Сплав эндопротеза тазобедренного сустава

При необратимых повреждениях тазобедренного сустава врачи решают заменить травмированную костную ткань эндопротезом. Цена подобной операции составляет от 70 000 руб. и варьируется от вида устанавливаемого протеза и дальнейшего наблюдения лечащего специалиста.

Какие материалы применяются при эндопротезировании тазобедренного сустава?

Для изготовления эндопротезов применяются специализированные сплавы металлов с высоким коэффициентом приживаемости, керамика и ультра-прочный полиэтилен. Искусственный сустав состоит из двух частей: головки бедренной кости, сочлененной с округлой впадиной в кости таза.

Между ними проложена пластмассовая прокладка для увеличения подвижности, которая имеет высокую прочность, увеличивающую срок службы при соблюдениях рекомендованных нагрузок. Благодаря используемым материалам имплант имеет неограниченную подвижность.

Некоторые производители используют материалы, которые имеют низкую приживаемость, поэтому при покупке импланта важно знать, из каких материалов изготовлен эндопротез. Это поможет снизить риски развития серьезных осложнений.

Виды тазобедренных имплантов

Есть 2 признака, по которым делятся протезы: узел трения, подразумевающий то, между какими материалами будут осуществляться движения, и тип фиксации.

Виды узлов трения:

• Керамика-полиэтилен. Это более прочный аналог металл-полиэтиленового узла трения. Головка бедренного сустава является керамической, а прокладка выполнена из полиэтилена.
  
• Керамика-керамика. Самый оптимальный выбор, имеет высокую устойчивость и приживаемость. Головка и вкладыш керамические. Подходит всем типам пациентов с различной физической нагрузкой, имеет высокую стоимость, поэтому редко используется.
• Металл-полиэтилен. Головка состоит из металла, вкладыш из полиэтилена. Эта пара трения используется дольше всего. Имеет хорошие технические характеристики и характеристики изнашиваемости. Подходит пациентам, имеющим умеренную физическую нагрузку
• Оксиниум-полиэтилен. Такая пара имеет низкий коэффициент трения, что увеличивает срок службы протеза. Головка выполнена из оксиниума (сплав циркония и ниобия), вкладыш является полиэтиленовым.

Эндопротез тазобедренного сустава. Виды

Виды фиксаций:

• Бесцементная.
• Цементная.
• Комбинированная.

Способы фиксации

Фиксировать эндопротез можно несколькими способами. На выбор определенного влияет возраст оперируемого, его пол, особенность изгибов кости.

Цементное фиксирование выполняется из специализированного костного цемента, который поставляется в лечебные учреждения не готовой смесью, а отдельно полимерный порошок с инициатором и ампула с мономером. Непосредственно перед операцией они смешиваются, при необходимости добавляются дополнительные материалы.

Подобная фиксация более предпочтительна для людей старшего возраста, для женщин после менопаузы и тех, у кого широкий канал кости и тонкие костные стенки.

Также врачи решают использовать цементную методику при инфекционных заболеваниях, так как в цемент можно добавить антибиотик, который подавит воспаление, а реабилитация при таком способе фиксирования проходит гораздо быстрее.

Бесцементная фиксация подразумевает использования протеза с фактурой, в которую может врасти костная ткань. В теории, такой метод увеличивает долговечность протеза, но имеет большое количество осложнений, так как кость может неправильно врасти, или же пациент не будет соблюдать предписанные врачом рекомендации после операции.

Также срок службы протеза увеличивается за счет того, что есть возможность выбора определенной пары трения.

Из-за того, что при использовании такой методики нельзя воспользоваться антибиотиками, увеличивается риск воспалений у пациентов с дополнительными факторами при заживлении.

Помимо недостатков в виде высокого риска развития осложнений, бесцементная фиксация дороже цементной, требует длительной реабилитации.

Гибридная фиксация предполагает использование обоих методов. Цементным способом фиксируется ножка в кости бедра, а головка ввинчивается в чашечку. Согласно многолетним наблюдениям врачей, такое фиксирование является оптимальным для пациентов всех категорий.

Показания и противопоказания

Показания	Противопоказания
Опухолевые процессы в тазобедренном суставе и бедренной кости	Абсолютные противопоказания	Относительные противопоказания
Переломы шейки кости бедра	Выраженный остеопороз	Варикозное расширение вен ног
Двухсторонний анкилоз бедренных суставов	ВИЧ-инфекция	Ожирение 3 степени
Перелом кости бедра у пациентов старше 75 лет	Техническая невозможность установки импланта	Гормональная остеопатия
	Психические заболевания	Заболевания внутренних органов
Некроз головки бедра	Неизлечимые заболевания эндокринной системы	Геморрой

Как пользоваться протезом

После проведения операции в течение первых суток с пациентом начинает работать специалист по лечебной физкультуре, чтобы восстановление происходило с минимальным риском развития осложнений.

Сначала больного учат правильно вставать с кровати и ложиться в нее, чтобы реабилитация проходила правильно. Затем пациент учиться заново ходить, выполняя специальные упражнения под наблюдением инструктора.

Первое упражнение, выполняемое пациентом, — ходьба по лестнице. Спуск с лестницы начинается с прооперированной ноги, а подъем со здоровой. Есть несколько вариантов такого упражнения: ходьба с костылями без помощи и перемещение с помощью перил.

Подъем:

1. Сначала на следующую ступень ставится здоровая нога.
2. Затем, опираясь на костыли, переставить ногу с эндопротезом к здоровой конечности.
3. Потом переставить костыли к ногам.

Спуск:

1. Первым делом нужно переместить оба костыля на нижестоящую ступень.
2. Опираясь на костыли, переставить ногу с имплантом вниз.
3. Затем переместить здоровую ногу на нижнюю ступень.

Подъем:

1. Сначала по перилам перемещаются руки пациента.
2. Затем выполняется шаг здоровой ногой.
3. После, опираясь на перила, пациент переносит прооперированную ногу.

Спуск:

1. В начале руки спускаются по перилам до уровня следующей лестницы.
2. Потом, с упором на руки, перемещается нога с протезом.
3. Затем делается шаг на нижестоящую ступень здоровой ногой.
   

Советы по реабилитации:

• После операции сон на боку ограничивается сном на стороне здоровой ноги, это снизит риск вывиха сустава.
• Лечение осложнений после простудных заболеваний обязательно должно сопровождаться приемом антибиотиков.
• В течение 3 месяцев после проведения операции стоит ограничить посещение бани и сауны, а также принятие горячих ванн.
• После операции следует минимизировать физическую активность для лучшего вживления эндопротеза.
• Важно следить за питанием и контролировать набор веса, так как резкий набор веса может привести к вывиху тазобедренного сустава.
• Нельзя носить предметы весом более 3 кг.
• Следует отдать предпочтение физиологичным позам (не напрягающим тело) или горизонтальному положению туловища.

Срок службы

Эндопротез тазобедренного сустава, цена и срок службы которого зависит от используемых материалов, в среднем используется около 15-20 лет. Самой прочной парой трения является оксиниум-полиэтилен, при использовании этого узла срок службы может увеличиться до 30 лет. При износе эндопротез подлежит замене.

Где купить эндопротез тазобедренного сустава?

Эндопротез тазобедренного сустава следует покупать только с согласия лечащего врача, который будет проводить операцию. Цена будет зависеть от выбранного производителя импланта, а также от нюансов операции, таких как пара трения и способ фиксации. Эндопротез с цементной фиксацией будет стоить дешевле.

Приобрести имплант можно, сделав заказ в интернете. Преимущества такой покупки в том, что в интернете большой выбор протезов, имеющих различные узлы трения и методы фиксирования, разнообразие производителей и, соответственно, каждый пациент может приобрести эндопротез по приемлемой для него цене.

Также приобретение эндопротеза тазобедренного сустава возможно в клинике, в которой планируется проведение операции. Такой вариант не доставит хлопот пациенту, так как всем будет заниматься лечащий врач, знающий все тонкости выбора хорошего эндопротеза.

Ассортимент эндопротезов ТБС, их характеристики

Выбор эндопротезов на рынке травматологии довольно широк. Их разнообразие зависит от страны производителя и материалов, используемых в импланте.

Ведущие поставщики эндопротезов в России:

• Zimmer.
• Biomet.
• Stryker.

Бесцементный эндопротез тазобедренного сустава, который подходит для первичного протезирования. Компания-производитель имеет 30-летний опыт производства эндопротезов и высокую приживаемость.

Характеристики:

• Титановый сплав.
• Высокая устойчивость к повреждениям.
• Высокая совместимость эндопротеза с натуральными тканями организма.
• Сустав подходит ко всем суставным головкам.
• Анатомическая форма сустава предотвращает проседание импланта.

Протез с вертлужными чашечками DURALOC подходит для бесцементного протезирования тазобедренного сустава в первый и повторные разы.

Характеристики:

• Возможность выбора вкладыша.
• Широкий ряд размеров чашечек.
• Материалы с высокой приживаемостью.
• Минимальный срок службы – 15 лет.

Система для эндопротезирования тазобедренного сустава Proxima предназначена для первичной установки импланта.

Характеристики:

• Модель выдерживает высокую физическую нагрузку.
• Система обеспечивает привычную нагрузку на натуральную кость.
• Подходит для бесцементного протезирования.

Данная система эндопротезирования тазобедренного сустава после патента считалась самой оптимальной, но в ходе исследований выяснилось, что импланты ASR имеют высокий риск развития осложнений и материалы с невысокой приживаемостью.

Одна из лучших систем эндопротезирования тазобедренного сустава, так как подходит любым пациентам. Врач, использующий данную модель импланта, имеет возможность выбрать пару трения и тип фиксации, в зависимости от анатомических особенностей пациента и его образа жизни.

Характеристики:

• Возможность выбора узла трения.
• Возможность цементной и бесцементной фиксации, а также их комбинирования.

Характеристики:

• Подходит пациентам всех возрастов.
• Имеет бесцементную фиксацию.
• Предназначен для сильно поврежденных кости и тазобедренного сустава.
• Минимальный срок службы импланта – 13 лет.

Данный имплант имеет очень много разновидностей, но все они имеют примерно одинаковые характеристики:

• Высокая износоустойчивость (большая вероятность того, что протез не придется заменять).
  
• Большой выбор форм бедренной кости, что позволит учесть врачам анатомические особенности пациента.
• Разнообразие размеров головок сустава.
• Возможность выбора пары трения.

Ассортимент протезов от данного поставщика очень широк, что позволяет подобрать наиболее подходящий протез каждому человеку.

Характеристики:

• Анатомическая форма, снижающая нагрузку на тазобедренный сустав.
• Высокая подвижность.
• Материалы с высоким коэффициентом приживаемости.
• Высокая прочность.

Стоимость эндопротеза и процедуры его трансплантации

Эндопротез тазобедренного сустава (цена проведения операции по вживлению составляет минимум 70 000 руб.) будет дороже устанавливать в частной клинике. На стоимость также влияет уровень квалификации врача.

Эндопротез тазобедренного сустава, цена которого варьируется в зависимости от материалов, имеет начальную стоимость 90 000 руб. и невысокие технические и биологические характеристики. Из-за этого есть риск развития осложнений, а время службы импланта существенно сокращается по сравнению с более дорогими аналогами.

Качественные материалы, используемые при изготовлении эндопротеза тазобедренного сустава, увеличат вероятность приживаемости искусственного сустава. Чем выше стоимость эндопротеза, тем больше срок его службы и выше коэффициент приживаемости. Максимальная цена достигает 120 000 руб.

Операция по эндопротезированию тазобедренного сустава неизбежна при серьезных повреждениях костной ткани. Чем выше цена вживляемого импланта кости, тем ниже вероятность развития осложнений и выше срок службы искусственного сустава.

Оформление статьи: Владимир Великий

Видео о тазобедренных эндопротезах

Малышева о замене тазобедренного сустава:

Эндопротез — это функциональный имплантат, который полностью устанавливается внутрь организма. Основными целями его использования становятся уменьшение болевого синдрома и восстановление работы сустава.
Современные эндопротезы изготавливаются из металла, керамики, полиэтилена. Именно материал имплантата, а также сложность конструкции и гарантированный производителем срок эксплуатации определяют его стоимость. Современные эндопротезы суставов

Установка искусственных суставов — одно из самых востребованных хирургических вмешательств. Оборот в сфере эндопротезирования превышает 40 миллиардов долларов с ежегодным ростом 1,2 процента.

Характеристики современных эндопротезов

Современные эндопротезы сконструированы из прочных, биоинертных частей, идентичных по форме суставным структурам. Правильный выбор имплантата и мастерство хирурга — залог быстрого возвращения пациента к активному образу жизни. В настоящее время возможна замена даже мелких сочленений пальцев рук и ног. Но особенно распространено эндопротезирование коленных и тазобедренных суставов. Показаниями для хирургического лечения является неэффективность консервативной терапии из-за выраженной деформации костей, необратимого повреждения хрящевой прокладки.

При выборе имплантата врач учитывает множество факторов. И это не только вид диагностированной у пациента патологии, но и характеристики искусственного сустава:

• количество составляющих — двухкомпонентные, трехкомпонентные;
• способ соединения компонентов — связанные, полусвязанные, несвязанные;
• конгруэнтность — блоковидные, бисферические, вогнуто-выпуклые, двояковыпуклые, сферические, сфероидальные, цилиндрические, усеченно-цилиндрические, конические;
• форма частей — анатомические, неанатомические.

Искусственный тазобедренный сустав

Имплантат тазобедренного сустава состоит из чаши, повторяющей форму вертлужной впадины, закрепленного внутри вкладыша, ножки и головки. Используются протезы, изготовленные из таких материалов:

Эндопротезирование тазобедренного сочленения бывает двухполюсным и однополюсным. В последнем случае в ходе операции выполняется замена только головки бедренной кости пластиковым, металлическим или керамическим имплантатом. В настоящее время этот метод хирургического вмешательства практикуется достаточно редко. Причина — высокий риск протрузии (проваливания) протеза в полость малого таза. Даже при разрушении только бедренной головки проводится тотальная установка эндопротеза тазобедренного сустава.

Эндопротезы коленного сустава

Естественное коленное сочленение состоит из трех отсеков — медиального, расположенного с внутренней стороны, внешнего бокового и бедренного, находящего под коленной чашечкой. У искусственного сустава значительно более сложная конструкция. Она представлена следующими компонентами:

• большеберцовый. Это металлическая платформа, оснащенная пластиковой вставкой и крепящаяся к голени в ее верхней части. Обычно при изготовлении этого части производители используют титановые сплавы;
• бедренный. Крупный, изогнутый компонент, фиксируемый на бедренной кости, в процессе эксплуатации подвергающийся серьезным нагрузкам. Поэтому для его производства применяются керамика и металл, например кобальтохромовый сплав;
• коленный. Часть куполообразной формы, которой заменяется поврежденная коленная чашечка. Хорошо выдерживает повышенное трение при ходьбе, сгибании и разгибании сочленения, так как выполнена из высокопрочного полиэтилена;
• пластиковая прокладка. Расположена между большеберцовым и бедренным компонентами, предназначена для плавного смещения других частей относительно друг друга. Выполнена прокладка из прочного и одновременно упругого, эластичного пластика.

Ранее обычно использовались искусственные суставы с фиксированной опорой. Это традиционный тип эндопротезов с полиэтиленовой большеберцовой частью и мягким бедренным компонентом. В последнее время такие изделия применяются только для протезирования пожилых пациентов из-за низкого диапазона доступных движений (около 40%).

Сейчас востребованы подшипниковые эндопротезы коленного сустава. Они обеспечивают отличную мобильность колену, в том числе за счет дополнительных градусов вращения. Подшипниковый протез становится как бы естественной частью ноги, а его функциональность напрямую зависит от состояния связочно-мышечного аппарата.

Срок эксплуатации современных протезов суставов

Срок службы искусственного сустава часто становится определяющим фактором при его выборе. Чем он дольше, тем реже проводится ревизионное эндопротезирование, то есть плановая замена изношенного сочленения. При повторной установке хирург спиливает часть собственной кости пациента. С каждой последующей заменой количество костных тканей сокращается. Поэтому теоретически вполне возможно, что при очередной установке имплантата оставшейся кости просто будет недостаточно. На срок эксплуатации эндопротеза влияют такие факторы:

• грамотное проведение хирургического вмешательства;
• качество используемого протеза;
• выполнение пациентом всех врачебных рекомендаций в период реабилитации.

Хороший эндопротез прослужит 25 лет и более, если он не подвергается повышенным нагрузкам. Средний срок службы имплантата, изготовленного из полиэтилена и металла — от 15 до 20 лет. Он может сокращаться из-за избыточной массы пациента, наличия у него хронических патологий, особенно аутоиммунных, эндокринных, метаболических.

Стоимость современных эндопротезов

Благодаря квотам на эндопротезирование, установкой искусственных тазобедренных и коленных суставов занимаются многие российские клиники. Но вот производство отечественных имплантатов не поставлено на широкий поток. Поэтому при выполнении операций обычно используются импортные протезы, чаще американские или европейские. Китайские модели менее востребованы. Их стоимость существенно ниже, но качество нередко оставляет желать лучшего.

При выборе эндопротеза не всегда стоит ориентироваться на его цену, но именно она часто определяет качество, становится залогом длительной и беспроблемной эксплуатации. В подавляющем большинстве случаев хирурги-ортопеды отдают предпочтение искусственным тазобедренным суставам от таких производителей:

• Зиммер. Международная корпорация, несколько десятилетий занимающаяся разработкой и совершенствованием эндопротезов. Продукция Зиммер высокого качества, что и определяет ее цену. Протез для однополюсного протезирования обойдется пациенту в 80-85 тысяч рублей, для двухполюсного — до 230 тысяч рублей;
• Джонсон-Джонсон. Это известный производитель внешних и внутренних протезов, но в нашей стране его изделия не слишком востребованы. Стоимость качественного имплантата от Джонсон-Джонсон варьируется в пределах 150-200 тысяч рублей;
• Биомет. Компания по изготовлению медицинских устройств выпускает эндопротезы отличного качества с длительным сроком службы. Но их цена достаточно высока. Керамический имплантат стоит от 270 тысяч рублей и выше;
• Stryker. Это международная корпорация, специализирующаяся на производстве ортопедической продукции. Изготавливаемые ею эндопротезы надежны, прочны, с хорошими техническими характеристиками. Средняя стоимость эндопротеза — 250 тысяч рублей.

Цены искусственных коленных суставов несколько ниже, но не намного. Они зависят как от производителя, так и от конструкции. Имплантаты для тотального эндопротезирования стоят от 50 до 200 тысяч рублей. Частичная замена обойдется пациенту несколько дешевле (на 20-40%).

Нестабильность эндопротеза: причины, симптомы, диагностика, лечение

Асептическая нестабильность эндопротезов – это несостоятельность эндопротезов, вызывающая нарушения в обменных процессах костной ткани вокруг компонентов эндопротеза и ведущая к её разрушению с нарушением функции тазобедренного сустава

Внимание! Все материалы размещенные на странице не являются рекламой,
а есть не что иное как мнение самого автора,
которое может не совпадать с мнением других людей и юридических лиц!

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Пугачёв А. Н., Пучков А. П., Наумов В. Г.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Пугачёв А. Н., Пучков А. П., Наумов В. Г.

Compomed" a total endoprosthesis of the hip

This work presents the data of working out a cement-free endoprosthesis produced by closed joint-stock company, scientific-and-production enterprise "Compomed", and the general conception of the endoprosthesis has been created together with the Priorov CNIITO. The authors studied the peculiarities of different titanium alloys, super high-molecular polyethylene, they tested the products under simulation conditions. New technologies were worked out for endoprostheses production. "Compomed" endoprosthesis use for 10 years demonstrated its reliability, the possibility of its price reducing in case of the financing opening for incompleted technological developments.

А.Н. Пугачёв, А.П. Пучков, В.Г. Наумов

"Compomed" - a total endoprosthesis of the hip

A.N. Pougachiov, A.P. Pouchkov, V.G. Naoumov

(генеральный директор - А. Н. Пугачёв)

Ключевые слова: тазобедренный сустав, бесцементный эндопротез "Компомед"

This work presents the data of working out a cement-free endoprosthesis produced by closed joint-stock company, scientific-and-production enterprise "Compomed", and the general conception of the endoprosthesis has been created together with the Priorov CNIITO. The authors studied the peculiarities of different titanium alloys, super high-molecular polyethylene, they tested the products under simulation conditions. New technologies were worked out for endoprostheses production. "Compomed" endoprosthesis use for 10 years demonstrated its reliability, the possibility of its price reducing in case of the financing opening for incompleted technological developments. Keywords: the hip (joint), "Compomed" cement-free endoprosthesis.

Травматизм и ортопедическая заболеваемость во всём мире представляют сегодня серьёзную не только медицинскую проблему, но и социальную, требующую для своего решения усилий многих специалистов как медицинского, так и немедицинского профиля.

В начале 90-х годов 20 века наиболее распространённым, применяющимся уже более 30 лет,

вания, который был бы совершенно безвреден для организма человека. Отмечается, что цементная фиксация сопровождается развитием более выраженного стресса, чем при бесцементном эндопротезировании [5]. Например, в самом распространённом цементе присутствует метил-метакрилат, остаточные мономеры которого могут привести к острому нарушению дыхательной и сердечно-сосудистой систем [12]. Цемент провоцирует появление ацидоза, гиперкапнии [13].

Применение титановых сплавов

Во внутренних условиях организма титановые сплавы, в отличие от остальных конструкционных металлов, практически не подвергаются коррозии за счёт образования поверхностной пленки двуокиси титана [11]. В норме человеческая лимфа содержит около 0,9 % NaCl, водо-

родный показатель которой - рН - составляет 7,4. При хирургическом вмешательстве может происходить колебание состояния внутренней среды от щелочной (рН = 7,8) до кислотной (рН = 5,5), с последующей нормализацией.

Титан существует в двух аллотропических модификациях, называемых а- и р-фазами. (а+Р)-сплав ВТ 6С имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с а-сплавами - ВТ 5 и ВТ 5-1.

ВТ 6С имеет такое же количество а-стабилизирующего компонента (А1, 5 %), что и ВТ 5-1, однако в качестве упрочняющей добавки в нем использован ванадий (V, 4 %), а не олово ^п). Использование ванадия позволило повысить способность к упрочняющей термической обработке, повысить, по сравнению с ВТ 51, технологическую пластичность - результат присутствия р-фазы. При этом почти исключено возникновение хрупкости при любых ошибках в проведении технологических процессов, связанных с перегревом, что способствует улучшению ковкости [2].

Сплавы ВТ 6 и ВТ 6С прочнее сплавов ВТ 5 и ВТ 5-1 (см. табл. 1) [3].

Хирургические имплантаты подвергаются значительным изгибающим, растягивающим нагрузкам.

Есть мнение, что определяющим параметром материала ножки протеза тазобедренного сустава является модуль упругости [4]. Это объясняется тем, что при эксплуатации деформация (изгиб) ножки эндопротеза, закреплённой в кости, воздействует на костную ткань и при значительном изгибе может повреждать эту ткань, приводя к лизису кости. Сплавы ВТ 6 и ВТ 6С обладают модулем упругости, наиболее соответствующим модулю упругости кости. Более низкое значение модуля упругости позволяет лучше передавать рабочие нагрузки и успешнее стимулировать рост костных образований. В случае больших деформаций при высоком модуле - большое давление передаётся на кость.

си титановых сплавов

Марка сплава Характеристики

Временное сопротивление при растяжении ав, МПа Длительная прочность при 300°С, МПа Модуль упругости, ГПа Содержание примесей, %

Нерж.ст. 400-500 250 210 - -

Co-Cr 450-650 300 200 - -

CoNiCr 700-850 500 220 0,30 0,15

ВТ 5 750-850 470 105 0,30 0,20

ВТ 5-1 800-1000 560 105 0,30 0,20

ВТ 6 900-1100 620 115 0,25 0,15

ВТ 6С 950-1150 650 115 0,16 0,13

Предел выносливости литейных сплавов по сравнению с деформированным состоянием

Марка сплава Предел выносливости при 20оС, МПа

Гладкие образцы | Надрезанные образцы

Деформированные сплавы, аналогичные по составу литейным

ВТ 5 400-450 240-310

ВТ 6 520-560 220-360

Разъёмный вариант протеза потребовал применения антифрикционного полимерного компонента. Полимерные компоненты в узлах трения применяют, как правило, при работе во влажных условиях, когда жидкость не обладает смазочными свойствами (вода и др.). В эндопротезах имеет большое значение то, что полимерные продукты износа, при равных размерах и количестве, менее повреждают ткани организма, чем продукты износа металла (металлоз). Полимерный компонент должен обладать:

- низким значением коэффициента трения;

- достаточной прочностью и сопротивляемостью усталостным деформациям, абразивным повреждениям;

- нетоксичностью по отношению к окружающим тканям организма как самого материала, примесей, так и продуктов его износа.

Для России СВМПЭ - относительно молодой материал. Только в 1980 году на него были утверждены первые технические условия ТУ 6-05-1836-

Сравнительные характеристики отечественного и зарубежного СВМП

Характеристика Единицы измерения Значение

ТУ 6-05-1836-80 Хостален

Молекулярная масса г/моль 1 млн. 4 млн.

Плотность кг/ м3 934 935

Прочность при растяжении МПа 35 44

Температура потери прочности К 490 -

Коэффициент трения (по стальной плите) - 0,15

Методики испытания изделий

В процессе эксплуатации, начиная с момента имплантации, эндопротезы и окружающие их среды организма находятся в постоянном взаимодействии друг с другом, оказывая влияние на работоспособность эндопротезов и жизнедеятельность человека. Степень этого влияния можно оценить с помощью контролируемых параметров жизнедеятельности человеческого организма при клинических испытаниях, не дающих, однако, достаточных гарантий длительной эксплуатации эндопротезов и качественного улучшения здоровья человека.

В силу ограниченных возможностей экспериментирования на живом человеке (in vivo), основная тяжесть по обеспечению гарантий работоспособности эндопротезов ложится сегодня на проверочные испытания готовых эндопротезов в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным, с применением жидких имитационных сред. Такая среда имитирует обменные, температурные, электромагнитные, коррозионные и другие свойства как жидких сред, так и мышечных тканей человека.

В ходе экспериментов мы пришли к выводу, что из многочисленных исследованных имитационных сред (раствор Рингера, псевдосиновиальная жидкость на основе сыворотки крови крупного рогатого скота и т. п.) наиболее полно отвечает вышеперечисленным требованиям имитационный раствор, состав которого приведён в таблице 4. По результатам работы выпущен отраслевой стандарт (ОСТ).

Состав жидкой имитационной среды

№ Компоненты среды Нормативная Концентра-

п/п документация ция, г/л

1 Натрий хлористый (NaCl) ГОСТ 4233- 9,01

2 Натрий углекислый кислый (NaHCO3) ГОСТ 420- 0,084

3 Калий хлористый (KCl) ГОСТ 4234- 0,298

4 Кальций хлористый (CaCl2) ГОСТ 4460- 0,548

5 Оксациллин Р. 71.509.4 0,1

6 Вода дистиллированная ГОСТ 6709- 1 литр

Для испытания одного эндопротеза тазобедренного сустава требуется не менее 15 л жидкой имитационной среды.

1. Комплект оснастки для установки, закрепления и испытаний эндопротеза, состоящий из опорного стакана с верхним и нижним рядами болтов, установочного и нагружающего приспособлений (рис. 2).

Рис. 2. Схема испытания ножек эндопротеза: 1 -ножка; 2 - опорный стакан; 3 - ось нагружения; 4 -ось ножки; 5 - головка тазобедренного сустава (шар), одетая на шейку ножки

5. Дополнительные приспособления для измерения момента трения, установки датчика горизонтальных перемещений, закрепления оснастки на испытательной машине.

В ходе испытаний проверяются установленный срок службы на базе 5х107 циклов нагру-жения, что соответствует 10 годам службы, три-ботехнические характеристики между вкладышем и шаром по массе, пути трения, коэффициенту трения.

Величина момента трения между шаром и вкладышем при сжатии до 3,3 кН, не превышает 8,6 Нм. Коэффициент трения между шаром и вкладышем при статической сжимающей нагрузке 3,3 кН не превышает 0,19. Трибомехани-ческие характеристики эндопротеза, полученные экспериментально-расчётным путём, не превышают следующих значений:

5,6х 10-7 г/м - по массе вкладыша;

2,2х 10-7 г/м - по массе шара;

4,4х10-5 м-1 - по коэффициенту трения.

Статические физико-механические (сжатие) испытания ножек эндопротеза с шаром (бедренных компонентов эндопротеза) проводили по схеме, приведённой на рис. 2. Скорость нагру-жения эндопротеза соответствует 50±2 Н/с. При испытании измеряли нагрузку текучести ножки (нагрузку, при которой происходит необратимая деформация, рис. 3) и предельную (разрушающую).

Напряжение текучести в опасном сечении А-А ножки (рис. 2) определяют по формуле: ст = 128PTbd1/n(3d14 + d24);

модуль упругости ножки:

Eu = G-p CbH/P-j.; предельно допускаемая эксплуатационная нагрузка [Р] :

где: Рв - предельная (разрушающая) нагрузка, n = 2 - коэффициент запаса прочности.

Например, для ножки размером 11x135 напряжение текучести составляет 1000-1100 МПа, модуль упругости - 95-110 ГПа, [Р] = 3,5-4,0 кН.

Отказ от применения цемента в базовом варианте эндопротеза потребовал организации поверхности бедренного компонента эндопроте-за, способной прочно фиксировать его за счёт прорастания костной ткани в поверхностных порах. Для титановых сплавов, физико-механические, а главное усталостные свойства которых сильно зависят от целостности поверхностных слоёв изделия, наиболее технологичным оказалось применение плазменного напыления титановых элементов, создающих такую поверхность. При этом были решены многие проблемы, продиктованные спецификой эндо-протезирования.

Например, размеры пор должны быть достаточно большими, чтобы обеспечить проникновение в них растущей костной ткани. Степень прорастания костной ткани в пористый слой зависит от объёма открытой пористости и от среднего размера пор. Большинство исследователей полагают, что оптимальный объём должен составлять 20-40 %, а размеры пор - 100-400 мкм. Для плазменного напыления больших титановых порообразующих элементов потребовалась разработка специальной технологии, так как применяемые в промышленности (почти сорок лет) параметры напыления применялись для создания гладкой, непористой, по возможности монолитной поверхности из элементов размерами 10-150 мкм. [8]. Чаще всего использовались порошки напыляемого материала, в

некоторых случаях - проволока и прутки.

В процессе плазменного напыления можно выделить следующие этапы:

■ генерация плазмы и формирование высокотемпературного потока плазмы;

■ загрузка потока напыляемым материалом;

■ физико-химическое взаимодействие частиц дисперсной фазы с потоком, окружающей средой и основой (поверхностью изделия);

■ формирование напыляемого материала;

■ сближение соединяемых веществ - образование физического контакта;

■ активация контактных поверхностей и химическое взаимодействие материалов на границе раздела фаз;

■ адгезия: подплавление основы в пятне контакта её с частицей; взаимная диффузия материалов и образование интерметаллидов;

Формирование плазменно-напылённого материала происходит путём постепенного наложения отдельных, дискретно твердеющих с высокой скоростью частиц с образованием слоистой структуры. Напылённый материал обычно формируют частицы размером 10-150 мкм.

Соударение частицы, имеющей расплавленную поверхность, с поверхностью основы сопровождается её значительной деформацией. Процессы удара и деформации частицы происходят одновременно с её затвердеванием. Характер протекания этих процессов, как и их результатов, зависит от температуры, скорости, агрегатного состояния частицы перед соударением, а также от состояния поверхности, с которой происходит соударение. Эти параметры обеспечиваются точным соответствием дисперсности частиц, скорости распыления и режима плазмотрона (тока дуги, мощности, расхода и состава газа, диаметра сопла).

Напыляемый материал, как правило, формируется путём многократного прохода плазмотрона (см. схему на рис. 4) над областью поверхности основы.

Прочность адгезии напылённого покрытия можно определить методом отрыва от нормали [14] или методом испытания на срез (на установке FPZ100 [15]).

Рис. 4. Принципиальная схема плазмотрона с порошковым дозатором [10]

■ объёмное фрезерование на станках с программным управлением деталей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) медицинского назначения и титана;

■ изготовление деталей эндопротеза тазобедренного сустава сложной конфигурации гарантированного качества;

■ плазменное напыление титана на титановые компоненты эндопротеза с целью создания развитой поверхности;

■ специальные марки стали для хирургического инструмента.

В то же время, не смотря на то, что эндопро-тезы тазобедренного сустава применяются в клинической практике всего мира в течение десятилетий и многими фирмами разработано большое количество конструкций, нерешённых проблем в этой сложной области ортопедии остаётся ещё очень много.

Разработка технологии производства отечественного СВМПЭ медицинского назначения с молекулярной массой 4x 106 г/моль и изготовле-

ние из него компонентов эндопротезов вполне возможны при финансировании этой проблемы заинтересованными предприятиями. Владение собственной российской технологией позволит получать материалы и изделия из них с заданными для данного конкретного случая свойствами значительно дешевле, чем из зарубежных материалов.

2. Изготовление эндопротезов (и не только тазобедренного сустава) методом точного литья по выплавляемым моделям позволяет получать практически любую конструкцию эндопротеза по желанию врача-ортопеда и снижает стоимость некоторых изделий в 2-3 раза по сравнению со стоимостью аналогичных эндопротезов, вытачиваемых из паковок.

Более широкому использованию титановых сплавов до последнего времени препятствовало отсутствие отечественного высокопрочного литейного титанового сплава, биологически совместимого с организмом человека. Обычно применяемый в медицине низколегированный литейный титановый сплав ВТ5Л характеризуется недостаточной прочностью. Более высокопрочные промышленные сплавы содержат некоторое количество токсичных и биологически не совместимых с внутренними тканями организма компонентов и примесей.

Необходимо дальнейшее совершенствование опытного сплава ЛТС 314 и доведение его до широкого промышленного и, в частности, медицинского использования. Необходимо продолжение проведения работ по улучшению пластичности и вязкости сплава, улучшения литейных свойств, отработки технологического процесса специального литья, в том числе и с целью полу-

3. Прошёл токсикологические испытания (Протокол ВНИИИМТ № 198-99 от 14.07.99 г) новый титаново-гафниевый сплав для эндопроте-зирования марки ТГ. Состав сплава: А1 - 4,5%, № - 3,9-4,2%, ги - 3,6-4,2%, ИГ - 11,4-11,7%, Бе -0,1%, 81 - 0,034%, N > 0,02%, 02 - 0,07%,

С > 0,01%, И2 > 0,0039%. Преимущества этого сплава заключаются в значительно большей прочности изделий, полученных методом литья.

1. Ревизионное эндопротезирование тазобедренного сустава / В.И. Нуждин, В.В. Троценко, Т. П. Попова и др. // Вестн. травматол. ортопед. - 2001. - № 2. - С. 66

2. Металловедение титана и сплавов. - М.: Металлургия, 1992. - С. 146.

3. Конструкционные материалы: Справочник. - М.: Машиностроение. - 1990. - С. 291.

4. Шерепо, К.М. К вопросу о применении циркониевых сплавов для эндопротезов и средств остеосинтеза / К.М. Шерепо, А.Б. Парфёнов, И.С. Зусманович // Мед. техника. - 1992. - N° 5. - С. 14.

5. Изменения перекисно-антиоксидантного метаболизма при эндопротезировании тазобедренного сустава / С.А. Божкова, Е.Г. Мамаева, Е.М. Еропкина и др. // Гений ортопедии. - 2000. - № 3. - С. 42-47.

6. Катов, М.М. Регулирование структуры и свойств сверхвысокомолекулярного полиэтилена в процессе переработки: Дис. канд. тех. наук / М.М. Катов. - М., 1998.

7. Николаев, О.О. Композиционные материалы медицинского назначения на основе смесей сверхвысокомолекулярного полиэтилена и полисилоксана: Дис. канд. тех. наук / О.О. Николаев. - СПб., 2000.

8. Нанесение покрытий плазмой / В.В. Кудинов, П.Ю. Пекшев, В.Е. Белащенко и др. - М.: Наука, 1990.

9. Шерепо, К.М. Требования к конструированию тотальных эндопротезов тазобедренного сустава / К.М. Шерепо // Мед. техника.

- 1991. - № 6. - С. 33-34.

10. Нанесение покрытий плазмой / В.В. Кудинов, П.Ю. Пекшев, В.Е. Белащенко и др. - М.: Наука, 1990. - 155 с.

11. Шерепо, К.М. Резорбция костной ткани при использовании титановых фиксаторов / К.М. Шерепо // Мед. техника. - 1998. - № 4.

12. Применение костного цемента при эндопротезировании тазобедренного сустава по К. М. Сивашу / В.В. Троценко, К.Д. Тощев.

A.К. Кашко и др. // Ортопед., травматол. - 1980. - № 1. - С. 14-17.

13. Хирургическое лечение дегенеративно-дистрофических поражений тазобедренного сустава / Н.В. Корнилов, А.В. Войтович,

B.М. Мошков, П.Г. Эпштейн. - СПБ.: ЛИТО Синтез, 1997. - 291 с.

14. Протасов, Г.А. Газотермические покрытия в химическом машиностроении и методы определения их свойств / Г.А. Протасов, Д.Ф. Альтшулер. - М.: ЦИНТИХимнефтемаш, 1982. - С. 54.

15. Клубова, Е.В. Разработка технологических способов обеспечения регламентированной микроструктуры и заданного комплекса механических свойств компонентов эндопротезов тазобедренного сустава из титанового сплава ВТ-6: Дис. канд. тех. наук / Е.В. Клубова. - М., 2000.