Endoprotezy – od cementu po druk 3D i sensory

Endoprotezy to jedno z najważniejszych osiągnięć współczesnej medycyny, łączące w sobie najnowsze zdobycze chirurgii oraz inżynierii biomedycznej, czerpiące też z technologii kosmicznych. Stałe implanty wszczepiane do wnętrza ciała mogą zastąpić nie tylko uszkodzone stawy lub kości, ale nawet zniszczoną chorobą krtań czy drogi żółciowe

Adobe Stock
Adobe Stock

Jeszcze sto lat temu wizja wymiany stawu biodrowego na sztuczny brzmiała jak fantazja, a dziś to często rutynowa procedura, pozwalająca milionom pacjentów na powrót do sprawności. W dodatku rozpiętość zastosowań endoprotez jest imponująca: od klasycznej ortopedii, przez protezy głosowe przywracające mowę po usunięciu krtani, aż po stenty w drogach żółciowych ratujące przed powikłaniami w rodzaju  żółtaczki mechanicznej.

Początki alloplastyki stawów sięgają XIX wieku. W 1821 roku londyński chirurg Anthony White (White 1821) eksperymentował z uzupełnianiem uszkodzonych stawów obcymi materiałami. Choć pomysły te były dalekie od ideału, stanowiły fundament dla przyszłych rozwiazań. Prawdziwa rewolucja nadeszła dopiero w latach 60. XX wieku, kiedy John Charnley przedstawił w „Journal of Bone and Joint Surgery” koncepcję endoprotezy biodra, w której metalowa głowa i polietylenowa panewka zyskały stabilność dzięki cementowi kostnemu. To wydarzenie otworzyło erę współczesnej endoprotezoplastyki, dowodząc, że sztuczny staw może służyć pacjentowi przez lata.

Metale, ceramika i polimery

Obecnie endoprotezy wykonuje się głównie z tytanu, stopu kobaltu i chromu, ceramiki oraz zaawansowanych polimerów. W „Journal of Orthopaedic Research” podkreślono, że właściwy dobór materiałów decyduje o trwałości i biokompatybilności implantu. Tytan wyróżnia się niską masą, wysoką wytrzymałością i skłonnością do osteointegracji, zaś kobalt-chrom gwarantuje odporność na ścieranie. Ceramika (np. tlenek glinu czy cyrkonu) pozwala zredukować tarcie, a ultrawytrzymały polietylen (UHMWPE) chroni przed nadmiernym ścieraniem powierzchni stawowej.

Na popularności zyskują też powłoki nanostrukturalne. Badania opublikowane w „Journal of Biomedical Materials Research” (a prowadzone w Alfred E. Mann Institute) wykazały, że modyfikacja powierzchni w skali nano może przyspieszyć wzrost tkanki kostnej wokół implantu, zmniejszając ryzyko obluzowań. Dzięki temu pacjenci mogą liczyć na dłuższą żywotność protezy oraz zredukowane ryzyko powikłań.

Endoproteza z drukarki

Największe emocje budzi dziś technologia druku 3D, umożliwiająca projektowanie implantów dostosowanych do indywidualnych potrzeb pacjenta. Precyzyjne modele komputerowe powstające na podstawie tomografii komputerowej bądź rezonansu magnetycznego pozwalają stworzyć implant o kształcie idealnie odzwierciedlającym anatomię konkretnej osoby.

W Polsce dowodem zaawansowania tej techniki jest zabieg przeprowadzony w Opolskim Centrum Rehabilitacji w Korfantowie. Dr Krzysztof Marguła wraz z dr. Jarosławem Szyszką i dr. Grzegorzem Piernikiem, we współpracy z prof. Pawłem Łęgoszem z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, wszczepili pacjentowi implant biodra stworzony w technologii 3D.
„Tego typu operacje przeprowadza się w sytuacjach, gdy zawiodą standardowe implanty stawu” – podkreślił w rozmowie z PAP dr Marguła. „Wykorzystaliśmy implant typu custom made, czyli wykonany indywidualnie dla pacjenta z powodu rozległych ubytków kostnych panewki stawu po obluzowaniu pierwotnych implantów endoprotezy stawu biodrowego” – tłumaczył.

Rys. Krzysztof "Rosa" Rosiecki

Ortopeda z pasją o leczeniu deformacji stawów biodrowych

Dr Szyszka dodał: „w ostatnich latach jesteśmy świadkami niesamowitego postępu w endoplastyce stawów. Dzięki technice komputerowej i inżynierii materiałowej, przy wykorzystaniu implantów typu custom made możemy stworzyć implant dostosowany do najdrobniejszych ubytków w kości konkretnego pacjenta, w efekcie dając mu szansę na powrót do normalnego funkcjonowania przy możliwie małych skutkach ubocznych”.

Jak wskazują autorzy publikacji w „Journal of Orthopaedic Research” (Zhang et al. 2020), indywidualnie projektowane implanty często sprzyjają szybszej rehabilitacji i mniejszej liczbie komplikacji, co przekłada się na wyższą jakość życia pacjentów.

Robotyczne wspomaganie

Oprócz coraz doskonalszych implantów kluczowe znaczenie mają też techniki operacyjne. Wiele szpitali wprowadziło małoinwazyjne podejścia, takie jak Direct Anterior Approach (DAA) czyli dojścia do stawu biodrowego, które minimalizują uszkodzenia mięśni. Zmniejsza to ból pooperacyjny i skraca czas powrotu do codziennej aktywności.

Jeszcze wyższy poziom precyzji zapewnia robotyka. W metaanalizie opublikowanej w „Bone & Joint Journal” (Kayani et al. 2019) wykazano, że wspomagana robotycznie endoprotezoplastyka biodra obniża odsetek błędów dotyczących ustawienia implantu, co przekłada się na stabilniejszą pozycję protezy i rzadsze powikłania. Dla pacjentów oznacza to zarówno mniejszy dyskomfort, jak i dłuższą żywotność nowego stawu.

Wbrew pozorom endoprotezy to nie tylko kwestia stawów – biodrowych, kolanowych, barkowych czy nawet żuchwy. W chirurgii laryngologicznej ogromną rolę odgrywają protezy głosowe, które są szansą dla pacjentów po laryngektomii (usunięciu krtani). Taki zabieg zazwyczaj ratuje życie chorym na zaawansowanego raka, ale pozbawia ich zdolności mówienia. Właśnie dlatego opracowano silikonowy zawór, zwany protezą głosową, wszczepiany w przetokę łączącą tchawicę z przełykiem.

Od krtani po trzustkę

Badania przywoływane w „Tissue Engineering Part B: Reviews” wskazują, że endoprotezy krtani pozwalają przywrócić mowę nawet 90–97 proc. pacjentów po całkowitej laryngektomii. Pacjent zatyka palcem otwór tracheostomijny, a wydychane powietrze przepływa przez zawór do gardła, gdzie powstaje dźwięk artykułowany w jamie ustnej. Choć protezy głosowe wymagają okresowych wymian (ze względu na tworzący się biofilm drobnoustrojów), korzyści w postaci normalnej komunikacji są nie do przecenienia.

W hepatologii i chirurgii ogólnej endoprotezy występują głównie w postaci stentów zakładanych do dróg żółciowych. Zwężenia czy guzy blokujące odpływ żółci prowadzą do żółtaczki mechanicznej i ryzyka poważnych stanów zapalnych. Stentowanie metodą endoskopową (ERCP) to dziś podstawowa procedura u pacjentów z rakiem trzustki. Autorzy przeglądu w „World Journal of Gastroenterology” (Langer et al. 2017) podkreślają, że endoprotezy często stanowią jedyną alternatywę dla operacji, a w przypadku nieoperacyjnych guzów – istotnie przedłużają i poprawiają komfort życia.

W praktyce lekarze używają stentów plastikowych lub metalowych (samorozprężalnych). Plastikowe są tańsze, lecz wymagają częstszej wymiany, natomiast metalowe cechuje większa średnica po rozprężeniu, co przekłada się na rzadsze niedrożności. Wybór zależy od rokowań pacjenta i oceny, ile miesięcy bądź lat będzie musiał polegać na endoprotezie.

Biohybrydy i inteligentne endoprotezy

Wielu specjalistów uważa, że przyszłością endoprotez są rozwiązania biohybrydowe, łączące implant z terapią komórkową. W „Tissue Engineering Part B: Reviews” opisano koncepcję scaffoldów zasiedlanych komórkami macierzystymi, które mogłyby się różnicować w tkankę kostną lub chrzęstną – a tym samym ostatecznie zrosnąć się z implantem. W efekcie powstałaby struktura naturalnie wbudowana w organizm, ograniczając ryzyko odrzutu i zapewniając lepszą stabilność.

Coraz częściej pojawiają się też projekty „inteligentnych endoprotez”: wyposażonych w sensory monitorujące temperaturę, wibracje czy stan otaczających tkanek. Dane te mogłyby być przesyłane lekarzowi, umożliwiając szybką reakcję w razie pierwszych oznak obluzowania lub zakażenia. Choć część z tych rozwiązań pozostaje na etapie badań, prace nad nimi trwają w ośrodkach na całym świecie.

W Polsce wykonuje się co najmniej 50 tys. operacji wszczepienia endoprotez rocznie. Statystyki pokazują, że endoprotezoplastyka należy do najskuteczniejszych procedur w medycynie naprawczej. Zabiegi stawu biodrowego czy kolanowego w większości przypadków prowadzą do zdecydowanej poprawy komfortu życia, uśmierzenia bólu i odzyskania sprawności. Protezy krtani przywracają zdolność mówienia, natomiast stenty żółciowe umożliwiają leczenie objawów niedrożności dróg żółciowych.

 

Autorka

PAP

Luiza Łuniewska - Dziennikarka, reportażystka, redaktorka. Pisuje o wielkich triumfach medycyny i jej wstydliwych sekretach. Lubi nowinki z dziedziny genetyki. Była dziennikarką Życia Warszawy i Newsweeka, pracowała też w TVN i Superstacji. Jest absolwentką Instytutu Stosunków Międzynarodowych UW. Wielbicielka kotów dachowych i psów ras północnych.

ZOBACZ TEKSTY AUTORKI

ZOBACZ WIĘCEJ

  • PAP/Marcin Bielecki

    Kolejki do fizjoterapeutów po horyzont

    Około 1,5 mln Polaków czeka na fizjoterapię i to właśnie do tych specjalistów ustawiają się najdłuższe kolejki, choć ich długość zależy od regionu. Wciąż mamy do czynienia z nierównym dostępem do świadczeń – podkreśli eksperci podczas XXII Forum Rynku Zdrowia. W tym wszystkim nie chodzi tylko o usprawnienie pacjenta, ale systemu. Jak to zrobić?

  • Piotr Werewka/PAP

    Nie tylko siła mięśni – refleks również ma znaczenie dla seniorów

    Myśląc o utrzymaniu formy wraz z wiekiem skupiamy się na sile, mobilności i wydolności krążeniowo-oddechowej. Specjaliści coraz częściej mówią jednak o znaczeniu czasu reakcji, gdyż jego spadek wpływa na wszystko – od umiejętności prowadzenia pojazdu po unikanie upadków i zachowanie niezależności w życiu.

  • AdobeStock

    Ból pleców może powodować depresję

    Kiedy myślimy o bólu kręgosłupa, raczej nie przychodzi nam do głowy psychologiczny aspekt tego cierpienia. Tymczasem głowa i kręgosłup to naczynia połączone: gdy boli nas kręgosłup i zmagamy się z przewlekłym bólem, automatycznie czujemy się gorzej: pojawiają się stany depresyjne, lęki czy zwątpienie.

  • zdj. PAP/Łukasz Gągulski

    Na przewlekły ból pomóc może ruch

    Ruch może przynosić ulgę w różnych dolegliwościach bólowych – wskazują liczne badania. Ważne jest dobranie odpowiedniej aktywności do własnych potrzeb, przy czym dobre rezultaty często przynosi już zwykłe chodzenie.

NAJNOWSZE

  • PAP/Piotr Nowak

    Jak umiera nasze ciało?

    Oddech spowalnia. Krew zaczyna pomału odpływać, a ciało blednie. Rysy twarzy wyostrzają się. Słuch wyłącza się jako ostatni. Proces umierania zwany agonią może trwać nawet 48 godzin. Chcielibyśmy żyć jak najdłużej i odejść w spokoju. Jednak tylko niewielu z nas zgaśnie z powodu starości, jak angielska królowa Elżbieta II, która zmarła w wieku 96 lat. Dlaczego?

  • Słowa w opiece hospicyjnej mają znaczenie, bo „oddaje się rzeczy, nie bliskich”

  • Kolejki do fizjoterapeutów po horyzont

  • Edukacja zmniejsza występowanie demencji, także u osób genetycznie predysponowanych

  • Czytanie dzieciom wspiera ich rozwój

  • fot. PAP/Adam Warżawa

    Naucz dziecko jak się uczyć

    Dlaczego jedni zapamiętują szybko, a inni mimo wielu godzin nauki mają poczucie chaosu i przeciążenia? Skuteczność nauki nie zależy wyłącznie od indywidualnych predyspozycji. Duże znaczenie ma również to, w jaki sposób dziecko pracuje z materiałem. „Zamiast zmuszać go do morderczej i nieefektywnej pracy, warto dowiedzieć się, jak uczyć się przyjaźnie dla mózgu” – przekonuje psycholożka Ewa Bensz-Smagała z gabinetu LuckyMind.

  • Rogowacenie skóry – od fizjologii do patologii

  • Zmiana czasu na zimowy chroni nasze ciało, ale źle wpływa na nastrój

Serwisy ogólnodostępne PAP