Эндопротез сустава

61 27/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Институт механики металлополимерных систем НАН Беларуси(73) Патентообладатель Институт механики металлополимерных систем НАН Беларуси(57) 1. Эндопротез сустава, состоящий из образующих подвижное соединение металлической и полимерной деталей, последняя из которых снабжена системой капилляров, выходящих на поверхность трения и заполненных смазочным составом, отличающийся тем, что в качестве смазочного состава использован антибиотик, выбранный из ряда группы пенициллина, цефалоспоринов или аминогликозидов, линкомицина гидрохлорид, физидин-натрий. 2. Эндопротез сустава по п. 1, отличающийся тем, что в качестве смазочного состава использованы водные растворы антисептиков и противовоспалительных препаратов, выбранных из ряда диоксидин, хлоргексидин, индометацин. 3. Эндопротез сустава по п. 1, отличающийся тем, что в качестве смазочного состава использованы водные растворы ферментных препаратов, выбранных из ряда лидаза, артепарон.(56) 1. А.с. СССР 1725451, МПК 611/03, 1990 (протоотип). 2. Лабораторное руководство по хроматографическим и смежным методом/Под ред. О. Микста. Пер. с англ. М. Мир, 1982 Изобретение относится к области технического обеспечения травматологии и ортопедии и может быть использовано для протезирования суставов при переломах и заболеваниях суставов. Прототипом изобретения является эндопротез сустава 1, состоящий из фрикционно взаимодействующих деталей, снабженных покрытиями, которые нанесены на контактные поверхности. Покрытия выполнены из эластичного материала, например из силиконовой резины с привитыми гидрофильными полимерами на основе мономеров винилового ряда. Капилляры равномерно распределены по площади трения и открыты со стороны поверхности контактирования. Они заполнены концентратом смазки в виде студнеобразной массы, состоящей из смеси водорастворимых полимеров, мезогенных соединений холестерина и антимикробной добавки, взятых в соотношении 100(15-30)( 1,6-3,2) ма.ч. Длина капилляров ограничена максимальной высотой подъема по ним биологической жидкости, обильно поступающей в суставную сумку в послеоперационный период. Недостатки прототипа технологические трудности выполнения капилляров в металлической детали сложность нанесения покрытий таким образом, чтобы они не перекрывали отверстия капилляров на контактных поверхностях сопряженных деталей эндопротеза невозможность заполнения глухих капиллярных каналов диаметром порядка 10 мкм студнеобразным концентратом смазочного вещества невозможность поступления смазочного вещества в зону трения эндопротеза иначе, как путем вымывания его биологической жидкостью. Задача, на решение которых направлено заявляемое изобретение 1) упрощение конструкции эндопротеза и технологии его изготовления 2673 1 2) обеспечение низкого трения в эндопротезе сразу после его установки, независимо от выделения биологической жидкости в суставную сумку 3) введение в состав эндопротеза и обеспечение пролонгированного выделения из него лекарственных препаратов, предупреждающих развитие послеоперационных осложнений 4) уменьшение вероятности ревизионных операций в связи с нестабильностью крепления элементов эндопротеза. Поставленные задачи достигаются тем, что известный эндопротез сустава, состоящий из образующих подвижное соединение металлической и полимерной деталей, последняя из которых снабжена системой капилляров, выходящих на поверхность трения и заполненных смазочным составом, имеет новые элементы. В качестве смазочного состава использованы водные растворы антибиотика, выбранного из ряда группы пенициллина, цефалоспоринов или аминогликозинов линкомицина гидрохлорид, фузидин-натрий. В качестве варианта конструкции заявляется применение в качестве смазочного состава водных растворов антисептиков и противовоспалительных препаратов, выбранных из ряда диоксидин, хлоргексидин, индометацин. Еще один вариант конструкции эндопротеза состоит в использовании в качестве смазочного состава водных растворов ферментных препаратов, выбранных из ряда лидаза, артепарон. Сущность изобретения состоит в следующем. Эндопротез, модифицированный препаратами, выбранными из предложенных рядов, имплантируют. При его нагружении происходит упругая деформация эластичного слоя полимерной детали, содержащего капилляры. Введенные в капиллярную систему препараты выдавливаются в зону трения эндопротеза, обеспечивая жидкостной режим трения. Одновременно они выполняют функцию предупреждения осложнений в зоне операционной раны. С этой целью в конструкции использованы антибиотики, которые оказывают бактерицидное действие на вызывающие инфекции микроорганизмы,находящиеся в фазе роста заменяющие их антисептические и противовоспалительные препараты ферментные препараты, предупреждающие образование оссификатов из гематомы. В изобретении используются лекарственные препараты, которые кроме своего основного назначения имеют хорошие антифрикционные характеристики, будучи примененными в качестве смазочной жидкости металлополимерного эндопротеза. Поэтому они выполняют двойную функцию 1) обеспечение жидкостного режима трения эндопротеза в начальном периоде после его имплантации 2) предупреждение патологических процессов в зоне операционной травмы. Введение лекарственных препаратов в структуру эндопротеза дает следующие преимущества- они выделяются именно в зоне операционной раны, где развиваются патологические процессы, а не поступают туда с кровью, как при обычном применении лекарств- выделение лекарственных препаратов из капилляров микронных размеров обеспечивает их пролонгированное действие в течение всего периода заживления раны- количество выделившегося лекарственного препарата регулируется автоматически в зависимости от деформации содержащего препарат капиллярно-пористого слоя полимерной детали эндопротеза, т. е. зависит от двигательной активности больного- лекарственные препараты имеют водную основу и хорошо совмещаются с биологическими жидкостями, поэтому в процессе выделения препаратов их место в полости капилляров будет занимать продуцируемая в суставной сумке синовиальная жидкость, и режим трения эндопротеза по-прежнему сохранится жидкостным. Приведем примеры, подтверждающие эффективность заявленного эндопротеза. В примерах использовали следующие материалы. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) марки 4120, производства Германии(Франкфурт-на-Майне), хорошо зарекомендовал себя в составе эндопротезов. Обработку образцов из СВМПЭ осуществляли маслом вазелиновыммедицинским (ГОСТ 3164-78) и гексаном хч (ТУ 6-09-3375-78). В пористую систему образцов вводили антибиотики. Бензилпенициллина натриевая соль (БНС) Белый мелкокристаллический порошок горького вкуса, очень легко растворяется в воде. Активен в отношении грамположительных микроорганизмов (стафилококков, стрептококков, пневмококков, анаэробных спорообразующих палочек), грамотрицательных кокков (гонококков, менингококков), а также в отношении 2 2673 1 спирохет, некоторых актиномицетов и других микроорганизмов. Чтобы традиционными методами поддерживать его концентрацию на достаточном для терапевтического эффекта уровне, необходимо производить инъекции каждые 3-4 ч. Использовали раствор БНС концентрации 2000000 ЕД в 5 мл воды. Цефалоридин (ЦР) - полусинтетический антибиотик, получаемый на основе 7-аминоцефалоспорановой кислоты оказывает антибактериальное действие на грамположительные и грамотрицательные кокковые микроорганизмы. Использовали раствор 5 г ЦР в 1 мл воды. Неомицина сульфат (НС) - комплекс антибиотиков, образующихся в процессе жизнедеятельности лучистого гриба. Легко растворим в воде. Обладает широким спектром антибактериального действия. Эффективен в отношении ряда грамположительных и грамотрицательных микробов. Применяли растворы, содержащие 5 мг НС в 1 мл воды. Линкомицина гидрохлорид (ЛГ) - антибиотик, продуцируемый грибомили другими родственными организмами. Оказывает антибактериальное действие в отношении грамположительных микробов, стафилококков, стрептококков и некоторых анаэробов в том числе, возбудителей газовой гангрены и столбняка. Активен в отношении микоплазм. Накапливается в костной ткани и является одним из наиболее эффективных препаратов при лечении остеомиелитов и других инфекционных поражений костей и суставов. Использовали в виде 30 водного раствора. Фузидин-натрий (ФН) - натриевая соль фузидиевой кислоты - антибиотического вещества, образуемого при биосинтезе грибом. Растворим в воде. Действует на стафилококки, менингококки,гонококки. В отношении пневмококков и стрептококков значительно менее активен. В связи со способностью проникать в костную ткань ФН с успехом применяют при лечении остеомиелитов. Использовали 30 водный раствор ФН. Вторая группа лекарств, вводимых в пористую систему эндопротезов, содержит антисептики и противовоспалительные препараты. Диоксидин (ДО) 1,4-ди-М-окись 2,3-бис(оксиметил)хиноксалина Мало растворим в воде. Является антибактериальным препаратом широкого спектра действия. Эффективен при инфекциях, вызванных вульгарным протеем, синегнойной палочкой, палочками дизентерии и Фридлендера, сальмонеллами, стафилококками, стрептококками, патогенными анаэробами (в том числе возбудителями газовой гангрены). Действует на штаммы бактерий, устойчивые к антибиотикам. Применяли в виде 1 водного раствора. Хлоргексидин (ХГ) - 1,6-бис-5(парахлорфенил)-бигуанидо-гексан оказывает бактерицидное и антисептическое действие. Эффективен в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий. ХГ применяют при гнойно-септических процессах. Использовали в виде 20 водного раствора. Индометацин (ИМ) 1-(пара-хлорбензил)-5-метокси-2-метиндол-3-уксусная кислота ИМ - активное противоревматическое средство, эффективное при лечении ревмокардита и других проявлений ревматического процесса. Его применяют при неспецифическом инфекционном полиартрите, остеоартрите, болезни Бехтерева, подагрическом артрите, бурейте, тромбофлебите и других заболеваниях, сопровождающихся воспалением. Применяли в виде 30 водного раствора. Третья группа лекарств, используемых в настоящем изобретении, содержит ферментные и гормональные препараты. Лидаза (Л) - препарат, содержащий фермент гиалуронидазу, специфическим субстратом которой служит гиалуроновая кислота. Последняя является мукополисахаридом, в состав которого входят ацетилглюкозамин и глюкороновая кислота. Основными показаниями к применению Л являются контрактуры суставов анкилозирующий спондилоартрит, гематомы и др. Эффект наиболее выражен в начальных стадиях патологического процесса. Применяли раствор Л 64 УЕ в 1 мл воды. Артепарон (А) - мукополисахарид - полиэфир серной кислоты. А активно действует на ферменты, разрушающие хрящ. Традиционно применяется для поддерживающей терапии при артрозах и хондропатии в виде внутримышечной или внутрисуставной инъекции. Применяли раствор, содержащийся в стандартных ампулах для инъекций 50 мг А в 1 мл. Образцы из СВМПЭ изготавливали прессованием при Т 160 С, выдерживая под давлением 10-12 МПа до полного остывания. Образцы имели форму кольцевого сектора с размерами 60 мм,40 мм,ширина 120 мм, толщина 10 мм. Внутреннюю поверхность кольца погружали в , выдерживая при 125 С в течение 1,5 ч. После охлаждения в поверхностном слое образцов толщиной 2,5 мм образовывалась специфическая структура студня в виде пористой матрицы из СВМПЭ. Поры в матрице диаметром порядка 10 мкм представляют собой отверстия капилляров, выходящих на внутреннюю поверхность кольцевого образца. Длина капилляров в среднем соответствует толщине студнеобразного слоя. Капилляры в матрице из СВМПЭ заполнены . Последнее экстрагировали из образцов гексаном, затем путем вакуумной сушки добивались полного испарения гексана из капилляров. Полноту очистки образцов оти гексана контролировали методами жидкостной хроматографии и гравиметрии. После этого с помощью технологии, составляющей - авторов, осуществляли полное заполнение капилляров в образцах лекарствами,характеристики которых приведены выше. Эндопротез-прототип моделировали, заполняя капилляры в образцах смесью (100-20-2,5 мас.ч) гемодеза(Пензенский завод медицинских препаратов), жидкокристаллического препарата - холестерилолеата и калия перманганата (ГХКП). Проводили следующие испытания образцов 1) определяли разрушающее напряжениепри сжатии по ГОСТ 4651-82 2) коэффициент трения , температуру (Т) в зоне трения и интенсивность изнашиванияобразцов в паре с валом из хромникелевой стали (0,1 мкм) оценивали в соответствии с методическими рекомендациями МР 74-82 Метод оценки триботехнических свойств материалов на основе полимеров, М. ВНИИМАШ, 1982 - 14 с. машина трения СМТ-1, скорость скольжения 0,25 м/с, нагрузка 1 МПа,длительность трения - 40 ч 3) кинетические зависимости выделения лекарственно-смазочных составов из образцов в бидистиллированную воду (Т 40 С) определяли с помощью метода жидкостной хроматографии высокого давления 2. Результаты испытаний приведены в таблице. Анализ данных таблицы свидетельствует о следующем. Прочностные характеристики всех образцов, моделирующих полимерную деталь эндопротеза, включая прототип, примерно одинаковы. Они соответствуют прочности исходного СВМПЭ, следовательно, операции модифицирования практически не ослабляют полимерную деталь эндопротеза. По триботехническим характеристиками все модели, соответствующие заявленной конструкции, превосходят прототип. Сравнение значений ,и Т, приведенных в таблице, свидетельствует, что все заявленные лекарственные препараты являются хорошими смазочными веществами, превосходя в этом смысле концентрат смазки, соответствующий прототипу. Триботехнические характеристики - важнейший показатель заявленной конструкции, определяющий технический ресурс эндопротеза и, следовательно, вероятность ревизионных операций. 2673 1 Динамика экстракции лекарственных препаратов, введенных в матрицу из СВМПЭ, характеризуется экспоненциальной зависимостью от времени. Установившееся значение массы препаратов, выделившихся в бидистиллят, соответствует 7-9 суткам экспозиции. Это совпадает с периодом заживления операционной раны. Характерно, что кинетика выделения лекарственных препаратов оптимальна для предупреждения осложнений в операционной ране достаточно большое количество препаратов выделяется в первые 3-4 суток затем оно снижается, приближаясь к нулю. На износных характеристиках эндопротеза это не сказывается, т.к. освободившийся объем в капиллярах заполняет биологическая жидкость. Выделение концентрата смазки из протезапрототипа происходит гораздо медленнее. В исследованный промежуток времени скорость выделения смазки далека от установившегося значения. Таким образом, предложенная конструкция эндопротеза обладает существенными признаками новизны, т.к. приближается по структуре к естественному суставу и содержит вещества, которые, во-первых, являются лекарственными препаратами, предупреждающими развитие патологических процессов в операционной ране, а во-вторых, придают протезу хорошие триботехнические характеристики. Она обладает общественной полезностью, т.к. направлена на сохранение здоровья людей. Изобретение может быть реализовано в промышленности,о чем свидетельствуют примеры, приведенные в заявке. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 6