6

Kwart. Ortop. 2011, 3, str. 243, ISSN 2083- 8697 Prace Oryginalne

243

GWÓŹDŹ GAMMA POKRYTY WARSTWĄ WĘGLA
NANOKRYSTALICZNEGO W LECZENIU ZŁAMAŃ

KRĘTARZOWYCH KOŚCI UDOWEJ U CHORYCH W PODESZŁYM

WIEKU

GAMMA NAIL COATED WITH NANOCRISTALLINE CARBON IN

THE TREATMENT OF TROCHANTERIC FEMUR FRACTURES IN

ELDERLY PATIENTS

Ireneusz Kotela

, Jacek Grabarczyk

, Marcin Bednarenko

Andrzej Kotela

Oddział Ortopedyczno-Urazowy Szpitala im. Św. Łukasza w Tarnowie

Zakład Inżynierii Biomedycznej Instytutu Inżynierii Materiałowej

Politechniki Łódzkiej

*Praca finansowana ze środków własnych.

Streszczenie:

Biotolerancja  wszczepu  metalicznego  w  środowisku  tkankowym  jest  podstawowym
kryterium  jego  przydatności  do  implantacji.  Najważniejszą  cechą  warstwy  węgla
nanokrystalicznego  jest  biozgodność  oraz  biostabilność,  czyli  brak  degradacji
materiału  metalowego  w  kontakcie  z  żywą  tkanką  organizmu  w  środowisku  płynów
ustrojowych. W pracy przedstawiono i oceniono grupę 14 chorych w podeszłym wieku
z  niestabilnymi  złamaniami  krętarzowymi  kości  udowej,  u  których  wykonano
zespolenie  gwoździem  Gamma  z  powłoka  węglową.  We  wszystkich  przypadkach
uzyskano  zrost  kostny,  a  uzyskane  wyniki  kliniczne  były  porównywalne  z  wynikami
uzyskanymi  w  podobnej  większej  grupie  chorych  gdzie  zastosowano  klasyczne
metaliczne  gwoździe  Gamma.  W  pracy  zwrócono  uwagę  na  trudności  w
rozpoznawaniu  nadwrażliwości  na  metale  u  chorych  „urazowych”.  Zaproponowano
rozważenie powszechniejszego stosowania implantów posiadających barierę dyfuzyjną
dla jonów metali.

Summary:

Biotolerance  of  metallic  implant  in  the  tissue  environment  is  a  fundamental
criterion  for  its  suitability  for  implantation.  The  most  important  feature  of  the
nanocrystalline carbon layer is biocompatibility and biostability, or lack of degradation
of  the  metallic  material  in  the  contact  with  the  living  tissue  in  the  body  fluid
environment.  The  paper  presents  and  assesses  a  group  of  14  elderly  patients  with
unstable trochanteric fractures of the femur who underwent Gamma nail fixation with
carbon coating. In all cases bone union was achieved, and the obtained clinical results
were  comparable  with  the  resultsof  a  similar  group  of  patients  in  whom  classical
metallic  Gamma  nails  were  used.  The  paper  highlights  difficulties  in  diagnosis  of
hypersensitivity  to  metals  in  trauma  patients.  Consideration  of  widespread  use  of
implants with a diffusion barrier for metal ions has been proposed.

Słowa kluczowe:

złamania krętarzowe kości udowej, gwóźdź Gamma, węgiel nanokrystaliczny, alergia
na metale.

This copy is for personal use only - distribution prohibited.

- This copy is for personal use only - distribution prohibited. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. -

Electronic PDF security powered by www.IndexCopernicus.com

Kwart. Ortop. 2011, 3, str. 244, ISSN 2083- 8697 Prace Oryginalne

244

Keywords:

trochanteric fractures of the femur, the Gamma nail, nanocrystalline carbon, metal allergy

Wstęp

Leczenie złamań krętarzowych kości udowej stanowi nadal poważny i częsty problem
kliniczny.  Większość  z  tych  złamań  to  złamania  osteoporotyczne  [3,4,5].  Dotyczą
zazwyczaj  chorych  w  wieku  podeszłym,  tj.  70-90  lat  [1,2].  Ta  grupa  chorych  jest
bardzo zróżnicowana zarówno pod kątem ogólnej sprawności fizycznej, jak i obciążeń
chorobami  przewlekłymi.  W  leczeniu  złamań  bliższej  części  kości  udowej  stosowane
jest  leczenie  operacyjne  oraz  nieoperacyjne.  W  leczeniu  operacyjnym  do  zespalania
złamań  krętarzowych  kości  udowej  stosowane  są  metalowe  implanty:  śrubopłytki
DHS,  pręty  Endera,  płyty  kątowe,  gwoździe  Gamma  i  PFN,  i  inne.  Stosowanie
implantów  metalicznych  wiąże  się  z  możliwością  wystąpienia  wielu  procesów  i
objawów  niepożądanych,  w  tym  alergii,  co  w  konsekwencji  może  prowadzić  do
„odrzucenia  implantu”.  Rola  pierwiastków  z  których  wytwarzane  są  implanty  w
procesach  immunologicznych  znana  jest  od  lat  [10-17].  Badania  populacyjne
wykazały, że 10% populacji wykazuje nadwrażliwość na implanty metaliczne [6].
Ż

ołyński i wsp. [7] zauważyli kilka lat temu, ze w przypadku chorych z alergią na

składniki  stopu,  z  którego  wyprodukowany  jest  implant,  należy  zastosować  materiał
pokryty  warstwą  węgla  nanokrystalicznego,  stanowiący  wystarczającą  barierę
dyfuzyjną  dla  jonów  metali.  Biotolerancja  wszczepu  metalicznego  w  środowisku
tkankowym  jest  podstawowym  kryterium  jego  przydatności  do  implantacji.
Powszechnie dostępną i relatywnie tanią metodą potwierdzającą obecność uczulenia na
składniki  stopów  metalicznych  jest  test  płatkowy  (patch-test),  którego  wartość
kliniczna  jest  nadal  przedmiotem  dyskusji  w  środowisku  ortopedycznym  pomimo
pozytywnych doniesień z literatury [8].
Celem pracy jest ocena skuteczności zespalania złamań krętarzowych kości udowej za
pomocą gwoździ Gamma pokrytych warstwą diamentu nanokrystalicznego.

Materiał i metoda

W latach 2007-2009 w Oddziale Ortopedyczno - Urazowym Wojewódzkiego Szpitala
im.  Św.  Łukasza  w  Tarnowie  na  ogólna  liczbę  wszczepionych  178  gwoździ  Gamma
zastosowano  14  gwoździ  pokrytych  powłoką  węgla  nanokrystalicznego.  W  grupie
badanej  znalazło  się  14  osób,  u  których  wykonano  zespolenie  złamania  krętarzowego
kości  udowej  gwoździem  Gamma  z  nanokrystaliczną  powłoką  węglową.  W  grupie
było  9  kobiet  i  5  mężczyzn.  Średnia  wieku  w  grupie  badanej  wyniosła  72,6  lat,  przy
czym istotnie starsze były kobiety u których średnia wieku wyniosła 79,1 lat (p< 0,05).
Do  złamania  najczęściej  dochodziło  w  wyniku  upadku  na  jednym  poziomie,  tylko  u
dwóch  mężczyzn  przyczyną  urazu  był  upadek  z  roweru.  Chorych  do  grupy  badanej
wybrano  w  sposób  losowy.  U  wszystkich  chorych  wskazaniem  do  zastosowania
gwoździa Gamma była obecność niestabilnego złamania przezkrętarzowego typu II wg
Evansa.  Wg  podziału  Kyle’a  w  8  przypadkach  były  to  złamania  typu  III,  a  pozostałe
typu IV. Wszyscy chorzy mieli podobną przedurazowa sprawność fizyczną – posiadali
umiejętność samodzielnego chodzenia, stąd też założono dla całej grupy za cel leczenia
odzyskanie sprawności przedurazowej. W badaniu wykorzystano gwoździe z powłoką
węgla  nanokrystalicznego  przygotowane  w  Zakładzie  Inżynierii  Biomedycznej
Instytutu  Inżynierii  Materiałowej  Politechniki  Łódzkiej.  Gwoździe  i  instrumentarium
wyprodukowano w firmie MEGDAL.

This copy is for personal use only - distribution prohibited.

Electronic PDF security powered by www.IndexCopernicus.com

Kwart. Ortop. 2011, 3, str. 245, ISSN 2083- 8697 Prace Oryginalne

245

Zabieg operacyjny wykonywano w sposób typowy zgodnie z techniką producenta [9].
Wszystkie  repozycje  złamań  uzyskano  sposobem  zamkniętym.  Nie  stosowano
dodatkowej  stabilizacji  (cerklaż).  Chorzy  uruchamiani  byli  od  3  doby  po  operacji,
rehabilitowani  w  sposób  typowy  z  uwzględnieniem  własnych  możliwości  oraz
wyjściowej  oceny  jakości  uzyskanej  repozycji  i  zespolenia.  W  ocenie  klinicznej
skupiono  się  na  analizie  jakości  życia  chorych  wynikającej  bezpośrednio  z  uzyskanej
zdolności

chodzenia

porównanej

stanu

przedurazowego.

Analizowano

samodzielność chodu, pokonywany dystans, oraz nasilenie dolegliwości bólowych.

Wyniki

Oceniono 12 chorych w oparciu o badanie kliniczne i radiologiczne. Okres obserwacji
wyniósł od 6 miesięcy do 2 lat. We wszystkich przypadkach przebieg pooperacyjny był
niepowikłany.  Rany  poperacyjne  wygojone  przez  rychłozrost.  Nie  występowały
powikłania zapalne. W żadnym przypadku, nie wystąpiły wskazania do reoperacji. W
ocenie  klinicznej  u  wszystkich  chorych  uzyskano  zrost  kostny,  którego  cechy  w
obrazie radiologicznym uwidoczniono w 8-12 tygodni od zespolenia.
W  ocenie  klinicznej  sprawność  przedurazową    odzyskało  6  chorych,  u  pozostałych
doszło  do  istotnego  skrócenia  pokonywanego  dystansu  –  aktywność  w  obrębie
własnego  mieszkania,  u  4  z  nich  konieczna  była  asekuracja  drugiej  osoby  przy
chodzeniu. Dolegliwości bólowe w większości przypadków nie były bardziej nasilone
od  tych  pochodzących  z  innych  okolic  ciała,  natomiast  jeden  chory  uskarżał  się  z
powodu  bolesnego  przeskakiwania  pasma  biodrowo-piszczelowego  na  końcu
obwodowym śruby szyjkowej.
Spośród  14  operowanych    w  pierwszym  roku  od  urazu  zmarło  2  osoby  z  powodu
chorób układu krążenia. Ze względu na  małą liczebność grupy nie zastosowano metod
analizy statystycznej i powyższe wyniki przedstawiono w formie opisowej.

Omówienie

Jak  wykazał  Bednarenko  [9]  zespalanie  złamań  okołokrętarzowych  gwoździem
Gamma jest skuteczną i mało obciążającą pacjentów metodą leczenia chorych w wieku
podeszłym.  Należy  jednak  pamiętać,  iż  implanty  metaliczne  prowadzą  niekiedy  do
wystąpienia  wielu  objawów  i  procesów  niepożądanych,  w  tym  reakcji  alergicznej.
Aby  wyeliminować  ryzyko  powyższego  powikłania,  w  Zakładzie  Inżynierii
Biomedycznej  Politechniki  Łódzkiej,  powstała  metoda  pokrywania  implantu  warstwą
nanokrystalicznego węgla [7]. Najważniejszą cechą tej warstwy jest biozgodność oraz
biostabilność, czyli brak degradacji materiału metalowego w kontakcie z żywą tkanką
organizmu  w  środowisku  płynów  ustrojowych.  Implanty  metalowe  zawierające  w
swoim  składzie  jony  niklu,  chromu  i  kobaltu  znajdują  szerokie  zastosowanie  w  wielu
dziedzinach zabiegowych, jak ortopedia, traumatologia, chirurgia szczękowo-twarzowa
i in. [12,14,16,17]. Zastosowanie tych implantów niesie z sobą możliwość wystąpienia
różnego  rodzaju  powikłań  w  postaci  zaburzenia  zrostu  kostnego,  zaniku  kostnego,
zapalenia  kości,  infekcji  ran  pooperacyjnych,  obluzowań  endoprotezy.  Etiologia  tych
powikłań  w  wielu  przypadkach  pozostaje  niejasna.  Jedną  z  przyczyn  może  być
nadwrażliwość  na  jony  metali  zawarte  w  implantach.  Wpływ  nadwrażliwości  na  jony
metali  na  występowanie  powikłań  wczesnych  i  późnych  po  zabiegach  z  użyciem
implantów  metalowych  wielokrotnie  wykazywano  w  piśmiennictwie.[18-22].
Wystąpienie  wyprysku  kontaktowego  po  zastosowaniu  implantów  metalowych  po  raz
pierwszy opisali Foussereau i Laugier w 1966 roku [23].

This copy is for personal use only - distribution prohibited.

Electronic PDF security powered by www.IndexCopernicus.com

Kwart. Ortop. 2011, 3, str. 246, ISSN 2083- 8697 Prace Oryginalne

246

Od  tej  pory  opisywano  przypadki  pacjentów,  u  których  wystąpiły  lokalne  zmiany
skórne  po  stabilizacji  złamanych  kości  za  pomocą  płyt  i  śrub  wykonanych  ze  stali
nierdzewnej  [24].  Opisywano  także  przypadki  obluzowań  endoprotez  stawów
biodrowych  u  pacjentów,  u  których  były  dodatnie  testy  płatkowe  [8,  27,28].
Nadwrażliwość  na  jony  metali  może  mieć  również  istotny  wpływ  na    opóźnienie
gojenia  się  kości.  Przedstawiono  w  literaturze  przypadki  pacjentów  po  złamaniach
kości,  leczonych  operacyjnie  z  użyciem  implantów  metalowych,  u  których  wystąpiły
radiologiczne  cechy  obluzowania  wszczepów,  brak  zrostu,  oraz  pojawiły  się  zmiany
rzekomotorbielowate kości [13,25,26]. W badanej grupie chorych nie zaobserwowano
powyższych  powikłań.  Uzyskane  wyniki  kliniczne  są  porównywalne  z  podawanymi
przez  piśmiennictwo  [9].  Życie  pokazuje,  że  dostępność  do  testów  płatkowych  jest
ograniczona,  a  brak  możliwości  uzyskania  kontaktu  z  alergologiem  w  szpitalu  w
zasadzie  przekreśla  możliwość  ich  wykonywania  u  pacjentów  przyjmowanych  do
oddziału w trybie pilnym (pozaplanowym). Z drugiej strony nie powinno się opóźniać
leczenia  operacyjnego  w  przypadku  złamań  krętarzowych  ponad  niezbędny  dla
przygotowania chorego czas, tzn. 24-48 godz.
Ś

miertelność chorych ze złamaniami krętarzowymi w wieku podeszłym wzrasta z

każdym  dniem  leżenia  w  łóżku  począwszy  od  3  doby  po  doznanym  urazie  [2].  W
przypadku  pacjenta  urazowego  w  zasadzie  jedynie  wywiad  lekarski  może  ujawnić
informacje o alergii na metale.
Dlatego  warty  rozważenia  wydaje  się  być  sposób  postępowania,  przyjmujący  za
obligatoryjne stosowanie implantu o sprawdzonej jakości i udowodnionym posiadaniu
bariery  antydyfuzyjnej,  jakim  jest  na  przykład  powłoka  węglowa,  we  wszystkich
przypadkach  pilnych,  gdzie  nie  ma  czasu  na  kilkudniowe  testy,  oraz  w  przypadku
chorych  przygotowywanych  do  zabiegów  planowych  dodatkowe  przedszpitalne
wykonanie  testu  płatkowego  w  kierunku  nadwrażliwości  na  metale.  Ponieważ  nie  ma
innych  równie  mało  inwazyjnych  metod  wykazania  nadwrażliwości  na  metale,
wykonanie  pach-testu  stanowi  niejako  o  wyczerpaniu  możliwości  przewidzenia
wystąpienia reakcji alergicznej u potencjalnie nie uczulonego chorego przed zabiegiem
operacyjnym.

Wnioski

Zastosowanie powłoki nanokrystalicznej na implantach metalicznych stanowi

skuteczną, udowodnioną w badaniach doświadczalnych, barierę dyfuzyjną dla
jonów metali, co potwiedzają zachęcające i coraz bogatsze obserwacje kliniczne.

Obligatoryjne stosowanie implantów pokrytych warstwą węgla nanokrystalicznego

wydaje się być rozsądnym sposobem postępowania zwłaszcza u chorych, u których
rutynowo nie jest planowane usuwanie implantów.

Problem uszkodzeń powłoki z węgla nanokrystalicznego powstających w trakcie

implantacji,  a  także  normalnej  ”pracy”  oraz  zużywania  się  implantów  stanowi
nadal  przedmiot  zainteresowań  ośrodków  badawczych  zajmujących  się  tym
problemem.

Zastosowanie najlepszych implantów pokrytych najdoskonalszymi powłokami nie

wyeliminuje występowania zaburzeń zrostu kostnego oraz obluzowań endoprotez
wynikających z zależnych od chirurga przyczyn.

This copy is for personal use only - distribution prohibited.

Electronic PDF security powered by www.IndexCopernicus.com

Kwart. Ortop. 2011, 3, str. 247, ISSN 2083- 8697 Prace Oryginalne

247

Piśmiennictwo

Horowitz B.G.: Retrospective analysis of hip fractures. Surg. Gynecol. Obstet.

1996, 123, 565.

Kenzora J.E., McCarthy R.E., Lowell R.D. et al.: Hip fracture mortality: relation to

age, treatment, preoperative illness, time of surgery, and complications. Clin.
Orthop. 1984, 186, 45.

Biliński P.J, Wall A., Matera A. i wsp.: Wpływ osteoporozy na odległe losy

chorych po złamaniach bliższego końcakości udowej. Chir. Narz. Ruchu Ortop.
Pol. 1994, 59, (Supl.3), 455

Krzykawski R., Gusta A., Kozerawski D.: Osteoporoza przyczyną niepowodzeń w

leczeniu operacyjnym złamań krętarzowych kości udowych. Chir. Narz. Ruchu
Ortop. Pol. 1994, 59, ( Supl. 3), 463.

Singh M., Nagrath A.R., Maini P.S.: Changes in trabecular pattern of the upper end

of the femur as an index of osteoporosis. J Bone Joint Surg Am. 1970, Apr;
52(3):457-67.

Dobrzański L.: Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe. Podstawy

nauki o materiałach i metaloznawstwo – WNT, Warszawa 2006

Grabarczyk J., Batory D., Louda P., Couvrat P., Kotela I., Bąkowicz-Mitura K.:

Karbon coatings for medical implants. Journal of Achievements in Materials and
Manufacturing Engineering, JAMME 2007, 107-110.

Kotela I.: Test płatkowy w obluzowaniu endoprotezy stawu biodrowego – ocean

wstępna. Kwart. Ortop. 2008, 1, 116.

Bednarenko M.: Analiza wyników leczenia złamań okołokrętarzowych kości

udowej zespalanych gwoździem Gamma u chorych w wieku podeszłym. Praca
doktorska, Kraków, 2009.

10.

Kieć-Świerczyńska M.:Alergia kontaktowa. Mediton, Łódź 2005.

11.

Merritt K. Rodrigo J.J.:Immune response to synthetic materials. Sensitization of

patients receiving orthopedic implants. Clin. Orthop. Relat. Res. 1996; (326): 71-
79.

12.

Glińska O., Gliński W.: Utajone źródła alergii kontaktowej. Pol. Merkur. Lek.

2003; 14 (84): 529-531

13.

Brown S.A., Devine S.D., Merrit K.: Metal allergy, metal implants and fracture

healing. Biomater. Med. Devices Artif. Organs 1983;11(1): 73-81.

14.

Rudzki E.: Wyprysk kontaktowy. PZWL, Warszawa 1976.

15.

Chapman M.W., Szabo R.M., Marder R. Vince K.G. Mann R.A., Lane J.M.

McLain R.F., Rab G.: Ortopaedic surgery. Lippincott Williams & Wilkins,
Philadelphia, Baltimore, New York, London, Buenos Aires, Hong Kong, Sydney,
Tokio 2001.

16.

Budinger L., Hertl M.: Immunologic mechanisms in hypersensivity reactions to

metal ions: an overview. Allergy, 2000; 55(2): 108-115.

17.

Hildebrand L., Veron C., Martin P.: Nickel, chromium, cobalt dental alloys and

allergic reactions: an overview. Biomaterials, 1989; 10(8): 545-548.

18.

Looney R. J., Schwarz E.M. Boyd. A., O’Keefe R.J.: Periprosthetic osteolysis: an

immunologist’s update. Curr. Opin. Rheumatol. 2006; 18(1): 80-87.

19.

Niki Y., Matsumoto H., Otani T., Yatabe T. Kondo M., Yoshimine F., Toyama Y.:

Screening for symptomathic metal sensivity: a prospective study of 92 patients
undergoing total knee arthroplasty. Biomaterials 2005; 26(9): 1019-1026.

This copy is for personal use only - distribution prohibited.

Electronic PDF security powered by www.IndexCopernicus.com

Kwart. Ortop. 2011, 3, str. 248, ISSN 2083- 8697 Prace Oryginalne

248

20.

Jacobs J.J,Hallab N.J.: Loosening and osteolysis associated with metal-on-metal

bearings: A local effect of metal hypersensitivity? J. Bone Joint Surg. Am.
2006;88(6):1171-1172.

21.

Kubba R., Taylor J.S., Marks K.E.: Cutaneous complications of orthopedic

implants. A two-year prospective study. Arch. Dermatol. 1981;117(9):554-560.

22.

Szliska C., Raskoski J.: Sensitization to nickel, cobalt and chromium in surgical

patients. Contact Derm. 1990;23(5):378-379.

23.

Foussereau J., Laugier P.: Allegic eczemas from metallic foreign bodies. Trans. St.

Johns Hosp. Dermatol. Soc. 1966; 52(2):220-225

24.

Cramers M., Lucht U.: Metal sensitivity in patients treated for tibial fractures with

plates of stainless steel. Acta Orthop. Scand. 1977;48(3):245-249.

25.

piewak R., Brewczyński P.Z.: Powikłania po stabilizacji pytą metalową złamania

kości udowej u chorej z alergią kontaktową na chrom, nikiel i kobalt. Pol. Tyg.
Lek. 1993; 48(29-30):651-652.

26.

Antony F.,C., Dudlmy W., Field R., Holden C.A.: Metal allergy resurfaces in failed

hip endoprostheses. Contact Derm. 2003; 48(1):49-50.

27.

Evans E.M.:Metal sensitivity as cause of bone necrosis and loosening of the

prosthesis in total joint replacement. J. Bone Joint Surg. Br. 1974; 56B(4):626-642.

28.

Gawkrodger D.J.: Metal sensitivities and orthopaedic implants revisited: the

potential for metal allergy with the new metal-on-metal joint prostheses. Br. J.
Dermatol. 2003; 148(6):1089-1093

Adres do korespondencji:

dr hab. n. med. Ireneusz Kotela

Oddział Ortopedyczno-Urazowy

Szpitala im. Św. Łukasza

Ul. Lwowska 178

33-100 Tarnów

This copy is for personal use only - distribution prohibited.