– W naszym szpitalu mamy dużo reoperacji stawu biodrowego; u jednego pacjenta wymieniamy je nawet cztery-pięć razy, a rekordzista miał takich zabiegów aż siedem. Zacząłem się zastanawiać, dlaczego tak się dzieje i dlaczego nie prowadzi się badań nad tym, jak ten stan poprawić – mówi dr n. med. Łukasz Łapaj z Kliniki Ortopedii Ogólnej, Onkologicznej i Traumatologii poznańskiej lecznicy, inicjator badań.

Z każdą kolejną operacją, wyjaśnia poznański ortopeda, pogarszają się warunki w stawie biodrowym, a przez to gorsza jest również trwałość implantu. Jednocześnie dla szpitala rosną koszty z powodu niedoszacowania endoprotezoplastyki przez NFZ. Takie powtórne operacje są także źródłem frustracji lekarzy, którzy nie mają wpływu na wytrzymałość protez. Stąd pomysł, aby przyjrzeć się z bliska, jak zachowuje się materiał, z którego wymodelowany jest sztuczny staw pracujący w organizmie człowieka. Zaczęto więc gromadzić zużyte endoprotezy, a szczegółowe analizy kolekcji dofinansowało Narodowe Centrum Nauki, które przyznało naukowcom 500 tys. zł grantu.

– Wiedzieliśmy z doświadczenia, że jakość endoprotez jest porównywalna, ale nam chodziło o to, jak się one zachowują w ciągu tych lat, gdy ulegają degradacji w organizmie i tracą swoje właściwości. Nasz projekt oceniał proces zużycia oraz ocenę jego wpływu na tkanki – tłumaczy dr Łapaj.

Możliwości badawcze lekarzy kończą się na stawianiu pytań, analizowaniu wyników i wysnuwaniu wniosków. W tym jednak konkretnym przypadku chodziło o zużycie ścierne powierzchni panewki protezy. Lekarze mają dzisiaj do dyspozycji „sztuczne stawy” zbudowane z metalu, m.in. ze stopów chromowo-kobaltowych i tytanu, ceramiki, polietylenu, materiału powstałego z połączenia różnych rodzajów tworzyw. Uwalniane w trakcie używania endoprotezy cząstki ze ścierania mogą się przedostawać do tkanek i prowokować reakcję na ciało obce, a tym samym obluzowywać endoprotezę. Pod szczególnym obstrzałem znalazły się cząsteczki polietylenu mogące wywoływać odczynowe niszczenie kości oraz powodować silny ból.

Drobiny, które znalazły się w centrum zainteresowania ortopedów, mają wielkość 0,1-0,2 mikrometra, a to już wymagało specjalistycznego oprzyrządowania.

– To nie była pierwsza współpraca z kliniką, z którą wcześniej przez trzy lata badaliśmy wzajemne ustawienia (pod jakim kątem) metalowych implantów. Teraz mieliśmy 600 zużytych endoprotez, a zadanie polegało na zbadaniu i obserwacji powstających cząstek na skutek zużywania się różnych implantów oraz na ocenie powierzchni zużywającego się polietylenu w ciele człowieka – relacjonuje mgr inż. Tomasz Wiśniewski, kierownik Zakładu Zaawansowanych Technologii Kształtowania w Instytucie Obróbki Plastycznej.

Efektem tego badania (już zostało wykonane) było ustalenie, które z materiałów wykorzystywanych do budowy endoprotez są dla pacjenta najbezpieczniejsze, a które w przyszłości powinny być wyeliminowane ze względu na zagrożenia dla zdrowia i mniejszą wytrzymałość, a więc i krótszy żywot. Analiza cząsteczek, które na skutek tarcia powstają w trakcie pracy protezy, daje odpowiedź na pytanie, jaki materiał sprawdza się najlepiej w tej roli.

– Opracowana przez nas metoda izolacji i badania cząstek jest tańsza (ocena jednej próbki spadła ze 100-150 zł do 3-4 zł) i najbardziej dokładna z dotychczas stosowanych – podkreśla dr Łapaj.

Jednym z jej najważniejszych walorów z medycznego punktu widzenia jest wykazanie możliwości zabezpieczenia protezy przed ścieraniem jej powierzchni wewnątrz organizmu, a tym samym wydłużenia pracy do kilkudziesięciu lat, czyli na całe życie. Wiadomo już, że z metalowej panewki „sypią się” spore ilości mikroskopijnych „opiłków” i przedostają się do tkanek. Gdy choremu wszczepi się endoprotezę z komponentami ceramicznymi, takich „opiłków” jest sto razy mniej i tego rodzaju endoproteza jest najbardziej trwała i korzystna dla pacjentów. Tuż za nią plasuje się ceramika w połączeniu z polietylenem.

Przed nauką wyłonił się teraz nowy cel, którym jest uzyskanie optymalnego materiału wolnego od wad wytkniętych przez naszych badaczy. Według ich oceny największe szanse na to ma ceramika i nowe odmiany polietylenu.