Керамика как материал выбора в эндопротезировании коленного сустава

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

УДК 616.77

А. Н. Митрошин, Д. А. Космынин

КЕРАМИКА КАК МАТЕРИАЛ ВЫБОРА В ЭНДОПРОТЕЗИРОВАНИИ КОЛЕННОГО СУСТАВА

Аннотация.

В связи с появлением новых видов керамики и дальнейшим совершенствованием технологий производства возрастает интерес к использованию этого материала в артропластике суставов, однако для оценки эффективности ее применения необходимы долгосрочные клинические исследования. В обзорной статье рассматривается возможность более широкого применения керамики в эндопротезировании коленного сустава с целью решения вопроса о создании износостойких и долговечных имплантатов. Данная проблема является весьма актуальной и нерешенной в современном эндопротезировании. В работе проанализированы результаты экспериментальных и клинических исследований по эндопротезированию коленного сустава с использованием керамики. Проведено комплексное сравнение различных генераций керамики: алюминиевой, циркониевой, композитной керамик и оксидированного циркония, которые образуют пары трения с сверхвысокомолекулярным полиэтиленом. Рассмотрены трибологические и химические свойства перечисленных материалов, их положительные и отрицательные качества и связанные с ними побочные влияния на организм человека. Использование каждого конкретного вида керамики имеет свои потенциальные преимущества и недостатки, которые необходимо оценивать в каждом конкретном случае.

Ключевые слова: эндопротезировние коленного сустава, пары трения, керамика-полиэтилен, алюминиевая керамика, циркониевая керамика, композитная алюминиево-циркониевая керамика, оксидированный цирконий.

A. N. Mitroshin, D. A. Kosmynin

CERAMICS AS A MATERIAL OF CHOICE IN ENDOPROSTHESIS REPLACEMENT OF KNEE JOINTS

Abstract.

Due to development of new kinds of ceramics and further improvement of technology of production there is an increasing interest in using this material in arthro-plasty of joints, however to assess the effectiveness of its application long-term clinical studies are required. The article considers a possibility of broader application of solid pairs of friction in endoprosthesis replacement of knee joints with a purpose to resolve a problem of development of wear-resistant and durable implants. This problem is one of most urgent and unresolved in modern endoprosthesis replacement. The article analyzes the results of experimental and clinical studies of endoprosthesis replacement of knee joints using ceramics. A complex comparison was implemented concerning different generations of ceramics: aluminum, zirconium, ceramic composite and oxidized zirconium to form pairs of friction with UHMWPE. Tribological and chemical properties of the mentioned materials were considered as

well as their positive and negative characteristics and the related adverse influence on human body. The use of each specific type of ceramics has potential advantages and disadvantages that must be assessed in each case.

Key words: endoprosthesis replacement of knee joints; pairs of friction; ceramics-polyethylene; aluminum ceramics; zirconia ceramics; aluminum-zirconium composite ceramics; oxidized zirconium.

Введение

Керамика является неорганическим, неметаллическим материалом, который рассматривают как группу твердых, поликристаллических соединений с прочными химическими ионно-ковалентными связями [1].

Керамика включает в себя большое количество материалов с различными свойствами, среди которых лишь немногие удовлетворяют всем требованиям современного эндопротезирования [2].

Сочетание хорошей биосовместимости и механической прочности делает ее альтернативным материалом в артропластике крупных суставов [3].

Большая твердость обеспечивает высокую устойчивость к износу и сопротивлению царапинам, хорошая смачиваемость полярными жидкостями, особенно такими как синовиальная жидкость, делают керамику привлекательным материалом для создания несущих поверхностей трибологических систем [4, 5].

Химическая стабильность, устойчивость к коррозии и нерастворимость в воде позволяют избегать деградации материала и аллергических реакций в организме человека [6].

В результате многолетних научных и технических изысканий керамические материалы нашли широкое применение в узлах трения эндопротезов коленного сустава. Керамику, используемую в настоящее время в эндопроте-зировании, можно разделить на алюминиевую (Al2O3), циркониевую (ZrO2), композитную алюминиево-циркониевую и оксидированный цирконий (Zr-2.5NB) [7].

Алюминиевая керамика

Алюминиевая керамика принадлежит к группе оксидной керамики и является монофазным поликристаллическим материалом, обладающим следующими свойствами: большая твердость (6 класс по шкале MOHS), хорошая стабильность, высокая устойчивость к окислению, очень низкий коэффициент трения (высокая износостойкость), низкое изгибное напряжение и хорошая биосовместимость [7-9].

Клиническое применение алюминиевой керамики началось с тотального эндопротезирования тазобедренного сустава. В 1970 г. Boutin предложил и изготовил головки, а затем и чаши из алюминиевой керамики [10].

Langer в 1972 г. произвел первую имплантацию уникомпартименталь-ных эндопротезов коленного сустава. С 1972 по 1986 г. им успешно было установлено 73 импланта [11].

Использование алюминиевой керамики должно было, во-первых, обеспечить более устойчивую бесцементную фиксацию, благодаря особой биосовместимости, а во-вторых, снизить износ полиэтилена, тем самым уменьшив образование дебриса и, как результат, минимизировать вероятность

остеолизиса. После ряда сообщений о значительном уменьшении износа узла трения «керамика - сверхвысокомолекулярный полиэтилен» в тотальном эн-допротезировании тазобедренного сустава и успешных стендовых испытаниях симулятора коленного сустава были предприняты попытки внедрить эту пару трения в тотальную артропластику коленного сустава [12, 13].

Oonishi с соавторами провел сравнительные трибологические испытаниях двух пар трения, сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) с кобальт-хромовым и керамическим бедренным компонентом in vitro. Стендовые испытания симулятора коленного сустава после 1 млн циклов продемонстрировали линейный износ полиэтиленового вкладыша, равный 0,19 мм/106 циклов в паре СоСrMo/РЕ, в то время как в паре Ке/РЕ он составил менее 0,02 мм/106 циклов [14].

Результаты всех последующих исследований подтвердили низкую степень износа полиэтиленового вкладыша в случае использования керамического бедренного компонента (количество наблюдаемых частиц износа полиэтилена было в 10 раз меньше, чем от сплава) [15].

Различные конструктивные изменения, затронувшие дизайн эндопроте-зов, были направлены на усовершенствование кинематики и фиксации компонентов в костном ложе [12, 15].

Керамические эндопротезы коленного сустава представлены тремя поколениями.

Первое поколение - KOM-1 (Kokuritsu Osaka Minami Hospital), имплантировалось с 1981 по 1986 г. и состояло из керамических бедренного и тиби-ального компонентов, а также полиэтиленового вкладыша. Большеберцовый компонент имел короткую интрамедуллярную ножку, расположенную по центру и обеспечивавшую передачу нагрузки на заднюю кортикальную часть большеберцовой кости. На интерфейсной стороне обоих компонентов имелись небольшие углубления. Предусматривались цементный и бесцементный варианты фиксации [12, 16, 17]. Ретроспективный анализ 137 имплантаций, проведенных на протяжении 23 лет, выявил асептическое расшатывание как основную причину ревизионных вмешательств эндопротезов с бесцементной фиксацией [16-18].

Второе поколение применялось в клинике с 1990 по 1996 г., отмечена успешная 10-летняя эксплуатация 120 установленных эндопротезов. В модели KOM-2 керамический большеберцовый компонент был заменен на титановый, который прочнее керамики и обеспечивал лучший контакт с костной тканью [12].

В третьем поколении - KOM-3, увидевшем свет в 1993 г., в целях улучшения фиксации между костным цементом и бедренным компонентом было использовано пористое керамическое покрытие. Успех 111 имплантаций подтвержден семилетними наблюдениями [19].

Yasuda с соавторами сообщил о 32 имплантациях. Результаты расценены как отлично - 59 %, хорошо - 28 %, удовлетворительно - 10 % и плохо - 3 %. Радиологический анализ не показал ни асептического расшатывания, ни проседания бедренного компонента. Линии просветления были обнаружены в четырех случаях (12 %) и не превышали 1 мм [20].

Akagi и соавторы произвели имплантацию 223 тотальных эндопротезов коленного сустава с керамическим бедренным компонентом. Шестилетние наблюдения выявили 94 % выживаемость имплантов [21].

Создание Ке/Ке пары трения в тотальном эндопротезировании коленного сустава могло бы решить проблему износа СВМПЭ-вкладыша. Вопрос ротационного и поступательного движения гипотетически может быть решен с помощью двойной мобильной ротационной платформы, однако на практике это трудновыполнимо, из-за недостаточной любрикации инверсивных поверхностей. Артикулирующие керамические поверхности из-за плотного притирания должны иметь разный радиус кривизны, обеспечивающий равномерное распределение синовиальной жидкости, необходимой для благоприятного функционирования узла трения в гидродинамическом режиме. В «сухом» рабочем режиме керамика испытывает очень высокие контактные нагрузки, проявляющиеся скрипом и в крайних случаях разрушением [16-19].

Серьезные проблемы, связанные с алюминиевой керамикой, заключаются в ее высокой упругости (модуль упругости около 350 ГПа), что приводит к «stress shielding» эффекту и асептическому расшатыванию [22].

Кроме того, алюминиевая керамика не является биоактивным материалом и не взаимодействует с костной тканью, что приводит к микроподвижности и, следовательно, асептическому расшатыванию.

Вместе с тем она имеет низкую вязкость разрушения, что может привести к повреждению импланта [23]. Ее вязкость разрушения ниже, чем у металлических материалов, применяемых в эндопротезировании, поэтому она очень хрупкая и не демонстрирует деформацию вплоть до разрушения [3]. Однако в последних исследованиях ученых сообщается о благоприятных клинических результатах керамических имплантаций [24], которые до сих пор использовались лишь для ограниченного числа моделей, где механические нагрузки были менее желательными [25].

Циркониевая керамика

Большие надежды возлагались на предложенную в 1970-х гг. циркониевую керамику, которая позиционировалась как материал, обладающий более высокой прочностью, большей вязкостью разрушения (примерно в два раза больше чем у алюминиевой керамики) и более высокой прочностью на изгиб (500-1000 МШ) [3].

В отличие от алюминиевой, циркониевая керамика является нестабильным и многофазным материалом, который может существовать в трех типах кристаллических структур, включая моноклиническую, тетрагональную и кубическую. В связи с этим фазовая трансформация может происходить из одной кристаллической структуры в другую, особенно из тетрагональной фазы в моноклиническую. Фазовое преобразование сопровождается форменными и объемными изменениями, делающими материал восприимчивым к растрескиванию [1].

Однако применение таких стабилизирующих материалов, как окись магния (MgO), окись кальция (CaO) или оксид иттрия (Y2O3), помогает управлять фазовыми преобразованиями, что позволяет улучшить механические свойства циркониевой керамики. Этот процесс получил название трансформационного упрочнения и включает в себя локализованную бездиффузионную или мартенситную фазовую трансформацию [26]. Roy с соавторами [27], применив в эксперименте магнийстабилизированную циркониевую керамику, отметил сокращение величины износа по сравнению с CoCrMo в несколько раз.

Под действием внешних напряжений, являющихся причиной образования посторонних третичных тел in vivo, в области микроконцентраторов (на границах частиц упрочняющих фаз, вершине трещин и др.) тетрагональная фаза способна испытывать мартенситный фазовый переход в моноклинную фазу. Фазовый переход сопровождается развитием сдвиговых и объемных деформаций, обеспечивающих релаксацию напряжений и смыкание поверхностей трещин. Реализующийся эффект упрочнения позволяет достигать в керамических материалах больших прочностных характеристик, таких как высокая устойчивость (трещиностойкость и прочность) [28, 29].

Трансформация упрочнения обеспечивает более высокий уровень прочности циркониевой керамики по сравнению не только с обычной, но и даже высокочистой алюминиевой керамики. Несколько структурных композиций циркониевой керамики, таких как частично стабилизированная (PSZ) и тетрагональная поликристаллическая (TZP) циркониевая керамики, были специально разработаны для ортопедических артикулирующих поверхностей. Стабилизированная иттрием тетрагональная поликристаллическая керамика (Y-TZP) обладает уникально высокими прочностными свойствами, что делает ее подходящим материалом для трибологических систем [30].

Использование трансформационно-упрочненных керамических материалов способствовало разработке новых конструкций имплантатов, которые не были возможны в случае с алюминиевой керамикой, таких как 22мм Y-TZP головка тазобедренного сустава, а также создание коленных имплантатов Y-TZP. Краткосрочные двухлетние исследования 39 имплантаций Y-TZP бедренных компонентов продемонстрировали хорошие клинические результаты [31, 32].

Серьезные проблемы Y-TZP связаны с ее низкотемпературной деструкцией вследствие неконтролируемых фазовых превращений при довольно низкой температуре в присутствии воды и давления [33-35].

Это отрицательно влияет на характеристики изнашивания Y-TZP и является причиной, ограничивающей применение этого материала в ортопедии [25].

Сообщения о развитии остеолизиса в эндопротезах тазобедренных суставов с Y-TZP керамическими головами подтвердились в исследованиях Haraguchi и соавторов, которые показали, что иттрий, содержащийся в циркониевой керамике, образует с тканевой жидкостью гидраты, обладающие литической активностью в отношении костной ткани [36].

Циркониевая керамика, подобно алюминиевой, имеет высокий модуль упругости и недостаточную биологическую активность, что может в свою очередь привести к асептическому расшатыванию. Несмотря на это, циркониевые бедренные компоненты тотальных эндопротезов коленного сустава производятся и используются в Японии (KU типа, Kyocera Corp., Япония) с 2001 г., а несколько позже их производство было налажено и в США, где данный вид керамики очень популярен [3].

Композитная алюминиево-циркониевая керамика

Использование хрупкой алюминиевой и циркониевой керамики в бедренном компоненте тотального эндопротеза коленного сустава ограничено сложной геометрией сустава и относительно лимитированной толщиной [37].

Композитная керамика, будучи высокопроизводительным материалом, сочетающим лучшие качества своих предшественниц, должна была преодолеть их недостатки. В данном случае химическая и гидротермальная стабильность, а также биосовместимость алюминиевой керамики дополняется чрезвычайно низким износом, превосходной механической прочностью и вязкостью разрушения циркониевой керамики [3].

ZTA керамика (циркониевая керамика, упрочненная алюминиевой) в сущности изготовлена путем диспергирования частиц Zrü2 в матрицу Al2O3, где стабилизация зерна оксида циркония достигается за счет наличия жесткой матрицы оксида алюминия. И хотя прочность на изгиб и трещиностойкость ZTA керамики гораздо выше, чем у алюминиевой керамики, а риск деградации материала выражен в меньшей степени по сравнению с Y-TZP, формирование и распространение трещин по-прежнему весьма вероятно [15].

Сравнительный анализ износа циркониевой и алюминиевой керамики в паре трения с СВМПЭ in vitro не выявил значительной разницы между этими материалами. Тем не менее доля диоксида циркония может существенно повлиять на количество дебриса в артикулирующих керамических парах [38, 39].

Bal с соавторами сообщает о низкой степени износа ZTA-ZTA пары трения по сравнению с алюминиевой керамикой, полученной на симуляторе тазобедренного сустава [1].

Thompson в долгосрочном эксперименте обнаружил деградацию материала и уменьшение прочности ZTA в растворе Рингера [40].

Значительное улучшение механических свойств было достигнуто за счет использования частиц диоксида циркония в наномасштабе. Различные исследования наноразмерных соединений алюминиево-циркониевых композитов продемонстрировали лучшую трещиностойкость при статических и циклических нагрузках и удовлетворительную биосовместимость по сравнению со всеми существующими медико-биологических классами керамики [41].

Лигирование Srü и Cr2O3 помогло модифицировать композитный материал и получить AMC керамику (алюминиевая матричная керамика), которая обладает еще большей устойчивостью к образованию трещин [1].

Одно из преимуществ этого материала состоит в том, что из него можно делать более тонкостенные несущие нагрузку артикулирующие компоненты эндопротезов, по свойствам сопоставимым с таковыми у алюминиевой керамики [15].

Результаты стендовых испытаний симулятора тазобедренного сустава показали меньшую степень износа для пары трения AMC-AMC, нежели ZTA-ZTA или Al2O3 [1], а исследования на биосовместимость доказали биоинертность AMC керамики [42].

Однако тот факт, что материал имеет модуль упругости около 350 ГПа, что значительно выше, чем у металлических материалов, может послужить причиной дальнейшего асептического расшатывания [43].

Одним из коммерческих вариантов композитной керамики является продукт фирмы CeramTeac - Biolox Delta (соединение алюминиевой и циркониевой керамики). Biolox Delta аккумулировала в себе лучшие свойства предыдущих поколений, став более плотной и прочной на разрыв, в то же время не имея структурных недостатков [44].

Низкий коэффициент трения этого материала приводит к изменению нагрузки и уменьшает износ полиэтилена в тотальном эндопротезе коленного сустава. Ввиду того, что материал является относительно новым, его надежность и преимущества в качестве материала бедренного компонента полностью не доказаны [43].

Оксидированный цирконий

Оксидированный цирконий является запатентованным материалом фирмы Smith & Nephew Orthopedics (Memphis, Tennessee, USA) и реализуется на рынке под торговым названием OXINIUM [45].

OXINIUM представляет собой сплав циркония с прочной оксидной поверхностью (ZrO2 ~ 5 цт), получаемой управляемой термической диффузией кислорода [46, 47].

Оксидный слой циркония (ZrO2) является поверхностной структурированной частью металлического сплава (сплав Zr), а не покрытием, которое обеспечивает гладкую, твердую поверхность узла трения в сочетании с высокой вязкостью разрушения базового тела. Кроме того, циркониевая керамическая поверхность снижает высвобождение ионов вследствие коррозии и легко притягивает синовиальную жидкость, обеспечивая тем самым лучшую смазку сустава, в то время как металлический корпус снижает риск переломов им-плантатов, связанных с объемным керамическим компонентом [48-50].

Необходимо отметить также, что in vivo фазовая трансформация (из метастабильной тетрагональной в стабильную моноклинную) не является проблемной для оксидированного циркония, поскольку его фазовый состав более чем на 95 % состоит из стабильной моноклинной формы. Клиническое применение OXINIUM в эндопротезах коленного сустава началось в декабре 1997 г., а тазобедренных суставов - с октября 2002 г. [51-54].

Изучение износа вкладышей имплантируемых систем коленного сустава в условиях in vitro при моделировании перегрузки выявило, что замена ^СгМо сплава на керамику из оксидированного циркония способствует снижению скорости износа СВМПЭ на 55 % [55-60].

Объективизированная оценка износа узла трения эндопротезов in vivo посредством рентгеностереометрического анализа, проведенная Innocenti и Laskin, не выявила никаких признаков нестабильности [57, 61].

Несмотря на достигнутые успехи в биомеханике и трибологии, оксидированная циркониевая керамика показывает довольно скромные показатели скорости износа и низкой устойчивости к царапинам, по сравнению с алюминиевой керамикой, которые могут быть связаны с низкой поверхностной твердостью окисленного циркония [1], а по-прежнему высокий модуль Юнга (составляет примерно 90 ГПа), хотя и значительно ниже, чем у предшествующих поколений, все же выше, чем у кости и, следовательно, может вызвать эффект «stress shielding». Кроме того, цирконий не интегрируется с костной тканью на ранней стадии после имплантации [62].

Заключение

Керамика, применяемая в эндопротезировании коленного сустава из-за высокого модуля упругости может способствовать развитию эффекта «stress shielding», приводящего к асептическому расшатыванию компонентов. Меж-

фазовая трансформация циркониевой и композитной керамик сопровождается форменными и объемными изменениями, делающими материал восприимчивым к растрескиванию, а активные гидратные соединения иттрия обладают выраженными остеолитическими свойствами. Корундовая керамика крайне хрупкая и при пиковых нагрузках может расколоться.

Таким образом, существует необходимость в поиске материалов, разработанных в соответствии с анатомией и биомеханикой коленного сустава, обладающих низким модулем упругости, близким к модулю упругости костной ткани, высокой износостойкостью, уменьшающей образование дебриса, биосовместимостью и способностью к остеоинтеграции.

Список литературы

1. Bal, B. S. Ceramic materials in total joint arthroplasty / B. S. Bal et al. // Semin Arthroplasty. - 2006. - Vol. 17. - P. 94-101.

2. Bierbaum, B. E. Ceramic-on-ceramic bearings in total hip arthroplasty / B. E. Bierbaum et al. // Clin Orthop Relat Res. - 2002. - Vol. 405, № 158. - P. 63.

3. Chang, J. D. Ceramic femoral prosthesis in TKA - present and future bioceramics and alternative bearings in joint arthroplasty / J. D. Chang et al. - Steinkopff, 2007. -P. 123-132.

4. Laskin, R. S. The use of a ceramic surfaced oxinium™ implant in total knee replacement / R. S. Laskin // Tech Knee Surg. - 2004. - Vol. 3, № 3. - P. 187-192.

5. Pandorf, T. Advanced testing of ceramic femoral knee components / T. Pandorf, M. Kuntz // Bioceram Altern Bearings Joint Arthroplasty. - 2007. - P. 137-143.

6. Sargeant, A. Hip implants - Paper VI - Ion concentrations / A. Sargeant // Mater Des. - 2007. - Vol. 28, № 1. - P. 155-171.

7. Skinner, H. B. Ceramic bearing surfaces / H. B. Skinner // Clin Orthop Relat Res. -1999. - Vol. 369. - P. 83-91.

8. Hannouche, D. Ceramics in total hip replacement / D. Hannouche et al. // Clin Orthop Relat Res. - 2005. - Vol. 430. - P. 62-71.

9. Harms, J. Tissue reaction to ceramic implant material / J. Harms, E. Mausle // J. Bi-omed Mater Res. - 1979. - Vol. 13, № 1. - P. 67-87.

10. Boutin, P. Alumina and its use in surgery of the hip (Experimental study) / P. Boutin // La Presse Med. - 1971. - Vol. 79, № 14. - P. 639-640.

11. Langer, G. Ceramic Tibial Plateau of the 70s Ceramics for Total Knee Replacement / G. Langer // Bioceramics in Joint Arthroplasty. - 2002. - P. 128-130.

12. Oonishi, H. Change in UHMWPE Properties of Retrieved Ceramic Total Knee Prosthesis in Clinical Use for 23 Years / H. Oonishi, S. C. Kim, M. Kyomoto et al. // Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. - 2005. - Vol. 74B, № 2. - P. 754-759.

13. Semlitsch, M. New prospects for a prolonged functional life-span of artificial hip joints by using the material combination polyethylene/aluminium oxide ceramic/metal. / M. Semlitsch, M. Lehmann, H. Weber // J. Biomed Mater Res. - 1977. - Vol. 11, № 4. -P. 537-552.

14. Oonishi, H. Wear of polyethylene and alumina in clinical cases of alumina total knee prostheses / H. Oonishi et al. // Bioceramics. - 1991. - Vol. 3. - P. 137-145.

15. Heimke, G. Knee arthoplasty: recently developed ceramics offer new solutions / G. Heimke, S. Leyen, G. Willmann // Biomaterials. - 2002. - Vol. 23, № 7. - P. 15391551.

16. Oonishi, H. Surface analysis on retrieved ceramic total knee prosthesis / H. Oonishi et al. // Key engineering materials, CA. - Palm Springs, 2002. - P. 499-502.

17. Oonishi, H. Development and improvement of ceramic TKP for 19 years and clinical results / H. Oonishi // Key Engineering Materials. - 2001. - Vol. 218-220. -P. 479-482.

18. Oonishi, H. 3 to 18 year clinical results of total knee replacement with ceramic components / H. Oonishi et al. // Key Eng Mater. - 2001. - Vol. 192-195. - P. 999-1002.

19. Bal, B. S. Ceramic Femoral Components in Total Knee Replacement / B. S. Bal, H. Oonishi // Bioceramics in Joint Arthroplasty. - 2003. - P. 135-136.

20. Yasuda, K. Low friction total knee arthroplasty with the alumina ceramic condylar prosthesis / K. Yasuda, N. Miyagi, K. Kaneda // Bull Hosp Jt. Dis. - 1993. - Vol. 53, № 2. - P. 15-21.

21. Akagi, M. The Bisurface total knee replacement: a unique design for flexion. Four-to-nine-year follow-up study / M. Akagi et al. // J. Bone Joint Surg. Am. - 2000. -Vol. 82-A, № 11 - P. 1626-1633.

22. Boutin, P. The use of dense alumina-alumina ceramic combination in total hip replacement / P. Boutin et al. // J. Biomed Mater Res. - 1988. - Vol. 22, № 12. -P. 1203-1232.

23. Hannouche, D. Fractures of ceramic bearings: history and present status / D. Han-nouche et al. // Clin Orthop Relat Res. - 2003. - Vol. 417. - P. 19-26.

24. Majima, T. Clinical results of posterior cruciate ligament retaining TKA with alumina ceramic condylar prosthesis:comparison to Co-Cr alloy prosthesis / T. Majima et al. // Knee Surgery Sports Traumatology Arthroscopy. - 2008. - Vol. 16, № 2. - P. 152-156.

25. Chevalier, J. Ceramics for medical applications: a picture for the next 20 years / J. Chevalier, L. Gremillard // J. Eur. Ceram. Soc. - 2009. - Vol. 29, № 7. - P. 12451255.

26. Dearnley, P. A. A review of metallic, ceramic and surface-treated metals used for bearing surfaces in human joint replacements / P. A. Dearnley // Proc. Inst. Mech. Eng. Part H-J Eng. Med. - 1999. - Vol. 213, № 2. - P. 107-135.

27. Roy, M. E. Reduced wear of cross-linked UHMWPE using magnesia-stabilized zir-conia femoral heads in a hip simulator / M. E. Roy. L. A. Whiteside, M.E. Magill et al. // Clin. Orthop. Relat. Res. - 2011. - Vol. 469, № 8. - P. 2337-2345.

28. Кульков, С. Н. Механические свойства поликристаллических объемных нанокристаллических керамических материалов на основе оксида алюминия и диоксида циркония / С. Н. Кульков, В. А. Скрипняк, Е. Г. Скрипняк, С. П. Буяко-ва // Синтез и свойства нанокристаллических и субмикроструктурных материалов. - Томск : Изд-во Том. ун-та, 2007. - С. 232-328.

29. Basu, B. Transformation behaviour of tetragonal zirconia: role of dopant content and distribution / B. Basu, J. Vleugels, O. Van Der Biest // Mater. Sci. and Eng. - 2004. -Vol. A366, № 2. - P. 338-347.

30. Clarke, I. C. Current status of zirconia used in total hip implants / I. C. Clarke et al. // J. Bone Joint Surg. - Ser A. - 2003. - Vol. 85. - P. 73-84.

31. Bal, B. S. Primary TKA with a zirconia ceramic femoral component / B. S. Bal et al. // J. Knee Surg. - 2006. - Vol. 19, № 2. - P. 89-93.

32. Bal, B. S. Primary total knee replacement with a zirconia ceramic femoral component / B. S. Bal, D. D. Greenberg, T. J. Aleto // Bioceramics and Alternative Bearings Joint Arthroplasty. - 2005. - P. 183-190.

33. Yoshimura, M. Role of H2O on the degradation process of Y-TZP / M. Yoshimura, T. Noma, K. Kawabata, S. Somiya // J. Mater. Sci. Lett. - 1987. - Vol. 6, № 4. -P. 465-457.

34. Sato, T. Crystalline phase change in yttria partially stabilized zirconia by low temperature annealing / T. Sato, M. Shimada // J. Am. Ceram. Soc. - 1984. - Vol. 67, № 10. -P. 212-213.

35. Sato, T. Transformation of yttria doped tetragonal ZrO2 polycrystals by annealing in water / T. Sato, M. Shimada // J. Am. Ceram. Soc. - 1985. Vol. 68, № 12. - P. 320322.

36. Haraguchi, K. Phase transformation of a zirconia ceramic head after total hip arthroplasty / K. Haraguchi, N. Sugano, T. Nishii et al. // J. Bone Joint Surg. - 2001. -Vol. 83, № 7. - P. 996-1000.

37. Ries, M. D. Oxidized zirconium in total joint arthroplasty / M. D. Ries // Semin. Arthroplasty. - 2006. - Vol. 17. - P. 161-164.

38. Affatato, S. Mixed oxides prosthetic ceramic ball heads. Part 3: effect of the ZrO2 fraction on the wear of ceramic on ceramic hip joint prostheses. A long-term in vitro wear study / S. Affatato, M. Goldoni, M. Testoni, A. Toni // Biomaterials. - 2001. -Vol. 22, № 7. - P. 717-723.

39. Affatato, S. Mixed-oxides prosthetic ceramic ball heads. Part II: effect of the ZrO2 fraction on the wear of ceramic on ceramic joints / S. Affatato, M. Testoni, G. L. Cac-ciari et al. // Biomaterials. - 1999. - Vol. 20, № 20. - P. 1925-1929.

40. Thompson, I. Mechanical behaviour of zirconia and zirconia - toughened alumina in a simulated body environment / I. Thompson, R. Rawlings // Biomaterials. - 1990. -Vol. 11, № 7. - P. 505-508.

41. Roualdes, O. In vitro and in vivo evaluation of an alumina-zirconia composite for arthroplasty applications / O. Roualdes, M. E. Duclos, D. Gutknecht et al. // Biomaterials. - 2010. - Vol. 31, № 8. - P. 2043-2054.

42. Willmann, G. Biocompatibility of a new alumina matrix biocomposite AMC / G. Willmann, W. Von Chamier, H. G. Pfaff et al. // Key Eng. Mater. - 2000. - Vol. 192. -P. 569-574.

43. Bahraminasab, M. Aseptic loosening of femoral components - Materials engineering and design considerations / Marjan Bahraminasab, B. B. SahariK, L. Edwards et al. // Materials and Design. - 2013. - Vol. 44. - P. 155-163.

44. Rack, R. A new ceramic material for orthopaedics / R. Rack, H. G. Pfaff // 5th international CeramTec symposium Plochingen. - Germany, 2000. - P. 141-145.

45. Sheth, N. P. Clinical applications of oxidized zirconium / N. P. Sheth, P. Le-mentowski, G. Hunter et al. // J. Surg. Orthop. Adv. - 2008. - Vol. 17, № 1. - P. 17-26.

46. Good, V. Reduced wear with oxidized zirconium femoral heads / V. Good, M. Ries, R. Barrack et al. // J. Bone Joint Surg. Am. - 2003. - Vol. 85^. - P. 105-110.

47. Hunter, G. Creation of oxidized zirconium orthopaedic implants / Creation G. Hunter, J. Dickinson, B. Herb et al. // J. ASTM Int. - 2005. - Vol. 2, № 7. - P. 409422.

48. Davidson, J. A. Characteristics of metal and ceramic total hip bearing surfaces and their effect on long-term ultra high molecular weight polyethylene wear / J. A. Davidson // Clin. Orthop. - 1993. - Vol. 294. - P. 361-378.

49. Hernigou, P. Alternative femoral bearing surface options for knee replacement in young patients / P. Hernigou, A. Nogier, O. Manicom, A. Poignard // Knee. - 2004. -Vol. 11, № 3. - P. 169-172.

50. Sprague, J. Mechanical behavior of zirconia, alumina, and oxidized zirconium modular heads / J. Sprague, A. Salehi, S. Tsai et al. // Int. Soc. Technol. Arthoplasty. -2003. - Vol. 2. - P. 31-36.

51. Bourne, R. B. Arthroplasty options for the young patient: Oxinium on cross-linked polyethylene / R. B. Bourne, R. Barrack, C. H. Rorabeck et al. // Clin. Orthop. - 2005. -Vol. 441. - P. 159-167.

52. Good, V. Reduced wear with oxidized zirconium femoral heads / V. Good, M. Ries, R. L. Barrack et al. // J. Bone Joint Surg. Am. - 2003. - Vol. 85, № 4. - P. 105-110.

53. Low wear with high-crosslinked polyethylene especially in combination with oxinium heads / M. G. Li, Z. K. Zhou, D. J. Wood, S. M. Rohrl, J. L. Ioppolo, B. Nivbrant // A RSA evaluation. Trans of the 52nd Orthop Res Soc. - 2006. - Vol. 31. - P. 643.

54. Ezzet, K. A. Oxidized zirconium femoral components reduce polyethylene wear in a knee wear simulator / K. A. Ezzet, J. C. Hermida, Jr. Colwell et al. // Clin. Orthop. Relat. Res. - 2004. - Vol. 428. - P. 120-124.

55. Laskin, R. S. The use of a ceramic surfaced oxinium™ implant in total knee replacement / R. S. Laskin // Tech Knee Surg. - 2004. - Vol. 3, № 3. - P. 187-192.

56. White, S. E. Simulated knee wear with cobalt chromium and oxidized zirconium knee femoral components / S. E. White, L. A. Whiteside, D. S. McCarthy et al. // Clin. Orthop. Relat. Res. - 1994. - Vol. 309. - P. 176-184.

57. Laskin, R. S. The use of a ceramic surfaced oxidized zirconium implant in total knee replacement / R. S. Laskin // Tech. Knee Surg. - 2007. - Vol. 6. - P. 220-226.

58. Spector, B. Wear performance of ultra-high molecular weight polyethylene on oxidized zirconium total knee femoral components / B. Spector, M. D. Ries, R. B. Bourne et al. // J. Bone Joint Surg. Am. - 2001. - Vol. 83-A, № 2. - P. 80-86.

59. Patel, A. Tribological evaluation of oxidized zirconium using an articular cartilage counterface: a novel material for potential use in hemiarthroplasty / A. Patel, M. Spector // Biomaterials. - 1997. - Vol. 18, № 5. - P. 441-447.

60. DesJardins, J. D. UHMWPE wear against roughened oxidized zirconium and CoCr femoral knee components during forcecontrolled simulation / J. D. DesJardins, B. Burnikel, M. LaBerge // Wear. - 2008. - Vol. 264, № 3. - P. 245-256.

61. Innocenti, M. The 5-year results of an oxidized zirconium femoral component for TKA / M. Innocenti, R. Civinini, C. Carulli et al. // Clin Orthopaed Relat ResR. - 2010. -Vol. 468, № 5. - P. 1258-1263.

62. Yan, Y. Structure and bioactivity of micro-arc oxidized zirconia films / Y. Yan, Y. Han // Surf Coat Technol. - 2007. - Vol. 201. - P. 5692-5695.

References

1. Bal B. S. et al. Semin Arthroplasty. 2006, vol. 17, pp. 94-101.

2. Bierbaum B. E. et al. Clin Orthop Relat Res. 2002, vol. 405, no. 158, p. 63.

3. Chang J. D. et al. Ceramic femoral prosthesis in TKA - present and future bioceramics and alternative bearings in joint arthroplasty. Steinkopff, 2007, pp. 123-132.

4. Laskin R. S. Tech Knee Surg. 2004, vol. 3, no. 3, pp. 187-192.

5. Pandorf T., Kuntz M. Bioceram Altern Bearings Joint Arthroplasty. 2007, pp. 137-143.

6. Sargeant A. Mater Des. 2007, vol. 28, no. 1, pp. 155-171.

7. Skinner H. B. Clin Orthop Relat Res. 1999, vol. 369, pp. 83-91.

8. Hannouche D. et al. Clin Orthop Relat Res. 2005, vol. 430, pp. 62-71.

9. Harms J., Mausle E. J. BiomedMater Res. 1979, vol. 13, no. 1, pp. 67-87.

10. Boutin P. La Presse Med. 1971, vol. 79, no. 14, pp. 639-640.

11. Langer G. Bioceramics in Joint Arthroplasty. 2002, pp. 128-130.

12. Oonishi H., Kim S. C., Kyomoto M. et al. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. 2005, vol. 74B, no. 2, pp. 754-759.

13. Semlitsch M., Lehmann M., Weber H. J. Biomed Mater Res. 1977, vol. 11, no. 4, pp. 537-552.

14. Oonishi H. et al. Bioceramics. 1991, vol. 3, pp. 137-145.

15. Heimke G., Leyen S., Willmann G. Biomaterials. 2002, vol. 23, no. 7, pp. 1539-1551.

16. Oonishi H. et al. Key engineering materials, CA. Palm Springs, 2002, pp. 499-502.

17. Oonishi H. Key Engineering Materials. 2001, vol. 218-220, pp. 479-482.

18. Oonishi H. et al. Key Eng Mater. 2001, vol. 192-195, pp. 999-1002.

19. Bal B. S., Oonishi H. Bioceramics in Joint Arthroplasty. 2003, pp. 135-136.

20. Yasuda K., Miyagi N., Kaneda K. Bull Hosp Jt. Dis. 1993, vol. 53, no. 2, pp. 15-21.

21. Akagi M. et al. J. Bone Joint Surg. Am. 2000, vol. 82-A, no. 11, pp. 1626-1633.

22. Boutin P. et al. J. Biomed Mater Res. 1988, vol. 22, no. 12, pp. 1203-1232.

23. Hannouche D. et al. Clin Orthop Relat Res. 2003, vol. 417, pp. 19-26.

24. Majima T. et al. Knee Surgery Sports Traumatology Arthroscopy. 2008, vol. 16, no. 2, pp. 152-156.

25. Chevalier J., Gremillard L. J. Eur. Ceram. Soc. 2009, vol. 29, no. 7, pp. 1245-1255.

26. Dearnley P. A. Proc. Inst. Mech. Eng. Part H-J Eng. Med. 1999, vol. 213, no. 2, pp. 107-135.

27. Roy M. E.. Whiteside L. A., Magill M. E. et al. Clin. Orthop. Relat. Res. 2011, vol. 469, no. 8, pp. 2337-2345.

28. Kul'kov S. N., Skripnyak V. A., Skripnyak E. G., Buyakova S. P. Sintez i svoystva nanokristallicheskikh i submikrostrukturnykh materialov [Synthesis and properties of nanocrystal and submicrostructural materials]. Tomsk: Izd-vo Tom. un-ta, 2007, pp. 232-328.

29. Basu B., Vleugels J., Van Der Biest O. Mater. Sci. and Eng. 2004, vol. A366, no. 2, pp. 338-347.

30. Clarke I. C. et al. J. Bone Joint Surg. Ser A. 2003, vol. 85, pp. 73-84.

31. Bal B. S. et al. J. Knee Surg. 2006, vol. 19, no. 2, pp. 89-93.

32. Bal B. S., Greenberg D. D., Aleto T. J. Bioceramics and Alternative Bearings Joint Arthroplasty. 2005, pp. 183-190.

33. Yoshimura M., Noma T., Kawabata K., Somiya S. J. Mater. Sci. Lett. 1987, vol. 6, no. 4, pp. 465-457.

34. Sato T., Shimada M. J. Am. Ceram. Soc. 1984, vol. 67, no. 10, pp. 212-213.

35. Sato T., Shimada M. J. Am. Ceram. Soc. 1985, vol. 68, no. 12, pp. 320-322.

36. Haraguchi K., Sugano N., Nishii T. et al. J. Bone Joint Surg. 2001, vol. 83, no. 7, pp. 996-1000.

37. Ries M. D. Semin. Arthroplasty. 2006, vol. 17, pp. 161-164.

38. Affatato S., Goldoni M., Testoni M., Toni A. Biomaterials. 2001, vol. 22, no. 7, pp. 717-723.

39. Affatato S., Testoni M., Cacciari G. L. et al. Biomaterials. 1999, vol. 20, no. 20, pp. 1925-1929.

40. Thompson I., Rawlings R. Biomaterials. 1990, vol. 11, no. 7, pp. 505-508.

41. Roualdes O., Duclos M. E., Gutknecht D. et al. Biomaterials. 2010, vol. 31, no. 8, pp. 2043-2054.

42. Willmann G., Von Chamier W., Pfaff H. G. et al. Key Eng. Mater. 2000, vol. 192, pp. 569-574.

43. Bahraminasab M., SahariK B. B., Edwards L. et al. Materials and Design. 2013, vol. 44, pp. 155-163.

44. Rack R., Pfaff H. G. 5th international CeramTec symposium Plochingen. Germany, 2000, pp. 141-145.

45. Sheth N. P., Lementowski P., Hunter G. et al. J. Surg. Orthop. Adv. 2008, vol. 17, no. 1, pp. 17-26.

46. Good V., Ries M., Barrack R. et al. J. Bone Joint Surg. Am. 2003, vol. 85-A, pp. 105110.

47. Hunter G., Dickinson J., Herb B. et al. J. ASTMInt. 2005, vol. 2, no. 7, pp. 409-422.

48. Davidson J. A. Clin. Orthop. 1993, vol. 294, pp. 361-378.

49. Hernigou P., Nogier A., Manicom O., Poignard A. Knee. 2004, vol. 11, no. 3, pp. 169172.

50. Sprague J., Salehi A., Tsai S. et al. Int. Soc. Technol. Arthoplasty. 2003, vol. 2, pp. 3136.

51. Bourne R. B., Barrack R., Rorabeck C. H. et al. Clin. Orthop. 2005, vol. 441, pp. 159167.

52. Good V., Ries M., Barrack R. L. et al. J. Bone Joint Surg. Am. 2003, vol. 85, no. 4, pp. 105-110.

53. Li M. G., Zhou Z. K., Wood D. J., Rohrl S. M., Ioppolo J. L., Nivbrant B. A RSA evaluation. Trans of the 52nd Orthop Res Soc. 2006, vol. 31, p. 643.

54. Ezzet K. A., Hermida J. C., Colwell Jr. et al. Clin. Orthop. Relat. Res. 2004, vol. 428, pp. 120-124.

55. Laskin R. S. Tech Knee Surg. 2004, vol. 3, no. 3, pp. 187-192.

56. White S. E., Whiteside L. A., McCarthy D. S. et al. Clin. Orthop. Relat. Res. 1994, vol. 309, pp. 176-184.

57. Laskin R. S. Tech. Knee Surg. 2007, vol. 6, pp. 220-226.

58. Spector B., Ries M. D., Bourne R. B. et al. J. Bone Joint Surg. Am. 2001, vol. 83-A, no. 2, pp. 80-86.

59. Patel A., Spector M. Biomaterials. 1997, vol. 18, no. 5, pp. 441-447.

60. DesJardins J. D., Burnikel B., LaBerge M. Wear. 2008, vol. 264, no. 3, pp. 245-256.

61. Innocenti M., Civinini R., Carulli C. et al. Clin Orthopaed Relat ResR. 2010, vol. 468, no. 5, pp. 1258-1263.

62. Yan Y., Han Y. Surf Coat Technol. 2007, vol. 201, pp. 5692-5695.

Митрошин Александр Николаевич

доктор медицинских наук, профессор, директор, Медицинский институт, Пензенский государственный университет

E-mail: an-mitroshin@mail.ru

Mitroshin Aleksandr Nikolaevich Doctor of medical sciences, professor, director of Medical Institute, Penza State University

Космынин Дмитрий Алексеевич ассистент, кафедра травматологии ортопедии и военно-экстремальной медицины, Медицинский институт, Пензенский государственный университет

E-mail: kosmynin86@mail.ru

Kosmynin Dmitriy Alekseevich Assistant, sub-department of traumatology, orthopedics and military medicine, Medical Institute, Penza State University

УДК 616.77 Митрошин, А. Н.

Керамика как материал выбора в эндопротезировании коленного сустава / А. Н. Митрошин, Д. А. Космынин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. - 2016. - № 1 (37). -С. 98-110.