ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭНДОПРОТЕЗАМ СИНОВИАЛЬНЫХ СУСТАВОВ

При износе либо повреждении естественного суставного хряща возникает необходимость замены поверхности сустава. В настоящее время выявлены следующие механические требования к материалам для замещения хрящевой ткани (материалам пар трения): угол механических потерь не менее 10 - 11°; совпадение порядков вели-чины средней скорости релаксации замещающего материала и хряща; значение мгновенного модуля упругости не более 10 МПа, равновесного не более 1 МПа; остаточная деформация при 5...8%-м статическом сжатии должна составить около 90... 100 % и накапливаться за 2...4 недели; коэффициент трения хряща по эндопротезу в условиях действия сустава не должен превышать 0,02. На основе этих требований были предложены субтотальные эндопротезы, изготовленные из прессованного порошка металла. Суставную поверхность эндопротеза покрывают пористым слоем эластомера для заполнения синовиальной жидкостью.

В то же время при замене только одного суставного конца контакт суставной поверхности другой части сустава с более твердым и жестким материалом эндопротеза может очень быстро привести к полному износу суставного хряща. Поэтому при износе естественного хряща весь сустав удаляется и заменяется искусственным (тотальное эндопротезирование).

В качестве искусственного сустава при тотальном эндопротезировании чаще всего используют металлические изделия со скользящими поверхностями - парами трения по типу металл-полимер, керамика- полимер, металл-металл, керамика-керамика. При этом основное внимание обращают на коэффициент трения, износостойкость и абразивность мелких частиц, возникающих при трении.

К числу композитов, разработанных для скользящих поверхностей суставов, относятся ПОВММ-углеродное волокно, графит-карбид кремния. Композит из ПОВММ, армированный угольными волокнами, обладает более высокими упругими и прочностными характеристиками по сравнению с ненаполненным ПОВММ, однако износостойкость его в 3 раза ниже. Износостойкость композитов на основе графитовых волокон и волокон из карбида-кремния выше, чем у корундовой керамики, и в условиях организма их износ составляет 1 мкм в год.

В настоящее время сформулирован ряд специальных требований к конструкции и материалам эндопротеза сустава. Эндопротезы синовиальных суставов должны обеспечивать:

• - сочетание достаточных жесткости и эластичности, снижение риска травмирования окружающих тканей;
• - минимальное трение между деталями эндопротеза и низкий износ трущихся поверхностей;
• - надежное закрепление деталей эндопротеза в костях;
• - способность длительно переносить циклические нагрузки и передавать нагрузку вдоль костной системы;
• - минимальное выделение тепла, вызывающего разрушение материала при функционировании изделия.

При создании эндопротезов суставов важно учитывать необходимость персонализации их прочностных и кинематических характеристик.

На современном этапе оптимальной считается конструкция эндопротеза, совпадающая по пропорциям и размерам с естественным суставом и предусматривающая металлическую костную и полимерную суставную части. В качестве материалов применяются: нержавеющая сталь, CoCr-сплавы, виталлиум, сплав Ti-Al-V, акрилаты, силиконовая резина, керамика (А102, Zr02), полиэтилен, композитные и другие материалы (см. таблицу).

Свойства материалов, применяемых в эндопротезировании суставов

Искусственные суставы существуют в мире более 120 лет. Первые успешные операции были проведены с использованием металлических эндопротезов. В настоящее время операции по установке эндопротезов проводятся преимущественно на тазобедренных, коленных, локтевых, плечевых, височно-челюстных суставах и суставах пальцев. К 2000 году во всем мире имплантировались сотни тысяч эндопротезов суставов конечностей в год [5, 16].