстоит дождаться и проанализировать результаты долгосрочных наблюдений. «В любом случае цель состоит в том, чтобы операция по замене протеза из-за износа просто больше не была необходима», — поясняет проф. д-р д-р Новаковский, рассказывая о новейших разработках.
Внедрение титана в 80-е годы стало важным шагом в эндопротезировании тазобедренного сустава, особенно в связи с использованием бесцементных стебельков.
Усилия по увеличению срока службы нецементированных стальных стебельков положительно сказались на практике эндопротезирования тазобедренного сустава. Титан, благодаря своим особым свойствам, таким как прочность, коррозионная стойкость и биосовместимость, в конечном итоге позволил улучшить долгосрочную стабильность бесцементных стебельков. Это развитие привело к более широкому применению титана в производстве тазобедренных протезов и способствовало увеличению срока службы имплантатов. Пациенты получили преимущества в виде снижения вероятности расшатывания или других осложнений, связанных с фиксацией имплантата.
«Преимущество цементированных имплантатов заключается в том, что они сразу готовы к нагрузкам и, например, при остеопоротическом качестве кости имеют меньший риск перипротезных переломов. Однако, среди прочего, может происходить износ на границе раздела «цемент-имплантат», что впоследствии может привести к преждевременному расшатыванию. Особенно у молодых пациентов мужского пола был отмечен в целом худший результат в отношении долговечности, в связи с чем была ускорена разработка нецементированных протезов. Поверхности протезов обрабатывали различными методами, чтобы кость могла лучше прирастать к ним. Однако эти протезы были настолько жесткими, что часто вызывали боль в бедре. С появлением титана появился материал, обладающий подобной жесткостью на изгиб, как и кость человека, а также гидроксилированной поверхностью, способствующей приращению кости. «Титан как материал для стебельков тазобедренных протезов утвердился прежде всего в случае нецементированных протезов», — поясняет проф. д-р д-р Новаковски.
Гидроксилирование поверхностей титана приводит к образованию тонкого слоя оксида титана, функционализированного гидроксильными группами (-OH). Этот гидроксилированный слой способствует формированию прочной связи между имплантатом и окружающей костной тканью, известной как остеоинтеграция.
Достижения в области нанотехнологий и биосовместимых материалов могут привести к созданию ещё более прочных и долговечных имплантатов. Кроме того, новые составы материалов могут способствовать дальнейшему снижению износа и повышению общей эффективности эндопротезирования тазобедренного сустава. Непрерывные исследования и инновации в области материаловедения имеют решающее значение для дальнейшего улучшения качества и долговечности тазобедренных протезов и предоставления пациентам оптимальных долгосрочных решений.
Проф. д-р д-р Новаковски представил свою концепцию «двунаправленного тотального эндопротеза тазобедренного сустава» (Bi-HTP), направленную на минимизацию вывихов и импинджмента. Учет физиологического диапазона движения (RoM) должен обеспечить лучшие результаты.
«Вывих искусственного тазобедренного сустава — это осложнение, которое, хотя и возникает относительно редко, тем не менее имеет важное значение: если это происходит, например, при падении, то приводит к сильной боли и требует репозиции, как правило, в больнице. Благодаря малоинвазивной хирургии риск вывиха удалось еще больше снизить, однако вывихи по-прежнему составляют значительную долю причин, по которым проводится операция по замене протеза. Здесь необходимо учитывать два аспекта, относящихся к области биомеханики. Один аспект связан с выскакиванием протеза из-за нестабильности сустава, а другой — с ударом при максимальном отклонении сустава. Таким образом, если человек, например, выполняет резкое вращательное движение, как при шпагате, может произойти столкновение соответствующих скользящих поверхностей искусственного сустава. Обычно в качестве вертлужной впадины используются ротационно-симметричные полусферы, что, однако, не является идеальным решением. Чтобы решить эту проблему, я лично провел исследования с целью создания более «умных» протезов с помощью специальной геометрии. Сейчас мы как раз тестируем эту геометрию с помощью моделирования. Я определенно вижу потенциал для развития в своей области исследований», — говорит проф. д-р д-р Новаковский.
Оценка трибологических проблем в рамках эндопротезирования тазобедренного сустава проводится на различных уровнях.
Для достижения баланса между потенциальными преимуществами увеличенного диаметра головки тазобедренного сустава и связанными с этим возможными недостатками проводятся всесторонние трибологические исследования. Эти исследования анализируют взаимодействие между материалами и компонентами тазобедренного эндопротеза, в частности, при сравнении увеличенных диаметров головки тазобедренного сустава с традиционными размерами. Долгосрочные исследования служат для наблюдения за рабочими характеристиками тазобедренных эндопротезов с увеличенным диаметром головки тазобедренного сустава в течение длительного периода времени. При этом основное внимание уделяется всесторонней оценке долгосрочной стабильности, износостойкости и возможных осложнений, таких как «труннионоз» — осложнение, которое может возникать у пациентов с тазобедренными эндопротезами. Это явление связано с износом или коррозией в месте соединения между штифтом (труннионом), протезом и головкой, которая вставляется в вертлужную впадину тазобедренного сустава.
Труннионоз может быть вызван различными факторами, в том числе трением между материалами, возникающим при движениях искусственного тазобедренного сустава, а также химическими реакциями между металлами и окружающими тканями. Следствием этого может стать износ металлических частиц, которые накапливаются в тканях вокруг протеза и могут вызывать воспаления, боль и расшатывание имплантатов. «Чем больше головка тазобедренного сустава, тем больше возможный диапазон движений, но при этом и износ. То есть установка такой головки тазобедренного сустава происходит в ущерб трибологии. В данном случае мы сейчас стремимся найти новые биомеханические решения, чтобы определить идеальную геометрию», — комментирует проф. д-р д-р Новаковски.
Трибологические усовершенствования связаны с достижениями в области трибологии — науки о трении, износе и смазке движущихся поверхностей. В контексте эндопротезирования тазобедренного сустава и медицинских имплантатов в целом трибологические усовершенствования включают меры по оптимизации взаимодействия между различными материалами, используемыми в протезах. Цель состоит в том, чтобы минимизировать трение, снизить износ и повысить долгосрочную стабильность имплантатов.
«Фраза, которую я постоянно слышал в начале своей врачебной практики, звучала так: „Что ты ещё хочешь улучшить в эндопротезировании тазобедренного сустава? У нас ведь такие хорошие имплантаты и техники, что лучше уже некуда»… Спустя короткое время благодаря минимально инвазивной хирургии изменилась вся операционная техника, в том числе и при эндопротезировании тазобедренного сустава, что привело к тому, что во время операции для установки имплантата повреждается гораздо меньше мышц и мягких тканей. Раньше разрезы были гораздо больше, приходилось перерезать много мышц, да и продолжительность операций была больше. Сегодня минимально инвазивное вмешательство стало стандартом. Материалы также претерпели значительные изменения, что в определенной степени повлияло и на формы протезов, которые были адаптированы к минимально инвазивным техникам, чтобы их можно было лучше устанавливать в зависимости от способа доступа. Что осталось прежним, так это вертлужные вкладыши. «Лично я считаю, что стремление к постоянному совершенствованию заложено в самой сути дела, и убеждён, что через несколько лет или десятилетий мы станем свидетелями совершенно иных разработок в области геометрии вертлужных вкладышей», — поясняет проф. д-р д-р Новаковски.
Использование робототехники в хирургии за последние годы претерпело заметное развитие и революционизировало способы проведения многих хирургических вмешательств.
Роботоассистированная хирургия, также известная как роботизированная хирургия, сочетает в себе точность и управляемость робототехники с навыками и опытом опытного хирурга. Внедрение роботов в хирургию принесло с собой множество преимуществ, в том числе повышенную точность при выполнении сложных операций, меньшие разрезы, более быстрое восстановление пациентов и снижение вероятности осложнений во время и после операции.
«Робототехника в ортопедии в основном служит для навигации. А навигационные системы нужны для того, чтобы в конечном итоге имплантат оказался именно там, где нужно. Здесь, вероятно, лучшим примером является эндопротезирование коленного сустава, где взаимное расположение отдельных компонентов может оказывать огромное влияние на натяжение связок. С помощью робототехники у нас, безусловно, есть возможность работать с чрезвычайной точностью. Но во многих областях робототехника — это скорее видимость и маркетинговый ход, чем реальная польза для пациента. Лично я, учитывая современные системы, как пациент не стал бы платить деньги за кажущееся улучшение. Возможно, в будущем выполнение определённых операций с помощью роботов станет стандартом, но сначала должна быть очевидна польза для современного уровня техники, а в большинстве случаев её пока нет. Здесь, в кантональной больнице Базель-Ланд, мы проводим рентгенографию во время операции, чтобы контролировать положение и ориентацию имплантата. Как дипломированный инженер-механик я, конечно, фанат техники, но в некоторых областях вижу, что преимущества робототехники пока далеко не очевидны», — объясняет профессор д-р д-р Новаковски, говоря о робототехнике, и приводит в качестве примера: «Недавно мы провели операцию на тазобедренном суставе при переломе шейки бедра и установили тазобедренный эндопротез: операция от разреза кожи до наложения швов заняла всего 17 минут. С помощью робототехники я не смог бы этого сделать, поскольку здесь только время подготовки к настройке занимает очень много времени. В конечном итоге решающую роль играют профессионализм и опыт хирурга».
«Возможно, когда-нибудь у нас появится возможность вводить в сустав лечебную жидкость или что-то подобное, чтобы избежать использования имплантатов — кто знает. Но имплантаты будут сопровождать нас ещё долго, и здесь важно использовать все лучшие возможности. В любом случае, существует большой потенциал для улучшения в области оптимизации геометрии вертлужной впадины», — говорит проф. д-р д-р Новаковский, заглядывая в будущее.
Кантональная больница Базель-Ланд оснащена по последнему слову техники.
«Несмотря на то что у нас здесь в больнице есть всё необходимое современное оборудование, включая роботизированные системы, я убеждён, что для успешной и долговечной эндопротезирования, будь то тазобедренного или коленного сустава, требуется многолетняя подготовка, которая в конечном итоге позволяет провести операцию максимально быстро и безупречно, а также убедиться, что имплантаты установлены надежно и стабильно. Кантональная больница Базель-Ланд, как центр опорно-двигательного аппарата, высокоспециализирована на операциях по замене протезов именно потому, что мы обладаем здесь огромным опытом и прониклись девизом: «Мы всегда найдем решение!». И подавляющее большинство наших пациентов чрезвычайно довольны результатом. «Операция на тазобедренном суставе — одна из самых успешных операций, существующих на сегодняшний день, но для того, чтобы извлечь из неё максимум возможностей и обеспечить высочайшее качество, требуется огромный опыт», — поясняет проф. д-р д-р Новаковски, и на этом мы завершаем нашу беседу.
Большое спасибо, профессор д-р Новаковски, за столько интересной информации об эндопротезировании тазобедренного сустава!
Поделиться статьёй
Об авторе
Александра Пфицманн
редактор