HISTORICKÝ PŘEHLED A SOUČASNÉ TRENDY TOTÁLNÍCH

´ UCEN ˇ Í TECHNICKE ´ V BRNE ˇ VYSOKE BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

ˇ YRSTV ´ Í FAKULTA STROJNÍHO INZEN ´ ˇ USTAV MECHANIKY TELES, MECHATRONIKY A BIOMECHANIKY FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF SOLID MECHANICS, MECHATRONICS AND BIOMECHANICS

´ PREHLED ˇ ˇ ´ TRENDY TOTALN ´ ÍCH HISTORICKY A SOUCASN E ´ KYCELN ˇ ÍCH KLOUBU ˚ ENDOPROTEZ THE HISTORICAL SURVEY AND THE CURRENT TRENDS OF TOTAL HIP REPLACEMENT

´ RSK ˇ A ´ PRACE ´ BAKALA BACHELOR’S THESIS

´ AUTOR PRACE

´ PETR BUKOVSKY

AUTHOR

´ VEDOUCÍ PRACE SUPERVISOR

BRNO 2010

Ing. PETR SKALKA, Ph.D.

Abstrakt Bakaláˇrská práce je zamˇeˇrena na historick´ y v´ yvoj endoprotézy kyˇceln´ıho kloubu, pouˇz´ıvané endoprotézy v souˇcastné praxi, pˇrehled materiál˚ u a rozbor zat´ıˇzen´ı v umˇelé kloubn´ı jamce. V´ ypoˇcet kloubn´ı jamky bude modelován jako 3D u ´loha v koneˇcno-prvkovém v´ ypoˇcetn´ım systému ANSYS. V´ ystupem v´ ypoˇctu jsou deformaˇcn´ı a napˇeˇtová zobrazen´ı na sestaven´ı kloubn´ı jamky. Summary The bachelor thesis is focused on the historical development of total hip replacement, prothesis used in current surgical practice, materials review, and artificial acetabulum load analysis. FEM system ANSYS will be use to analyze three-dimensional model. The result of ANSYS simulation is strain-stress displayed to compile the acetabulum. Kl´ıˇ cov´ a slova Totáln´ı endoprotéza kyˇceln´ıho kloubu, biomechanika, biomechanické materiály, v´ ypoˇctové modelován´ı, ANSYS Keywords Total hip replacement, biomechanics, biomaterials, computational modeling, ANSYS

´ P. Historický pˇrehled a souˇcasné trendy totáln´ıch endoprotéz kyˇceln´ıch BUKOVSKY, kloub˚ u. Brno: Vysoké uˇcen´ı technické v Brnˇe, Fakulta strojn´ıho inˇzen´ yrstv´ı, 2010. 45s. Vedouc´ı - Ing. Petr Skalka, Ph.D.

Prohlaˇsuji, ˇze tuto bakaláˇrskou práci jsem vypracoval samostatnˇe pod dohledem vedouc´ıho s vyuˇzit´ım odborné literatury a dalˇs´ıch dostupn´ ych zroj˚ u informac´ı, které jsou vˇsechny citovány a uvedeny v seznamu literatury.

Petr Bukovsk´ y

Chtˇel bych podˇekovat vˇsem, kteˇr´ı mˇe pˇri psan´ı bakaláˇrské práce podporovali hmotnˇe i duchovnˇe. Obzláˇstˇe pak ˇclen˚ um mé rodiny a vedouc´ımu mé bakaláˇrské práce. Petr Bukovsk´ y

Obsah ´ 1 Uvod 2 V´ ymˇ ena kyˇ celn´ıho kloubu 2.1 Druhy operace . . . . . . 2.1.1 Prvooperace . . . 2.1.2 Revizn´ı operace . 2.2 Aloplastika . . . . . . .

3

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

3 Historick´ a reˇ serˇ se tot´ aln´ıch endoprot´ ez 3.1 Cervikokapitáln´ı náhrada . . . . . . . . 3.2 Totáln´ı endoprotéza . . . . . . . . . . . 3.3 Totáln´ı endoprotéza kyˇceln´ıho kloubu v 3.4 Náhrady acetabula . . . . . . . . . . . 3.5 Rozdˇelen´ı náhrad . . . . . . . . . . . . 4 Trendy v souˇ castn´ e TEP 4.1 Operace . . . . . . . . . . . 4.2 Hydroxyapatit . . . . . . . . 4.2.1 Biokeramick´ y povlak 4.2.2 Dalˇs´ı vyuˇzit´ı HA . . 4.3 Bioaktivn´ı sklo . . . . . . . 4.4 Porézn´ı nátˇery . . . . . . . . 4.5 Vysoce s´ıt’ovan´ y polyetylén . 4.6 Modulárn´ı systémy . . . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . . . . . . . . ˇ ych Cesk´ . . . . . . . . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

4 4 4 6 6

. . . . . . . . . . zem´ıch . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

7 7 10 12 12 13

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

14 14 15 15 15 15 16 16 17

5 Materi´ aly pouˇ z´ıvan´ e v jamce TEP 5.1 Polytetrafluorethylén . . . . . . . 5.2 Vysoce s´ıt’ovan´ y polyetylén . . . . 5.3 Keramick´ y materiál . . . . . . . . 5.3.1 Zirkoniová keramika . . . 5.3.2 BIOLOX . . . . . . . . . . 5.4 Kovové slitiny . . . . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

19 19 20 20 21 22 22

6 Biologick´ yu ´ vod do svalovˇ e-kostern´ı problematiky 6.1 Struktura kostn´ı tkánˇe . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Kost stehenn´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Kost pánevn´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Kloub kyˇceln´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Svaly kyˇceln´ıho kloubu . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5.1 Pˇredn´ı svaly kyˇceln´ıho kloubu . . . . . . . . 6.5.2 Zadn´ı (a zevn´ı) svaly kyˇceln´ıho klubu . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

24 24 25 26 27 28 28 29

. . . . . . . .

. . . . . . . .

7 Urˇ cen´ı stykov´ e v´ yslednice 30 7.1 V´ ypoˇcet t´ıhy ˇclovˇeka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 7.1.1 V´ ypoˇcet neznám´ ych parametr˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1

8 V´ ypoˇ ctov´ e modelov´ an´ı 8.1 Problémová situace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Formulace problému . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Formulace c´ıl˚ u pˇri ˇreˇsen´ı problému . . . . . . . . . . . 8.3.1 Systém podstatn´ ych veliˇcin pro ˇreˇsen´ı problému 8.4 Tvorba d´ılˇc´ıch v´ ypoˇctov´ ych model˚ u . . . . . . . . . . . 8.4.1 Model topologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.2 Model dekompozice . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.3 Model geometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.4 Materiálov´ y model . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.5 Model okrajov´ ych a poˇcáteˇcn´ıch podm´ınek . . . 8.5 V´ ybˇer vhodné teorie, hardwaru a softwaru . . . . . . . 8.6 Realizace algoritmu v´ ypoˇctového modelován´ı . . . . . . 8.7 Prezentace a anal´ yza v´ ysledk˚ u . . . . . . . . . . . . . . 8.7.1 Zobrazen´ı kompletn´ıho sestaven´ı modelu . . . . 8.7.2 Zobrazen´ı komponent kloubn´ı jamky . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

9 Z´ avˇ er

34 34 34 34 34 34 34 34 35 37 37 38 39 39 39 41 45

A Obrazov´ a dokumentace A.1 Svaly kyˇceln´ıho kloubu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.2 Kortikáln´ı ˇca´st kosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.3 Spongiózn´ı ˇca´st kosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

I I II II

´ 1 Uvod Lidé se nepozastavuj´ı nad funkc´ı svého tˇela dokud, vˇse funguje, tak jak si pˇrej´ı. Kdyˇz vˇse je na svém m´ıstˇe a netráp´ı je tˇelesné komplikace v pozemském ˇzit´ı, mˇeli by b´ yt za to vdˇeˇcni ’ a ˇst astni. R˚ uzná krátkodobá onemocnˇen´ı nevytrhnou z idylického ˇzit´ı jako onemocnˇen´ı dlouhodobá. Jedni se s n´ı rod´ı, jin´ ym ji ˇzivot pˇrinese do cesty skokovˇe, ˇci postupnˇe. V dneˇsn´ı dobˇe je medic´ına na u ´rovni, kdy dovede ˇreˇsit velké mnoˇzstv´ı naˇsich nedokon” alost´ı“, ˇcasto na u ´kor jin´ ych nuanc´ı od optima. Lékaˇri a vˇedci se kooperativnˇe snaˇz´ı lidské tˇelo zdokonalit. Mnohdy si neuvˇedomujeme, ˇze naˇse tˇelo je nejsloˇzitˇejˇs´ı ze vˇsech stroj˚ u. I nejv´ ykonnˇejˇs´ı poˇc´ıtaˇce nedokáˇz´ı zcela simulovat funkci bunˇek, natoˇz s vysokou pravdˇepodobnost´ı biologické pochody v naˇsem tˇele. Vˇzdy tedy bude prostor ke zdokonalen´ı v u ´pravˇe jeho funkc´ı a zaˇclenˇen´ı r˚ uzn´ ymi vadami postiˇzen´ ych lid´ı do bˇeˇzného ˇzivota. V mé práci se doˇctete, jak se vyvinuly jednoduché náhrady pouˇz´ıvané v klinické praxi aˇz k r˚ uzn´ ym sofostikovan´ ym ˇreˇsen´ım totáln´ı endoprotézy kyˇceln´ıho kloubu. Vysoké silové nároky ˇrad´ı kyˇceln´ı kloub mezi nejv´ıce zatˇeˇzované v tˇele spolu s dalˇs´ımi velk´ ymi klouby doln´ı konˇcetiny. Zp˚ usobená degenerace omezuje v pohybu, p˚ usob´ı bolest, aˇz kloub nen´ı funkˇcn´ı a je nutné jej nahradit. V pˇr´ıpadˇe, kdy konzervativn´ı léˇcen´ı nepomáhá, nastupuje náhrada kyˇceln´ıho kloubu jako spolehlivá operativn´ı léˇcba. ´ Na Ustavu mechaniky tˇeles a biomechaniky jsem si zvolil téma t´ ykaj´ıc´ı se totáln´ı endoprotézy kyˇceln´ıho kloubu. Nikdy dˇr´ıve jsem si nemyslel, ˇze bych mohl studovat cokoli t´ ykaj´ıc´ı se lidského tˇela. Pˇred nˇekolika lety jsem ale zjistil, ˇze budu nucen nechat si ˇcasem vymˇenit vlastn´ı kloub, a zaˇcal jsem se o tuto problematiku zprvu okrajovˇe zaj´ımat. Ze ˇclánk˚ u jsem zjistil mnoho praktick´ ych vˇec´ı a zaj´ımavost´ı a rozhodl se, ˇze bych se o náhradách chtˇel dozvˇedˇet mnohem v´ıce.

3

2 V´ ymˇ ena kyˇ celn´ıho kloubu Volba vhodného implantátu je zcela individuáln´ı, závis´ı na celé ˇradˇe faktor˚ u a je nezbytné ji nechat na operuj´ıc´ım lékaˇri. Hlavn´ımi kontraindikacemi smˇeˇruj´ıc´ımi ke kloubn´ı náhradˇe jsou: • závaˇzná intern´ı onemocnˇen´ı • chronická infekce (kdekoli v organismu) • neléˇcená infekce (kdekoli v organismu) • nádorová onemocnˇen´ı • neuromuskulárn´ı nebo cévn´ı onemocnˇen´ı • ˇspatná kvalita kostn´ıch struktur • tˇeˇzk´ yu ´raz • vrozené vady (pˇreváˇznˇe stehenn´ı kosti) ˇ Casto jsou indikace jeˇstˇe podm´ınˇeny neochotou nebo nezp˚ usobilost´ı nemocného k aktivn´ı spolupráci pˇri rehabilitaci. Obecnˇe pak vˇsechny zm´ınˇené problémy mohou pˇrej´ıt na koxartrózu (degenerativn´ı nemoc kyˇceln´ıho kloubu). Indikaci ke kloubn´ı náhradˇe lze povaˇzovat klidové bolesti, neˇreˇsitelné konzervativn´ı terapi´ı, nebo zásadn´ı poruchy funkce kloubu. Jako vedlejˇs´ı kritéria jsou povaˇzovány vˇek a hmotnost jedince, kter´ y chce operaci podstoupit. Pˇrestoˇze nezanedbatelné hledisko je i technické, biologické a ekonomické, patˇr´ı operativn´ı ˇreˇsen´ı tˇeˇzk´ ych kloubn´ıch postiˇzen´ı dlouhodobˇe k nej´ uspˇeˇsnˇejˇs´ım.

2.1 Druhy operace V dneˇsn´ı dobˇe pacienty dˇel´ı druh operace, kterou mus´ı podstoupit, na dvˇe skupiny, na prvooperaci a revizn´ı operaci.

2.1.1 Prvooperace Pacient je operován, pokud splˇ nuje kritéria pro operativn´ı pˇr´ıstup. Nástroje pouˇzité pˇri operaci jsou r˚ uzn´ ych velikost´ı a druh˚ u. Vyb´ıraj´ı se pˇri samotné operaci podle velikosti kosti operovaného pacienta. Sterilizace a jiné podobné záleˇzitosti nejsou v bodech zm´ınˇeny. Implantován´ı totáln´ı endoprotézy do lidského organismu se liˇs´ı podle individuálnosti zákroku a lze obecnˇe popsat v nˇekolika základn´ıch 1 bodech:

1

U jamky je popisov´ an pouze jeden z nˇekolika moˇzn´ ych zp˚ usob˚ u implantace. Postup operace se liˇs´ı podle literatury. Popisovan´ y postup je dle [1]. Jin´ y postup doporuˇcuje firma BEZNOSKA, která ukazuje pouˇzit´ı n´ astroj˚ u vlastn´ı produkce. [17]

4

Dˇ r´ık 1. chirurgické otevˇren´ı stehna 2. luxace a uˇr´ıznut´ı hlavy i krˇcku femuru s ohledem na správné vytvoˇren´ı roviny vrtán´ı (pˇriˇcemˇz velk´ y trochanter m˚ uˇze b´ yt uˇr´ıznut pro vˇetˇs´ı prostor pro vnitˇrn´ı manipulaci) 3. vydloubnut´ı poˇcáteˇcn´ı dutiny pro vrtán´ı a najit´ı stehenn´ıho proximáln´ıho kanálku 4. vyvrtán´ı dutiny do dˇreˇ nového kanálku stehenn´ı kosti 5. vystruˇzen´ı kanálku (kuˇzelovitého nebo válcového tvaru) 6. obrábˇen´ı dˇreˇ nového kanálku pomoc´ı raˇsple 7. zarovnán´ı kosti po odˇr´ıznutém krˇcku femuru 8. vyzkouˇsen´ı korelace mezi endoprotézou a plochami pˇripraven´ ymi pro implantaci 9. vyplnˇen´ı poˇzadovan´ ym mnoˇzstv´ım kostn´ıho cementu dˇreˇ nové dutiny 10. pˇredpˇripraven´ı dutiny v kostn´ım cementu 11. vsazen´ı spodn´ı ˇca´sti endoprotézy do kostn´ıho cementu Jamka 1. dokonalé zpˇr´ıstupnˇen´ı acetabula 2. pˇredvrtán´ı kostn´ıho l˚ uˇzka 3. vˇetˇs´ımi frézami se kostn´ı l˚ uˇzko postupnˇe zvˇetˇsuje (snaha vyuˇz´ıt maximálnˇe kostn´ı fixaˇcn´ı potenciál acetabula) 4. zaveden´ı kotv´ıc´ı ˇca´sti jamky 5. pˇripevnˇen´ı (pˇriˇsroubován´ı) kotv´ıc´ı ˇca´sti jamky 6. vyˇciˇstˇen´ı jiˇz zavedené ˇca´sti jamky 7. vsazen´ı vnitˇrn´ı ˇca´sti jamky Kompletace dˇ r´ıku a jamky 1. kontrola správného usazen´ı jamky a dˇr´ıku 2. oˇciˇstˇen´ı ploch 3. nasunut´ı hlavice na dˇr´ık a následné uzamˇcen´ı proti pohybu 4. zaklouben´ı hlavice do jamky 5. uveden´ı vˇsech zmˇen potˇrebn´ ych pro operaci do p˚ uvodn´ıho stavu 6. zaˇsit´ı stehna 5

2.1.2 Revizn´ı operace S rostouc´ım poˇctem pacient˚ u pouˇz´ıvaj´ıc´ıch náhradu kyˇceln´ıho kloubu se zvˇetˇsuje i mnoˇzstv´ı tˇech, kteˇr´ı implantát potˇrebuj´ı ˇcasem vymˇenit. Operace je odvislá podle deformace endoprotézy nebo poˇskozen´ı organismu v m´ıstˇe náhrady. Mezi nejjednoduˇsˇs´ı zákroky patˇr´ı v´ ymˇena povrch˚ u, kdy kost je neporuˇsená. Samotná operace je nároˇcnˇejˇs´ı neˇz prvooperace, ale i pˇresto má vysokou u ´spˇeˇsnost zákroku. Nejˇcastˇejˇs´ımi d˚ uvody jsou uvolnˇen´ı implantátu z kosti nebo jin´ ym zp˚ usobem ztráta funkˇcnosti (napˇr. opotˇreben´ım).

2.2 Aloplastika Jak je dnes aloplastika chápána, se zaˇcala rozv´ıjet v polovinˇe 20. stol. V poˇca´teˇcn´ım stádiu byla sp´ıˇse neˇz na vˇedeck´ ych a technick´ ych poznatc´ıch, zaloˇzena na intuici a obecn´ ych zkuˇsenostech. Prvotn´ı operaˇcn´ı pˇr´ıstupy byly velmi nesystematické, protoˇze operuj´ıc´ı lékaˇri nemˇeli dostateˇcné mnoˇzstv´ı informac´ı o tkán´ıch lidského tˇela v okol´ı operovaného m´ısta. Zákroky implantac´ı mˇely pramalou pravdˇepodobnost uspˇet, protoˇze operace byly znaˇcnˇe komplikované a pacienti pˇri nich ztráceli velké mnoˇzstv´ı krve. Reakc´ı na pˇredchoz´ı ne´ uspˇechy byla spolupráce technick´ ych odborn´ık˚ u a lékaˇr˚ u spoleˇcnˇe na v´ yvoji r˚ uzn´ ych druh˚ u implantát˚ u. Bylo tedy moˇzné pˇredv´ıdat chován´ı implantátu po technické stránce, stejnˇe jako pˇribliˇznˇe odhadnout funkˇcnost v lidském tˇele. Spolupráce mˇela za následek vyˇsˇs´ı u ´spˇeˇsnost operac´ı. Prvn´ı, v novodobé historii aloplastiky se zaˇcala upravovat hlava femuru. Vnikaly tak povlaky a hlavice r˚ uzn´ ych materiál˚ u, které bylo ovˇsem problematické správnˇe nasadit tak, aby splˇ novaly poˇzadovaná kritéria. Museli b´ yt plnˇe funkˇcn´ı, tj. fixované v dané poloze, m´ıt správn´ y vnˇejˇs´ı tvar zapadaj´ıc´ı do jamky acetabula, maximáln´ı otˇeruvzdornost a pevnost, aby pˇri pohybu nedegradovali chrupavku. Obecnˇe pouˇzit´ y materiál musel b´ yt vytvoˇren z kompozit (zprvu jen zlatá destiˇcka), které by biochemicky nezasahovali do lidského organismu. Následovalo zv´ yˇsen´ı zájmu mezi chirurgy i vˇedci o aloplastiku a docházelo k v´ yznamné ˇradˇe objev˚ u v této oblasti. Zanedlouho se objevili prvn´ı náhrady celé hlavice stehenn´ı kosti (krˇcku i hlavice). Tvarem se podobaly pozdˇejˇs´ım endoprotézám, které v pozmˇenˇené podobˇe jsou pouˇz´ıvány dodnes.

6

3 Historick´ a reˇ serˇ se tot´ aln´ıch endoprot´ ez 3.1 Cervikokapit´ aln´ı n´ ahrada Vloˇ zen´ı materi´ alu mezi kluzn´ e plochy Jones (1902) pouˇzil jako vloˇzky do kyˇceln´ıho kloubu zlatou folii. Kloub s t´ımto implantátem slouˇzil operovanému aˇz do jeho smrti, tj. 21 rok˚ u. Dalˇ s´ı pokusy vloˇ zen´ı r˚ uzn´ ych materi´ al˚ u Pokusy vkládat mezi kloubn´ı plochy provádˇeli poˇcátkem 20. stol. také Hoffa a H¨ ubshner, z pˇreváˇzné vˇetˇsiny ne´ uspˇeˇsnˇe. Pracovali s materiály jako napˇr. stˇr´ıbro, magnesium, zinek, slonová kost. Lexer (1906) uvád´ı, ˇze je lepˇs´ı pouˇz´ıt materiál (napˇr. fascia lata) tˇelu vlastn´ı nˇeˇz ciz´ı. Tˇelo ho lépe pˇrij´ımá. Dále sv´ ymi pokusy dokazuje, ˇze autotransplantáty a homotransplantáty maj´ı schopnost ˇca´steˇcnˇe fungovat i na jin´ ych m´ıstech v lidském tˇele. Vystupoval zde ovˇsem problém imunologick´ y i biologick´ y, a to nejen s pˇr´ıj´ımán´ım tkán´ı z ciz´ıho tˇela. Nasazovac´ı ˇ cepiˇ cka na hlavu femuru Pˇrevratnou novinkou v roce 1939 byla ˇcepiˇcka z kovu mold arhtoplasty“, kterou ” vyrobil Marius Nygaard Smith-Petersen, americk´ y chirurg p˚ uvodem z Norska. Velk´ ym problémem bylo ˇcepiˇcku správnˇe nasadit. Interpozice tuhé pohyblivé ˇcepiˇcky znamenala v artroplastice kyˇceln´ıho kloubu velk´ y pokrok, kter´ ym nahradila do té doby provádˇené plastiky fasi´ı.

Obrázek 3.1: [36] Kovová ˇcepiˇcka navrhlá Smith-Petersen. Smith-Petersen také jako jeden z prvn´ıch popsal správné operativn´ı otevˇren´ı doln´ı konˇcetiny v oblasti kyˇcle, pˇri kterém nedoˇslo k ˇzádn´ ym poˇskozen´ım nervové ani obˇehové soustavy.

7

N´ ahrada ze slonoviny Delbet a Growes-Hey patˇr´ı k prvn´ım ortoped˚ um, kteˇr´ı implantovali na m´ısto hlavice stehenn´ı kosti náhradu ze slonoviny (1926). Tvar a velikost náhrady náhrady odpov´ıdaly pozdˇeji pouˇz´ıvané Judetovˇe endoprotéze. Prvn´ı tot´ aln´ı endoprot´ eza Philip Willes vyrobil a implantoval prvn´ı totáln´ı náhradu hlavice stehenn´ı kosti i kloubn´ı jamky. Tento umˇel´ y kloub voperoval v nemocnici v Middlesex (1938). Do stehenn´ı kosti byla zasazena nová hlavice z korozivzdorné oceli, jej´ıˇz dˇr´ık procházel navrtanou kost´ı a byl pomoc´ı pˇr´ıpravku a ˇsroub˚ u pˇripevnˇen z vnˇejˇs´ı strany na stehenn´ı kost.

Obrázek 3.2: [5] Prvn´ı TP, kterou navrhl a aplikoval Philip Willes. Nedokonal´ a n´ ahrada Mc Kee V roce 1940 navrhl totáln´ı endoprotézu (jamky i hlavice) Mc Kee, ale sv˚ uj návrh realizoval aˇz v letech 1956-1960. Jeho endoprotéza je modifikac´ı cervikokapitáln´ı náhrady Thompsonovy. Kobaltová slitina, ze které byla byla vyrobena, se ukázala jako nevhodná. Zp˚ usob, kter´ ym byla náhrada fixována pomoc´ı masivn´ıho ˇsroubu, byl nedostateˇcn´ y. Tyto aspekty mˇeli za následek, ˇze u ´spˇeˇsnost implantace se pohybovala kolem 50%.

Obrázek 3.3: [5] P˚ uvodn´ı náhrada Mc Kee aplikovaná bez kostn´ıho cementu. N´ ahrada femuru i velk´ eho trochanteru Austin-Moore a Bohlman (1940) implantovali náhradu za horn´ı ˇcást stehenn´ı kosti (femur vˇcetnˇe velkého trochanteru) u nemocného s nádorem femuru. Náhrada podobná p˚ uvodn´ım tvar˚ um kosti byla zhotovená z Vitalia. Ukotven´ı provedli vsazen´ım do dˇreˇ nové 8

dutiny kosti, kde funkci splˇ novala dva roky, tj. do smrti pacienta. ˇ Cepovit´ aˇ c´ asteˇ cn´ a n´ ahrada Robert a Jean Judetovi (1946) vynalezli ˇcepovou ˇcásteˇcnou (cervokokapitáln´ı) náhradu ˇ z plastu. Cepovit´ a hlavice se skládala z dˇr´ıku vyztuˇzeného kovového jádrem a obalu z polymethylmetakrylátu (plexiskla). Tento typ modifikovali dalˇs´ı r˚ uzn´ı autoˇri. Thompson upravil jen dˇr´ık, kter´ y mˇel hranat´ y (r˚ uznˇe ˇctyˇrhrann´ y pr˚ uˇrez). Zanoliho dˇr´ık byl spirálovitého tvaru. Typ Mariono-Zuco se ke stehenn´ı kosti pˇrichycoval z vnˇejˇs´ı strany pomoc´ı nˇekolika ˇsroub˚ u. Vˇsechny tyto typy byly vyrábˇené z jednoho druhu materiálu (polymethylmetakrylátu), kter´ y se ukázal jako nevyhovuj´ıc´ı. Dˇr´ıky voperované pacient˚ um se postupnˇe lámaly, opotˇrebovávaly a uvolˇ novali, protoˇze nedrˇzely dostateˇcnˇe pevnˇe zasazené v plastické hmotˇe.

ˇ asteˇcná náhrada dle Judeta. Obrázek 3.4: [4] C´ Moorova pr˚ ulomov´ a (klasick´ a) hlavice Nov´ y typ cervikokapilárn´ı náhrady vymyslel a zaˇcal implantovat (1950) Austin Moore. K v´ yrobˇe náhrady pouˇzil jiˇz dˇr´ıve zkouˇsen´ y materiál, Vitallium. Jedineˇcnost tvaru endoprotézy spoˇc´ıvala v otvoru vytvoˇreného ve dˇr´ıku. Do roku 1971 byl v USA zakázán kostn´ı cement, kost tedy mohla otvorem pror˚ ustat, coˇz zvyˇsovalo pevnost uchycen´ı náhrady v kosti. Tento klasick´ y typ v r˚ uzn´ ych modifikac´ıch se uˇz´ıvá v lékaˇrské praxi dodnes. Následovalo opˇet nˇekolik autor˚ u, kteˇr´ı dalˇs´ıch nˇekolik letech upravovali Moorovu hlavici podle sv´ ych pˇredstav, jako byl napˇr. Thompson, Eichler, Lippmann, Reiley a dalˇs´ı.

ˇ asteˇcná náhrada - typ Austin-Moore. Obrázek 3.5: [4] C´

9

Pouˇ zit´ı samopolymerizuj´ıc´ıho methalmetakryl´ atu k ukotven´ı dˇ r´ıku Hoboush pˇrevzal samopolymerizuj´ıc´ı methalmetakrylát (v roce 1951)1 z dentáln´ı techniky a pouˇzil jej k ukotven´ı dˇr´ıku kloubn´ı náhrady. Tuto metodu od nˇej pozdˇeji pˇrevzali hlavnˇe Mc Kee a Charnley. Ukonˇ cen´ı v´ yvoje samostatn´ ych n´ ahrad Velk´ ym nedostatkem vˇsech cervikokapitáln´ıch náhrad bylo velké opotˇreben´ı doposud zcela nezdeformované chrupavky acetabula. Po opotˇreben´ı chrupavky zaˇcala náhrada niˇcit i kost pánevn´ı, do které sv´ ymi pohyby vydlabávala“ d´ıru. ” Weber propracoval stavebnicov´ y typ cervikokapitáln´ı (totáln´ı) endoprotézy. Po opotˇreben´ı acetabula bylo moˇzné ponechat p˚ uvodn´ı dˇr´ık, hlavici vymˇenit za menˇs´ı, pˇriˇcemˇz musel implantovat do pánevn´ı kosti i jamku (kovovou). Tento zp˚ usob zamezil deformaci pánevn´ı kosti, ovˇsem pouze tehdy, byla-li operace uskuteˇcnitelná. Nároky na pacienta se pˇri dalˇs´ı operaci d´ıky nároˇcnosti zákroku zvˇetˇsovaly. Dalˇs´ı pozornost se zaˇcala stále v´ıce vˇenovat totáln´ım endoprotézám kyˇceln´ıho kloubu, protoˇze cervikokapitáln´ı byly individuálnˇe na pacientovi velmi ˇcasovˇe omezené.

3.2 Tot´ aln´ı endoprot´ eza Prvn´ı realizace tot´ aln´ı endoprot´ ezy Návrhy totáln´ı endoprotézy zaˇcal rozpracovávat Mc Kee a publikoval je jiˇz v roce 1940. Do v´ yroby a klinické praxe se dostali aˇz v roce 1953 (obr.3.3). Vycházela z modifikované ˇ Thompsonovy endoprotézy a jako materiál byla pouˇzita chromkobaltová slitina. Sroub pevnˇe spojen´ y s jamkou, ji fixoval do pánve spolu s nˇekolika mal´ ymi doplˇ nkov´ ymi ˇsrouby, avˇsak docházelo k jeho lámán´ı a uvolˇ nován´ı z pánve. Obˇe komponenty endoprotézy také vzájemnˇe moc nedrˇzeli a docházelo k jejich uvolˇ nován´ı. Tento nedostatek vedl Mc Kee k dalˇs´ımu v´ yvoji. V roce 1963 modifikoval za pomoci Eatson-Farrar svou p˚ uvodn´ı endoprotézu. Kompletnˇe pˇredˇelali kovovou jamku, která byla po u ´pravˇe cementována. Od konce 60. let nastává d´ıky anglick´ ym ortoped˚ um Mc Kee a Charnley rychl´ y v´ yvoj totáln´ı náhrady. Uzamˇ cen´ a tot´ aln´ı n´ ahrada V praxi zaˇc´ıná ovˇeˇrovat sv˚ uj návrh Sivaˇs z Moskvy (1956). Jamka jeho totáln´ı náhrady je uzamˇcena na hlavici femuráln´ı komponenty, tato u ´prava zabraˇ nuje vyklouben´ı. Funkci fixaˇcn´ıch prvk˚ u v pánvi pln´ı ostré v´ ystupky z jamky. Na pˇr´ımém dˇr´ıku je pár zahlouben´ı do materiálu, které umoˇzn ˇuj´ı zar˚ ustán´ı kosti. Mezi pˇr´ımou ˇcást´ı a zaoblen´ım u ´st´ıc´ım k femuráln´ı náhradˇe je ˇclen, kter´ y vymezuje velikost zasunut´ı dˇr´ıku do kostn´ı dˇrenˇe stehenn´ı kosti. Celá náhrada byla vyrobena ze slitin kobaltu a titanu a implantovala se bez pouˇzit´ı cementového kotven´ı. 1

Zdroje se rozch´ az´ı v roce pouˇz´ıt´ı. Nˇekteré uvád´ı, ˇze Hoboush pouˇzil methalmetakrylát aˇz v roce 1953

[4].

10

Obrázek 3.6: [5] Náhrady typ Sivaˇs. Zaveden´ı kostn´ıho cementu V roce 1958 navrhl a 1960 publikoval anglick´ y chirurg Sir John Charnley v´ ysledky testován´ı cementován´ı endoprotézy, kter´ y má pozitivn´ı pˇr´ınos v pˇrenáˇsen´ı s´ıly do kostern´ı ˇ soustavy. Rada dalˇs´ıch autor˚ u se rozhodla pouˇz´ıvat ve sv´ ych v´ yzkumech jeho zveˇrejnˇené v´ ysledky s pouˇz´ıván´ım kostn´ıho cementu. Zavedl také kombinaci materiálu z kovu a plastické hmoty. Jamka, která byla zhotovena nejprve z teflonu, nesplˇ novala mechanické poˇzadavky. Následnˇe docházelo v oblasti implantace náhrady k otˇeru a velk´ ym aseptick´ ym zánˇetliv´ ym reakc´ım. V roce 1963 zaˇcal pouˇz´ıvat vysokomolekulárn´ı polyetylen dobˇre snáˇsen´ y organismem. Dalˇs´ıch 20 let praktického uˇzit´ı ukázalo, ˇze kombinace kovu a vysokomolekulárn´ıho polyethylenu zaruˇcuje vysokou ˇzivotnost implantovan´ ych náhrad. Hled´ an´ı n´ ahrady za kostn´ı cement V 70. letech se snaˇzilo odstoupit od kostn´ıho cementu jako fixaˇcn´ıho média. Ovˇsem nové materiály, jako napˇr: plexisklo, fluorosint, delrin, polyester a jiné, se v praxi neosvˇedˇcily a kvalitativnˇe nepˇredˇcily ani kovové materiály, které uˇzil ve sv´ ych náhradách Carnley. Typy vyroben´ e ve v´ ychodn´ım bloku ˇ Movˇsoviˇc Serˇser a Guduˇsauri byli jedni z autor˚ u vyrábˇej´ıc´ı totáln´ı endoprotézy v b´ yvalé SSSR. Jejich náhrady oznaˇcena – typ Movˇsoviˇc, nebyla nikterak inovativn´ı. Vizuálnˇe pˇripom´ınala jiˇz dˇr´ıve vyrobenou totáln´ı náhradu Mc Kee. Avˇsak typ Entropal, kter´ y byl navrhnut v Bulharsku koncem 70. let, obsahoval nˇekolik nov´ ych prvk˚ u pouˇzit´ ych na dˇr´ıku. Sériovˇe byl vyrábˇen v proveden´ı k cementované i bezcementové fixaci.

11

ˇ 3.3 Tot´ aln´ı endoprot´ eza kyˇ celn´ıho kloubu v Cesk´ ych zem´ıch ˇ Z náhrady typu Charnleyova-M¨ ullerova vycházela konstrukce navrˇzena O. Cechem (1972), která se vyrábˇela v Poldi Kladno. Pouˇzit´ y materiál kombinoval kov a vysokomolekulárn´ı polyethylen, do kosti byl fixován kostn´ım cementem. V Poldi Kladno je zaˇrazen do ovˇeˇrován´ı (1979), posléze do sériové v´ yroby (1983) unikátn´ı izoelestick´ y dˇr´ık. Elasticita dˇr´ıku v rozsahu elasticity zdravé stehenn´ı kosti je dána soustavou prut˚ u uloˇzen´ ych v obalu. Tento typ byl urˇcen k bezcementovému kotven´ı. Podle vlastn´ıho návrhu Huraje se koncem 70. let zaˇc´ıná vyrábˇet v Bratislavˇe totáln´ı endoprotéza. Celá náhrada je vyrobena z titanové slitiny a je urˇcena k bezcementovanému kotven´ı. Avˇsak v jamce je jako kluzn´ y prvek vyuˇzit jiˇz dˇr´ıve zavrhovan´ y teflon. V Brnˇe navrhl totáln´ı endoprotézu Harnach z porometalu, bez kotven´ı za pouˇzit´ı cementu.

ˇ Obrázek 3.7: [4] TEP typ Poldi-Cech III.

3.4 N´ ahrady acetabula Urist (1957) a Mc Brid (1961) implantovali umˇelou náhradu jamky kyˇceln´ıho kloubu (aletabula). Samotná náhrada se ale v praxi pˇr´ıliˇs nerozˇs´ıˇrila.

12

3.5 Rozdˇ elen´ı n´ ahrad Pouˇz´ıvané náhrady jsou s r˚ uzn´ ymi typy konstrukce, ale s podobn´ ymi tvarov´ ymi prvky, coˇz je dáno anatomi´ı kyˇceln´ıho kloubu. Typy konstrukce se odv´ıj´ı pˇreváˇznˇe od pouˇz´ıvan´ ych biologick´ ych materiál˚ u a individuálnosti anatomie daného jedince. Umˇ el´ e n´ ahrady kyˇ celn´ıho kloubu je moˇ zno rozdˇ elit z hlediska rozsahu n´ ahrady na ˇ ctyˇ ri skupiny: 1. povrchové, které nahrazuj´ı pouze povrchovou kontaktn´ı plochu hlavice stehenn´ı kosti 2. cervikokapitáln´ı (ˇca´steˇcné), nahrazuj´ı celé hlavice stehenn´ı kosti jako jednu ze dvou komponent kyˇceln´ıho kloubu 3. totáln´ı, nahrazuj´ı obˇe komponenty kyˇceln´ıho kloubu, tzn. femuráln´ı hlavici i pánevn´ı jamku (acetabulum) 4. anatomické, nahrazuj´ı kromˇe hlavice jeˇstˇe urˇcitou ˇcást stehenn´ı kosti Z pohledu sestaven´ı lze TEP rozdˇ elit na dvˇ e skupiny: 1. Náhrady, které maj´ı kluzné plochy vyrobené z jednoho druhu materiálu. (a) MOM - jamka i hlavice jsou vyrobeny z kovu. V 80. letech byly na u ´stupu, nejen 2 d´ıky vyˇsˇs´ımu koeficientu tˇren´ı, kter´ y zp˚ usoboval opotˇreben´ı a následné uvolnˇen´ı implantátu. Nyn´ı se v upravené podobˇe opˇet pouˇz´ıvaj´ı. (b) COC - jamka i hlavice jsou vyrobeny z keramiky. Mezi plochami komponent je velmi malé tˇren´ı. Nev´ yhodou je n´ızká vrubová houˇzevnatost a vysok´ y modul pruˇznosti, coˇz je neˇza´douc´ı obvzláˇstˇe pˇri vyˇsˇs´ıch rázech a namáhán´ı na ohyb. 2. Náhrady kombinuj´ıc´ı nˇekolik druh˚ u materiál˚ u. Obecnˇe lze kombinovat vzájemnˇe témˇeˇr vˇsechny materiály: • dˇr´ık z kovu nebo porometalu

3

• hlavice z keramického materiálu nebo kovu • jamka z kovu (s vyst´ ylkou z polymeru, pˇr´ıpadnˇe z kovu a polymeru), z keramiky (celistvá nebo jen jako vyst´ ylka do polymero-kovové jamky) Dle zp˚ usobu zar˚ ust´ an´ı do kost´ı lze rozdˇ elit TEP na: • cementovanou (pouˇzit kostn´ı cement) • necementovanou (na povrchu implantátu je vytvoˇrena porézn´ı vrstva nebo jiná povrchová u ´prava podporuj´ıc´ı zar˚ ustán´ı kosti) • hybridn´ı (kombinace cementovaného a necementovaného zp˚ usobu) • resurfacing (s krátk´ ym dˇr´ıkem nasunutá náhrada jen do hlavy femuru) 2ˇ 3

C´ asteˇcky uvolnˇeného kovu zp˚ usobovaly metalózu v mˇekk´ ych tkán´ıch a u nˇekter´ ych jedinc˚ u i alergii. Porometal je kov s p´ orovitou u ´pravou povrchu, která napomáhá osteoinduktivitˇe.

13

4 Trendy v souˇ castn´ e TEP Stolet´ı zkoumán´ı a pouˇz´ıván´ı náhrad kyˇceln´ıho kloubu posunulo vˇsechny vyuˇz´ıvané technologi na zcela jinou u ´roveˇ n, neˇz byly v poˇca´tc´ıch. Tvary náhrad se pˇr´ıliˇs nemˇen´ı, krom mal´ ych nuanc´ı. Pˇrib´ yvaj´ı jen nové prvky, jako tˇreba modulárn´ı sloˇzen´ı nebo zámek sestaven´ı dovoluj´ıc´ı pootoˇcen´ı hlavice oproti dˇr´ıku. Nové trendy lze ˇcekat sp´ıˇse v oblasti pouˇzit´ı materiál˚ u. Prozat´ım nebyl vyvinut materiál, kter´ y by splˇ noval vˇsechny biologické a mechanické pˇredpoklady. Kaˇzd´ y z nyn´ı pouˇz´ıvan´ ych druh˚ u materiálu má nˇejaké nedostatky a je na uváˇzen´ı operuj´ıc´ıho chirurga, kterou kombinaci d´ıl˚ u implantátu s pˇr´ısluˇsn´ ymi vlastnostmi zvolit. V této kapitole se doˇctete pouze o nˇekter´ ych v souˇcasnosti pouˇz´ıvan´ ych novinkách“, ” které jsem vybral za d˚ uleˇzité, pˇr´ıpadnˇe velmi ovlivˇ nuj´ıc´ı r˚ uzné funkce implantátu.

4.1 Operace Správné operativn´ı otevˇren´ı doln´ı konˇcetinu v oblasti kyˇcle popsal poprvé John Carnley. Avˇsak j´ım pouˇz´ıvané dlouhé ˇrezy byli velmi nároˇcné pro anesteziované tˇelo. Dnes se chirurgové snaˇz´ı pouˇz´ıvat s ohledem na r˚ uznost pacient˚ u miniinvazivn´ı ˇrezy 1 . Jejich délka se pohybuje jiˇz od 10 cm, coˇz je minimum, pˇri kterém je moˇznost vloˇzen´ı a uchycen´ı vˇsech komponent náhrady. I tak je tˇreba rozˇr´ıznout mnoˇzstv´ı sval˚ u, ˇslach a mˇekk´ ych tkán´ı, aby bylo moˇzno uvolnit kloubn´ı spojen´ı. Pˇri operaci neztrác´ı pacient takové mnoˇzstv´ı krve a jeho svalov´ y systém je ménˇe poˇskozen. Pˇri pouˇzit´ı dvou ˇrez˚ u se pohybuje délka kaˇzdého z nich pˇres 5 cm a nen´ı nutné niˇcit takové mnoˇzstv´ı tkán´ı, jako pˇri pouˇzit´ı ˇrezu jediného. Tento postup je ale mnohem rizikovˇejˇs´ı a obˇcas dojde k poˇskozen´ı tkánˇe. Miniinvazivn´ı chirurgie má zejména tyto v´ yhody: • rychlejˇs´ı zotaven´ı po zákroku • menˇs´ı tˇelesn´ y ˇsok • ztráta menˇs´ıho mnoˇzstv´ı krve bˇehem operace (potˇreba ménˇe krve pro transfuzi) • menˇs´ı mnoˇzstv´ı látek tlum´ıc´ıch bolest • menˇs´ı jizva po operaci • niˇzˇs´ı riziko infekce Podle r˚ uznorodosti operaˇcn´ıho zákroku mus´ı pacienti z˚ ustat nˇekolik dn´ı v nemocnici, kde zaˇcne terapie k pos´ılen´ı sval˚ u. Po návratu dom˚ u mus´ı s lékaˇri aktivnˇe spolupracovat na rehabilitac´ıch, aby se mohli co nejdˇr´ıve zapojit do bˇeˇzného ˇzivota. Cel´ y proces trvá nˇekolik mˇes´ıc˚ u. ˇ e Budˇejovice a. s. bylo prvn´ım pracoviˇstˇem ve stˇredn´ı a Ortopedickém oddˇelen´ı Nemocnice Cesk´ v´ ychodn´ı Evropˇe, kde byla pouˇzila nov´ a miniinvaz´ıvn´ı metoda (28. u ńora 2005). [29]. 1

14

4.2 Hydroxyapatit Chemick´ y vzorec hydroxiapatitu je Ca10 (PO4 )6 (OH)2 . Látka, která tvoˇr´ı hlavn´ı sloˇzkou kost´ı (neorganickou), se jako umˇele vyrobená stala ned´ılnou souˇca´st´ı lékaˇrské praxe. Tento v´ yznamn´ y biologick´ y materiál je slouˇceninou vápn´ıku a fosforu a je uˇz´ıvám pˇri v´ yrobˇe nejen kostn´ıch implantát˚ u. D˚ uleˇzité vlastnosti hydroxyapatitu jsou: • schopnost integrace do kostn´ı struktury a podpora zar˚ ustán´ı, bez rozkladu nebo rozpouˇstˇen´ı (bioaktivn´ı látka) • nestálá slouˇcenina, rozkládaj´ıc´ı se od teploty pˇribliˇznˇe 800-1200°C v závislosti na stechiometrii 2 • hust´ y HA nemá mechanickou pevnost a samotn´ y neslouˇz´ı jako pevn´ y podp˚ urn´ y prvek pˇri zat´ıˇzen´ı

4.2.1 Biokeramick´ y povlak Kovové materiály (nejˇcastˇeji uˇz´ıvané slitiny titanu a nerezové oceli) mˇen´ı po pouˇzit´ı HA strukturu povrchu. Lidské tˇelo takto upraven´ y materiál lépe pˇrij´ımá. Implantát bez povlaku by tˇelu mohl v´ıce pˇripadat jako ciz´ı a reakce tˇela by mohla zp˚ usobit izolaci implantátu od okoln´ı tkánˇe. Dnes prozat´ım jedin´ y zp˚ usob pr˚ umyslového pouˇzit´ı této metody je za pouˇzit´ı plazmového postˇriku. Kvalita povrchové vrstvy (jako napˇr. pórovitost, tvar pór˚ u, topografii povlaku aj.) vytvoˇrené pomoc´ı plazmy je obt´ıˇzné kontrolovatelná .

4.2.2 Dalˇ s´ı vyuˇ zit´ı HA Vyuˇzit´ım HA je i vyrábˇen´ı kostn´ıch plniv (kostn´ı cement) ve formˇe práˇsku k vyplnˇen´ı kostn´ıch dutin, r˚ uzn´ ych vad po odstranˇen´ı ˇcást´ı kosti zp˚ usoben´ ych napˇr. kostn´ımi nádory. Kostn´ı v´ yplˇ n podporuje rychlejˇs´ı obnovu poˇskozen´ ych ˇca´st´ı kost´ı.

4.3 Bioaktivn´ı sklo Bioaktivn´ı sklo (keramika) má dobrou schopnost zaˇclenˇen´ı se do lidského organismu, tˇelu klade mal´ y odpor. Uplatnˇen´ı nacház´ı jako implantát nebo náhrada jiné poˇskozené kostn´ı tkánˇe. Dˇr´ıve se pouˇz´ıval jak samostatn´ y, tak ve spojen´ı s jin´ ymi materiály. Bioaktivn´ı sklo obsahuje 45% Si, 24,5% CaO, 24,5% Na2 O, 6% P2 O5 , kter´ y umoˇzn ˇuje tomuto materiálu snadno reagovat a vázat se na vodné prostˇred´ı kosti. Tyto prvky se spékaj´ı pˇri teplotˇe 1350°C a vzniká tak homogenn´ı kˇremiˇcitá skelná s´ıt’. Velikost Youngova modulu pro tento materiál (30-35GPa) je velmi bl´ızká vlastnosti kosti. Ovˇsem dalˇs´ı mechanické vlastnosti jsou sp´ıˇse nev´ yhodou, kˇrehk´ y materiál snáze praská. V klinické praxi se pouˇz´ıvá d´ıky sv´ ym dobr´ ym regenerativn´ım u ´ˇcink˚ um a horˇs´ım fyzikáln´ım vlastnostem na povrchu implantované souˇcásti, která se st´ yká s kost´ı. 2

Z´ avislost chemick´ ych reakc´ı na skuteˇcn´ ych podm´ınkách v tˇele. Vztah mezi chemick´ ym vzorcem l´ atky a hmotnostn´ım zastoupen´ım sloˇzek (atomy, atomové skupiny), které ji tvoˇr´ı.

15

4.4 Por´ ezn´ı n´ atˇ ery Porézn´ı vrstva kombinuje vynikaj´ıc´ı vlastnosti biologické kompatibility titanu se moˇznost´ı zar˚ ustán´ı kosti. Povlak je strukturálnˇe velmi podobn´ y lidské spongiózn´ı kosti a poskytuje tak vzájemnˇe propojené póry pro kostn´ı zar˚ ustán´ı. Povrchové u ´pravy je doc´ıleno spékán´ım práˇsku Ti3 nebo CoCr slitin substrátu. Kombinace tˇechto materiál˚ u má za následek i vynikaj´ıc´ı mechanické vlastnosti, d´ıky kter´ ym se implantovaná ˇcást povrchu tolik neopotˇrebovává. Velikost póru se ˇcasto pohybuje v ˇsirˇs´ım intervalu kolem 50 nm, pˇriˇcemˇz objem pór˚ u z celkového objemu se m˚ uˇze pohybovat mezi 40-80%.

Obrázek 4.1: [37] Vlevo lidská kost, vpravo CSTI nátˇer; (100x zvˇetˇseno).

4.5 Vysoce s´ıt’ovan´ y polyetyl´ en Zátˇeˇz a témˇeˇr neustál´ y pohyb vede k degradaci kluzné plochy, ze které se ˇcasem m˚ uˇze uvolnit malá ˇcásteˇcka polyetylénu. Imunitn´ı systém tˇela odm´ıtá tyto ˇcásteˇcky a bojuje proti nim jako proti infekci. Jelikoˇz se ˇca´steˇcky usazuj´ı v bl´ızkosti lidské tkánˇe, napadá imunitn´ı systém celé okol´ı. Vzniká tak osteoklazie 4 , která má za následek degradaci upevnˇen´ı jamky, a náhrada tak ztrác´ı svoji funkˇcnost. N´ızké náchylnosti k opotˇreben´ı je dosaˇzeno procesem (popsan´ ym podrobnˇeji v kapitole 5.2), kdy materiál je ozaˇrován elektronov´ ym paprskem. Ozáˇren´ım a následnˇe zv´ yˇsenou teplotou se vytváˇr´ı v polyetylénu molekulárn´ı struktura, která po pˇresnˇe daném ˇcase p˚ usoben´ı odstraˇ nuje volné radikály. Takto upraven´ y povrch je mnohem ménˇe náchyln´ y k oxidaci. Pˇri p˚ usoben´ı elektronov´ ym paprskem také vznikaj´ı prostorové mosty v materiálové struktuˇre. D˚ usledkem eliminace voln´ ych radikál˚ u je také pomalejˇs´ı stárnut´ı, které ovlivˇ nuje kˇrehkost a opotˇreben´ı materiálu (v´ıce v kap. 5.2). D´ıky pouˇzit´ı této technologie 5 mohou b´ yt implantovány vˇetˇs´ı stehenn´ı hlavy. Jamkové vloˇzky jsou mnohem vetˇs´ı, neˇz by bylo moˇzné vyrobit z bˇeˇzného polyetylénu. Zvˇetˇsen´ y pr˚ umˇer vloˇzky poskytuje pacientovy vyˇsˇs´ı rozsah pohybu doln´ı konˇcetiny a tlak na stykov´ ych plochách se zmenˇs´ı. 3

N´ atˇer firmy Zimmer CSTI TM (Cancellous-Structured Titanium TM)(obr.4.1). Osteoklazie je rozpouˇstˇen´ı (odbour´ av´ an´ı) kostn´ı tkánˇe. 5 Nejnovˇejˇs´ı druh UHMWPE Durasul“ byl vyvinut v Massachusettské vˇseobecné nemocnici (MGH) ” a Massachusetts Institute of Technology (MIT). 4

16

Obrázek 4.2: [38] Durasul 3 - vysoce s´ıt’ovan´ y polyetylen.

4.6 Modul´ arn´ı syst´ emy Kaˇzd´ y ˇclovˇek má jedineˇcnou stavbu tˇela, r˚ uzné délky kost´ı a vzájemného postaven´ı ˇ kost´ı proti sobˇe. Cást stehenn´ı kosti, která se odˇrezává má r˚ uzné tvary podle pacientova kostern´ıho aparátu. R˚ uznorodost je dána: • velikost´ı hlavy femuru (pr˚ umˇerem kontaktn´ı plochy) • mohutnost´ı kosti • vzdálenosti kontaktn´ı plochy od velkého trochanteru • u ´hly urˇcuj´ıc´ımi vzájemné postaven´ı proti sobˇe stehenn´ı a pánevn´ı kosti Takto kladen´ ym individuáln´ım poˇzadavk˚ um lze vyhovˇet vyroben´ım implantátu, kter´ y by odpov´ıdal pouze malému mnoˇzstv´ı pacient˚ u. Individuáln´ı v´ yroba by byla velmi sloˇzitá a ekonomicky nároˇcnˇejˇs´ı, neˇz pouˇzit´ı nekusové v´ yroby náhrady. Dalˇs´ı moˇznost´ı je uˇzit´ı modulárn´ıho systému, kter´ y nab´ız´ı mnoˇzstv´ı firem. Obvyklá ˇreˇsen´ı obsahuj´ı r˚ uzné druhy u ´prav, poˇc´ınaje r˚ uznorodost´ı velikosti, natoˇcen´ım a sloˇzen´ım dˇr´ıku, velikost´ı hlavice, atp. Mnohdy nen´ı moˇzné pˇresnˇe urˇcit velikost a tvar náhrady pˇred operac´ı. D´ıky moˇznosti sestavit náhradu z komponent aˇz v dobˇe operace nen´ı tˇreba uchovávat velké mnoˇzstv´ı r˚ uzn´ ych druh˚ u kompletn´ıch implantát˚ u. Sestavené komponenty nab´ yvaj´ı vˇetˇs´ıch rozmˇer˚ u, neˇz klasické náhrady a jsou urˇceny sp´ıˇse pro pacienty se silnˇejˇs´ımi kostmi.

17

Obrázek 4.3: [40],[41] Modulárn´ı systém zimmer - sloˇzen´ı . Modulárn´ı stonek (obr.4.4) je zaloˇzen na systému zubového zámku, kter´ y se pootoˇcen´ım a zasunut´ım fixuje. Nastavit je moˇzno nˇekolik (v tomto pˇr´ıpadˇe aˇz 12) pozic vzájemného sestaven´ı.

Obrázek 4.4: [44],[42] Modulárn´ı systém DJO surgical - stonek spolu s kloubem.

Obrázek 4.5: [39] Modulárn´ı systém Zimmer - sloˇzen´ y stonek.

18

5 Materi´ aly pouˇ z´ıvan´ e v jamce TEP Od prvn´ıch pokus˚ u implantace jamek se nˇekolikrát zmˇenil pouˇz´ıvan´ y materiál. Nˇekter´ y byl odloˇzen, aby se pozdˇeji znovu zaˇcal pouˇz´ıvat. Jediné, co z˚ ustalo nemˇenné, jsou nároky mechanické i biologické. Materiál pouˇzit´ y v jamce se nesm´ı oddˇelovat od jamky, pˇr´ıpadnˇe tˇelo jej mus´ı snést a nezaˇc´ıt proti nˇemu bojovat imunitn´ı reakc´ı. Bohuˇzel nˇekteˇr´ı lidé maj´ı alergické reakce pˇri styku s r˚ uzn´ ym druhem materiálu (obvykle kovy) a nem˚ uˇze j´ım b´ yt jak´ ykoli druh náhrady implantován. Jamky vydrˇz´ı funkˇcn´ı v lidském a tˇele mnohem ménˇe v porovnán´ı s hlavic´ı, a mus´ı se tedy jej´ımu povrchu vˇenovat vˇetˇs´ı pozornost. Pro implantáty jamky je moˇzno vyuˇz´ıt materiály tˇr´ı skupin: polymery, kovy a keramiku. Kaˇzd´ y z tˇechto materiál˚ u má svá pro i proti. V´ yvojem se dospˇelo k závˇeru, ˇze materiály (napˇr. slitiny titanu, slitiny ˇzeleza, silikonové keramiky, keramiky na bázi karbidu kˇrem´ıku, a mnoho dalˇs´ıch) nejsou bezpeˇcné z urˇcitého hlediska pro implantaci. Dále uvádˇené a popisované materiály byly a jsou velmi d˚ uleˇzité pˇri v´ yzkumu pro zlepˇsen´ı, kter´ ymi se vˇedci snaˇz´ı vyvinout co nejvhodnˇejˇs´ı implantaˇcn´ı materiál.

5.1 Polytetrafluorethyl´ en PTFE (teflon) pouˇzil jiˇz v roce 1958 pro v´ yrobu jamky John Charnley. Vycházel z vlastnost´ı, které se mu zdáli vyhovuj´ıc´ı pro uˇzit´ı jako mechanicky namáhané ˇcásti v lidském tˇele. Avˇsak pˇri pouˇzit´ı nevyhovoval mechanick´ ym nárok˚ um kloubn´ıho sloˇzen´ı a vydroloval se, ˇc´ımˇz zanˇecoval okol´ı implantace. PTFE je polymer termoplast patˇ r´ı do skupiny polyhalogenolefin˚ u s n´ asleduj´ıc´ımi vlastnostmi: • teplota tán´ı pˇribliˇznˇe 327◦ C (velmi vysoká odolnost proti teplotˇe), ale jeho vlastnosti se mˇen´ı jiˇz pˇri 260◦ C • dobrá chemická odolnost (i za zv´ yˇsen´ ych teplot) • dobré dielektrické vlastnosti • vysoká odolnost proti stárnut´ı • n´ızk´ y souˇcinitel tˇren´ı (dobré kluzné vlastnosti) • plnˇené PTFE jsou ovlivnˇeny typem pouˇzitého plniva, pˇreváˇznˇe pak chemická odolnost Po implantován´ı pˇribliˇznˇe 600 náhrad se zjistilo, ˇze PTFE se velmi rychle opotˇrebovává jiˇz bˇehem prvn´ıch let po implantaci (pˇribliˇznˇe 0,5 mm za dobu jednoho roku). Po ne´ uspˇechu in vivo, Charnley experimentoval s PTFE plnˇen´ ym skeln´ ymi vlákny. Pˇri testován´ı docházelo k poˇskrabán´ı hlavy z nerezové oceli. Jamky vyrobené za pouˇzit´ı skeln´ ych vláken vykazovali nˇekolikanásobnˇe menˇs´ı opotˇreben´ı neˇz za pouˇzit´ı pouze PTFE.

19

5.2 Vysoce s´ıt’ovan´ y polyetyl´ en Ortopedické v´ yzkumy usiluj´ı o zlepˇsen´ı mechanick´ ych vlastnost´ı UHMWPE. Se sn´ıˇzen´ım opotˇreben´ım koreluje trvanlivost a materiál se tak stává vhodnˇejˇs´ım i pro mladé aktivn´ı ˇ pacienty. Zivotnost UHMWPE je ve srovnán´ı s PTFE pˇribliˇznˇe 5x vyˇsˇs´ı. Vlastnosti obou materiál˚ u ukazuj´ıc´ı na obdobnou vhodnost pouˇzit´ı. Pokroky v u ´ prav´ ach materi´ alu v pr˚ ubˇ ehu let: • 1962 zaˇc´ıná John Carnley pouˇz´ıvat chemickou sterilizac´ı upraven´ y UHMWPE • 1969 se materiál prodával ozáˇren´ y gama paprsky (ve vzduchu) s minimáln´ı dávkou záˇren´ı 2,5 MRad • 1970 se dostává do komerˇcn´ıho obˇehu s v´ yztuhou z karbonov´ ych vláken • 1980 se pod produktov´ ym názvem Hylamer pouˇz´ıvá rekrystalizovan´ y s rozˇs´ıˇren´ ym 1 ˇretˇezcem K dosaˇ zen´ı lepˇ s´ıch mechanick´ ych vlastnost´ı je tˇ reba splnit n´ asleduj´ıc´ı u ´ kony: 1. ozáˇren´ı podporuj´ıc´ı tvorbu m˚ ustk˚ u 2. termická procedura k pos´ılen´ı jiˇz vytvoˇren´ ych m˚ ustk˚ u 3. odstranˇen´ı pnut´ı vzniklého nejen pˇredchoz´ımi kroky a sterilizace Ozáˇren´ım gama paprsky 2 se uvolˇ nuj´ı volné radikály (nepárové elektrony) v polyetylénu, coˇz vede ke kombinaci tvorby m˚ ustk˚ u a ˇstˇepen´ı ˇretˇezc˚ u. M˚ ustky spojuj´ıc´ı prostorovˇe jedˇ epen´ı ˇretˇezc˚ notlivé ˇca´steˇcky polyetylénu, zvyˇsuj´ı odolnost proti opotˇreben´ı. Stˇ u sniˇzuje molekulovou hmotnost a zároveˇ n sniˇzuje i odolnost proti opotˇreben´ı a mechanické vlastnosti. Ozáˇren´ı provádˇené v kysl´ıkové atmosféˇre napomáhá sp´ıˇse ˇstˇepen´ı, proto v´ yhodnˇejˇs´ı je ozaˇrován´ı provádˇet v inertn´ı atmosféˇre (napˇr. dus´ıku). Bez ohledu na druh pouˇzité atmosféry budou volné radikály migrovat k povrchu materiálu. Pro odstranˇen´ı voln´ ych radikál˚ u je nejvhodnˇejˇs´ı teplota 150◦ C, tedy nad teplotou taven´ı. Nev´ yhodou této teploty je sn´ıˇzen´ı velikost´ı krystal˚ u i pevnosti. V´ yhodnˇejˇs´ı je tedy teplota tˇesnˇe pod bodem taven´ı, kdy se zachová p˚ uvodn´ı struktura. Pˇri teplotˇe pˇribliˇznˇe 135◦ C se materiál pouze ˇz´ıhá a neodstran´ı se vˇsechny volné radikály.

5.3 Keramick´ y materi´ al Pouˇz´ıvá se obvykle v kluzné dvojici s dalˇs´ım keramick´ ym materiálem, m˚ uˇze slouˇzit i jako vloˇzka modulárn´ı konstrukce do jiného materiálu jamky nebo v´ yplˇ n jamky. Byl pouˇzit d´ıky sv´ ym vlastnostem, které vyhovovaly poˇzadavk˚ um na implantát, zvláˇstˇe pak v´ ybornou odolnost´ı proti otˇeru. Pˇri pouˇzit´ı keramika – keramika se otˇer nˇekolikanásobnˇe zmenˇsil v porovnán´ı s pouˇzit´ım polyetylénu. 1

Nejv´ yznamnˇejˇs´ımi pˇredstaviteli, kteˇr´ı se pod´ıleli na u ´pravách UHMWPE v daném ˇcasovém horizontu jsou dle mého n´ azoru: John Carnley; Chas F. Thackray, Ltd.; Zimmer, Inc.; University of Leeds; DePuy Orthopedics. 2 Velikost gama z´ aˇren´ı pouˇzité pro u ´pravy se liˇs´ı dle v´ yrobc˚ u.

20

Mechanické vlastnosti jsou ve vˇsech smˇerech lepˇs´ı neˇz u kovu, s v´ yjimkou ohybu. V jakémkoli zp˚ usobu uˇzit´ı jsou keramické materiály v´ıce náchylné k prasknut´ı a také v´ıce hydrofiln´ı neˇz kovové materiály. Z poˇca´tku 70. let se pouˇz´ıval pro v´ yrobu ˇcist´ y oxid hlinit´ y (obsahoval ca 99,7% Al2 O3 a zbytek tvoˇrily volné ˇca´stice MgO). Odolnost proti opotˇreben´ı i dalˇs´ı mechanické vlastnosti jsou u nové generace keramick´ ym materiál˚ u na vyˇsˇs´ı u ´rovni, neˇz u oxidu hlinitého. ´ Uroveˇ n opotˇreben´ı pro prvn´ı generaci komponent COC totáln´ı endoprotézy se pohybovala in vivo pro lineárn´ı opotˇreben´ı 3-9 µm/rok, pro objemové opotˇreben´ı 1 − 5 mm3 /rok. Pˇri v´ yrobˇe implantátu se v prvn´ım kroku sm´ıchá smˇes sloˇzená z dan´ ych prvk˚ u. Pˇresnˇe spoˇcten´ y objem smˇesi se vylisuje a následnˇe slinuje v peci. Do pˇresného tvaru je upraven pˇresn´ ym obrábˇen´ım, pˇr´ıpadnˇe leˇstˇen´ım. S´ıla vazeb vytvoˇren´ ych slinován´ım závis´ı na ˇcistotˇe jednotliv´ ych prvk˚ u smˇesi a velikosti zrn smˇesi (v ˇra´du jednotek mikrometr˚ u).

5.3.1 Zirkoniov´ a keramika Zirkoniová keramika byla v ortopedick´ ych aplikac´ıch pouˇzita od roku 1985, d´ıky pˇreváˇznˇe vysoké pevnosti, která byla vˇetˇs´ı neˇz u oxidu hlinitého. Zirkon je metastabiln´ı keramick´ y materiál, kter´ y je velmi tˇeˇzké upravit do v praxi pouˇz´ıtelného stavu. Podle kombinace teploty, vlhkosti, zp˚ usobu a intenzity zatˇeˇzován´ı m˚ uˇze doj´ıt ke zmˇenˇe objemu následkem zmˇeny fáze materiálu. Tato zmˇena m˚ uˇze m´ıt katastrofáln´ı následky, pokud nebude kontrolována. Z tohoto d˚ uvodu je do materiálu pˇridán hoˇrˇc´ık nebo grafit povlakovan´ y oxidem yttria, d˚ usledkem je ˇca´steˇcná stabilizace transformace. Pro velmi ˇcasté fraktury komponent se zirkoniová keramika (bez dalˇs´ıch u ´prav) pˇrestala dodávat na trh v roce 2001. Novodobé COC implantáty jsou modulárn´ı a k v´ yrobˇe kloubn´ı plochy je pouˇz´ıván ˇcist´ y oxid hlinit´ y. Acetabulárn´ı vloˇzka (obvykle z oxidu hlinitého) je vloˇzena do kovového pláˇstˇe, pˇr´ıpadnˇe m˚ uˇze b´ yt vsazena do UHMWPE vloˇzky.

Obrázek 5.1: [46] Zp˚ usoby sestaven´ı keramické vloˇzky.

21

5.3.2 BIOLOX Pˇr´ıklad keramického materiálu vyvinutého spoleˇcnost´ı Zimmer. Skládá se z pˇribliˇznˇe 75% oxidu hlinitého Al2 O3 , pˇres 20% oxidu zirkoniˇcitého ZrO2 , oxidu chromu Al2 O3 a dalˇs´ıch prvk˚ u3 . Oxid hlinit´ y (s velmi malou velikost´ı zrna) a oxid chromu zajiˇst’uj´ı tvrdost a odolnost proti opotˇreben´ı, oxid zirkoniˇcit´ y spolu s dalˇs´ımi prvky poskytuje lepˇs´ı mechanické vlastnosti. Spoleˇcnou kombinac´ı je utvoˇren materiál, kter´ y je velmi vhodn´ y na v´ yrobu jak jamky, tak hlavice implantátu. D´ıky tˇemto vlastnostem lze vyrábˇet keramické vloˇzky vˇetˇs´ıch pr˚ umˇer˚ u, coˇz umoˇzn ˇuje pacientovi vˇetˇs´ı rozsah pohybu. Ke zlepˇsen´ı vlastnost´ı pˇrispˇelo i pouˇzit´ı homogennˇe rozloˇzen´ ych ˇcástic oxidu zirkoniˇcitého, kter´ y je stabilizován ytriem. V´ yskyt takto rozpt´ ylen´ ych ˇca´stic v materiálu má za následek sn´ıˇzen´ı pravdˇepodobnosti strukturáln´ı transformace a zabránˇen´ı ˇs´ıˇren´ı trhlin. Pˇridán´ım oxidu stroncia, kter´ y vytváˇr´ı krystaly ve formˇe podlouhl´ ych destiˇcek, se doc´ıl´ı jeˇstˇe vyˇsˇs´ıho zabránˇen´ı ˇs´ıˇren´ı jiˇz vytvoˇren´ ych mikrotrhlin.

Obrázek 5.2: [47] Keramická vloˇzka v polyetylénové jamce.

5.4 Kovov´ e slitiny Kovové slitiny e pouˇz´ıvaj´ı v jamce obvykle jen jako protikus ˇzelezné hlavici implantátu. Umoˇzn ˇuj´ı ˇsirok´ y rozsah pr˚ umˇer˚ u, pˇribliˇznˇe od 28 do 60 mm. Pˇrestoˇze se zvˇetˇsuj´ıc´ım se pr˚ umˇerem se sniˇzuje koncentrace napˇet´ı, oddˇeluj´ı se mikroskopické ˇca´stice kovu, a zamoˇruj´ı tak tˇelo v okol´ı implantace. Mezi 50. a 70. lety se vyrábˇel pro chirurgické u ´ˇcely koneˇcn´ y tvar náhrady odl´ıván´ım. Nejvˇetˇs´ı problémy byly s toleranc´ı MOM implantátu, coˇz vedlo k vyˇsˇs´ımu opotˇreben´ı a pˇredˇcasnému uvolnˇen´ı. Dnes jsou (MOM) implantáty vyrobeny z CoCr slitiny bud’ s vysok´ ym obsahem uhl´ıku (v´ıce jak 0,2% C), nebo s n´ızk´ ym (ménˇe neˇz 0,05% C), jako lité, tváˇrené nebo kované. Zejména tváˇrené CoCr slitiny maj´ı vˇetˇs´ı tvrdost, mez kluzu a pevnost. Opotˇreben´ı MOM je 10 aˇz 100x niˇzˇs´ı, neˇz pˇri pouˇzit´ı CoCr/UHMWPE. Navzdory malému opotˇreben´ı odpadávaj´ı malé ˇca´stice MOM náhrady ve velikostech 6 nm aˇz 5 µm. Vzhledem k velikosti otˇerem oddˇelen´ ych ˇca´stic je jejich mnoˇzstv´ı odhadnuto pˇribliˇznˇe 100x v´ıce neˇz u bˇeˇzného UHMWPE. Nejmenˇs´ı (v mˇeˇr´ıtku nano) ˇcástice jsou vcelku snadno stravitelné tˇelem, vázán´ım na proteiny nebo rozpouˇstˇen´ım v tˇeln´ıch tekutinách se tak ˇcist´ı 3 Biolox delta – keramick´ y materi´ al na b´ azi oxidu hlinitého, matric´ı je ˇcist´ y oxid zirkoniˇcit´ y. Biolox forte – keramick´ y materi´ al na b´ azi hlin´ıku bez pˇr´ımˇesy zirkonia.

22

okol´ı implantátu. Aluminiové a zirkoniové keramické materiály se zaˇcali znovu v´ıce pouˇz´ıvat v pr˚ ubˇehu roku 1990, d´ıky malému opotˇreben´ı a sn´ıˇzenému riziku vzniku osteol´ yzy. U prvonáhrad i revizn´ıch náhrad je moˇzné um´ıstit kovovou vloˇzku do pouzdra z jiného materiálu. D˚ usledkem vloˇzen´ı je vˇetˇs´ı kompatibilita mezi kontaktn´ımi povrchy.

Obrázek 5.3: [45] Modulárn´ı jamka sestavená z komponent kovové slitiny a UHMWPE.

23

6 Biologick´ yu ´ vod do svalovˇ e-kostern´ı problematiky Systém tvoˇr´ıc´ı kyˇceln´ı kosti, kostra pánve a kˇr´ıˇzová kost, pˇrenáˇs´ı silové a momentové u ´ˇcinky na horn´ı ˇcást tˇela. P˚ usob´ı také i v opaˇcném smˇeru pˇri pˇrenosu zat´ıˇzen´ı horn´ı ˇca´sti tˇela na doln´ı. Slouˇz´ı tak k opoˇre a lokomici tˇela pˇri pohybu v prostoru, pˇriˇcemˇz hlavn´ı pohyb se odehrává v kyˇceln´ıch kloubech. V jiné ˇca´sti této soustavy je pohyb omezen, odehrává se tedy jen v kloubu kyˇceln´ım. Pohybem doln´ı ˇcásti páteˇre lze také vyvolat zmˇenu p˚ usoben´ı sil v kyˇceln´ıch kloubech. Obecnˇe zmˇenou polohy horn´ı ˇca´sti tˇela se mˇen´ı tˇeˇziˇstˇe, jehoˇz d˚ usledkem je opˇet odezva v kyˇceln´ıch kloubech. Pˇri ch˚ uzi se stˇr´ıdaj´ı pozice natoˇcen´ı kloubu, kdy je doln´ı konˇcetina zat´ıˇzená váhou tˇela, s pozicemi, kdy je kloub odlehˇcen. Silové u ´ˇcinky disipuj´ı v oblasti mezi kyˇclemi a bedern´ı páteˇr´ı. Naklánˇen´ım pánevn´ı kosti do stran a natoˇcen´ım páteˇre se zabraˇ nuje pˇrenosu vibrac´ı na horn´ı ˇca´st skeletu. V následném popisu svalové a kostern´ı problematiky jsou popsány náleˇzitosti, které jsou nutné pro rozbor zat´ıˇzen´ı jamky. Zanedbatelné náleˇzitosti jsou popsány v´ıce obecnˇe, pˇr´ıpadnˇe zcela vynechány.

6.1 Struktura kostn´ı tk´ anˇ e Kostn´ı tkán ˇ tvoˇr´ı opˇern´ y systém tˇela, kter´ y nám umoˇzn ˇuje za pomoci svalového aparátu pohyb. Zajiˇstuje ochranu tˇelesn´ ych orgán˚ u pˇrevnáˇznˇe uvnitˇr hrudn´ıho koˇse. Pod´ıl´ı se také na tvorbˇe krve v ˇcervené kostn´ı dˇreni. Tento metabolicky aktivn´ı materiál má hojivé a adaptaˇcn´ı schopnosti, které se s roztouc´ım vˇekem sniˇzuj´ı. Kost je pojivá tkán ˇ sloˇzená z bunˇek a mezibunˇeˇcné hmoty obsahuj´ıc´ı pevnou i kapalnou fázi. Kost vzniká ˇcinost´ı bunˇek (osteoblasty), které produkuj´ı základn´ı kostn´ı hmotu. Postupnˇe se kostn´ı hmota mˇen´ı na osteocyty (podlouhlé, zploˇstˇené buˇ nky), které ovlivˇ nuj´ı v´ yˇsi mineráln´ıch látek a odbourávaj´ı kostn´ı tkán ˇ. Hydroxiapatit (sloˇzen pˇreváˇznˇe z vápn´ık˚ u a fosforu) je nejv´ıce zastoupenou látkou v organické mezibuˇ nˇeˇcné kolagenn´ı matrici. Celkové mnoˇzstv´ı kolagenn´ıch vláken tvoˇr´ı 90 aˇz 96% organické sloˇzky. Orientace tˇechto vláken je závislá na podm´ınkách lokáln´ıch napˇet´ıch v kostn´ı tkáni a je nejˇcastˇeji seskupena do lamel. Tkán ˇ rozliˇsujeme kost fibrilárn´ı (vláknitou) a lamelárn´ı (vrstevnatou). Vláknitá kost se vyskytuje asi do 4 let ˇzivota. Vnˇejˇs´ı fibrózn´ı vrstva (periost) kryje vnˇejˇs´ı povrch kost´ı, kromˇe kloubn´ıch ploch. Periost je protkan´ y cévkami a nervy, které jsou pˇrivedeny do kosti Volkmanov´ ymi kanálky. Vnitˇrn´ı obal kosti (endost) je v kontaktu s dˇreˇ nov´ ym kanálem. Vnitˇrn´ı stavba trámeˇck˚ u je uzp˚ usobena tak, aby kost mˇela maximáln´ı moˇznou pevnost pˇri minimáln´ı hustotˇe materiálu. Trámeˇcky jsou seskládány hustˇeji podle smˇeru, ve kterém je kost nejv´ıce zatˇeˇzována. Tlouˇst’ka trámeˇck˚ u je 150 aˇz 300 µm a liˇs´ı se podle m´ısta v´ yskytu v kostˇre. V makroskopickém mˇeˇr´ıtku dˇel´ıme kostn´ı tkán ˇ na: • kompaktn´ı kost (corticalis), pevnˇejˇs´ı vnˇejˇs´ı vrstva • spongiózn´ı kost, vnitˇrn´ı ˇca´st tvoˇrena sloˇzitou architekturou trámeˇck˚ u

24

Obrázek 6.1: [48] Stavba kosti. 1 2 3 4 5

Zbytky osteon˚ u Lamelirn (kortiláln´ı) ˇcást Fibrilárn´ı (spongiózn´ı) ˇca´st Haversony kanálky Volmanovy kanálky

6 7 8 9 10

Periost (okostnice) Osteon Havers˚ uv kanálek Haversovy lamely Osteocyty

6.2 Kost stehenn´ı Kost stehenn´ı (femur) je nˇejvˇetˇs´ı a nejsilnˇejˇs´ı kost v lidském tˇele. Rozeznávaj´ı se ˇctyˇri hlavn´ı ˇca´sti: • hlavice kosti stehenn´ı (caput femoris) • krˇcek kosti stehenn´ı (collum femoris) pˇripojuj´ıc´ı hlavici k tˇelu kosti • tˇelo kosti stehenn´ı (corpus femoris) • kondyly kosti stehenn´ı (condyli femoris)

1

Hlavice kosti, jej´ıˇz pr˚ umˇer se pohybuje kolem 4,5 cm, nese kloubn´ı plochu odpov´ıdaj´ıc´ı pˇribliˇznˇe tˇrem ˇctvrtinám plochy koule. Uvnitˇr vrcholu hlavice je jamka, kde se up´ıná nitrokloubn´ı vaz. Krˇcek kosti stehenn´ı sv´ırá s tˇelem kosti stehenn´ı u ´hel o pr˚ umˇerné hodnotˇe 125°. Torsn´ı u ´hel krˇcku je oproti frontáln´ı rovinˇe pootoˇcen o 10°. Tˇelo kosti stehenn´ı pˇredstavuje diafysu kosti. Okrouhl´ y pr˚ uˇrez je na horn´ım konci zakonˇcen dvˇema trochantery, na které jsou upnuty svaly kyˇceln´ıho kloubu.

1

Rozˇs´ıˇrené kloubn´ı hrboly pro spojen´ı s tibi´ı.

25

Obrázek 6.2: [2] Pravá strana stehenn´ı kosti, vlevo pohled zepˇredu, vpravo zezadu. 1 2 3 4 5 6 7

Caput femoris Fovea capitis femoris Collum femoris Trochanter minor Linea pectinea Foramen nutricium Condyli femoris

8 9 10 11 12 13 14

Fossa trochonterica Trochanter major Crista intertrochanterica Trochanter tertius Tuberositas glutea Mˇern´ y bod na trochanteru Linea intertrochanterica

6.3 Kost p´ anevn´ı Kost pánevn´ı je kloubnˇe pˇripojena ke kosti kˇr´ıˇzové a vpˇredu je ve sponˇe stydké spojena s pánevn´ı kost´ı. Celek tˇechto kost´ı se naz´ yvá pánev. Kost pánevn´ı (os coxae) se zkládá ze tˇr´ı synchondrosou spojen´ ych kost´ı: • kost kyˇceln´ı (os ilium) • kost sedac´ı (os ischii) • kost stydká (os pubis) Kost kyˇceln´ı tvoˇr´ı horn´ı ˇca´st pánevn´ı kosti. Kost sedac´ı a stydká tvoˇr´ı doln´ı ˇca´st pánevn´ı kosti. Na rozhran´ı horn´ı a doln´ı ˇca´sti pánevn´ı kosti se nacház´ı na zevn´ı stranˇe jamka 26

kyˇceln´ıho kloubu. Jamka kyˇceln´ıho kloubu (acetabulum) je okrouhlá jamky s pr˚ umˇerem pohybuj´ıc´ım se kolem 5 cm na zevn´ı stranˇe pánevn´ı kosti.

Obrázek 6.3: [2] Kost pánevn´ı.

1 2 3

Facies lunata (acetabuli) Fossa acetabuli Incisura acetabuli

6.4 Kloub kyˇ celn´ı Spojen´ı doln´ı konˇcetiny je tvoˇreno klouby a vazivov´ ym spojen´ım. Kloub kyˇceln´ı (articulatio coxae) je kloub kulov´ y s omezen´ ym rozsahem pohyb˚ u, které jsou omezeny okraji kloubn´ı jamky. Kloubn´ı plochy se dˇel´ı na: • hlavici • jamku • pulvinar acetabuli • labrum acetabuli • ligamentum transversum acetabuli Hlavice je ˇcást caput femoris s kloubn´ı chrupavkou. Jamka je acetabulum na os coxae, ale jen facies lunata tvoˇr´ı v acetabulu styˇcnou plochu. Pulvinar acetabuli vyplˇ nuje jako tukov´ y polˇstáˇr vklesl´ y stˇred jamky. Labrum acetabuli (lem vazivové chrupavky) doplˇ nuje jamku a zvyˇsuje jej´ı okraje. Ligamentum transversum acetabuli je vaz, j´ımˇz je napˇr´ıˇc uzavˇrena incisura acetabuli. 27

Kloubn´ı pouzdro zaˇc´ıná pˇri okraj´ıch acetabula a up´ıná se na collum femoris. Kloubn´ı spojen´ı je pos´ıleno vazy, které zabraˇ nuj´ı r˚ uzn´ ym pohyb˚ um a chrán´ı tak toto spojen´ı. Povoluj´ı tak kyˇcli spolu s dalˇs´ımi (chrupavˇcit´ ymi a svalov´ ymi) zábranami pouze otáˇcen´ı v urˇcitém rozsahu.

Obrázek 6.4: [2] Kloubn´ı spojen´ı, frontáln´ı pohled. 1 2 3 4 5 6

Kloubn´ı chrupavka na facies lunala acetabuli Pulvinar acetabuli Ligamentum capitis femoris Ligamentum transversum acetabuli Labrum acetabulare Zóna orbicularis

6.5 Svaly kyˇ celn´ıho kloubu Svaly kyˇceln´ıho kloubu se dˇel´ı do dvou skupin podle své polohy (pˇredn´ı a zadn´ı). Podle funkce se dˇel´ı do ˇctyˇr skupin na flexory, rotátory, abduktory a extenzory.

6.5.1 Pˇ redn´ı svaly kyˇ celn´ıho kloubu Musculus iliopsoas (bedrokyˇceln´ı sval) se skládá z hlavn´ıch sloˇzek: • musculus psoas major (velk´ y sval bedern´ı) zaˇc´ıná od bedern´ı páteˇre • musculus iliacus (sval kyˇceln´ı) zaˇc´ıná z fossa iliaca. Obˇe sloˇzky se k sobˇe pˇrikládaj´ı v lacuna musculorurn a na stehnˇe se up´ınaj´ı spoleˇcnou ˇslachou na trochanter minor. Funkˇcnˇe zajiˇst’uj´ı flexi a pomocnou abdukci kyˇceln´ıho kloubu spojenou se zevn´ı rotac´ı.

28

6.5.2 Zadn´ı (a zevn´ı) svaly kyˇ celn´ıho klubu Musci glutei (svaly h´ yˇzd’ové) zaˇc´ınaj´ı na vnˇejˇs´ı stranˇe lopaty kyˇceln´ı, skládaj´ı se z: • m. gluteus maximus (velk´ y sval h´ yˇzd’ov´ y) zaˇc´ıná mimo plochu lopaty kyˇceln´ı, od kosti kˇr´ıˇzové a kostrˇce, vzadu na lopatˇe, a jde na zadn´ı a zevn´ı stranu proximáln´ıho konce tˇela femuru. Sval se up´ıná na zadn´ı okraj velkého trochanteru a pod n´ım tuberositas ˇ ast snopc˚ glutea. C´ u vzaˇruje do stehenn´ı fascie a do tractus iliotibialis. Podle m´ısta upnut´ı snopc˚ u sval zajiˇst’uje: extensi a zevn´ı rotaci kyˇceln´ıho kloubu a abdukci stehna. • m. gluteus medius (stˇredn´ı sval h´ yˇzdv´ y) zaˇc´ıná z velkého rozsahu kraniálnˇe na lopatˇe kyˇceln´ı aˇz ke crista iliaca. Up´ıná se na pˇredn´ım, horn´ım a zadn´ım okraji velkého trochanteru. Mezi trochanterem a u ´ponem svalu b´ yvá bursa trochanterica musculi glutei medii. Dle m´ısta upnut´ı snopc˚ u sval zajiˇstuje: abdukci, vnitˇrn´ı a zevn´ı rotaci kyˇcen´ıho kloubu. • m. gluteus minimus (mal´ y sval h´ yˇzd’ov´ y) zaˇc´ıná ze stˇredn´ı zevn´ı ˇca´sti lopaty kyˇceln´ı. Pr˚ ubeh i tvar má shodn´ y jako m.gluteus. medius. Up´ıná se na horn´ı a pˇredn´ı okraj velkého trochanteru. Mezi u ´ponem svalu a trochanterem b´ yvá bursa trochanterica musculi glutei minimi. Funce je spoleˇcná s m. gluteus medius, ale s v´ yraznˇejˇs´ı vnitˇrn´ı rotac´ı kyˇceln´ıho kloubu. • m. tensor fasciae latae (nap´ınaˇc stehen´ı povázky) zaˇc´ıná vpˇredu na zevn´ı ploˇse kosti kyˇceln´ı pˇri spina iliaca anterior superior a je nejventrálnˇejˇs´ı z gluteráln´ıch sval˚ u. Sval se up´ıná do tractus iliotibialis a jeho prostˇrednictv´ım aˇz na zevn´ı plochu lateráln´ıho kondylu tibie.

29

7 Urˇ cen´ı stykov´ e v´ yslednice 7.1 V´ ypoˇ cet t´ıhy ˇ clovˇ eka V´ ypoˇcet se t´ yká ˇclovˇeka o hmotnosti 80 kg stoj´ıc´ıho nehybnˇe na jedné noze, je tedy ve statické rovnováze v˚ uˇci podloˇzce. U takto stoj´ıc´ıho ˇclovˇeka procház´ı osa tˇelo konˇcetinou stoj´ıc´ı na podloˇzce. →

→

T´ıha ˇclovˇeka (FG =FP ) p˚ usob´ı v ose tˇela a jej´ı velikost je urˇcena vztahem: FG = m · g

(7.1) →

ˇ ek stoj´ıc´ı na podloˇzce, p˚ Clovˇ usob´ı na podloˇzku stejnou silou (F G ), ale opaˇcnˇe orien→ ´ˇcinek t´ıhy ˇclovˇeka silou p˚ usob´ıc´ı tovanou, jako podloˇzka na ˇclovˇeka(F P ). Nahrad´ım tedy u zespod na chodidlo.

ˇ ek stoj´ıc´ı na jedné noze (uvolnˇen´ı od podloˇzky). Obrázek 7.1: Clovˇ →

Dále je tˇreba znát s´ılu, kterou p˚ usob´ı na podloˇzku doln´ı konˇcetina. Tuto s´ılu (F Gdk ) → pak odeˇcteme od celkové s´ıly. Velikost (F Gdk ) jsem vypoˇc´ıtal z pˇr´ıstupu podle Bernsteina dle tabulky 7.1 pod´ılu hmotnosti ˇca´st´ı konˇcetin pro muˇze.

30

ˇ ast doln´ı konˇcetiny Stehno Bérec C´ Pod´ıl z celkové hmotnosti ˇclovˇeka [%] 12,21 4,65

Chodidlo Celkem 1,46 18,32

Tabulka 7.1: Hmotnostn´ı pod´ıly ˇca´st´ı konˇcetin. T´ıha doln´ı konˇcetiny je tedy: FGdk = FG · 0, 1832

(7.2)

Soustava sloˇzená z kost´ı doln´ı konˇcetiny a osy tˇelem vedonou stˇredem pánevn´ı kosti je uvaˇzována za staticky urˇcitou, pokud osu zvol´ıme v m´ıstˇe pánve vetknut´ım. M´ısto styku pánve se stehenn´ı kost´ı je modelováno jako rotaˇcn´ı kinematická dvojice. Kyˇceln´ı abduktory uchycené na trochanter jsou zredukováhy do jednoho p˚ usobiˇstˇe s´ıly v obecné kinematické dvojici.

Obrázek 7.2: Uvolnˇen´ı doln´ı konˇcetiny ve statické rovnováze.

31

7.1.1 V´ ypoˇ cet nezn´ am´ ych parametr˚ u Polohy jednotliv´ ych ˇcást´ı doln´ı konˇcetiny jsou r˚ uzné podle rozd´ılnosti stavby postavy jedince. Tyto jedineˇcné hodnoty je moˇzné odeˇc´ıst z RTG sn´ımku pro daného pacienta. Nemˇel jsem moˇznost je odeˇc´ıst a vycházel jsem tedy ze stejného pˇr´ıpadu jako p. Vaverka [12]. → yslednici Ze sn´ımku nelze odeˇc´ıst stykovou s´ılu mezi kloubn´ı jamkou a femurem (F F ), v´ → → ´hel β, kter´ y sv´ırá nositelka (F F ) s osou x. od sval˚ u skupiny m. gluteus (F T ) a u Jsou tedy tˇri neznáme parametry N P = {FF , FT , β}, které vypoˇcteme z rovnic rovnováhy sestavené ze dvou silov´ ych a jedné momentové rovnováhy k bodu F. Pro v´ ypoˇcet jsou nutné jednotlivé hodnoty vzdálenost´ı, které jsou vypsány v tabulce 7.2 pro fyziologicky vyspˇelého ˇclovˇeka: Veliˇcina Oznaˇcen´ı veliˇciny Jednotka Hmotnost ˇclovˇeka m [kg] −2 T´ıhové zrychlen´ı [m · s ] 9,81 Vzdálenost stˇredu hlavice os u ´ponu x3 [mm] svalu m. glutaeus medius na velkém trochanteru v ose x Vzdálenost stˇredu hlavice femuru x2 [mm] od tˇeˇziˇstˇe doln´ı konˇcetiny v ose x Vzdálenost stˇredu hlavice od osy tˇela x1 [mm] v ose x Vzdálenost stˇredu hlavice od u ´ponu y1 [mm] svalu m. glutaeus medius na velkém trochanteru v ose y ´ Uhel nositelky s´ıly os skupiny sval˚ u α [°] m. glutaeus

Hodnota 80 57

11,2 92,7 4,4

66

Tabulka 7.2: Potˇrebné vstupn´ı parametry

→

Σ F y = 0 : FT · sinα − FF · sinβ − FG + FP = 0

→

(7.3)

Σ F x = 0 : FF · cosβ − FT · α = 0

(7.4)

Σ M F = 0 : FP · x1 − FG · x2 + FT · cosα · y1 − FT · sinα · x3 = 0

(7.5)

→

FT =

FG · x2 − FP · x1 sinα · x3 − cosα · y1

FF = FT 32

cosα cosβ

(7.6)

(7.7)

β = arctg

FA − FG + FT · sinα FT · cosα

(7.8)

Z rovnic vypoˇctené hodnoty jsou v tabulce 7.3. Veliˇcina Oznaˇcen´ı veliˇciny Jednotka T´ıha ˇclovˇeka FG [N] T´ıha doln´ı konˇcetiny FGdk [N] Styková s´ıla ve (femur - jamka) FF [N] S´ıly od sval˚ u z trochanteru FT [N] ´ β [°] Uhel nositelky stykové s´ıly Tabulka 7.3: V´ ysledky analytického v´ ypoˇctu

33

Hodnota 785 143,8 2015 1415 73,4

8 V´ ypoˇ ctov´ e modelov´ an´ı 8.1 Probl´ emov´ a situace Snad nejpˇrirozenˇejˇs´ım lidsk´ ym pohybem je ch˚ uze, kterou vykonáváme kaˇzdodennˇe. V kapitole 2 je nast´ıˇ nˇeno nˇekolik aspekt˚ u, které tento pohyb mohou omezit, pˇr´ıpadnˇe zcela znemoˇznit. Jedinou moˇznost´ı, jak navrátit pacientovi moˇznost pohybu, je implantace endoprotézy.

8.2 Formulace probl´ emu U souˇcastn´ ych endoprotéz kyˇceln´ıho kloubu je nejvˇetˇs´ım nedostatkem otˇer, mezi jamkou a hlavic´ı náhrady. Otˇer nelze zmˇeˇrit, ale lze jej pˇribliˇznˇe odhadnout z velikosti a rozloˇzen´ı napjatosti a stykov´ ych tlak˚ u.

8.3 Formulace c´ıl˚ u pˇ ri ˇ reˇ sen´ı probl´ emu Zat´ıˇzen´ım kloubn´ı jamky hlavic´ı vzniknou napˇet´ı v pouzdru i vloˇzce jamky, které spolu se stykov´ ym tlakem budou vykresleny.

8.3.1 Syst´ em podstatn´ ych veliˇ cin pro ˇ reˇ sen´ı probl´ emu Podstatn´ ymi veliˇcinami v´ ypoˇctového modelován´ı jsou: vlastnosti objektu (geometrie, materiál, vazby), p˚ usoben´ı na objekt (ovlivnˇen´ı objektu, ovlivnˇen´ı procesu) a chován´ı objektu (napjatost, deformace). Vstupn´ımi veliˇciny jsou: objektové (charakterizuj´ıc´ı objekt) a poˇc´ıtaˇcové (souvisej´ıc´ı s v´ ypoˇcetn´ım hardwarem a softwarem).

8.4 Tvorba d´ılˇ c´ıch v´ ypoˇ ctov´ ych model˚ u D´ılˇc´ı v´ ypoˇctové modely je sestaven z ˇcást´ı kostn´ı tkánˇe a soustava náhrady. Vytváˇr´ı tak v´ ypoˇctov´ y model nutn´ y pro ˇreˇsen´ı návrhu kloubn´ı jamky.

8.4.1 Model topologie Lidské tˇelo je pro v´ ypoˇctové modelován´ı ˇreˇsitelné pouze separátnˇe, omez´ım se tedy pouze na kostn´ı aparát a jeho upoˇra´dán´ı.

8.4.2 Model dekompozice Pro m˚ uj v´ ypoˇcet se zamˇeˇr´ım pouze na oblast pánevn´ı kosti a femuru (komponenty kyˇceln´ıho kloubu). V m´ıstˇe kyˇcle bude implantována náhrada, jej´ıˇz model a sestaven´ı je popsáno v následuj´ıc´ıch kapitolách.

34

Obrázek 8.1: [43] Model dekompozice skeletu se zv´ yraznˇenou kyˇcl´ı.

8.4.3 Model geometrie Pro vytvoˇren´ı geometrického modelu je tˇreba znát konkrétn´ı rozmˇery jednotliv´ ych komponent. Jako prvn´ı jsem si zvolil velikost hlavice, od které se dalˇs´ı rozmˇerové charakteristiky odv´ıjely. Pr˚ umˇer hlavice je pouˇz´ıvan´ y nˇekolika firmami pro kombinace kovové hlavice a polyetylenové jamky. Rozteˇc pr˚ umˇer˚ u jamky byla odhadnuta v závislosti na pˇremˇeˇren´ı reálného modelu a RTG sn´ımc´ıch z ˇcerpané literatury. Jamka se skládá ze dvou ˇca´st´ı, z kovového pouzdra a polyetylenové vloˇzky. Pro zjednoduˇsen´ y v´ ypoˇcet nebyly pouˇzity sloˇzité geometrické u ´tvary a vˇsechny ˇca´sti (krom hlavice) jsou pouze semisférick´ ych tvar˚ u. Pouzdro jamky je bezcementovˇe kotveno v kortikáln´ı ˇca´sti kostn´ı tkánˇe. Vˇsechna tato spojen´ı ˇ ast kortikáln´ı kosti je kolem kovového pouzdra jamky, zbytek jsou velmi zjednoduˇsena. C´ pokr´ yvá lateráln´ım smˇerem vnˇejˇs´ı plochu kosti. Cel´ y implantát je zasazen (i s kortikáln´ı ˇca´st´ı) do spongiózn´ı kostn´ı tkánˇe. Model je sloˇzen z nˇekolika r˚ uzn´ ych materiál˚ u a geometrick´ ych u ´tvar˚ u zobrazen´ ych, a na obr. 8.2 pˇredstavuje témˇeˇr1 kompletn´ı model. Nen´ı zde zobrazena vnˇejˇs´ı kortikáln´ı plocha, protoˇze by pohled ˇcinila nepˇrehledn´ ym. Velikosti r˚ uzn´ ych geometrick´ ych ˇca´st´ı modelu jsou uvedeny v tab.8.1. 1

Na obr. 8.4 jsou zobrazeny vˇsechny komponenty.

35

Poloˇzka Název 1 2 3 4 5 6*

Poˇcáteˇcn´ı pr˚ umˇer Koneˇcn´ y pr˚ umˇer [mm] [mm] Hlavice s otvorem pro dˇr´ık 0 20 Polyetylenová vloˇzka 20 25 Kovové pouzdro 25 28 Kortikáln´ı kost 28 32 Spongiózn´ı kost 32 60 Kortikáln´ı kost (obr.8.4) 32 60

Tlouˇst’ka [mm] 5

Tabulka 8.1: Tabulka rozmˇer˚ u jednotliv´ ych geometrick´ ych ˇclen˚ u

ˇ soustavou náhrady kloubn´ı jakmy Obrázek 8.2: Rez

Obrázek 8.3: Zobrazen´ı vytvoˇrené s´ıtˇe Na vˇsech polokruhov´ ych, ˇci kruhov´ ych ˇca´stech jsem pouˇzil 20 uzlov´ y prvek SOLID95. Kortikáln´ı ˇca´st kosti na vnˇejˇs´ı stranˇe pánevn´ı kosti je vytvoˇrena 8 uzlov´ ym skoˇrepinov´ ym prvkem SHELL93. Pˇri modelován´ı s´ıtˇe jsem pouˇzil pomocn´ y prvek MESH200. Vytvoˇril jsem tak s´ıt’ na nej-menˇs´ım prvku kloubn´ı jamky (polyetylénové vloˇzce) a pomoc´ı funkce sweep pˇrenesl na dalˇs´ı prvky. 36

8.4.4 Materi´ alov´ y model Pro v´ ypoˇcet náhrady kloubn´ı jamky nestaˇc´ı z hlediska zat´ıˇzen´ı pouze znalost materiálu jamky, ale i jin´ ych komponent, kteté s n´ı souvis´ı. V tab.8.2 jsou pˇriˇrazeny mechanické vlastnosti materiál˚ u k d´ılˇc´ım komponentám v´ ypoˇctu. Charakteristiky kost´ı jsem si vybral z interval˚ u [12], ve kter´ ych se pohybuj´ı u pánevn´ı kosti. Pro lepˇs´ı orientaci jsou na obr.8.4 zobrazeny a popsány vˇsechny materiálové komponenty. Mezi hlavic´ı a jamkou je pro v´ ypoˇcet pˇredepsáno tˇren´ı η=0,05. Poloˇzka Komponenta 1 2 3 4 5 6

Materiál (tkán ˇ)

Hlavice Slitina Co-Cr-Mo Pouzdro jamky Slitina Co-Cr-Mo Vloˇzka jamky UHMWPE Kost na vnˇejˇsku jamky Kortikáln´ı kost Vetknutá kost Spongiózn´ı kost Kost na vnˇejˇsku pánve Kortikáln´ı kost

Modul pruˇznosti Poissonovo ˇc´ıslo [MPa] [-] 228 000 0,3 228 000 0,3 500 0,3 14 000 0,3 3 000 0,3 14 000 0,3

Tabulka 8.2: Tabulka materiálov´ ych charakteristik

ˇ soustavou náhrady kloubn´ı jakmy (vˇsechny komponenty) Obrázek 8.4: Rez

8.4.5 Model okrajov´ ych a poˇ c´ ateˇ cn´ıch podm´ınek Pro spuˇstˇen´ı v´ ypoˇctu mus´ıme m´ıt nadefinované podm´ınky. Poˇca´teˇcn´ı okrajové podm´ınky mus´ı tˇelesu zamezit pohyb v prostoru. Na zaoblen´ ych plochách spongiózn´ı ˇca´sti kosti bylo moˇzné zamezit posuvy i rotace ve vˇsech smˇerech, protoˇze spongiózn´ı oblast je dostateˇcnˇe rozsáhlá, aby neovlivˇ novala v´ ypoˇcetn´ı model jamky. V sestaven´ı jednotliv´ ych komponent p˚ usob´ı skrz d´ıru dˇr´ıku s´ıla rozloˇzená do dvou sloˇzek, tˇret´ı zanedbávám. Poˇcáteˇcn´ı podm´ınky mohu rozdˇelit do tˇri skupin, podle funkce, kterou zastávaj´ı:

37

Vetknut´ı Spongiózn´ı ˇca´st kosti byla vetknuta po celém volném povrchu. Byly j´ı tedy zamezeny posuvy a rotace ve vˇsech smˇerech. P˚ usobiˇ stˇ e s´ıly Hlavice, která p˚ usob´ı na jamku pˇredstavuje tuhé tˇeleso, kterému jsou povoleny pouze →

posuvy ve smˇerech os (x,z), ve kter´ ych p˚ usob´ı s´ıla FF zatˇeˇzuj´ıc´ı kloubn´ı jamku. Na plochách, kde bude do hlavice vsunut dˇr´ık, je vytvoˇrena kontaktn´ı plocha. Uprostˇred kontaktn´ı →

plochy je ˇr´ıd´ıc´ı uzel, ve kterém je stˇred p˚ usobiˇstˇe s´ıly FF 2 . Kontakt mezi jamkou a hlavic´ı Pˇreddefinovan´ y kontakt má funci pˇrevádˇet veliˇciny z hlavice (tuhého tˇelesa) na polyetylenovou kloubn´ı jamku.

Obrázek 8.5: Poˇca´teˇcn´ı podm´ınky v´ ypoˇctu 1 2 3

Vetknut´ı P˚ usobiˇstˇe s´ıly (kontakt mezi dˇr´ıkem a hlavic´ı) Kontakt mezi hlavic´ı a jamkou

Pˇrenos s´ıly na hlavici a z hlavice na vloˇzku jamky byl zprostˇredkován pomoc´ı dvojic pˇrenáˇsej´ıc´ıch v´ ypoˇctové veliˇciny. Jednalo se o prvky ˇr´ıd´ıc´ı (TARGE170) a kontaktn´ı (CONTA174 a CONTA175).

8.5 V´ ybˇ er vhodn´ e teorie, hardwaru a softwaru V´ ypoˇctové modelován´ı pˇrevád´ı v´ ypoˇctov´ y prvek na matematick´ y model, se kter´ ym dále pracuje v´ ypoˇcetn´ı software. Nastaven´ı správn´ ych v´ ypoˇcetn´ıch krok˚ u a realizace v´ ypoˇctu probˇehlo na ˇskoln´ım poˇc´ıtaˇci ve v´ ypoˇcetn´ım koneˇcnoprvkovém programu ANSYS (Release 12.0.1, platforma Intel, licence ANSYS Academic Research), v´ ypoˇcet trval pˇribliˇznˇe hodinu. 2

→

Vektor s´ıly FF je pops´ an v tab.7.3.

38

8.6 Realizace algoritmu v´ ypoˇ ctov´ eho modelov´ an´ı D´ıky správnému sestaven´ı algoritmu, ze kterého je sloˇzena celá v´ ypoˇcetn´ı ˇca´st MKP, byl v´ ypoˇcetn´ı program schopen kompletnˇe spoˇc´ıtat a zobrazit poˇzadované v´ ystupn´ı veliˇciny. Vhodn´ ym typem prvk˚ u bude proveden v´ ypoˇcet pro jednu variantu. Zadán´ı algoritmu do v´ ypoˇcetn´ıho programu ANSYS vyˇzadovalo splnˇen´ı bod˚ u: 1. preprocesor (zadáno: typ elementu, reálné konstatny, pouˇzité materiály, vymodelován´ı geometrie, pˇriˇrazen´ı geometrii dané materiálové charakteristiky, vytvoˇren´ı s´ıtˇe, definován´ı zat´ıˇzen´ı a poˇcáteˇcn´ıch podm´ınek) 2. v´ ypoˇcet 3. vykreslen´ı v´ ysledk˚ u (napjatostn´ıch a deformaˇcn´ıch zobrazen´ı)

8.7 Prezentace a anal´ yza v´ ysledk˚ u V kapitole jsou prezentovány a popsány v´ ysledky v´ ypoˇctového modelován´ı namáhán´ı kloubn´ı jamky hlavic´ı. Prezentace je zamˇeˇrena obzláˇstˇe na komponenty kloubn´ı jamky. Pro zobrazen´ı byly pouˇzita napˇet´ı a posuvy v osov´ ych smˇerech.

8.7.1 Zobrazen´ı kompletn´ıho sestaven´ı modelu Prezentace kompletn´ıho zobrazen´ı ujiˇst’uje o správnosti provedeného v´ ypoˇctu, nen´ı zde moˇzné zkontrolovat jednotlivé prvky. Komplexn´ı zobrazen´ı ukazuje, jak se jednotlivé vypoˇctené veliˇciny mˇen´ı v závislosti na pouˇzit´ ym materiálu a zat´ıˇzen´ı. V zobrazen´ı je taktéˇz vidˇet spojitost v posuvech a nespojitost v napˇet´ıch, coˇz je dáno rozd´ılnost´ı materiálov´ ych charakteristik. Je pozorovatelné, ˇze nejvˇetˇs´ı posuvy se odehrávaj´ı v UHMWPE vloˇzce (d´ıky n´ızkému modulu pruˇznosti). Vzniklé posuvy nepˇresahuj´ı v´ıce, neˇz-li tˇri setiny milimetru. Z hledika pruˇznosti a pevnosti je lze tedy povaˇzovat za témˇeˇr zanedbatelná.

39

Obrázek 8.6: Komplexn´ı model - osové posuvy Napˇet´ı zobrazená v sestaven´ı jsou vypov´ıdaj´ıc´ı o pr˚ ubˇehu napˇet´ı, ale ne zcela vypov´ıdaj´ıc´ı o velikosti v dan´ ych souˇca´stech modelu. Koncentrátorem napˇet´ı se ukazuje b´ yt vetknut´ı dˇr´ıku do hlavice, kde je nastaven ˇr´ıd´ıc´ı uzel (p˚ usobiˇstˇe zatˇeˇzuj´ıc´ı s´ıly). Avˇsak toto rozloˇzen´ı napˇet´ı ve stˇredu koule je zanedbatelné v˚ uˇci n´ı, jako celku.

Obrázek 8.7: Komplexn´ı model - osová napˇet´ı

40

Obrázek 8.8: Komplexn´ı model - redukované napˇet´ı

8.7.2 Zobrazen´ı komponent kloubn´ı jamky Pro zobrazen´ı pˇresnˇejˇs´ıch v´ ysledk˚ u jsou následnˇe vyseparovány z modelu sestaven´ı jednotlivé ˇca´sti, kter´ ych jsou vidˇet pr˚ ubˇehy posuv˚ u a napˇet´ı. Hlavice Nen´ı tˇreba se hloubˇeji zab´ yvat jednotliv´ ymi charakteristikami hlavice, protoˇze pro mé u ´ˇcely pouze indukuje s´ılu, která je dále pˇrenáˇsená do soustavy. V m´ıstˇe nejvyˇsˇs´ıho kontaktn´ıho tlaku se hodnota tlaku pohybuje do 2,5 MPa. Velikost kontaknt´ıho tlaku na hlavici je stejná, jako na vnˇejˇs´ım pr˚ umˇeru jamky.

Obrázek 8.9: Hlavice - kontaktn´ı tlak Polyetylenov´ a vloˇ zka Vloˇzka z UHMWPE tvoˇr´ı prvek, mezi hlavic´ı a kovov´ ym pouzdrem. In vivo to znamená, ˇze nebude namáhána pouze staticky, ale i dynamicky. Osové posuvy pohybuj´ıc´ı se v intervalu ˇra´du setin milimetru jsou zanedbatelné, stejnˇe jako osová napˇet´ı nepˇrekraˇcuj´ıc´ı hodnotu 2,6 MPa. Nevyˇsˇs´ıch hodnot dosahuje redukované napˇet´ı ve smˇeru zadané p˚ usob´ıc´ı s´ıly. Velikost hodnoty maximáln´ıho napˇet´ı jsou pˇribliˇznˇe 2MPa.

41

Obrázek 8.10: Polyetylenová vloˇzka - osové posuvy

Obrázek 8.11: Polyetylenová vloˇzka - osová napˇet´ı

42

Obrázek 8.12: Polyetylenová vloˇzka - redukované napˇet´ı Kovov´ e pouzdro Osové posuvy se pohybuj´ı v hodnotách do tˇr´ı tis´ıcin milimetru. D´ılˇc´ı osová napˇet´ı p˚ usob´ı pˇreváˇznˇe ve smˇeru zadané p˚ usob´ıc´ı s´ıly, coˇz je vidˇet i na zobrazen´ı redukovaného napˇet´ı, které zde dosahuje maxima 6MPa.

Obrázek 8.13: Kovové pouzdro - osové posuvy

43

Obrázek 8.14: Kovové pouzdro - osová napˇet´ı

Obrázek 8.15: Kovové pouzdro - redukované napˇet´ı

44

9 Z´ avˇ er Bakaláˇrská práce se zab´ yvá biomechanikou kyˇceln´ıho kloubu. Reˇserˇse totáln´ıch endoprotéz popisuje pouˇzit´ı náhrad zprvu cervikokapitáln´ıch, které pozdˇeji zaˇcaly nahrazovat náhrady totáln´ı. Velk´ y d´ık patˇr´ı patˇr´ı Sir Prof. Johnu Charnleymu, kter´ y se od poˇcátku 30. do poloviny 70. let v´ yznamnˇe zaslouˇzil o pokrok v oblasti v´ yvoje implantát˚ u. Na biomechanické materiály jsou kladeny protich˚ udné poˇzadavky, které je velmi tˇeˇzké splnit. Implantovan´ y dˇr´ık mus´ı b´ yt dostateˇcnˇe pevn´ y pro pˇrenos s´ıly, zároveˇ n ale dostateˇcnˇe pruˇzn´ y. Kdyby byl pˇr´ıliˇs tuh´ y ve vetknut´ı do femuru, docházelo by k degradaci kostn´ı tkánˇe demineralizac´ı. Následkem degradace by se sn´ıˇzila mechanická pevnost kostn´ı tkánˇe a mohlo by doj´ıt k fraktuˇre v oblasti implantace dˇr´ıku. Dalˇs´ım poˇzadavkem je milináln´ı otˇer. Kontaktn´ı plochy mus´ı b´ yt co nejv´ıce hladké, s maximáln´ı odolnost´ı proti otˇeru, protoˇze materiály nemohou b´ yt lubrikovány. Z v´ ypoˇctu je patrné rozloˇzen´ı napˇet´ı v obou ˇcástech kloubn´ı jamky. In vivo jsou hodnoty na dynamicky zatˇeˇzovaném kloubu mnohem vyˇsˇs´ı v porovnán´ı s hodnotami, které byly spoˇcteny pˇri mém v´ ypoˇctu. U UHMWPE nen´ı zanedbatelné hledisko vydrolován´ı ˇca´steˇcek z povrchu materiálu, následnˇe vyˇsˇs´ım tˇren´ım roste gradient opotˇreben´ı. Reáln´ y v´ ypoˇcet by se velmi liˇsil od mého, kter´ ym jsem se snaˇzil zjistit pouze napjatost a velikost kontaktn´ıho tlaku implantované kloubn´ı jamky.

45

Seznam pouˇ zit´ ych zkratek a oznaˇ cen´ı Seznam pouˇ zit´ ych zkratek Zkratka AVG COC FEM HA M. MOM MKP PTFE SR TEP UHMWPE

V´ yznam Pr˚ umˇer zobrazen´ı (average) Materiálov´ y styk kov na kov(ceramic on ceramic) Koneˇcno-prvkov´ y v´ ypoˇcet Hydroxyapatit Musculus (sval) Materiálov´ y styk keramika na keramiku (metal on metal) Metoda koneˇcn´ ych prvk˚ u Polytetrafluorethylen (obchodn´ı nátev TEFLON) Statická rovnováha Totáln´ı endoprotéza kyˇceln´ıho kloubu Vysoce s´ıt’ovan´ y polyetylén (Ultra high molecular weight polyethylene)

46

Seznam pouˇ zit´ ych oznaˇ cen´ı Oznaˇ cen´ı Rozmˇ er EQV [M P a] FG [N ] FP [N ] FGdk ” [N ] FT [N ] FF [N ] g [m · s−2 ] m [kg] NP [−] SX [M P a] SY [M P a] SZ [M P a] UX [mm] UY [mm] UZ [mm] x1 [mm] x2 [mm] x3

[mm]

α β η

[◦ ] [◦ ] [-]

V´ yznam Redukované napˇet´ı T´ıhová s´ıla ˇclovˇeka S´ıla od podloˇzky T´ıha doln´ı konˇcetiny S´ıla, p˚ usob´ıc´ı svaly na velk´ y trochanter Styková s´ıla hlavici femuru T´ıhové zrychlen´ı Hmotnost ˇclovˇeka Neznámé parametry Napˇet´ı v ose x Napˇet´ı v ose y Napˇet´ı v ose z Deformace v ose x Deformace v ose y Deformace v ose z Vzdálenost stˇredu hlavice od osy tˇela v ose x Vzdálenost stˇredu hlavice femuru od tˇeˇziˇstˇe doln´ı konˇcetiny v ose x Vzdálenost stˇredu hlavice os u ´ponu svalu m. glutaeus medius na velkém trochanteru v ose x ´ Uhel nositelky s´ıly os skupiny sval˚ u m. glutaeus ´ Uhel nositelky stykové s´ıly Tˇren´ı

47

Literatura [1] BRAY, Timothy J.; KALAFATIC, Carol; CHAPMAN, Michael.W. Techniques in fracture fixation : as practiced by the Reno Orthopaedic Clinic, Reno, Nevada. Vyd. 1. New York : Gower Medical Publishing, 1993. ISBN 039744690X. ˇ AK, ´ Radom´ır. Anatomie 1. 2. upr. a dopl. vyd. Praha : Grada, 2001. 497 [2] CIH s. ISBN 8071699705. ´ David; JAHODA, David. N´ [3] SOSNA, Anton´ın; POKORNY, ahrada kyˇ celn´ıho kloubu : rehabilitace a reˇ zimov´ a opatˇ ren´ı. Vyd. 1. Praha : Triton, 2003. 58 s. ISBN 8072543024. ˇ ¨ [4] BEZNOSKA, Stanislav; CECH, Oldˇrich; LOBL, Karel. Umˇ el´ e n´ ahrady lidsk´ ych kloub˚ u : biomechanick´ e, materi´ alov´ e a technologick´ e aspekty. Vyd. 1. Praha : Státn´ı nakladatelstv´ı technické literatury, 1987. 246s. ˇ ´ Rudolf. Aloplastika kyˇ [5] CECH, Oldˇrich; PAVLOVSKY, celn´ıho kloubu. Vyd. 1. Praha : Avicenum, 1979. 247s. [6] SOSNA, Anton´ın. Z´ aklady ortopedie. Vyd. 1. V Praze : Triton, 2001. 175 s. ISBN 8072542028. ˇ ´ Svatava. Biomechanika ˇ [7] VALENTA, Jaroslav; KONVICKOV A, clovˇ eka. ˇ Vyd. 1. Praha : Vydavatelstv´ı CVUT, 1996. 177 s. ISBN 8001014525. ´ David; JAHODA, David. Endoprot´ [8] SOSNA, Anton´ın; POKORNY, eza kyˇ celn´ıho kloubu : pr˚ uvodce pacienta obdob´ım operace, rehabilitace a dalˇ s´ım ˇ zivotem. Vyd. 1. Praha : Triton, 1999. 40 s. ISBN 8072540467. ´ Jozef. Ortop´ [9] VOJTASˇSˇAK, edia. Vyd. 1. Bratislava : SAP, 1998. 749 s. ISBN 8088908000. [10] BEZNOSKA, Stanislav. Umˇ el´ e n´ ahrady lidsk´ ych kloub˚ u. Vyd. 1. Praha : Státn´ı nakladatelstv´ı technické literatury, 1987. 246 s. cnb000031653. ˇ [11] JANIĆEK, Pˇremysl. Syst´ emov´ e pojet´ı vybran´ ych obor˚ u pro techniky : hled´ an´ı souvislost´ı. Vyd. 1. Brno : CERM akademické nakladatelstv´ı, 2007. 682 s. Uˇcebn´ı texty. ISBN 9788021435452. [12] VAVERKA, Michal. Biomechanick´ a studie patologicky vyvinut´ eho kyˇ celn´ıho spojen´ı z hlediska n´ asledn´ ych chirurgick´ ych operac´ı. Brno, ´ UCEN ˇ Í TECHNICKE ´ V BRNE, ˇ 2005. 127 s. Dizertaˇcn´ı práce. VYSOKE Fakulta strojn´ıho inˇzen´ yrstv´ı. [13] Berkeley Advanced Biomaterials, Inc. z WWW: http://www.hydroxyapatite.com/.

48

[online]. [cit. 2010-04-18]. Dostupn´ y

[14] Science museum. Smith-Peterson-type acetabular cup for hip replacement surgery, England, 1930-1940. [online]. [cit. 2010-02-18]. Dostupn´ y z WWW: http://www.sciencemuseum.org.uk/broughttolife/objects/display. aspx?id=4899. [15] Ortopedie. Implant´ aty kyˇ cle. [online]. [cit. 2010-04-18]. Dostupn´ y z WWW: http://ortopedicke.info/index.php?option=com_content&view= article&id=79:implantaty-kyle&catid=43:tepdalsi&Itemid=69. [16] ORTHES. Tot´ aln´ı endoprot´ eza kyˇ celn´ıho kloubu. [online]. [cit. 2010-0328]. Dostupn´ y z WWW: http://www.orthes.cz/thr.htm. [17] BEZNOSKA : Vrac´ıme radost z pohybu. [online]. [cit. 2010-02-11]. Dostupn´ y z WWW: http://www.beznoska.cz/. [18] MAYO CLINIC. Hip Replacement. [online]. [cit. 2010-05-19]. Dostupn´ y z WWW: http://www.mayoclinic.org/hip-replacement/surgery.html. [19] DJO surgical. X-alt Highly Crosslinked Polyethylene. [online]. [cit. 201004-19]. Dostupn´ y z WWW: http://www.djosurgical.com/products/hip/xalt/index.htm. [20] DJO surgical. [online]. [cit. 2010-04-19]. Dostupn´ y z WWW: http://www.djosurgical.com/products/hip/. [21] KURTZ, Steven M.; Edidin, Avram Allan. UHMWPE Lexicon. [online]. [cit. 2010-04-25]. Dostupn´ y z WWW: http://www.uhmwpe.org. [22] Wikipedia. Ultra high molecular weight polyethylene. [online]. 29.6.2005, 11.5.2010 [cit. 2010-05-12]. Dostupn´ y z WWW: http://en.wikipedia.org/wiki/Ultra_high_molecular_weight_ polyethylene. [23] Zimmer. Longevity® Crosslinked Polyethylene Liners. [online]. 26.4.2010, [cit. 2010-04-28]. Dostupn´ y z WWW: http://www.zimmer.com/z/ctl/op/global/action/1/id/31/template/MP/ prcat/M2/prod/y. [24] Zimmer. BIOLOX® delta Ceramic Femoral Head. [online]. 28.4.2010, [cit. 2010-04-28]. Dostupn´ y z WWW: http://www.zimmer.co.uk/z/ctl/op/global/action/1/id/10123/ template/MP/prcat/M2/prod/y.

49

[25] Zimmer. Durasul® Highly Crosslinked Polyethylene. [online]. 15.10.2008, [cit. 2010-04-28]. Dostupn´ y z WWW: http://www.zimmer.co.uk/z/ctl/op/global/action/1/id/10123/ template/MP/prcat/M2/prod/y. ´ CEK, ˇ [26] MACHA Tomáˇs. Syst´ em Plasmacup® delta - Modern´ı technologie endoprot´ ez. [online]. 1.2.2008, [cit. 2010-04-25]. Dostupn´ y z WWW: http://braunoviny.bbraun.cz. [27] BoneSmart. The Basics of Total Hip Replacement Surgery. [online]. 14.5.2008, [cit. 2010-05-18]. Dostupn´ y z WWW: http://www.bonesmart.org/hip_replacement.php. [28] EPP Plasty. PTFE (Teflon®) Polytetrafluoretylen (PTFE). [online]. 14.5.2008, [cit. 2010-04-15]. Dostupn´ y z WWW: http://www.eppplasty.cz/ptfe.htm. ´ Jiˇr´ı. Nov´ [29] STEHLIK, y typ miniinvaz´ıvn´ı TEP kyˇ cle. ZDN - Zdravotnické noviny [online]. 17.5.2005, 2005, 5, [cit. 2010-03-17]. Dostupn´ y z WWW: http://www.zdn.cz/clanek/sestra/novy-typ-miniinvazivni-tep-kycle-298050. ISSN 1214-7664. [30] The A to Z of Materials. Hydroxiapatite. [online]. 23.2.2001 [cit. 2010-04-03]. Dostupn´ y z WWW: http://www.azom.com/Details.asp?ArticleID=107. [31] The A to Z of Materials. Porous Coatings for Improved Implant Life – Total Hip Replacements. [online]. 2003 [cit. 2010-04-03]. Dostupn´ y z WWW: http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=1900. [32] Lékaˇri Online. Kyˇ cel - tot´ aln´ı endoprot´ eza klasick´ a. [online]. 31.12.2007, 19.11.2009 [cit. 2010-03-28]. Dostupn´ y z WWW: http://www.lekari-online.cz/ortopedie/zakroky/kycel-endoproteza. [33] RUGGIERI, Tonya. BioGlass: Uses in Osteostimulation. [online]. 1 s. Oborová práce. University of Rhode Island. [cit. 2010-05-03]. Dostupn´ y z WWW: http://www.ele.uri.edu/courses/ele382/F09/TonyaR_2.pdf. [34] KOKUBO, Tadashi . Bioactive glass ceramics: properties and applications. Biomaterials [online]. Vyd. 2. 1991 [cit. 2010-05-19]. Dostupn´ y z WWW: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi= B6TWB-48HRPF9-19C&_user=10&_coverDate=03%2F31%2F1991&_ rdoc=1&_fmt=high&_orig=search&_sort=d&_docanchor=&view=c&_ acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5= 9990ec7a850ac5de1d38566ef9ee45c8. doi:10.1016/0142-9612(91)90194F.

50

[35] GOMEZ, Pablo F.; MORCUENDE, Jose A.A Historical and Economic Perspective on Sir John Charnley, Chas F. Thackray Limited, and the Early Arthroplasty Industry. The Iowa Orthopaedic Journal. [online] 2005, 25. 30-37s. Dostupn´ y z WWW: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1888784/. PMCID: PMC1888784 [36] [online]. [cit. 2010-02-17]. Dostupn´ y z WWW: http://www.sciencemuseum.org.uk/hommedia.ashx?id=7390&size=Small. [37] [online]. [cit. 2010-05-15]. Dostupn´ y z WWW: http://www.zimmerindia.com/web/images/technology/csti01.jpg. [38] [online]. [cit. 2010-05-15]. Dostupn´ y z WWW: http://www.zimmer.com/web/images/products/joints/hips/Durasul3. gif. [39] [online]. [cit. 2010-05-15]. Dostupn´ y z WWW: http://www.zimmer.com/web/images/products/joints/hips/ML_Taper_ Hip_Prosthesis_1.jpg. [40] [online]. [cit. 2010-05-15]. Dostupn´ y z WWW: http://www.zimmer.com/web/images/products/joints/hips/ZMR_XL_ Stems.jpg. [41] [online]. [cit. 2010-05-15]. Dostupn´ y z WWW: http://www.zimmer.com/web/images/products/joints/hips/ZMR_Spout_ Body.jpg. [42] [online]. [cit. 2010-05-15]. Dostupn´ y z WWW: http://www.djosurgical.com/products/hip/alfaII/images/star_ mechanism_stem_sm.jpg. [43] [online]. [cit. 2010-05-15]. Dostupn´ y z WWW: http://720.cz/wpcontent/kostra.jpg. [44] [online]. [cit. 2010-05-15]. Dostupn´ y z WWW: http://www.djosurgical.com/products/hip/CLP/images/modular_neck_ 12deg%20copy.jpg. [45] [online]. [cit. 2010-05-15]. Dostupn´ y z WWW: http://www.uhmwpe.org/images_lexicon/image0607.jpg. [46] [online]. [cit. 2010-05-15]. Dostupn´ y z WWW: http://www.uhmwpe.org/images_lexicon/image0610.jpg. [47] [online]. [cit. 2010-05-15]. Dostupn´ y z WWW: http://www.zimmer.co.za/web/images/south_africa_english/Hips/ Cerasul2.jpg. [48] [online]. [cit. 2010-05-15]. Dostupn´ y z WWW: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Illu_compact_spongy_bone.jpg. 51

A Obrazov´ a dokumentace A.1 Svaly kyˇ celn´ıho kloubu

Obrázek A.1: [2] Musculi glutei, pelvitrochanterické svaly a svaly zadn´ı strany stehna, pohled zezadu 1 2 3 4 5 6 7

M. M. M. M. M. M. M.

tensor gasciae latae gluteus medius gluteus maximus gluteus minimus piriformis gemellus superior obturatorius internus

8 9 10 11 12 13 14

I

M. gemellus inferior M. quadrutus femoris M. biceps femoris, caput longum M. biceps femoris, caput breve M. semitendinosus M. semimembranosus Tractus iliotibialis

A.2 Kortik´ aln´ı ˇ c´ ast kosti

Obrázek A.2: Celá ˇca´st kortikáln´ı kosti - redukované napˇet´ı.

A.3 Spongi´ ozn´ı ˇ c´ ast kosti

Obrázek A.3: Spongiózn´ı kost - redukované napˇet´ı.

II

HISTORICKÝ PŘEHLED A SOUČASNÉ TRENDY TOTÁLNÍCH

Recommend Documents