Il metallo incontra l’osso. Parte II: la fissazione nelle protesi non cementate.

Abbiamo visto, nell’articolo precedente, che negli ultimi 25-30 anni l’utilizzo di protesi d’anca non cementate ha preso progressivamente il sopravvento sulle protesi cementate.

 

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Lo stelo AML

Le protesi non cementate, storicamente le prime a essere impiantate,  sono state per lungo tempo quasi abbandonate a causa dei notevoli successi riscontrati con la cementazione. La riscossa è avvenuta all’inizio degli anni ’80 con l’approvazione da parte del’FDA americana (equivalente al marchio CE europeo odierno) di uno stelo non cementato denominato AML (Anatomic Medullary Locking), il primo ad avere una superficie di rivestimento porosa tale da facilitare la crescita di nuovo osso lungo la superficie di contatto.

La filosofia di questa nuova generazione di protesi si basava su un concetto già noto da tempo: considerare la protesi non come un mezzo inerte ma come un sistema che interagisce con la biologia dell’osso con cui è a contatto. Ma la vera novità consisteva nel fatto di tentare di indirizzare la biologia dell’osso a favore della fissazione della protesi in termini di ‘integrazione’, cioè favorire la crescita di osso all’interno dei micropori costituiti dalla rugosità del metallo per far sì che il sistema osso-protesi diventi un tutt’uno.

Da allora si è cercati di migliorare continuamente i modelli protesici al fine di sfruttare al massimo la possibilità che ha l’osso di integrare la protesi, giocando su due concetti cardine: l’osetoinduzione (cioè la capacità di una sostanza di stimolare la formazione di nuovo osso) e l’osteoconduzione (cioè la capacità di un supporto di facilitare la crescita di nuovo osseo fungendo da impalcatura temporanea).

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La fissazione di una protesi non cementata sfrutta la biologia dell’osso

Le leghe metalliche che maggiormente sono state utilizzate per la fabbricazione degli steli femorali protesici non cementati sono il cromo-cobalto-molibdeno e il titanio-alluminio-vanadio. La prima lega è più resistente, la seconda si avvicina di più all’osso in termini di elasticità. La lega in titanio è oggi quella più utilizzata per gli steli femorali, perché coniuga meglio di altri materiali le proprietà meccaniche in termini di resistenza ed elasticità.

Per favorire la fissazione di questo materiale all’osso sono state studiate e messe in opera molteplici soluzioni, riguardante in particolare la lavorazione delle superfici di rivestimento delle protesi.

Quindi, su questa specifica caratteristica si sono sviluppate due categorie di protesi non cementate: quelle che favoriscono la crescita ossea sulla superficie della protesi stessa (ongrowth) e quelle che favoriscono la crescita ossea all’interno di una struttura tridimensionale microscopica che costituisce il rivestimento del corpo della protesi (ingrowth).

Le protesi che sfruttano l’ongrowth, vengono lavorate principalmente in due modi: la sabbiatura e il plasma spray.

La sabbiatura viene realizzata bombardando la superficie della protesi con particelle abrasive di ossido di alluminio. Questo permette di ottenere una rugosita di 3-5 micron. Spesso la sabbiatura viene usata in combinazione con altri sistemi di fissazione su una singola protesi.

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Protesi d’anca con stelo in titanio sabbiato

 

 

Il plasma spray consiste nel miscelare polveri metalliche con gas inerte pressurizzato e ionizzato, tale da avere un composto ad alta energia che viene poi spruzzato sull’impianto dove solidifica.

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Rivestimento plasma spray

Un tipo particolare di rivestimento realizzato con la tecnica del plasma spray è l’idrossiapatite.

L’idrossiapatite è un composto di calcio-fosfato che costituisce la componente minerale dell’osso ed è caratterizzato da un forte potere osteoconduttivo e osteoinduttivo. Esso viene utilizzato nella forma di plasma spray per rivestire gli steli protesici, direttamenteo o sul rivestimento poroso metallico. Nonostante il potenziale vantaggio teorico, i risultati clinici non hanno dimostrato un beneficio sostanziale rispetto agli impianti con altri tipi di rivestimento.

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protesi rivestita in idrossiapatite

Queste protesi, che sfruttano l’ongrowth come mezzo biologico di fissazione, hanno superfici porose, ma i pori non sono molto interconnessi tra di loro. Esse hanno però il vantaggio di essere più resistenti di quelle che sfruttano l’ingrowth.

La fissazione delle protesi del secondo gruppo, appunto, si basa sul concetto di ingrowth, cioè la capacità dell’osso di abitare i pori presenti sulla superficie della protesi. Gli studi scientifici hanno fatto osservare che per un ingrowth ottimale il diametro dei pori deve essere compreso tra i 50 e i 400 micron. Per realizzare queste superfici sono state adottate varie soluzioni tecniche tra cui: microsfere metalliche sinterizzate con gli steli protesici, microreti in fibra metallica, metalli porosi.

Le microsfere metalliche sono microperle in lega metallica (cromo-cobalto o titanio) che, saldate alla protesi per mezzo di temperature elevatissime, creano dei micropori del diametro medio di circa 200 micron.

 

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Protesi rivestita con microsfere

Un altro tipo di rivestimento che sfrutta l’ingrowth è quello realizzato con un filamento metallico direttamente saldato al corpo della protesi in una maniera molto caratteristica. Il filamento è attorcigliato sulla superficie della protesi innumerevoli volte fino a creare un reticolato che presenta dei pori di dimensione varibile, che si aggira intorno ai 200-300 micron.

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Rivestimento in monofilamento di una protesi d’anca

La terza e più attraente soluzione tecnica per ottenere una porosità ideale per l’ingrowth è rappresentata dal metallo poroso. I metalli porosi costituiscono una rete tridimensionale che rispetto agli altri due sistemi si distinguono per con un alto grado di interconnessione delle microcelle create dal metallo (vedi immagine sotto). Oggi, grazie all’avanzamento nelle tecniche metallurgiche, è possibile realizzare delle protesi che nascono direttamente con un rivestimento di questo tipo, senza che esso venga successivamente applicato al corpo della protesi. Questo permette di eliminare possibili micro-difetti inevitabilmente connessi con l’applicazione del rivestimento in un tempo successivo. Il risultato consiste in protesi più resistenti con rivestimenti dalla porosità ideale per una integrazione ottimale con l’osso che le ospita.

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Metallo poroso visto al microscopio elettronico

I progressi compiuti in questo settore hanno prodotto notevoli miglioramenti dal punto di vista clinico. L’effetto più evidente consiste nella maggior durata delle protesi impiantate. Oggi nessuno si stupisce più se una protesi d’anca funziona perfettamente perfino dopo 20-25 anni dal momento dell’impianto, e questo lo dobbiamo proprio ai continui miglioramenti introdotti in questo settore.

Questi tempi celano però un’insidia che gli esperti del settore conoscono molto bene. Nessuno infatti può prevedere qual è la durata media ‘in vivo’ di una nuova protesi mai impiantata in precedenza, soprattutto se paragonata a quelle che già si sono rivelate affidabili per tempi così lunghi.

A questo proposito esistono organismi specifici che certificano la qualità dei nuovi prodotti che vengono immessi sul mercato e che, grazie ad appositi controlli, danno la loro garanzia sulla loro affidabilità, proprio come avvenne per il primo stelo femorale non cementato (AML) approvato nel 1983 dall’FDA americana.

 

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