Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2011; 78(1):49-55 | DOI: 10.55095/achot2011/008

Srovnání otěrových charakteristik polyetylenu in vivo u náhrad kolena s kovovou a keramickou femorální komponentouPůvodní práce

D. VEIGL1, P. VAVŘÍK1,*, D. POKORNÝ1, M. ŠLOUF2, E. PAVLOVA2, I. LANDOR1, P. Fulín1
1 I. ortopedická klinika 1. LF UK a FN Motol, Praha
2 Ústav makromolekulární chemie AV ČR, Praha

PURPOSE OF THE STUDY:
The aim of the study was to evaluate in vivo and compare, in terms of the quality and number of ultra high-molecular polyethylene (UHMWPE) wear particles, total knee replacements of identical construction differing only in the material used for femoral component production, i.e., CoCrMo alloy or ZrO2 ceramics.

MATERIAL AND METHODS:
Samples of peri-prosthetic granuloma tissue were collected in two patients with total knee replacement suffering from implant migration, who were matched in relevant characteristics. The primary knee replacement in Patient 1 with a CoCrMo femoral component was done 7.2 years and in Patient 2 with a ZrO2 implant 6.8 years before this assessment. The polyethylene wear-induced granuloma was analysed by the MORF method enabling us to assess the shape and size of wear debris and the IRc method for assessment of particle concentration.

RESULTS:
In the granuloma tissue samples of Patient 1, on the average, particles were 0.30 mm in size and their relative volume was 0.19. In the Patient 2 tissue samples, the average size of particles was 0.33 mm and their relative volume was 0.26. There was no significant difference in either particle morphology or their concentration in the granuloma tissue between the two patients.

DISCUSSION:
One of the options of how to reduce the production of polyethylene wear particles is to improve the tribological properties of contacting surfaces in total knee replacement by substituting a cobalt-chrome femoral component with a zirconia ceramic femoral component. The previous in vitro testing carried out with a mechanical simulator under conditions approaching a real weight-bearing in the human body did show a nearly three-fold decrease in the number of UHMWPE wear particles in zirconia components. The evaluation of granuloma tissue induced by the activity of a real prosthetic joint for nearly seven years, however, did not reveal any great difference in either quality or quantity of polyethylene debris between the two replacements. The difference of surface roughness between CoCrMo (Ra = 0.05) and ZrO2 (Ra = 0.02) components did not play any role in in vivo conditions.

CONCLUSIONS:
In accordance with a previous clinical study, this evaluation of the quality and quantity of UHMWPE wear particles produced by a ceramic femoral component in vivo failed to demonstrate any advantage of zirconia ceramic components over the cobalt-chrome femoral components so far used.

Klíčová slova: total knee replacement, zirconia ceramic femoral component, comparative study, polyethylene wear, in vivo measurement

Zveřejněno: 1. únor 2011  Zobrazit citaci

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago Chicago Notes IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
VEIGL D, VAVŘÍK P, POKORNÝ D, ŠLOUF M, PAVLOVA E, LANDOR I, Fulín P. Srovnání otěrových charakteristik polyetylenu in vivo u náhrad kolena s kovovou a keramickou femorální komponentou. Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2011;78(1):49-55. doi: 10.55095/achot2011/008. PubMed PMID: 21375966.
Stáhnout citaci

Reference

  1. BARTEL, D. L., BICKNELL, V. L., WRIGHT, T. M.: The effect of conformity thickness and material on stresses in ultra-high molecular weight components for total joint replacement. J. Bone Jt Surg. A-68: 1041-1051, 1986. Přejít k původnímu zdroji...
  2. BEK, J., VAVŘÍK, P., LANDOR, I.: Hodnocení přežití náhrady kolenního kloubu Walter-Motorlet - dlouhodobé výsledky. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 72: 221-227, 2005.
  3. BEN-NISSAN, B., DOYLE, CH: The Use of Ceramics in Knee Replacement. TribOS Newsletter, 8: 11-13, 2009.
  4. DONÁT, A., KONVIČKOVÁ, S.: Biomechanics of the Ceramic Knee Replacement. Med. Biol. Eng. Comput., 37: 314-316, 1999. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  5. DANĚK, J., DENK, F., HLAVÁČEK, I., NEDOMA, J., STEHLÍK, J.,VAVŘÍK, P.: On the Stress-Strain Analysis of the Knee Replacement. In: Lagana, A., Gavrilova, M. L., Kumar, V., Mun, Y., Tan, C. J. K., Gervasi, O. (eds.): Computational Science and Its Applications - ICCSA 2004 Lecture Notes in Computer Science. Vol. 3044. Heidelberg, Springer Verlag 2004, 456-466. Přejít k původnímu zdroji...
  6. DANĚK, J., NEDOMA, J., HLAVÁČEK, I., VAVŘÍK, P., DENK, F.: Numerical modelling of the weight-bearing total knee joint replacement and usage in practice. Math. Comput. Simul., 76: 49-56, 2007. Přejít k původnímu zdroji...
  7. FULÍN, P., POKORNÝ, D., ŠLOUF, M., LAPČÍKOVÁ, M., PAVLOVA, E., ZOLOTAREVOVÁ E.: Metoda MORF pro sledování velikostí a tvarů otěrových mikro- a nanočástic UHMWPE v periprotetických tkáních. Acta Chir. orthop. Traum. čech., v tisku.
  8. GALLO, J., MRÁZEK, F., PETEREK, M: Podíl imunogenetických faktorů na vzniku a rozvoji a rozvoji periprotetické osteolýzy. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 74: 247-252, 2007. Přejít k původnímu zdroji...
  9. GALLO, J., ZDAŘILOVÁ, A., RAJNOCHOVÁ SVOBODOVÁ, A., ULRICHOVÁ, J., RADOVÁ, L., SMIŽANSKÝ, M.: Výpotky asepticky selhávajících TEP kyčlí a kolen nejsou toxické pro osteoblasty. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 77: 416-424, 2010. Přejít k původnímu zdroji...
  10. HAIDER, H.: Features and Difficulties of Knee Wear Simulation. TribOS Newsletter, 9: 18-21, 2009.
  11. KADDICK, CH.,WIMMER, M.: Polyethylene thickness- is it still relevant ? TribOS Newsletter, 8: 9-10, 2009.
  12. KAPLAN, E. L., MEIER, P.: Nonparametric Estimation from Incomplete Observations. J. Amer. Stat. Assoc., 53: 457-481, 1958. Přejít k původnímu zdroji...
  13. KUČERA, T., Urban, K., KARPAŠ, K., ŠPONER,P.: Omezení hybnosti kolenního kloubu po implantaci totální endoprotézy. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 74: 326-331, 2007. Přejít k původnímu zdroji...
  14. LANGOVÁ, K., GALLO, J.: Je Kaplan-Meierova statistika nejvhodnější metodou k hodnocení přežívání výsledků v ortopedii? Acta Chir. orthop. Traum. čech., 77: 118-123, 2010. Přejít k původnímu zdroji...
  15. LAPČÍKOVÁ, M., SLOUF, M., DYBAL, J., ZOLOTAREROVA, E., ENTLICHER, G., POKORNÝ, D., GALLO, J., SOSNA, A.: Nanometer size wear debris generated from ultra high molecular weight polyethylene in vivo. Wear, 266: 349-355, 2009. Přejít k původnímu zdroji...
  16. MINODA, Y., KOBAYASHI, A., IWAKI, H., IWAKIRI, K., INORI, F., SUGAMA, R., IKEBUCHI, M., KADOYA, Y., TAKAOKA, K.: In Vivo Analysis of Polyethylene Wear Particles After Total Knee Arthroplasty: The Influence of Improved Materials and Designs. J. Bone Jt Surg., 91-A: 67-73, 2009. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  17. NAKAMURA, T., OONISHI, E., YASUDA, T., NAKAGAWA, Y.: A new knee prosthesis with bisurface femoral komponent made of zirconia ceramic (report 2). Key Eng. Mat., 254-256: 607-610, 2004. Přejít k původnímu zdroji...
  18. NAKAMURA, S., KOBAYASHI, M., ITO, H., NAKAMURA, K., UEO, T., NAKAMURA, T.: The Bi-Surface total knee arthroplasty: minimum 10-year follow-up study. Knee, 17: 274-278, 2010. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  19. NAUDIE, D. R., AMMEEN, D. J., ENGH, G. A., RORABECK, C. H.: Wear and Osteolysis Around Total Knee Arthroplasty. J. Amer. Acad. Orthop. Surf.,15: 53-64, 2007.
  20. NEDOMA, J., HLAVÁČEK, I., DANĚK, J., VAVŘÍK, P., STEHLÍK, J., DENK, F.: Some recent Results On a Domain Decomposition Method in Biomechanics of Human Joints. In: Kumar, V., Gavrilova, M. L., Tan, C. J. K. (eds.): Computational Science and Its Applications - ICCSA 2003 Lecture Notes in Computer Science. Vol. 2667: Heidelberg, Springer Verlag 2003, 587-600. Přejít k původnímu zdroji...
  21. NEDOMA, J., STEHLÍK, J., BARTOŠ, M., DENK, F., DŽUPA, V., FOUSEK, J., HLAVÁČEK, I., KLÉZL, Z., KVĚT, I.: Biomechanika lidského skeletu a umělých náhrad jeho částí. Praha, Nakl. Karolinum 2006.
  22. OKA, M., KUMAR, P., IKEUCHI, T. et al.: Low wear rate of UWHMPE against zirconia ceramic. Bioceramics, 5: 373-379, 1992.
  23. OONISHI, H., UENO, M., KIM, S.C., OONISHI, H., IWAMOTO, M., KYOMOTO, M.: Ceramic versus cobalt-chrome femoral components; wear of polyethylene insert in total knee prosthesis. J. Arthroplasty, 24: 374-382, 2009. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  24. OONOSHI, H., MURATA, N., SAITO, M., et al.: 3 to 18 Year Clinical Results of Total Knee Replacement with Ceramic Components. Key Eng. Mat., 192-195: 999-1002, 2001. Přejít k původnímu zdroji...
  25. PAYTEN, M. W., BEN-NISSAN, B.: Development of a modular ceramic knee prosthesis. In: Wise, D. L., Trantolo, D. J., Lewandrowski, K. U., Gresser, J. D., Cattaneo, M. V., Yaszemski, M. J. (eds): Biomaterials Engineering and Devices. Human applications. New Jersey, Humana Press 2000, 309-336. Přejít k původnímu zdroji...
  26. POKORNÝ, D., JAHODA, D., TOMAIDES, J., VAVŘÍK, P., LANDOR, I., SOSNA, A.: Sedmileté klinické výsledky systému totální náhrady kolenního kloubu SVL / Beznoska. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 72: 277-281, 2005.
  27. POKORNÝ D., ŠLOUF M., DYBA, J., ZOLOTAREVOVÁ, E., VESELÝ, F., FULÍN, P., JAHODA. D.,VAVŘÍK, P., ENTLICHER, G., SOSNA, A: Nová metoda kvantifikace otěrových částic UHMWPE v okolí kloubních náhrad. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 76: 374-381, 2009. Přejít k původnímu zdroji...
  28. POKORNÝ, D., ŠLOUF, M., VESELÝ, F., FULÍN, P., JAHODA, D., LANDOR, I., POPELKA, S., BĚLÁČEK, J., ZOLOTAREVOVA, E., SOSNA, A.: Distribuce otěrových částic UHMWPE v periprotetických tkáních u TEP kyčelního kloubu. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 77: 87-92, 2010. Přejít k původnímu zdroji...
  29. ROBA, M., NAKA, M., GAUTIER, E., SPENCER, N.D., CROCKETT, R.: The adsorption and lubrication behaviorof synovial fluid proteins and glycoproteins on the bearing surface materials of hip replacements. Biomaterials, 30: 2072-2078, 2009. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  30. ROTH, A., SANDER, K., LAYHER, F., BABISCH, J., VENBROCKS, R.: In Vivo Measurement of Polyethylene Wear in Cementless Total Hip Arthroplasty. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 77: 13-17, 2010. Přejít k původnímu zdroji...
  31. ROZKYDAL, Z., JANÍK, P., JANÍČEK, P., KUNOVSKÝ, R.: Revizní náhrada kolena po aseptickém uvolnění. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 74: 5-13, 2007. Přejít k původnímu zdroji...
  32. RYBKA, V., VAVŘÍK, P., LANDOR,I.: Assessment of the Walter-Motorlet cemented condylar knee replacement - 100 cases. J. Orthop. Rheum., 4: 71-81, 1991.
  33. SIDA, D., BLAISE. L., SIDA, V., VAVRIK, P.: Zirconia ceramic femoral components. Key Eng. Mat., 218: 581-584, 2002. Přejít k původnímu zdroji...
  34. ŠÍDA, V.: Zpráva o průběhu a výsledcích řešení projektu "Kondylární náhrada kolenního kloubu s aplikací keramiky" č. PPZ1/29/98. DIAS a.s., Turnov, 1998.
  35. SOSNA, A., RADONSKÝ, T., POKORNÝ, D., VEIGL, D., HORÁK, Z., JAHODA, D.: Polyetylenová choroba. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 70: 6-16, 2003.
  36. SPECTOR, M., RIES, M. D., Bourne, R. B., SAUER, S. W., LONG, M., HUNTER, G.: Wear performance of ultra-high molecular weight polyethylen on oxidized zirkonium total knee femoral components. J. Bone Jt Surg., 83-A: 80-86, 2001. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  37. ŠLOUF, M., POKORNÝ, D., ENTLICHER, G., DYBAL, J., SYNKOVÁ, H., LAPČÍKOVÁ, M., FEJFARKOVÁ, Z., ŠPUNDOVÁ, M., VESELÝ, F., SOSNA, A.: Quantification of UHMWPE wear debris in periprosthetic tissues of hip arthroplasty: description of a new method based on IR and comparison with radiographic appearance. Wear, 265: 674-684, 2008. Přejít k původnímu zdroji...
  38. TAYLOR, T.: Computational Wear Testing of TKR. TribOS Newsletter, 9: 14-17, 2009. Přejít k původnímu zdroji...
  39. TONI, A.: Realtionship Between Obesity and Early failure of Total Knee Prostheses. TribOS Newsletter, 8: 7-8, 2009.
  40. UENO, M., APGAR, M., SARIN, V.: Mechanical stress analysis and burst testing of a zirconia femoral component for total knee arthroplasty. Key Eng. Mat., 218-220: 573-576, 2002. Přejít k původnímu zdroji...
  41. VAVŘÍK, P., LANDOR, L: Revision TKA in the cases with severe polyethylene wear. Sborník přednášek: X. Národní kongres ČSOT s mezinárodní účastí. 18. 5. 2006, Praha.
  42. VAVŘÍK, P., LANDOR, I., DENK, F.: Klinické zhodnocení použití keramické femorální komponenty v konstrukci náhrady kolenního kloubu. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 75: 436-442, 2008. Přejít k původnímu zdroji...
  43. VAVŘÍK P., LANDOR, I., TOMAIDES, J., POPELKA, S.: Střednědobé výsledky u náhrad kolenního kloubu Medin Modular. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 76: 30-34, 2009. Přejít k původnímu zdroji...
  44. VAVŘÍK, P., POPELKA, S., VÍRAVA, J.: Ojedinělý případ oboustranného výskytu rozsáhlého polyetylénového granulomu po náhradě kolena. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 68: 320-323, 2001.
  45. VAVŘÍK, P. VEIGL, D.: Uvolnění a periprotetická osteolýza kloubních náhrad. Čes. Revmatol., 10: 157-164, 2002.
  46. VEIGL, D., NIEDERLOVÁ, J., KRYŠTŮFKOVÁ, O.: Periprosthetic osteolysis and its association with the molecule RANKL expression. Physiol. Res., 56: 455-62, 2007. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  47. VESELÝ, F., NOVOTNÝ, K., SOSNA, A.: Záměna masivního heterotopického otěrového granulomu s aneuryzmatem arteria iliaca externa. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 76: 509-512, 2009. Přejít k původnímu zdroji...
  48. WALKER, P.: Questions & Answers: Wear in Knees. TribOS Newsletter, 3: 10-11, 2008.
  49. ZOLOTAREVOVA, E., FEJFARKOVÁ, Z., ENTLICHER, G., LAPČÍKOVÁ, M., SLOUF, M., POKORNÝ, D., SOSNA, A.: Can centrifugation affect the morphology of polyethylene wear debris? Wear, 265: 1914-1917, 2008. Přejít k původnímu zdroji...