آنچه درباره ایمپلنت مفصل ران باید بدانیم

مفصل ران یا HIP، بزرگ‌ترین مفصل بدن انسان است و اصطلاحا از یک مفصل گوی و کاسه تشکیل شده است که دامنه حرکتی بالایی دارد. این مفصل، متشکل از قرارگیری سر استخوان ران است که کاسه در قسمتی از لگن است که به آن حفره استابولوم گفته می‌شود. سالانه به طور میانگین، 1 میلیون عمل جراحی تعویض مفصل ران، انجام می‌گیرد که این عدد با توجه به رشد جمعیت و از طرفی افزایش سالمندان در جامعه، تقاضا برای این ایمپلنت‌ها رو به افزایش است. نتایج آماری نشان داده است که در سال 2030 این افزایش به میزان 174% رشد پیدا خواهد کرد. در ادامه به آشنایی بیشتر با بیومواد مورد استفاده در عمل جراحی تعویض کامل مفصل ران پرداخته می‌شود.

شکل 1. مفصل ران

شرایط ایمپلنت مفصل ران

این ایمپلنت به علت قرارگیری در محلی با دامنه ی حرکتی بالا باید دارای شرایط زیر باشد:

1.   زیست سازگاری بالا و پایداری مناسب در بدن
2.   استحکام کششی متناسب با استخوان و مدول یانگ نزدیک به استخوان برای جلوگیری از پدیده سپر تنشی یا stress shielding
3.   استحکام خستگی بالا
4.   مقاومت به سایش بالا
5.   مقاومت به خوردگی بالا
6.   نداشتن یا به حداقل رساندن ذرات ریز ناشی از سایش و خوردگی

لذا انتخاب مواد یکی از مراحل مهم در ساخت یک ایمپلنت به شمار می‌آید.

شکل 2. ایمپلنت مفصل ران

انتخاب مواد

از رایج‌ترین مواد مورد استفاده در ایمپلنت‌های ارتوپدی به ویژه مفصل ران، بیو فلزات هستند که در این میان، آلیاژهای کبالت-کروم به علت مقاومت به سایش بالا، مناسب‌ترین انتخاب هستند. آلیاژهای کبالت-کروم-مولیبدن، آلیاژ ریختگی پرکاربردی در این زمینه هستند. این آلیاژها، خواص مکانیکی و خوردگی بسیار خوبی دارند و ترد نیست. از طرفی مدول الاستیک آن، 220 تا 230 گیگاپاسکال است که در حدود 10 برابر استخوان قشری است و لذا احتمال پدیده سپر تنشی را بالا می‌برد؛ همچنین با وجود نرخ سایش و خوردگی پایین این آلیاژ، رهایش یون‌های کروم، نیکل و کبالت آن به مرور زمان باعث افزایش تجمع ذرات ریز ناشی از سایش و یون‌های خوردگی و بالاتر رفتن مقدار آن‌ها از حد سمی شده و در طولانی مدت خطر احتمال ابتلا به سرطان را بالا می‌برد.

به همین سبب استفاده از پوشش‌ها و حتی جایگزینی آن با آلیاژهای دیگر نظیر تیتانیوم اصلاح سطحی شده، استفاده از پلیمرهایی نظیر UHMWPE به عنوان کاسه مفصل، در مقابل آلیاژ کبالت-کروم و همچنین سرامیک‌هایی نظیر زیرکونیا و آلومینا و البته کامپوزیت‌ها مورد بررسی قرار گرفته‌اند.

به طور مثال، استفاده از پروتزهای دو تکه از جنس کبالت-کروم و سرامیک آلومینا یا زیرکونیا و کاسه‌های از جنس آلومینا یا UHMWPE از نمونه‌های با نتایج مطلوب و تجاری شده‌اند. یکی از پژوهش‌های جالب در این زمینه استفاده از مواد گرادیانی در سر ایمپلنت فمور است به طوری که هسته مرکزی مدول پایینی داشته و قشر بیرونی خاصیت خود روان کاری دارد. شکل زیر شماتیکی این پروتز را نشان داده است.

شکل 3. شماتیک نمونه ایمپلنت مفصل ران گرادیانی