Rodzaje endoprotez stawu kolanowego — konstrukcje i materiały, z jakich są wykonane

Kiedy chrząstka w kolanie zużyje się do tego stopnia, że kość ociera o kość, a leki i rehabilitacja przestają pomagać, ortopeda zwykle proponuje wymianę stawu. Brzmi to jak jedna, konkretna operacja, ale w praktyce kryje się za tym cała rodzina rozwiązań. Endoproteza kolana to nie jedna uniwersalna „część zamienna”, tylko zestaw konstrukcji dobieranych do konkretnego pacjenta, jego wieku, aktywności i tego, jak bardzo zniszczony jest staw. W tym artykule wyjaśniam, jakie są rodzaje endoprotez kolana, czym różnią się poszczególne konstrukcje i — co wielu pacjentów interesuje najbardziej — z jakich materiałów są zrobione.

Wkładka piszczelowa – polietylenowy element, po którym ślizga się część udowa – może być zamocowana na dwa sposoby, co stanowi osobny podział endoprotez kolana. W konstrukcji ze stałą wkładką (fixed bearing) polietylen jest trwale połączony z metalową tacą piszczelową i nie przemieszcza się względem niej; to rozwiązanie najczęściej stosowane, dobrze przebadane i przewidywalne. W konstrukcji z wkładką ruchomą (mobile bearing) polietylen może nieznacznie obracać się i przesuwać po gładkiej powierzchni tacy, co ma lepiej odwzorowywać naturalny, rotacyjny ruch kolana i teoretycznie zmniejszać ścieranie. W praktyce badania długoterminowe nie wykazują wyraźnej przewagi jednego typu nad drugim, a wybór zależy od konstrukcji implantu i doświadczenia operatora.

Jak zbudowany jest zdrowy staw kolanowy (i co „naprawia” proteza)

Żeby zrozumieć różnice między typami implantów, warto na chwilę wrócić do anatomii. Staw kolanowy tworzą trzy kości: udowa (od góry), piszczelowa (od dołu) i rzepka (z przodu). Powierzchnie, które się o siebie ślizgają, pokrywa gładka chrząstka, a całość stabilizują więzadła — w tym dwa krzyżowe: przednie (ACL) i tylne (PCL). Wewnątrz staw dzieli się umownie na trzy przedziały: przyśrodkowy (wewnętrzny), boczny (zewnętrzny) i rzepkowo-udowy (z przodu).

Endoprotezoplastyka stawu kolanowego polega na usunięciu zużytych powierzchni stawowych i zastąpieniu ich elementami z metalu i tworzywa. Kluczowe jest jednak to, że choroba nie zawsze niszczy cały staw równomiernie. Czasem zwyrodnienie obejmuje wyłącznie jeden przedział, a reszta jest w dobrej formie. To właśnie ta obserwacja stoi u podstaw podstawowego podziału endoprotez.

Endoproteza całkowita (totalna) a proteza jednoprzedziałowa

Endoproteza całkowita (TKA)

Endoproteza całkowita, nazywana też totalną (z angielskiego TKA — total knee arthroplasty), to najczęściej wykonywany typ wymiany kolana. Wymienia się w niej powierzchnie stawowe wszystkich trzech przedziałów. Na koniec kości udowej trafia metalowy element odwzorowujący jej kłykcie, na piszczel — metalowa płytka podstawy (tzw. taca piszczelowa) z osadzoną na niej wkładką z tworzywa, a w wielu przypadkach dokłada się jeszcze komponent rzepkowy z polietylenu.

To rozwiązanie sprawdza się, gdy zwyrodnienie objęło większość stawu, gdy występują znaczne deformacje osi kończyny (koślawość lub szpotawość) albo gdy więzadła są już niewydolne. Proteza totalna jest uniwersalna i przewidywalna — dlatego stanowi „konia roboczego” współczesnej ortopedii.

Proteza jednoprzedziałowa (połowicza)

Proteza jednoprzedziałowa, określana też jako połowicza lub częściowa (po angielsku UKA — unicompartmental knee arthroplasty), zastępuje powierzchnie tylko jednego, zajętego przedziału — najczęściej przyśrodkowego. Pozostałą, zdrową część stawu, wraz z oboma więzadłami krzyżowymi, pozostawia się nietkniętą.

Zalety takiego podejścia są konkretne: mniejsza rana, mniej usuniętej kości, zwykle szybsza rehabilitacja i bardziej „naturalne” czucie kolana, bo zachowane więzadła krzyżowe nadal pełnią swoją rolę. Nie jest to jednak opcja dla każdego. Proteza jednoprzedziałowa wymaga, by zwyrodnienie faktycznie ograniczało się do jednego przedziału, więzadła były sprawne, a deformacja niewielka i możliwa do skorygowania. U dobrze zakwalifikowanych pacjentów daje bardzo dobre efekty; przy złej kwalifikacji szybciej się zużywa i może wymagać wcześniejszej wymiany na protezę totalną.

Warto wspomnieć jeszcze o odmianie rzadszej — protezie stawu rzepkowo-udowego, wymieniającej wyłącznie powierzchnię między rzepką a kością udową. Stosuje się ją w wąskiej grupie pacjentów z izolowanym zwyrodnieniem tego przedziału.

CR czy PS — proteza z zachowaniem lub wycięciem więzadła krzyżowego tylnego

Przy endoprotezie całkowitej pojawia się decyzja, która brzmi technicznie, ale ma realne znaczenie dla działania kolana: co zrobić z więzadłem krzyżowym tylnym (PCL). To ono w naturalnym stawie pilnuje, żeby piszczel nie „uciekała” do tyłu i pomaga w kontrolowanym zginaniu. Więzadło krzyżowe przednie przy wymianie kolana i tak zwykle jest już nieobecne lub zostaje usunięte, więc cała rozgrywka toczy się wokół PCL.

Proteza CR (cruciate retaining) — zachowująca PCL

W konstrukcji typu CR ortopeda pozostawia więzadło krzyżowe tylne. Implant jest tak zaprojektowany, by współpracować z tym więzadłem — to ono w dużej mierze odpowiada za stabilność kolana przy zginaniu. Zaletą jest zachowanie własnej tkanki pacjenta i bardziej fizjologiczna praca stawu. Warunek jest jeden: PCL musi być zdrowe i wydolne. Ten wariant często wybiera się u pacjentów z dobrej jakości więzadłami i umiarkowanymi deformacjami.

Proteza PS (posterior stabilized) — z wycięciem PCL

W konstrukcji typu PS więzadło krzyżowe tylne zostaje usunięte, a jego funkcję przejmuje sama proteza. We wkładce polietylenowej znajduje się charakterystyczny czop (bolec), który współpracuje z odpowiednio ukształtowaną belką w elemencie udowym. Ten mechanizm „czop–belka” zastępuje pracę wyciętego więzadła i zabezpiecza kolano przed przesuwaniem się piszczeli do tyłu. Protezę PS wybiera się, gdy PCL jest uszkodzone, przy większych deformacjach albo sztywnych kolanach, gdzie trzeba uzyskać większy zakres zgięcia.

Który wariant jest lepszy? Badania długoterminowe pokazują, że przeżywalność i wyniki obu typów są porównywalne. To nie jest wybór „lepszy kontra gorszy”, lecz dopasowanie konstrukcji do stanu więzadeł i preferencji operatora.

Protezy związane i zawiasowe — rozwiązania rewizyjne i do trudnych przypadków

Standardowe protezy CR i PS opierają swoją stabilność w dużej mierze na zachowanych więzadłach i torebce stawowej. Bywają jednak sytuacje, w których tego wsparcia po prostu brakuje — po rozległych zniszczeniach kości, przy ciężkich deformacjach, w niestabilnych kolanach albo podczas operacji rewizyjnej, czyli wymiany zużytej lub obluzowanej protezy na nową. Wtedy sięga się po konstrukcje o większym stopniu związania.

• Protezy półzwiązane (constrained) — mają wkładkę i element udowy tak dopasowane, że same przejmują część funkcji stabilizujących, których nie zapewniają już osłabione więzadła poboczne. To stopień pośredni.
• Protezy zawiasowe (rotating hinge) — element udowy i piszczelowy są mechanicznie połączone ruchomym zawiasem, który pozwala na zginanie i prostowanie, a w nowoczesnych modelach także na rotację. Taka proteza sama „trzyma” kolano w pionie i poziomie, dlatego stosuje się ją przy braku więzadeł, dużych ubytkach kostnych i w skomplikowanych rewizjach.

Protezy związane i zawiasowe mają zwykle długie trzpienie zakotwiczone głęboko w kanale kości udowej i piszczelowej, co zapewnia im mocne osadzenie tam, gdzie samej kości gąbczastej jest za mało. To rozwiązania „cięższego kalibru” — dają stabilność za cenę nieco mniej naturalnej biomechaniki, dlatego rezerwuje się je dla przypadków, które tego wymagają.

Proteza kolana cementowana czy bezcementowa — jak implant łączy się z kością

Drugi wielki podział endoprotez dotyczy nie kształtu, lecz sposobu mocowania implantu do kości. Od tego zależy, jak proteza „zrośnie się” z organizmem.

Proteza kolana cementowana

W metodzie cementowanej elementy protezy osadza się w kości za pomocą cementu kostnego — polimetakrylanu metylu (PMMA). Cement nie jest klejem w potocznym sensie; to raczej wypełniacz, który zastyga w ciągu kilkunastu minut i tworzy trwałe, szczelne połączenie między metalem a kością. Proteza kolana cementowana zapewnia natychmiastową, mocną stabilizację, co pozwala szybko obciążać kończynę. To najlepiej przebadana i najczęściej stosowana metoda w kolanie, sprawdzająca się zwłaszcza u pacjentów starszych oraz przy słabszej, osteoporotycznej kości. Jej dodatkowym atutem jest możliwość dodania do cementu antybiotyku.

Proteza bezcementowa

Proteza bezcementowa nie wykorzystuje cementu. Zamiast tego jej powierzchnia stykająca się z kością jest specjalnie przygotowana — porowata lub pokryta warstwą (np. hydroksyapatytem) — tak, aby własna kość pacjenta z czasem wrosła w implant i związała się z nim biologicznie. To mocowanie „na wcisk” daje początkowo dobrą stabilizację mechaniczną, a ostateczną trwałość buduje w ciągu kolejnych tygodni, w miarę jak kość wnika w strukturę powierzchni. Rozwiązanie bezcementowe bywa preferowane u młodszych, aktywnych pacjentów z mocną kością, w nadziei na trwalsze połączenie w perspektywie wielu lat. Wymaga jednak bardzo dobrej jakości kości i precyzyjnego dopasowania.

W praktyce spotyka się też mocowanie hybrydowe — część elementów cementuje się, część zostawia bezcementową, łącząc zalety obu podejść. Wybór metody zależy od jakości kości, wieku, aktywności i doświadczenia operatora, i zawsze jest decyzją indywidualną.

Materiały endoprotezy — z czego naprawdę zrobione jest sztuczne kolano

Trwałość i komfort pracy protezy w ogromnej mierze zależą od tego, z czego ją wykonano. Nowoczesne materiały endoprotezy dobiera się tak, by były biozgodne (organizm ich nie odrzuca), odporne na korozję i obciążenia oraz by tworzyły jak najgładszą, najmniej ścierającą się parę trącą. Przyjrzyjmy się głównym z nich.

Stopy kobaltowo-chromowe

Stopy kobaltowo-chromowe (CoCr) to klasyka ortopedii i najczęstszy materiał na element udowy protezy kolana. Są bardzo twarde, odporne na zarysowania i korozję, a przy tym można je wypolerować do lustrzanej gładkości. Właśnie ta gładkość jest kluczowa — to po powierzchni kobaltowo-chromowej ślizga się polietylenowa wkładka, więc im lepiej wypolerowany metal, tym wolniej zużywa się tworzywo. Stopy CoCr wykorzystuje się także na tace piszczelowe.

Tytan i stopy tytanu

Tytan i jego stopy (najczęściej Ti-6Al-4V) cenione są za lekkość, wyjątkową biozgodność oraz sprężystość zbliżoną do kości, co sprzyja jej naturalnej pracy wokół implantu. Tytan nie nadaje się jednak na powierzchnie trące — jest na to zbyt „miękki” i podatny na zarysowania. Dlatego stosuje się go tam, gdzie liczy się kontakt z kością i wrastanie: na trzpienie oraz na porowate podstawy piszczelowe, zwłaszcza w protezach bezcementowych.

Polietylen UHMWPE o wysokim usieciowaniu

Wkładka między metalowymi elementami pełni rolę sztucznej chrząstki i wykonana jest z polietylenu o bardzo dużej masie cząsteczkowej (UHMWPE). To ona przejmuje obciążenia i umożliwia gładki poślizg. Ponieważ tworzywo jest w tym układzie „najsłabszym ogniwem” — to ono z czasem najbardziej się zużywa — inżynierowie opracowali polietylen o wysokim stopniu usieciowania (highly cross-linked polyethylene). Dodatkowe wiązania między łańcuchami polimeru znacząco zwiększają odporność na ścieranie. Nowsze wersje wzbogaca się o witaminę E, która działa jak przeciwutleniacz i chroni materiał przed degradacją. Mniejsze zużycie wkładki oznacza mniej mikrocząsteczek uwalnianych do stawu, a to przekłada się na dłuższą żywotność protezy.

Ceramika i utleniany cyrkon

Ceramika jest wyjątkowo twarda, gładka i obojętna dla tkanek, a jej powierzchnia bardzo mało ściera przylegający polietylen. W kolanie spotyka się przede wszystkim rozwiązanie pośrednie: element udowy z utlenianego cyrkonu (oxidized zirconium). To metal, którego powierzchnię przekształcono w twardą, ceramiczną warstwę — łączy on odporność ceramiki na zużycie z wytrzymałością metalu na pękanie. Takie komponenty bywają proponowane młodszym, aktywnym pacjentom oraz osobom z alergią na nikiel czy kobalt, u których klasyczne stopy metali mogą być problematyczne.

Powierzchnie artykulacyjne — serce protezy

Wszystko sprowadza się do jednego: jak współpracuje ze sobą para trąca, czyli powierzchnie artykulacyjne. W przeważającej większości protez kolana jest to układ metal–polietylen: gładki, wypolerowany element udowy (kobaltowo-chromowy lub z utlenianego cyrkonu) ślizga się po usieciowanej wkładce UHMWPE. To sprawdzone, przewidywalne połączenie o niskim tarciu. Komponent rzepkowy, jeśli się go stosuje, również wykonany jest z polietylenu i artykuluje z metalowym elementem udowym. Dobór właściwej pary trącej wpływa bezpośrednio na to, jak długo proteza posłuży bez oznak zużycia.

Jak dobiera się rodzaj endoprotezy

Nie ma jednej „najlepszej” protezy — jest proteza najlepiej dopasowana do konkretnego pacjenta. Ortopeda bierze pod uwagę zakres zwyrodnienia (jeden przedział czy cały staw), stan i jakość więzadeł (to często rozstrzyga między CR, PS a konstrukcją związaną), jakość kości i wiek (co wpływa na wybór między protezą cementowaną a bezcementową), poziom aktywności, ewentualne alergie na metale oraz to, czy jest to operacja pierwotna, czy rewizyjna. Ostateczna decyzja zapada po badaniu klinicznym, analizie zdjęć RTG i planowaniu przedoperacyjnym — a często dopiero śródoperacyjnie, gdy ortopeda ocenia staw „na żywo”.

Podsumowanie

Rodzaje endoprotez kolana można porządkować na kilku poziomach jednocześnie. Ze względu na zakres wymiany dzielimy je na całkowite (totalne) i jednoprzedziałowe (połowicze). Ze względu na sposób radzenia sobie z więzadłem krzyżowym tylnym — na protezy CR (zachowujące PCL) i PS (z jego wycięciem i mechanizmem czopa). Do trudnych i rewizyjnych przypadków służą konstrukcje związane i zawiasowe. Osobny, równie ważny podział dotyczy mocowania: proteza kolana cementowana kontra proteza bezcementowa (oraz warianty hybrydowe). Na to wszystko nakładają się materiały endoprotezy — stopy kobaltowo-chromowe i utleniany cyrkon na powierzchnie trące, tytan na elementy wrastające w kość oraz wysoko usieciowany polietylen UHMWPE jako sztuczna chrząstka. Zrozumienie tych różnic pomaga świadomie rozmawiać z lekarzem i lepiej pojąć, dlaczego akurat taka, a nie inna endoproteza jest w danym przypadku najlepsza.

Powyższy tekst ma charakter edukacyjny i nie zastępuje konsultacji z lekarzem — o wyborze rodzaju endoprotezy i metody leczenia zawsze decyduje ortopeda po indywidualnej ocenie stanu zdrowia pacjenta.