Náhradní díly pro člověka
2. 1. 2008
Medicína v nedávné době značně pokročila, když dokázala nahradit nemocné klouby kovovými. Ukázalo se však, že kov se při dlouhodobém namáhání nepatrně opotřebovává. V těle se pak hromadí mikroskopické částice a způsobují záněty. V Ústavu makromolekulární chemie AV ČR nyní vyvinuli materiál na bázi polyetylénu, který funguje jako měkké ložisko pro kovový kloub a zabraňuje otěru. Podle podaného patentu se již u nás začaly nové klouby vyrábět – ukážeme tedy, jak vypadá výrobní zařízení, kde tyto náhradní díly vznikají.
Začíná operace, při které budou ortopedové nahrazovat poškozený kyčelní kloub kloubem umělým. Podobných operací u nás proběhne za rok dvanáct až třináct tisíc. Je to nejčastější náhrada kloubu v lidském těle, shodou okolností toho největšího. Chirurgové ale umějí kromě kloubu kyčelního nahradit ještě mnohé další klouby – kolenní, ramenní, loketní, zápěstní i prstní.
Jsme ve skladu náhradních dílů pro člověka. Výrobci neustále zdokonalují kvalitu umělých kloubů. Zpočátku vydržely tak pět až deset let, dnes se mluví o dvaceti letech. Takováto krásná nová kolena nebo blýskavé kyčelní klouby však za sebou mají poměrně dlouhou historii.
Vývoj začal už ve 30. letech minulého století. Tohle je takzvaná Smith-Petersova čepička a toto je akrylová endoprotéza z roku 1945. O pár let mladší protéza již připomíná dnešní náhrady. Začátkem 70. let minulého století se objevily i české náhradní klouby z někdejší Poldi Kladno. K pevnému ukotvení jamky nepotřebují cementování. Jejich povrchy jsou pokryty speciálnímu nástřiky, do nichž vrůstá kostní tkáň. Takhle vypadají kloubní náhrady prstů a zápěstí. Tady jsou náhrady loketního a ramenního kloubu.
Tato kladenská firma je největším výrobcem kloubních náhrad ve střední Evropě. Nový kloub je v zásadě běžný strojírenský výrobek. Vyrábí se sice z velmi kvalitního a drahého materiálu a na přesných strojích, ale normálními způsoby obrábění. Kyčle, kolena nebo ramena se dělají na soustruzích, frézách a bruskách. Dokonale se vyleští, několikanásobně zkontrolují a proměří a po sterilizaci putují k zákazníkům. Kovová koule se pak pohybuje v polyetylénovém pouzdře, jež se vsadí do kovové misky usazené do pánve. V podstatě je to takový kulový čep.
Ovšem zatímco výměna kulového čepu u auta je ambulantní zákrok, výměna lidské kyčle je zákrok pracný, náročný a drahý. Někdy nebývá nejpodstatnější, jestli ortoped voperoval poslední model náhrady kloubů, ale spíše jak přesně to udělal. I drobná odchylka v postavení kloubů představuje značné přetěžování jeho malé plochy. Rychlejší opotřebení pak znamená i nutnost brzké výměny. Umělý kloub totiž nemůže mít životnost originálu, zvlášť pokud s ním majitel nakládá nešetrně. Může se tedy stát, že náhrada selže.
Dr. Miroslav Šlouf, oddělení polymerových materiálů, Ústav makromolekulární chemie AV ČR: Tady máme jednu kloubní náhradu, u níž příčiny selhání se vyšetřují. Takhle vypadá kloubní náhrada poté, co byla odebrána z pacienta kvůli tomu, že pacient trpěl bolestmi, a vidíme, že ta kloubní náhrada je takzvaně vyčvachtaná. Že jedna část byla už otřena tím pohybem, jak ten člověk chodil. Pacient má bolesti a je potřeba tu kloubní náhradu vyndat. Toto je ta vyndaná, reoperovaná kloubní náhrada, a vložit kloubní náhradu jinou.
Další prodlužování životnosti umělých kloubů je složitý úkol. Proto výrobce požádal o pomoc vědce z Ústavu makromolekulární chemie Akademie věd. Ti hledají příčiny selhání kloubů, ale hlavně vyvíjejí modifikovaný polymer, čili polyetylen s ultravysokou molekulovou hmotností. Nejčastěji se totiž z poměrně slušně zachovalé jamky vydřou malé submikronové částice, které potom v těle způsobují zánětlivé reakce a selhání celé endoprotézy. Vědci chtějí polymer pozměnit tak, aby k otěru vůbec nedocházelo a aby se mikroskopické částice neuvolňovaly do lidského těla. Pomocí ionizačního záření se část řetězců zesíťuje a spojky změní vlastnosti materiálu, aniž by se změnilo jeho složení. Polymer je mnohem odolnější vůči otěru a životnost se prodlouží.
K dokonalejší implantaci, například kolenního kloubu, se také používá počítačová navigace.
Ing. Josef Tuzar, Beznoska, Kladno: Navigační přístroj pro výměnu kolenního kloubu. Slouží k tomu, aby lékaře lépe vedl, aby mu ukázal přesné anatomické posazení jednotlivých komponent, aby zachoval anatomii kloubu a operace proběhla zdárně.
Někomu ale sériová náhrada nestačí a potřebuje individuální.
Ing. Jaroslav Cingr, Beznoska, Kladno: Pomocí těchto snímků dokážeme ve 3D programu namodelovat přesně pánev toho pacienta, přesně tu kost a jeho problém, který byl zde. Ve spolupráci s ošetřujícím lékařem pak odstraníme nádor, tak jak on si představuje, že bude probíhat operace.
Pak se díky sytému „rapid prototyping“, což je rychlá výroby prototypu, přemění virtuální náhrada na hmatatelný model, který je možné odzkoušet.
Ing. Jaroslav Cingr, Beznoska, Kladno: Dokážeme vyrobit náhradu pánve pomocí tak zvané 3D tiskárnyuměle, aby ošetřující lékař mohl si nanečisto vyzkoušet, jak operace bude probíhat.
Tady je pak vidět tvar pánve po odstranění nádoru. Náhrada se vyrobí z materiálů používaných pro implantáty.
Operace končí. Nyní bude záležet na pacientovi, jak poctivě a usilovně se bude věnovat rehabilitačnímu cvičení, které zpevní tkáně i svaly a zlepší adaptaci organizmu na umělý kloub. Vývoj stále dokonalejších kloubních náhrad ale pokračuje.