Поперечно-связанный сверхвысокомолекулярный полиэтилен -перспективный материал в эндопротезировании суставов

литературы

Поперечно-связанный сверхвысокомолекулярный полиэтилен -перспективный материал в эндопротезировании суставов

А.В. Балберкин, Х.С. Дустов, А.Ф. Колондаев

ФГБУ ЦИТО им. Н.Н. Приорова, г.Москва, Россия

Обзорная статья посвящена анализу использования в эндопротезировании суставов нового перспективного износостойкого материала - поперечно-связанного сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Возрастающее число операций замены эндопротезов, необходимость внедрения эндопротезирования у молодых, трудоспособных лиц делают всё более актуальным совершенствование дизайна эндопротезов, в частности - внедрение износостойких материалов. Авторами приводятся исторические аспекты создания и усовершенствования поперечно-связанного СВМПЭ, кратко и в доступной форме рассматриваются некоторые технические детали, позволяющие понять преимущества и недостатки разных модификаций. На основании рассмотрения значительного числа литературных источников, даётся критический анализ клинического применения первого поколения поперечно-связанного СВМПЭ, обосновывается необходимость широкого внедрения в клиническую практику эндопротезов, имеющих в узле трения усовершенствованное, второе поколение этого перспективного материала.

Ключевые слова: эндопротезирование суставов, сверхвысокомолекулярный полиэтилен

Эндопротезирование тазобедренного и коленного суставов в настоящее время превратилось в одно из наиболее частых ортопедических вмешательств. Так, в США, по расчётам Kurtz S.M. с соавт., ежегодно выполняется более 900 тысяч таких операций, причём к 2030 году прогнозируется увеличение числа эндо-протезирований как минимум до 4 млн.: тазобедренного сустава - в 2,7 раза, коленного - в 7,7 раза [1].

Несмотря на то, что этот вид высокотехнологичной ортопедической помощи становится всё более доступным, почти теми же темпами увеличивается число осложнений, вызывающих необходимость в выполнении дорогостоящих, чреватых новыми осложнениями, нередко неоднократных ревизионных эндопротезирований. По данным Bozic K.J. с со-авт., ревизионное вмешательство на тазобедренном суставе, по сравнению с первичным, сопровождается в 2,6 раза большей кровопотерей, на 1/3 более высоким риском осложнений, и требует на 30% больших расходов медицинского учреждения [2]. Пятилетняя выживаемость эндопротезов тазобедренного сустава, по результатам анализа данных системы Medicare США за 1997-2006 годы, при первичном эндопротезировании составила 95,9%, ревизионном - всего 81% [3]. Число ревизионных операций в США к 2030 году при сохранении существующих тенденций может возрасти для тазобедренного сустава в 2,4 раза, коленного - в 7 раз, резко увеличивая

временную и стойкую нетрудоспособность и ложась тяжёлым бременем как на бюджеты всех уровней, так и плечи пациентов [1]. Аналогичны эти показатели и для других стран [4].

Одна из главных причин, вызывающих необходимость в реэндопротезировании - асептическая нестабильность имплантатов, к которой приводит накопление продуктов износа узла трения с последующим развитием остеолиза окружающего ложа. Помимо собственно нестабильности, выраженный перипротезный остеолиз вызывает существенные трудности в ходе ревизионных операций и резко ухудшает результаты лечения.

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) был запущен в промышленное производство в 50-е годы XX века фирмой ВиЬгсЬетне АС, а уже в 1962 году сэр _1.СЬагп!еу положил начало успешному клиническому внедрению «низкофрикционной артропластики» использованием СВМПЭ в узлах эндопротезов [5].

Вплоть до конца XX века пары трения, включавшие СВМПЭ, считались «золотым стандартом» эндопротезирования [6]. Но с годами всё более явным образом стал вырисовываться главный недостаток СВМПЭ по сравнению с конкурирующими материалами -склонность к сравнительно быстрому изнашиванию,

НАУЧНО-МЕДИЦИНСКИЙ ЖУРНАЛ «ВЕСТНИК АВИЦЕННЫ» ,

ТАДЖИКСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО МЕДИЦИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ИМЕНИ АБУАЛИИБНИСИНО ТЛг

I Обзор литературы

что вызывало развитие остеолиза и нестабильность имплантата [7]. Особенно актуальной эта проблема оказалась для физически активных, трудоспособных лиц в возрасте до 50-60 лет, результаты эндопротези-рования у которых резко уступали пожилым [8].

Начиная с 90-х годов XX века, СВМПЭ в паре трения эндопротезов тазобедренного сустава стал вытесняться более износостойкими материалами

- кобальтовыми сплавами и керамикой. В ведущих зарубежных клиниках к середине первого десятилетия XXI века лишь половина всех имплантированных эндопротезов тазобедренного сустава имела

в составе узла трения традиционный СВМПЭ, а у лиц моложе 65 лет он уже почти не использовался [2]. Обычный СВМПЭ до сих пор остается ведущим компонентом пары трения эндопротезов коленного сустава, однако анализ динамики числа реэндо-протезирований свидетельствует о существенном ускорении его роста в первом десятилетии XXI века и необходимости срочного решения этой неотложной проблемы [9, 10].

Высокотехнологичные разработки последних двух десятилетий позволили сперва существенно улучшить качество, надежность СВМПЭ, а затем и модифицировать этот материал, превратив его структуру из линейной в поперечно-связанную,что обеспечило большую долговечность и предсказуемость, дав надежды на стабильные отдалённые результаты эндопротезирования и резкое сокращение числа ревизионных операций.

Поперечно-связанный СВМПЭ в эндопротезирова-нии. СВМПЭ - двухфазный полимерный материал, имеющий молекулярный вес не менее 3 млн. г/ моль, обладающий выраженными вязкоэластичными свойствами и включающий как кристаллическую, так и аморфную фазы. Наиболее распространённые в медицине марки СВМПЭ имеют молекулярный вес от 4 млн. г/моль до 6 млн. г/моль. Кристаллическая фаза представлена пластинками шириной 10-50 нм и длиной 10-50 мкм, образованными молекулами СВМПЭ. Её содержание в материале может довольно сильно колебаться, влияя на прочностные свойства. Аморфная фаза состоит из сверхдлинных молекулярных цепей, причём наличие поперечных связей между молекулами и величина молекулярного веса определяют устойчивость к износу [11].

Выпуск СВМПЭ различными производителями к настоящему времени в значительной мере унифицирован. Как основные характеристики материала, так и параметры его испытаний определяются общепринятыми стандартами ISO (Международная организация стандартизации) и ASTM (Международное американское общество тестирования материалов) [12].

Полиэтилен производится из доступного мономера

- этилена. После полимеризации этилена и обра-

зования микрогранул линейного СВМПЭ необходимого молекулярного веса, однородную массу для последующей обработки получают по одной из двух основных технологий - поршневой экструзии или формовки под давлением. При них в процессе разогревания и компрессии в бескислородной среде образуется однородный СВМПЭ в виде стержней или листов. Различия в свойствах традиционного СВМПЭ, полученного этими методами, незначительны. Последующие обработка материала и изготовление из него изделий происходят с использованием сложного современного оборудования, обеспечивающего стабильно высокое качество [12].

С широким внедрением метода стерилизации СВМПЭ гамма-излучением в 70-е - 80-е годы XX столетия было обнаружено, что скорость изнашивания облучённого в воздухе дозами 2,5-4 Мрад интактного материала in vitro и в первые годы эксплуатации in vivo примерно вдвое ниже, чем традиционного СВМПЭ, стерилизованного этиленоксидом или низкотемпературной плазмой, вследствие образования сравнительно небольшого количества поперечных связей между молекулами аморфной фазы полиэтилена [12,13].

Учитывая высокую стоимость производства поперечно-связанного полиэтилена с использованием источников лучевой энергии, была предпринята попытка разработки дешёвого поперечно-связанного медицинского СВМПЭ химическим путём, в первую очередь - по силановой технологии. Однако этот способ производства приводил к наличию в продукте неудалимых остаточных примесей кремнийсодержащих соединений, что сделало невозможным его массовый выпуск, хотя первые клинические результаты оказались весьма обнадёживающими [14].

Так, по данным Wroblewski B.M. с соавт., среди 17 пациентов, которым было выполнено эндопротези-рование тазобедренного сустава с использованием в узле трения поперечно-связанного СВМПЭ, полученного химическим путём, через 15-18 лет после операции случаев остеолиза ложа имплантатов не было, все эндопротезы оставались стабильными, а суммарная величина износа вкладышей составляла всего 0,1-0,4 мм, почти на порядок меньше износа традиционного СВМПЭ в контрольной группе [15].

Проведённые обширные исследования по облучению СВМПЭ в широком диапазоне доз гамма- или электронного излучения (от 4 Мрад до 20 Мрад) позволили выявить их оптимальный диапазон (5-10 Мрад), позволяющий получить наилучшие значения содержания поперечных связей, соотношений прочностных и трибологических параметров [10,12].

Разработка технологического процесса, включающего этап обработки СВМПЭ гамма- или электронным

ситета ____

имени абуали ибни сино Литератур

излучением, позволила начать с 1998 года активное клиническое внедрение поперечно-связанного СВМПЭ первого поколения в эндопротезирование [10, 12].

Воздействие на традиционный СВМПЭ гамма-лучами с целью получения поперечно-связанного - многочасовой этапный процесс, позволяющий добиться однородного распределения поглощённой дозы по всему объёму материала. Облучение электронами происходит за один этап и занимает немного (минуты) времени, однако поглощение дозы происходит неравномерно, в большей степени в поверхностных слоях, что ограничивает возможный размер обрабатываемых изделий [12].

Облучение СВМПЭ сопровождается образованием свободных радикалов, ковалентно связывающих между собой углеродные атомы разных молекулярных цепей, что принципиально меняет структуру СВМПЭ, превращая её из линейной в поперечно-связанную. Определённое количество свободных радикалов, не участвующих в химической реакции, остаётся по завершении процесса в кристаллической фазе и, при наличии растворённого в материале (или диффундирующего впоследствии из воздуха in vitro или тканей in vivo) кислорода, приводит к формированию весьма реактогенных соединений - кетонов, карбоновых кислот и гидропероксидов, разрушающих полимер [16].

Для удаления оставшихся в кристаллической фазе свободных радикалов проводится длительное нагревание полученного материала чуть ниже (отжиг, или прокаливание, при 1200 - 1360) либо выше точки плавления (расплавление при 1500 - 1550) в бескислородной среде. В первом случае в полимере остаётся небольшое количество свободных радикалов (менее 10%), однако прочностные свойства, по сравнению с обычным СВМПЭ, стерилизованным гамма-лучами, меняются мало. Во втором случае удаётся добиться полной элиминации свободных радикалов, но механические свойства полиэтилена вследствие переплавки меняются не в лучшую сторону, хотя и остаются выше минимально допустимых стандартами уровней [12,17,18].

Экспериментальные исследования и клинический опыт применения традиционного СВМПЭ, стерилизованного гамма-лучами в присутствии кислорода воздуха, позволили выявить крайне негативное влияние свободно-радикального окисления этого материала на отдалённые результаты эндопротези-рования. Ухудшение прочностных свойств и быстрое изнашивание СВМПЭ удалённых вследствие нестабильности через 11 лет после операции эндопротезов тазобедренного сустава высоко коррелировали со степенью его окисления [19]. Нарушение микроструктуры, ведущее к поверхностному отслаиванию вкладышей эндопротезов коленного сустава и

растрескиванию в участках их импинджмента - тазобедренного, в наибольшей степени происходило в участках, подвергшихся окислению [16, 20, 21]. Напротив, обработка СВМПЭ гамма-излучением не в воздухе, а бескислородной среде, стерилизация этиленоксидом или холодной плазмой ограничивали свободно-радикальное окисление и улучшали отдалённые результаты операций [6].

Борьбе со свободно-радикальным окислением при разработке и производстве поперечно-связанного СВМПЭ и оценке влияния этого неблагоприятного фактора на свойства материала было уделено повышенное внимание.

При изучении влияния окисления при повышенной температуре и высоком давлении кислорода (искусственного состаривания), и эксплуатации in vivo в течение первых лет после операции, на механические свойства и индекс окисления поперечно-связанного СВМПЭ первого поколения, было обнаружено, что материал, изготовленный путём нагревания ниже точки плавления, в отличие от переплавленного, подвергался заметному окислению и снижению прочностных характеристик [17,18]. Анализ удалённых в ранние и средние сроки после операций эндопротезов показал постепенное нарастание индекса окисления. По данным тех же авторов, почти все эксплуатировавшиеся от 4 до 8 лет ацетабулярные вкладыши из непереплавленного поперечно-связанного СВМПЭ, имели индекс окисления существенно выше допустимого стандартами ASTM. В наибольшей степени окисление затрагивало край вкладышей, имевший контакт с окружающими тканями, тогда как отделы, соприкасающиеся с головкой и чашей эндопротеза, характеризовались допустимым стандартами невысоким его уровнем, вплоть до 8 лет после операции. Износ или растрескивание материала в эти сроки после операций зависели только от перегрузок (при импинджменте или неоднократных вывихах) и не были связаны со степенью окисления [17,18].

При применении эндопротезов тазобедренного сустава, включавших в свой состав вкладыши из поперечно-связанного СВМПЭ первого поколения, клинические результаты и осложнения в ранние и средние сроки после операций также зависели преимущественно не от степени окисления или даже непосредственно величины износа этого материала, а недостатков дизайна ацетабулярных компонентов и дефектов их имплантации [10,22].

Тем не менее, опыт эксплуатации традиционного СВМПЭ однозначно предсказывает отрицательное влияние повышенного окисления некоторых марок имплантированного поперечно-связанного СВМПЭ первого поколения на отдалённые результаты эндо-протезирования в будущем.

НАУЧНО-МЕДИЦИНСКИЙ ЖУРНАЛ «ВЕСТНИК АВИЦЕННЫ» ,

ТАДЖИКСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО МЕДИЦИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ИМЕНИ АБУАЛИИБНИСИНО ТЛг

I Обзор литературы

Модификация структуры СВПМЭ путём образования ковалентных поперечных связей между молекулами привела к существенному изменению его механических и трибологических свойств.

Как в стендовых испытаниях, так и по данным рентгенстереометрического анализа in vivo, скорость изнашивания поперечно-связанного СВМПЭ первого поколения в узлах трения эндопротезов, по сравнению с традиционным СВМПЭ, снизилась почти на порядок (до 0,008 - 0,063 мм в год, в клинических условиях). Износ зависел от дозы облучения, полученной материалом при изготовлении, и был минимален для 10 Мрад.

В отличие от традиционного СВМПЭ, величина линейного износа поперечно-связанного не нарастает по мере уменьшения толщины вкладыша. В результате появилась возможность увеличить диаметр головок эндопротезов тазобедренного сустава, что в итоге многократно снизило риск вывихов в послеоперационном периоде и улучшило функциональные результаты операций [23,24].

Клинические и рентгенологические результаты, приводимые большим числом авторов, свидетельствуют о резком сокращении риска перипротезного остеолиза и тенденции к уменьшению частоты асептической нестабильности, по сравнению с импланта-тами, включающими в состав пары трения обычный СВМПЭ, в сроки до 10 лет после эндопротезирова-ния тазобедренного сустава [10,25,26].

С другой стороны, поперечно-связанный СВМПЭ первого поколения не имел столь серьёзного преимущества при наличии в паре трения металлического или керамического компонента с повреждённой поверхностью, попадании в узел эндопро-теза абразивных продуктов износа. Исследование прочностных характеристик различных марок поперечно-связанного СВМПЭ, подвергшегося переплавке в ходе изготовления, выявило уменьшение предельной разрушающей нагрузки на 15-40%. Коэффициент устойчивости к образованию трещин также был снижен приблизительно вдвое. Материал, изготовленный путём нагревания ниже точки плавления, обладал механическими свойствами, близкими к традиционному СВМПЭ, стерилизованному облучением. Но его характеристики неуклонно ухудшались по мере окисления [10,17,27].

Учитывая отсутствие значительных преимуществ поперечно-связанного СВМПЭ первого поколения перед традиционным при воздействии однонаправленных нагрузок и возможность его поверхностного отслаивания, обнаруженные при стендовых испытаниях и исследовании износа тибиальных вкладышей in vivo, воспрепятствовали широкому внедрению этого материала при эндопротезировании коленного сустава в первом десятилетии XXI века [10,28,29].

Попытка применения нового материала в ацета-булярных компонентах со старыми принципами дизайна на рубеже XX и XXI веков в ряде случаев сопровождалась повышенным риском осложнений. Так, некоторыми авторами сообщалось о возможности переломов антилюксационных козырьков тонких (менее 5 мм) вкладышей, подверженных наибольшим нагрузкам, особенно в случаях импинджмента. Фрагментация вкладышей могла вызываться фиксацией их в ацетабулярном компоненте с помощью пазов или прорезей, являющихся концентраторами нагрузок, и, аналогичным образом, наличием в чаше грубых отверстий под винты либо, в ещё большей степени, выстоянием головок винтов при их миграции или неплотном вкручивании [30,31].

Ошибки в установке эндопротезов также повышали риск повреждения поперечно-связанного СВМПЭ первого поколения. К растрескиванию и переломам края вкладыша могли приводить увеличенный (более 550) угол наклона ацетабулярной чаши, ре-троверсия или избыточная её антеверсия, ведущие к импинджменту. Имеется сообщение о быстром (в течение первого года) разрушении тонкого ацетабу-лярного вкладыша при его неплотной имплантации в ходе установки эндопротеза [32].

Учёт свойств поперечно-связанного СВМПЭ при последующей разработке эндопротезов позволил резко снизить риск его разрушения в ходе эксплуатации [33]. В результате, по данным Kurtz S.M. с соавт., частота переломов края тонких ацетабулярных вкладышей снизилась до 1:6000 [22].

Анализ накопленных клинических и экспериментальных данных привёл к разработке и выпуску с 2005 - 2007 годов всеми основными производителями поперечно-связанного СВМПЭ второго поколения, сочетающего в себе положительные характеристики различных марок первых генераций.

Отказ от нагревания выше точки плавления позволил сохранить прочностные характеристики, близкие к традиционному СВМПЭ, стерилизованному облучением в бескислородной среде. Для удаления свободных радикалов, образующихся в ходе изготовления материала, в настоящее время используются два основных метода [12].

С 2005 года при производстве эндопротезов внедрён технологический процесс, основанный на облучении с последующим нагреванием СВМПЭ ниже точки плавления, в 3 этапа и газоразрядной стерилизацией. Поперечно-связанный СВМПЭ второго поколения, полученный таким способом, обладает значительно лучшими прочностными и трибологиче-скими характеристиками, чем поперечно-связанный СВМПЭ первого поколения, и при этом содержит минимальный остаточный уровень свободных ради-

ситета ____

имени абуали ибни сино Литератур

калов (менее 1%), не приводящий к последующему значимому окислению in vitro и in vivo.

Его высокие стойкость к адгезионному износу, устойчивость к абразивному изнашиванию и поверхностному отслаиванию позволяют снизить риск разрушения при наличии повреждённых поверхностей узлов трения эндопротезов, а также дают возможность использования в эндопротезировании коленного сустава [34].

Клинические результаты эндопротезирования тазобедренного сустава в средние сроки после операций подтвердили данные стендовых испытаний. Так, Sayeed S.A. с соавт. отметили незначительные величины износа вкладышей (0,0002-0,0007 мм в год), отсутствие случаев их разрушения даже при минимальной толщине, 3,8 мм, что сопровождалось 100% выживаемостью имплантатов и отличными функциональными результатами [33].

По данным Harwin S.F. с соавт., анализ ранних результатов эндопротезирования коленного сустава с применением поперечно-связанного СВМПЭ второго поколения у 668 пациентов показал минимальные значения износа и отсутствие случаев повреждения этого материала, не было отмечено признаков пери-протезного остеолиза [35].

Другое направление работ по созданию поперечно-связанного СВМПЭ второго поколения основано на включении в состав материала антиоксидантов, позволяющих связывать свободные радикалы и предотвращать окисление в течение всего периода его эксплуатации.

Известно, что добавление в состав СВМПЭ небольших количеств витамина Е (альфа-токоферола) позволяет улучшить его механические и трибологи-ческие характеристики [36]. Доступность и доказанное отсутствие отрицательного локального влияния витамина Е на ткани дали основание разработать и внедрить в эндопротезирование, начиная с 2007 года, поперечно-связанный СВМПЭ второго поколения, содержащий этот фармпрепарат [27].

Введённый в СВМПЭ до начала облучения витамин Е элиминирует образующиеся свободные радикалы. Однако концентрация препарата более 0,3%-0,5% препятствует образованию поперечных связей. Поэтому в материале, изготовленном этим способом, содержится 0,05% - 0,1% витамина Е. Этого количества альфа-токоферола достаточно, чтобы полностью исключить наличие остаточных свободных радикалов и предотвратить окисление в первый период эксплуатации материала, однако последующий процесс окисления в агрессивных условиях, по крайней мере при исследовании in vitro, полностью предотвращался не всегда [27, 37].

Разработанный и внедрённый в последнее время метод диффузии витамина Е при повышенной температуре, в сочетании с многочасовой гомогенизацией, в уже изготовленный поперечно-связанный СВМПЭ позволяет получить высокое содержание препарата, особенно в поверхностных слоях, наиболее подверженных окислению при эксплуатации in vivo [38].

Поперечно-связанный СВМПЭ, содержащий витамин Е, характеризуется на порядок меньшей величиной адгезионного износа, по сравнению с обычным гамма-стерилизованным СВМПЭ. Добавление при исследованиях in vitro в узел трения частиц костного цемента увеличивало скорость изнашивания, однако её величина оставалась на 75% меньше, чем у традиционного СВМПЭ. Материал обладает более чем на треть повышенной устойчивостью к образованию трещин, по сравнению с поперечно-связанным СВМПЭ первого поколения, приближаясь к показателям, характерным для традиционного ВМПЭ. В работе Oral E. с соавт., ацетабулярные вкладыши толщиной 3,7 мм, подвергнутые длительным циклическим перегрузкам в условиях смоделированного импинджмента, показали высокую устойчивость к изнашиванию и отсутствие случаев переломов [39].

Существенно улучшенные прочностные и трибологи-ческие характеристики дали основание для более широкого внедрения, начиная с 2008 года, поперечно-связанного СВМПЭ второго поколения с витамином Е при эндопротезировании коленного сустава.

При испытаниях in vitro, износ тибиального вкладыша был снижен на 90%, а после искусственного со-старивания - на 94%, по сравнению с традиционным СВМПЭ [40]. По данным Stoller A.P. с соавт., полученным в ходе стендовых испытаний, данный материал устойчив к отслаиванию и выдерживает повышенные нагрузки, приходящиеся на задний стабилизатор тибиального компонента [41].

Полувековая история применения СВМПЭ в эндо-протезировании сопровождалась глубоким изменением представлений о природе и биосовместимости этого материала. Накопленный многолетний клинический опыт позволил выявить достоинства и недостатки его ранних модификаций, а постоянное совершенствование технологий изготовления, стерилизации и хранения позволило существенно улучшить ранние и среднесрочные результаты оперативных вмешательств. Тем не менее, выраженный износ традиционного полиэтилена в отдалённые сроки приводил к нестабильности имплантата и остеолизу окружающей костной ткани, резко ухудшая эффективность эндопротезирования и препятствуя его широкому использованию у лиц молодого, трудоспособного возраста.

На протяжении последних десятилетий процесс усовершенствования материалов, используемых

ГЛ^пглгл НАУЧНО-МЕДИЦИНСКИЙ жУРНАЛ «ВЕСТНИК АВИЦЕННЫ»

обзор ТАДЖИКСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО МЕДИЦИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

литературы ИМЕНИ АБУАЛИ ИБНИ СИНО

в производстве эндопротезов, становился все более мультидисциплинарным, основанным на применении новейших технологий. Это позволило разработать и внедрить ряд модификаций СВМПЭ, наиболее успешным из которых оказался поперечно-связанный.

Анализ опыта клинического применения, начиная с 1998 года, поперечно-связанного СВМПЭ первого поколения дал возможность быстро выявить и устранить многие его недостатки в вошедшем в клиническую практику с 2005 года втором поколении этого материала. Как показали многочисленные исследования, проведённые с соблюдением жёстких стандартов ISO и ASTM, компоненты узлов трения эндопротезов тазобедренного и коленного суставов, изготовленные из поперечно-связанного СВМПЭ второго поколения, обладают значительно лучшими механическими и трибологическими характеристиками, по сравнению с материалом первого поколения. В настоящее время поперечно-связанный сверхвысокомолекулярный полиэтилен второго поколения начинает внедряться при эндопротези-ровании плечевого, локтевого и других суставов.

Вкупе с экспериментальными данными, первые результаты использования этого материала в клинических условиях воодушевляют и заставляют с оптимизмом смотреть в будущее эндопротезирования.

Тем не менее, не следует забывать, что в эндопро-тезировании суставов клинические результаты определяются не только совершенством применяемых имплантатов, но, во многом, умением и ответственностью, опытом хирурга.

Таким образом, только системный подход при широком внедрении эндопротезирования, включающий организацию обучения врачей и медсестёр, налаживание системы реабилитационных мероприятий, медико-социальной экспертизы и трудоустройства пациентов может обеспечить высокую эффективность этой высокотехнологичной операции, снизить число осложнений и принести наибольший медико-социальный эффект.

ЛИТЕРАТУРА

1. Kurtz S. Projections of primary and revision hip and knee arthroplasty in the United States from 2005 to 2030 / S. Kurtz, K. Ong, E. Lau [et al.] // J. Bone Joint Surg. Am. - 2007. - Vol. 89. - No. 4. - P. 780-785

2. Bozic K.J. The epidemiology of bearing surface usage in total hip arthroplasty in the United States / Bozic K.J., Kurtz S., E/ Lau [et al.] // J. Bone Joint Surg. Am. - 2009. - Vol. 91. - No. 7. - P. 1614-1620

3. Ong K.L. Risk of subsequent revision after primary and revision total joint arthroplasty / Ong K.L., Lau E., Suggs J., [et al.] // Clin. Orthop. Relat. Res. - 2010. -Vol. 468. - P. 3070-3076

4. Falbrede I. Verwendungsraten von Prothesen der unteren Extremität in Deutschland und der Schweiz Ein Vergleich der Jahre 2005-2008 / Falbrede I., Widmer M., Kurtz S. [et al.] // Der Orthopade. -2011. - Vol. 40. - No. 9. - P. 793-801

5. Charnley J. Present status of total hip replacement // Ann. Rheum. Dis. - 1971. - Vol. 30. - No. 6. - P. 560564

6. Engh C.A. Conventional ultra-high molecular weight polyethylene: a gold standard of sorts / Engh C.A., Sychterz C.J., Engh C.A. Jr. // Instr. Course Lect. -2005. Vol. 54. - P. 183-187

7. Willert H.G. Reactions of the articular capsule to wear products of artificial joint prostheses / Willert H.G., Semlitsch M. // J. Biomed. Mater. Res. - 1977. -Vol. 11. - No. 2. - P. 157-164

8. Puolakka T. Cementless total hip prostheses and polyethylene liner wear. Academic dissertation. University of Tampere / Puolakka T. - 2003. - 85 p.

9. Kurtz S.M. Future young patient demand for primary and revision joint replacement: national projections from 2010 to 2030 / Kurtz S.M., Lau E., Ong K. [et al.] // Clin. Orthop. Relat. Res. - 2009. - Vol. 467. - P. 26062612

10. Kurtz S.M. History and systematic review of wear and osteolysis outcomes for first-generation highly crosslinked polyethylene / Kurtz S.M., Gawel H.A., Patel J.D. // Clin. Orthop. Relat. Res. - 2011. - Vol. 469. - P. 2262-2277

11. Brach Del Prever E.M. UHMWPE for arthroplasty: past or future? / Brach Del Prever E.M., Bistolfi A., P.Bracco, L.Costa // J. Orthopaed. Traumatol. - 2009. - Vol. 10. - P. 1-8.

12. Kurtz S.M. ed. UHMWPE Biomaterials Handbook, Second Edition: Ultra High Molecular Weight Polyethylene in Total Joint Replacement and Medical Devices. Elsevier Academic Press. - 2009. -543 р.

13. Hopper R.H. Jr. Effect of terminal sterilization with gas plasma or gamma radiation on wear of

ситета ____

имени абуали ибни сино Литератур

polyethylene liners / Hopper R.H. Jr., Young A.M., Orishimo K.F., Engh C.A. Jr. // J. Bone Joint Surg. Am.

- 2003. - Vol. 85-A. - No. 3. - P. 464-468

14. Sakoda H. A comparison of the wear and physical properties of silane cross-linked polyethylene and ultra-high molecular weight polyethylene / Sakoda H., Voice A.M., McEwen H.M. [et al.] // J. Arthroplasty.

- 2001. - Vol. 16. - No. 8. - P. 1018-1023

15. Wroblewski B.M. Low-friction arthroplasty of the hip using alumina ceramic and cross-linked polyethylene. A 17-year follow-up report / Wroblewski B.M., Siney P.D., Fleming P.A. // J. Bone Joint Surg. Br. - 2005. - Vol. 87. - No. 9. - P. 1220-1221

16. Medel F.J. Gamma inert sterilization: a solution to polyethylene oxidation? / Medel F.J., Kurtz S.M., Hozack W.J. [et al.] // J. Bone Joint Surg. Am. - 2009.

- Vol. 91. - No. 4. - P. 839-849

17. Collier J.P. Comparison of cross-linked polyethylene materials for orthopaedic applications / Collier J.P., Currier B.H., Kennedy F.E. [et al.] // Clin. Orthop. Relat. Res. - 2003. - Vol. 414. - P. 289-304

18. MacDonald D. Do first-generation highly crosslinked polyethylenes oxidize in vivo? / MacDonald D., Sakona A., lanuzzi A. [et al.] // Clin. Orthop. Relat. Res.

- 2011. - Vol. 469. - P. 2278-2285.

19. Kurtz S.M. Degradation of mechanical properties of UHMWPE acetabular liners following long-term implantation / Kurtz S.M., Hozack W., Marcolongo M. [et al.] // J. Arthroplasty. - 2003. - Vol. 18. - No. 7. -Suppl. 1. - P. 68-78

20. Birman M.V. Cracking and impingement in ultra-high-molecular-weight polyethylene acetabular liners / Birman M.V., Noble P.C., Conditt M.A. [et al.] // J. Arthroplasty. - 2005. - Vol. 20. - No. 7. - Suppl. 3. - P. 87-92

21. Medel F.J. On the assessment of oxidative and microstructural changes after in vivo degradation of historical UHMWPE knee components by means of vibrational spectroscopies and nanoindentation / Medel F.J., Rimnac C.M., Kurtz S.M. // J. Biomed. Mater. Res. A. - 2009. - Vol. 89. - No. 2. - P. 530-538

22. Kurtz S.M. Reasons for revision of first-generation highly cross-linked polyethylenes / Kurtz S.M., Medel F.J., MacDonald D.W. [et al.] // J. Arthroplasty. - 2010.

- Vol. 25. - No. 6. - Suppl. - P. 67-74

23. Lachiewicz P.F. Femoral head size and wear of highly cross-linked polyethylene at 5 to 8years / Lachiewicz P.F., Heckman D.S., Soileau E.S. [et al.] // Clin. Orthop. Relat. Res. - 2009. - Vol. 467. - P. 3290-3296

24. Muratoglu O.K. Larger diameter femoral heads used in conjunction with a highly cross-linked ultra-high molecular weight polyethylene: a new concept / Muratoglu O.K., Bragdon C.R., O'Connor D. [et al.] // J. Arthroplasty. - 2001. - Vol. 16. - No. 8. - Suppl. 1. - P. 24-30.

25. Lee J.H. Midterm results of primary total hip arthroplasty using highly cross-linked polyethylene: minimum 7-year follow-up study / Lee J.H., Lee B.W., Lee B.J., Kim S.Y. // J. Arthroplasty. - 2011. - Vol. 26. No. 7. - P. 1014-1019

26. Leung S.B. Incidence and volume of pelvic osteolysis at early follow-up with highly cross-linked and noncross-linked polyethylene / Leung S.B., Egawa H., Stepniewski A. [et al.] // J. Arthroplasty. - 2007. - Vol. 22. - No. 6. - Suppl. 2. - P. 134-139

27. Bracco P. Vitamin E-stabilized UHMWPE for total joint implants: a review / Bracco P., Oral E. // Clin. Orthop. Relat. Res. - 2011. - Vol. 469. - P. 2286-2293

28. Huot J.C. Evaluating the suitability of highly cross-linked and remelted materials for use in posterior stabilized knees / Huot J.C., Van Citters D.W., Currier J.H. [et al.] // J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. - 2010. - Vol. 95. - No. 2. - P. 298-307

29. Lachiewicz P.F. The use of highly cross-linked polyethylene in total knee arthroplasty / Lachiewicz P. F., Geyer M.R. // J. Am. Acad. Orthop. Surg. - 2011. -Vol. 19. - No. 3. - P. 143-151

30. Duffy G.P. Fracture of a cross-linked polyethylene liner due to impingement / Duffy G.P., Wannomae K.K., Rowell S.L., Muratoglu O.K. // J. Arthroplasty. -2009. - Vol. 24. - No. 1. - P. 158.e15-158.e19

31. Tower S.S. Rim cracking of the cross-linked longevity polyethylene acetabular liner after total hip arthroplasty / Tower S.S., Currier J.H., Currier B.H. [et al.] // J. Bone Joint Surg. Am. - 2007. - Vol. 89. - No. 10. - P. 2212-2217

32. Moore K.D. Early failure of a cross-linked polyethylene acetabular liner. A case report / Moore K.D., Beck P.R., Petersen D.W., [et al.] // J. Bone Joint Surg. Am. - 2008. - Vol. 90. - No. 11. - P. 2499-2504

33. Sayeed S.A. Early outcomes of sequentially cross-linked thin polyethylene liners with large diameter femoral heads in total hip arthroplasty / Sayeed S.A., Mont M.A., Costa C.R., [et al.] // Bull. NYU Hosp. Jt. Dis. - 2011. - Vol. 69. - Suppl. 1. - S90-94

34. Wang A. A Highly Crosslinked UHMWPE for CR and PS Total Knee Arthroplasties / Wang A., Yau S.-S., Essner A., [et al.] // J. Arthroplasty. - 2008. - Vol. 23. -No. 4. - P. 559-566

35. Harwin S.F. Early experience with a new total knee implant: maximizing range of motion and function with gender-specific sizing / Harwin S.F., Greene K.A., Hitt K. // Surg. Technol. Int. - 2007. - Vol. 16. - P. 199-205

36. Tomita N. Prevention of fatigue cracks in ultrahigh molecular weight polyethylene joint components by the addition of vitamin E / Tomita N., Kitakura T., Onmori N., [et al.] // J. Biomed. Mater. Res. - 1999. -Vol. 48. - No. 4. - P. 474-478

Обзор литературы

НАУЧНО-МЕДИЦИНСКИЙ ЖУРНАЛ «ВЕСТНИК АВИЦЕННЫ» ЛК^

ТАДЖИКСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО МЕДИЦИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ИМЕНИ АБУАЛИИБНИСИНО ТЛг

37. Rowell S.L. Comparative oxidative stability of a-tocopherol blended and diffused UHMWPEs at 3 years of real-time aging / Rowell S.L., Oral E., Muratoglu O.K. // J. Orthop. Res. - 2011. - Vol. 29. -No. 5. - P. 773-780

38. Oral E., Wannomae K.K., Rowell S.L., Muratoglu O.K. Diffusion of vitamin E in ultra-high molecular weight polyethylene // Biomaterials. - 2007. - Vol. 28. - No. 35. - P. 5225-5237

39. Oral E. Wear resistance and mechanical properties of highly cross-linked, ultrahigh-molecular weight polyethylene doped with vitamin E / Oral E., Christensen S.D., Malhi A.S., [et al.] // J. Arthroplasty. - 2006. - Vol. 21. - No. 4. - P. 580-591

40. Micheli B.R. Knee simulator wear of vitamin E stabilized irradiated ultrahigh molecular weight polyethylene / Micheli B.R., Wannomae K.K., Lozynsky A.J., [et al.] // J. Arthroplasty. - 2012. - Vol. 27. - No. 1. - P. 95-104

41. Stoller A.P. Highly crosslinked polyethylene in posterior-stabilized total knee arthroplasty: in vitro performance evaluation of wear, delamination, and tibial post durability / Stoller A.P., Johnson T.S., Popoola O.O., [et al.] // J. Arthroplasty. - 2011. - Vol. 26. - No. 3. - P. 483-491

АДРЕС ДЛЯ КОРРЕСПОНДЕНЦИИ:

А.В. Балберкин - заведующий 6-м травматолого-ортопедическим отделением ФГБУ ЦИТО им. Н.Н.Приорова; Россия, г.Москва, тел.: 8(495) 450-28-56; E-mail: klnd@inbox.ru

Summary

Cross-linked ultra-high molecular polyethylene - a promising material n joint replacement

A.V. Balberkin, H.S. Dustov, A.F. Kolondaev

Review article devote to analysis of new resistant material - cross-linked ultra-high molecular polyethylene (UHMWPE) in total joint replacement. An increasing number of replacement implants surgery , the need for the introduction of joint replacement in young persons are doing more and more important improvement of the prosthesis design, in particular - the introduction of wear-resistant materials. The authors showed the historical aspects of the creation and improvement of cross-linked UHMPE, briefly and in simple terms indicated some of the technical details, allowing to understand the advantages and disadvantages of different modifications. Based on consideration of a large number of literary sources, provides a critical analysis of the clinical application of the first generation of cross-linked UHMPE, the necessity of a broad introduction into clinical practice of prosthesis having improved in the friction, the second generation of this promising material.

Key words: total joint replacement, ultra-high molecular polyethylene