Il metallo incontra l’osso. Parte I: breve storia della fissazione delle protesi articolari

Fin da quando si fabbricano protesi articolari uno dei problemi principali riguarda il modo in cui la protesi si fissa all’osso e conseguentemente la scelta del materiale da utilizzare.

ivory

Già per i primi tentativi effettuati nel XIX secolo è stato subito chiaro che il materiale scelto doveva mimare le caratteristiche dei tessuti del corpo umano. Al tempo stesso questo materiale doveva essere biocompatibile e non immuno-genico, ovvero doveva essere accettato dal corpo umano.

Inizialmente la scelta è ricaduta su materiali quali l’avorio (figura a fianco) che sembravano adatti allo scopo, per lo più per le loro caratteristiche macroscopiche. Tuttavia essi si sono rivelati fallimentari in breve tempo e sono stati rapidamente abbandonati.

Una svolta significativa si è avuta con l’impiego dell’acciaio inossidabile nella cura delle fratture durante la prima e la seconda guerra mondiale.

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Protesi di Austin-Moore in acciaio non cementata

L’acciaio si è mostrato sin da subito un materiale perfetto in termini di biocompatibilità, quindi il passaggio dai mezzi di sintesi delle fratture alle protesi è stato breve. Siamo intorno agli anni ’50. Dopo gli entusiasmi iniziali, i nodi sono venuti presto al pettine. I primi modelli di protesi in acciaio, che avevano una superficie liscia, si scollavano precocemente. I risultati clinici a breve termine erano buoni, ma poco duraturi.

La soluzione è arrivata negli anni ’60 con l’uso del cemento acrilico, peraltro già conosciuto in campo biomedico soprattutto odontoiatrico. Si pensò che potesse essere un buon collante per fissare le protesi in acciaio all’osso che le ospita. Così venne introdotto in chirurgia protesica con ottimi risultati sia immediati che nel lungo termine. Gli impianti cementati risultavano stabili e duraturi. Nasceva in questo modo, grazie agli studi e alle esperienze di Sir John Charnley, l’era moderna delle protesi d’anca.

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19068be546b76624 La protesi d’anca cementata di Charnley veniva impiantata con l’uso del cemento

Il cemento però presentava diversi inconvenienti, quali l’aumento dei tempi operatori (dovuti alla preparazione e al posizionamento del cemento), la necrosi termica conseguente all’eccessivo calore sprigionato dalla reazione di polimerizzazione, le possibili complicanze legate a una tecninca di cementazione non perfetta. Inoltre il cemento ha tolto un oggetto di studio, ovvero l’interfaccia protesi-osso, per aggiungerne due: l’interfaccia osso-cemento e l’interfaccia cemento-protesi. Pertanto la ricerca sul materiale di cui è fatta la protesi si è suddivisa in due filoni principali: quella riguardante le protesi non cementate, rallentata per un certo periodo dal successo ottenuto dal cemento acrilico, e quella riguardante le protesi cementate.

Gli obbiettivi dei due filoni di ricerca sono sostanzialmente diversi. Per le protesi non cementate si cerca un materiale che abbia le caratteristiche ottimali per integrarsi direttamente con l’osso e diventare quasi un tutt’uno con esso, si parla quindi di fissazione biologica. Invece, per le protesi cementate il materiale in questione deve avere caratteristiche appropriate per essere un tutt’uno con il cemento acrilico che fa ‘da ponte’ tra la protesi e l’osso, si parla quindi di una fissazione meccanica.

A seguito degli ottimi risultati ottenuti in Inghilterra da sir John Charnley con le protesi d’anca, le cementazione ha dominato il campo della fissazione delle protesi articolari. Le protesi d’anca di allora erano per lo più costituite da uno stelo femorale metallico in acciaio inossidabile e da una componente acetabolare in materiale plastico (polietilene). Entrambe le componenti erano cementate.

Le protesi non cementate continuavano a essere impiantate in pochi centri, con risultati decisamente inferiori.

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Protesi acetabolare a press-fit

Ciononostante l’evoluzione dei materiali e dei modelli protesici ha progressivamente migliorato anche i risultati delle protesi non cementate. Inizialmente questo è stato vero soprattutto per le componenti acetabolari. Le protesi acetabolari cementate in polietilene, a cavallo tra glia nni ’70 e ’80 sono state via via sostituite da componenti metalliche a press-fit (cioè a incastro) non cementate che si rivelavano via via sempre più efficienti sia a breve che a lungo termine.

La fissazione degli steli femorali invece è stata ancora per lungo tempo per lo più cementata. Tuttavia l’attrattiva per gli indubbi vantaggi di una tecnica non cementata ha fatto mantenere sempre viva l’attenzione dei chirurghi verso i modelli che non prevedevano la cementazione. Così negli ultimi 25-30 anni, con l’introduzione nel mercato di modelli sempre più evoluti e capaci di eguagliare i risultati delle protesi cementatate, anche per gli steli femorali  è diventato prevalente l’uso delle componenti non cementate.

I successi ottenuti dalle protesi non cementate ha dato grande impulso a questo settore, sempre in continua evoluzione. La ricerca scientifica e il miglioramento delle tecniche di fabbricazione si è concentrata su soluzioni sempre più performanti e durature nel tempo, portando allo sviluppo di una variegata gamma di modelli protesici che in termini di fissazione condividono  tutti lo stesso fantascientifico scopo: diventare un tutt’uno con l’osso. L’avvincente storia di questa evoluzione sarà oggetto del prossimo articolo che riguarderà proprio le varie soluzioni applicate negli ultimi decenni per favorire la fissazione delle protesi non cementate.

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