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

1

, Jacek Grabarczyk

2

, Marcin Bednarenko

1

Andrzej Kotela

1

1

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

2

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.

- 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. 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

do

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.

- 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. 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

1.

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.

2.

Obligatoryjne stosowanie implantów pokrytych warstwą węgla nanokrystalicznego

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

3.

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.

4.

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.

- 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. 247, ISSN 2083- 8697 Prace Oryginalne

247

Piśmiennictwo

1.

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

1996, 123, 565.

2.

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.

3.

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

4.

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.

5.

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.

6.

Dobrzański L.: Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe. Podstawy

nauki o materiałach i metaloznawstwo – WNT, Warszawa 2006

7.

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.

8.

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

wstępna. Kwart. Ortop. 2008, 1, 116.

9.

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.

- 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. 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.

Ś

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.

- 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