Костные цементы очень успешно использовались для фиксации искусственных суставов ( тазобедренных , коленных , плечевых и локтевых ) более полувека. Искусственные суставы (называемые протезами) фиксируются костным цементом. Костный цемент заполняет свободное пространство между протезом и костью и играет важную роль эластичной зоны. Это необходимо, поскольку на человеческое бедро действует примерно в 10–12 раз больше веса тела, и поэтому костный цемент должен поглощать силы, действующие на бедра, чтобы гарантировать, что искусственный имплантат останется на месте в течение длительного времени.
Костный цемент химически является ничем иным, как плексигласом (т. е. полиметилметакрилатом или ПММА). [1] ПММА впервые был использован клинически в 1940-х годах в пластической хирургии для закрытия щелей в черепе. Всесторонние клинические испытания совместимости костных цементов с телом были проведены до их использования в хирургии . Отличная совместимость ПММА с тканями позволила использовать костные цементы для фиксации протезов головы в 1950-х годах.
Сегодня несколько миллионов процедур такого типа проводятся каждый год по всему миру, и более половины из них регулярно используют костные цементы – и эта доля растет. Костный цемент считается надежным материалом для фиксации благодаря простоте использования в клинической практике и, в частности, благодаря доказанной длительной выживаемости с цементированными протезами. Регистры тазобедренного и коленного суставов для искусственных заменителей суставов, такие как в Швеции и Норвегии [2], наглядно демонстрируют преимущества цементированного крепления. Аналогичный регистр для эндопротезов был введен в Германии в 2010 году. [3]
Синтетический, самоотверждающийся органический или неорганический материал, используемый для заполнения полости или создания механической фиксации.
Примечание 1: Самоотверждение in situ может быть источником высвобождения реагентов, которые могут вызывать местную и/или системную токсичность, как в случае мономера, высвобождаемого из костного цемента на основе метакриловых смол, используемого в ортопедической хирургии.
Примечание 2: В стоматологии цементы на основе полимеров также используются в качестве наполнителей полостей. Они, как правило, отверждаются фотохимически с использованием УФ-излучения в отличие от костных цементов. [4]
Костные цементы поставляются в виде двухкомпонентных материалов. Костные цементы состоят из порошка (т. е. предварительно полимеризованных гранул ПММА и/или сополимера ПММА или ММА и/или аморфного порошка, рентгеноконтрастного вещества, инициатора) и жидкости (мономера ММА, стабилизатора, ингибитора). Два компонента смешиваются, и происходит свободнорадикальная полимеризация мономера , когда инициатор смешивается с ускорителем. Вязкость костного цемента со временем меняется от жидкой жидкости до состояния, похожего на тесто, которое можно безопасно наносить, а затем окончательно затвердевает в твердый затвердевший материал. [ 5] Время схватывания можно настроить, чтобы помочь врачу безопасно нанести костный цемент в костное ложе, чтобы либо закрепить металлическое или пластиковое протезное устройство на кости, либо использовать его отдельно в позвоночнике для лечения остеопоротических компрессионных переломов.
Костный цемент нагревается во время экзотермического процесса свободнорадикальной полимеризации, который достигает температуры около 82–86 °C в организме, что выше критического уровня для денатурации белка в организме. Эта низкая температура полимеризации определяется относительно тонким цементным покрытием, которое не должно превышать 5 мм, и рассеиванием температуры через большую поверхность протеза и поток крови. [6]
Отдельные компоненты костного цемента также известны в области стоматологических наполнителей. Пластики на основе акрилата также используются в этих приложениях. Хотя отдельные компоненты не всегда абсолютно безопасны как фармацевтические добавки и активные вещества сами по себе, как костный цемент отдельные вещества либо преобразуются, либо полностью заключаются в цементную матрицу во время фазы полимеризации от увеличения вязкости до отверждения. Согласно современным знаниям, отвержденный костный цемент теперь можно классифицировать как безопасный, что первоначально было продемонстрировано во время ранних исследований совместимости с организмом, проведенных в 1950-х годах.
Совсем недавно костный цемент использовался в позвоночнике при вертебропластике или кифопластике . Состав этих типов цемента в основном основан на фосфате кальция и совсем недавно на фосфате магния. Была разработана новая биоразлагаемая, неэкзотермическая, самозатвердевающая ортопедическая цементная композиция на основе аморфного фосфата магния (AMP). Возникновение нежелательных экзотермических реакций удалось избежать за счет использования AMP в качестве твердого предшественника. [7]
То, что называется синдромом имплантации костного цемента (BCIS), описано в литературе. [8] Долгое время считалось, что не полностью преобразованный мономер, высвобождаемый из костного цемента, является причиной реакций кровообращения и эмболии . Однако теперь известно, что этот мономер (остаточный мономер) метаболизируется дыхательной цепью и расщепляется на углекислый газ и воду и выводится. Эмболии всегда могут возникать во время фиксации искусственных суставов, когда материал вставляется в предварительно очищенный бедренный канал. Результатом является повышение интрамедуллярного давления, потенциально приводящее к попаданию жира в кровообращение.
Если известно, что у пациента есть какие-либо аллергии на компоненты костного цемента, то, согласно современным знаниям, костный цемент не следует использовать для фиксации протеза. Альтернативой является фиксация без цемента - установка имплантата без цемента.
Новые рецептуры костного цемента требуют характеристики в соответствии со стандартом ASTM F451. [9] В этом стандарте описываются методы испытаний для оценки скорости отверждения, остаточного мономера, механической прочности, концентрации перекиси бензоила и выделения тепла во время отверждения.
Ревизия — это замена протеза. Это означает, что ранее имплантированный в тело протез удаляется и заменяется новым протезом. По сравнению с первоначальной операцией ревизии часто более сложны и трудны, поскольку каждая ревизия подразумевает потерю здорового костного вещества. Ревизионные операции также более дороги для удовлетворительного результата. Поэтому самая важная цель — избегать ревизий, используя хорошую хирургическую процедуру и продукты с хорошими (долгосрочными) результатами.
К сожалению, не всегда возможно избежать ревизий. [2] [5] Причины ревизий также могут быть разными, и существует различие между септическими и асептическими ревизиями. [10] Если необходимо заменить имплантат без подтверждения инфекции, например, асептических, цемент не обязательно удаляется полностью. Однако, если имплантат ослаб по септическим причинам, цемент должен быть полностью удален, чтобы устранить инфекцию. На современном уровне знаний легче удалить цемент, чем освободить хорошо закрепленный бесцементный протез от костной ткани. В конечном счете, для стабильности ревизионного протеза важно обнаружить возможное ослабление первоначального имплантата на ранней стадии, чтобы иметь возможность сохранить как можно больше здоровой кости.
Протез, фиксированный костным цементом, обеспечивает очень высокую первичную стабильность в сочетании с быстрой ремобилизацией пациентов. Зацементированный протез может быть полностью нагружен очень скоро после операции, поскольку ПММА приобретает большую часть своей прочности в течение 24 часов. [10] Необходимая реабилитация сравнительно проста для пациентов, которым был имплантирован зацементированный протез. Суставы могут быть снова нагружены очень скоро после операции, но использование костылей все еще требуется в течение разумного периода по соображениям безопасности.
Костный цемент оказался особенно полезным, поскольку к порошковому компоненту можно добавлять определенные активные вещества, например антибиотики . Активные вещества высвобождаются локально после установки имплантата нового сустава, то есть в непосредственной близости от нового протеза, и, как было подтверждено, снижают опасность инфекции. Антибиотики действуют против бактерий именно в том месте, где они требуются в открытой ране, не подвергая организм в целом неоправданно высоким уровням антибиотиков. Это делает костный цемент современной системой доставки лекарств , которая доставляет необходимые лекарства непосредственно к месту операции. Важным фактором является не то, сколько активного вещества находится в цементной матрице, а то, сколько активного вещества фактически высвобождается локально. Слишком большое количество активного вещества в костном цементе на самом деле было бы вредным, поскольку механическая устойчивость фиксированного протеза ослабляется высокой долей активного вещества в цементе. Локальные уровни активного вещества в костных цементах промышленного производства, образующихся при использовании костных цементов, содержащих активные вещества, являются приблизительными (при условии отсутствия несовместимости) и значительно ниже клинических обычных дозировок для системных однократных инъекций.