Εμβιομηχανική ανάλυση ασθενών που έχουν υποβληθεί σε δύο διαφορετικούς τύπους ολικής αρθροπλαστικής ισχύου: ceramic on ceramic vs ceramic on XLPE

Abstract

Total hip arthroplasty (THA) is considered an extremely successful orthopedic surgery that provides excellent clinical results, high patient satisfaction, followed by a very satisfactory life expectancy. According to recent data from the British National Joint Registry, the cumulative survival of THA at 13 years is 93.2%, with 80% of implants surviving for up to 20 years.Polyethylene wear was considered the weak link of total hip arthroplasty. Over the last decade, considerable effort has been made to optimize wear characteristics and introduce alternative bearing surfaces. The introduction of high cross-linked polyethylene (XLPE) with excellent wear characteristics has brought about significant changes in this field worldwide. Ceramic femoral heads represent the current trend in many national registries.In vitro experiments simulating kinematics and gait kinetics showed advantages of Ceramic to Ceramic (CoC) prostheses compared to Polyethylene Ceramic (CoP) prostheses in terms of the degree of wear and the possibility of osteolysis. Disadvantages, however, include squeaking sounds and increased fragility. In addition, in CoC (hard-on-hard) articulated surfaces, it is impossible to dampen a soft material, and therefore the forces of transition between prosthesis and bone could be increased.Various factors are associated with wear, such as implant design variables (geometric properties and material characteristics), surgical technique variables (surgical approach and prosthesis placement), and patient-related factors. In the latter, the contact force of the hip, determined by human movement, significantly affects the wear of polyethylene. The hip torques at the sagittal level explain between 42% and 60% of the degree of wear, directly linking the kinematic gait pattern to the wear of the implants. Although clinical trials directly correlate the kinematic gait pattern with polyethylene wear in total knee arthroplasties, to the best of our knowledge, no in vivo research has examined OAI kinematics and its relationship to implant wear.The ISO Organization defines wear on OAIs as the loss of material from the prosthetic joint components due to the combination of movement and loading and is affected by various factors. One of the most important is the kinematics and the kinetics of the joints when walking. This is why kinematics and gait kinetics are used in "in vitro" test protocols, widely accepted methods for predicting OAI wear. Any new material or design is questioned if the corresponding clinical performance does not confirm the prediction.It is a fact that all implants are tested with the same kinematic protocol in vitro, and as mentioned above CoC prostheses show advantages in the degree of wear compared to Ceramics in High Cross Polyethylene (CoXLPE) prostheses in these tests. An important question that arises is, "Do the implants in question offer the same biomechanical behavior in clinical practice?"The purpose of this study is to examine the effect of kinematic and kinetic gait on OAI wear during gait, an essential human functional activity, comparing in vivo gait data with in vitro results. This data will be valuable when combined with all of the above factors that affect OAI wear to address in a more detailed and comprehensive manner the wear of CoC and CoXLPE, the most widely used prosthetic types. The null hypothesis of the present study is that both types of implants will exhibit the same joint kinematic and kinetic behavior during gait, thus confirming the aforementioned in vitro results, also in vivo.Independent t-tests were used for the statistical analysis of kinetic and kinematic data extracted from the three-dimensional gait analysis. No statistically significant differences were observed in the mean abduction, bending, and extension torque between the CoC and CoXLPE groups (P. abduction = 0.125, P. flexion = 0.218, P. extension = 0.082). Kinematic measurements also show no statistically significant differences. OAI kinematics and gait kinetics are important industrial parameters that are directly related to implant wear. In vitro studies report less CoC damage than CoXLPE when tested with the same kinematic gait cycle protocol. Our findings confirm that both implants behave identically in terms of kinematics in the clinical setting, thus enhancing the in vitro results of the CoC advantage. In conjunction with all the other essential factors influencing wear on OAIs, it could offer a more comprehensive CoC, and CoXLPE wear assessment.

Η ολική αρθροπλαστική ισχίου (ΤΗΑ) θεωρείται μια εξαιρετικά επιτυχημένη ορθοπεδική επέμβαση που παρέχει εξαιρετικά κλινικά αποτελέσματα, υψηλή ικανοποίηση του ασθενούς, ακολουθούμενη από πολύ ικανοποιητικό προσδόκιμο ζωής. Σύμφωνα με πρόσφατα στοιχεία του βρετανικού εθνικού μητρώου αρθρώσεων (British National Joint Registry), η σωρευτική επιβίωση της THA στα 13 χρόνια είναι 93,2%, με το 80% των εμφυτευμάτων να επιβιώνει έως και 20 χρόνια.Η φθορά του πολυαιθυλενίου θεωρήθηκε ως ο αδύναμος κρίκος της ολικής αρθροπλαστικής ισχίου. Κατά την τελευταία δεκαετία, έχει καταβληθεί σημαντική προσπάθεια για τη βελτιστοποίηση των χαρακτηριστικών φθοράς και την εισαγωγή εναλλακτικών επιφανειών έδρασης. Η εισαγωγή πολυαιθυλενίου με υψηλή διασταύρωση (XLPE) με εξαιρετικά χαρακτηριστικά φθοράς έχει επιφέρει σημαντικές αλλαγές στον τομέα αυτό παγκοσμίως. Οι κεραμικές μηριαίες κεφαλές αντιπροσωπεύουν την τρέχουσα τάση σε πολλά εθνικά μητρώα.Πειράματα in vitro που προσομοιώνουν την κινηματική και την κινητική του βαδίσματος έδειξαν πλεονεκτήματα των προθέσεων Κεραμικό σε Κεραμικό (CoC) σε σύγκριση με τις προθέσεις Κεραμικά σε Πολυαιθυλένιο (CoP) όσον αφορά τον βαθμό φθοράς και την πιθανότητα οστεόλυσης. Τα μειονεκτήματά τους, ωστόσο, περιλαμβάνουν ήχους τριξίματος και αυξημένη ευθραυστότητα. Επιπλέον, στις αρθρούμενες επιφάνειες CoC (σκληρό-σκληρό), δεν υπάρχει η δυνατότητα απόσβεσης ενός μαλακού υλικού, και ως εκ τούτου οι δυνάμεις μετάβασης μεταξύ πρόθεσης και οστού θα μπορούσαν να αυξηθούν. Διάφοροι παράγοντες σχετίζονται με τη φθορά, όπως μεταβλητές σχεδιασμού εμφυτεύματος, (γεωμετρικές ιδιότητες και χαρακτηριστικά υλικού) μεταβλητές χειρουργικής τεχνικής, (χειρουργική προσπέλαση και τοποθέτηση πρόθεσης) και παράγοντες που σχετίζονται με τον ασθενή. Στο τελευταίο, η δύναμη επαφής του ισχίου, που καθορίζεται από την ανθρώπινη κίνηση, επηρεάζει σημαντικά τη φθορά του πολυαιθυλενίου. Οι ροπές του ισχίου στο οβελιαίο επίπεδο εξηγούν μεταξύ 42% και 60% του βαθμού φθοράς, συνδέοντας άμεσα το κινηματικό μοτίβο βάδισης με τη φθορά των εμφυτευμάτων. Παρόλο που οι κλινικές δοκιμές συσχετίζουν άμεσα το κινηματικό μοτίβο βάδισης με τη φθορά του πολυαιθυλενίου σε ολικές αρθροπλαστικές γόνατος, εξ’ όσων μας είναι γνωστά, καμία in vivo έρευνα δεν εξέτασε την κινηματική των ΟΑΙ και τη σχέση της με τη φθορά των εμφυτευμάτων.Όπως ορίζεται από τον Οργανισμό ISO, η φθορά στις ΟΑΙ αναφέρεται στην απώλεια υλικού από τα εξαρτήματα της προσθετικής άρθρωσης λόγω του συνδυασμού κίνησης και φόρτισης και επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες. Ένας από τους πιο σημαντικούς είναι η κινηματική και η κινητική των αρθρώσεων κατά τη βάδιση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η κινηματική και η κινητική κατά τη βάδιση χρησιμοποιούνται σε πρωτόκολλα δοκιμών "in vitro", τα οποία είναι ευρέως αποδεκτές μέθοδοι για την πρόβλεψη της φθοράς των ΟΑΙ. Εάν η πρόβλεψη δεν επιβεβαιωθεί με την αντίστοιχη κλινική απόδοση, τίθεται ένας προβληματισμός σχετικά με οποιοδήποτε νέο υλικό ή σχέδιο.Είναι γεγονός ότι όλα τα εμφυτεύματα εξετάζονται με το ίδιο κινηματικό πρωτόκολλο in vitro, και όπως προαναφέρθηκε οι προθέσεις CoC δείχνουν πλεονεκτήματα στον βαθμό φθοράς σε σύγκριση με τις προθέσεις Κεραμικό σε Υψηλής Διασταύρωσης Πολυαιθυλαίνιο (CoXLPE) σε αυτές τις δοκιμές. Ένα σημαντικό ερώτημα που τίθεται είναι "Προσφέρουν τα υπό εξέταση εμφυτεύματα την ίδια εμβιομηχανική συμπεριφορά και στην κλινική πρακτική;"Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι να εξετάσει την επίδραση της κινηματικής και της κινητικής βάδισης στη φθορά των ΟΑΙ κατά τη διάρκεια του βαδίσματος, την πιο ουσιαστική ανθρώπινη λειτουργική δραστηριότητα, συγκρίνοντας δεδομένα βάδισης in vivo με αποτελέσματα in vitro. Αυτά τα δεδομένα θα είναι πολύτιμα όταν συνδυαστούν με όλους τους προαναφερθέντες παράγοντες που επηρεάζουν τη φθορά στις ΟΑΙ για να αντιμετωπίσουν με πιο λεπτομερή και ολοκληρωμένο τρόπο τη φθορά των CoC και CoXLPE, των πιο ευρέως χρησιμοποιούμενων προθετικών τύπων. Η μηδενική υπόθεση της παρούσας μελέτη είναι ότι και οι δύο τύποι εμφυτευμάτων θα παρουσιάζουν την ίδια αρθρική κινηματική και κινητική συμπεριφορά κατά τη διάρκεια της βάδισης, επιβεβαιώνοντας έτσι τα προαναφερθέντα in vitro αποτελέσματα, επίσης in vivo.Χρησιμοποιήθηκαν ανεξάρτητα t-tests για την στατιστική ανάλυση των κινητικών και κινηματικών δεδομένων που εξήχθησαν από την τρισδιάστατη ανάλυση βάδισης. Δεν παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές στη μέση ροπή απαγωγής, κάμψης και έκτασης μεταξύ των ομάδων CoC και CoXLPE (P.abduction = 0,125, P.flexion = 0,218, P.extension = 0,082). Οι κινηματικές μετρήσεις δεν δείχνουν επίσης στατιστικά σημαντικές διαφορές. Η κινηματική των ΟΑΙ και η κινητική κατά τη βάδιση είναι σημαντικές βιομηχανικές παράμετροι που σχετίζονται άμεσα με τη φθορά των εμφυτευμάτων. Μελέτες in vitro αναφέρουν μικρότερη φθορά στο CoC από το CoXLPE όταν δοκιμάζονται με το ίδιο κινηματικό πρωτόκολλο κύκλου βάδισης. Τα ευρήματά μας επιβεβαιώνουν ότι και τα δύο εμφυτεύματα συμπεριφέρονται πανομοιότυπα όσον αφορά την κινηματική στο κλινικό περιβάλλον, ενισχύοντας έτσι τα αποτελέσματα in vitro του CoC πλεονεκτήματος. Σε συσχέτιση με όλους τους άλλους σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη φθορά στις ΟΑΙ θα μπορούσε να προσφέρει μια πιο ολοκληρωμένη αξιολόγηση στη φθορά των CoC και CoXLPE.