В этом году в Институте патологии позвоночника и суставов им. проф. Ситенко АМН Украины профессором В.А. Филиппенко человеку был впервые поставлен искусственный тазобедренный сустав, изготовленный из монокристаллического сапфира, выращенного в Харькове же, в Институте монокристаллов.

Встретившись с Владимиром Акимовичем, я попросил его рассказать об истории протезирования суставов вообще и о том, как вписывается в эту историю сделанная им операция. И он рассказал, что, когда идет речь о медицинской помощи больным, страдающим заболеваниями суставов, нельзя обойти молчанием такое важное направление, как их эндопротезирование. У него уже длительная история. Институт патологии позвоночника и суставов
им. проф. Ситенко АМН Украины, являющийся профильным медицинским учреждением по этой проблеме, в следующем году отмечает свое столетие будучи самым старым в Украине (а если иметь в виду и Россию — вторым после Санкт-Петербургского). Надо сказать, что травмы не являются основным показанием для замены сустава. Чаще всего такая необходимость возникает не в связи с травмами, а в связи с хроническими заболеваниями — артрозами и артритами. Поэтому история попыток замены суставов искусственными значительно более длительная и начинается со второй половины ХIХ века.
Но более-менее успешные попытки их замены пришлись лишь на конец 40-х — начало 50-х годов прошлого века с появлением современных материалов. Первые протезы, изготовленные из пластмассы, ставил известный французский специалист Жюде, но оказалось, что они выдерживают в эксплуатации 1,5-2-3 года, после чего разрушаются. Следующий шаг был сделан в Великобритании. Это были металлические суставы, но тоже оказалось, что через несколько лет у них появлялся значительный износ поверхностей, вследствие чего сильно возрастало трение, и их тоже приходилось удалять.
Современная история эндопротезирования связана с именами двух выдающихся ученых, один из которых — наш соотечественник Константин Митрофанович Сиваш, уроженец Конотопа, работавший в Москве. Благодаря тому, что он имел два образования — медицинское и техническое, он смог посмотреть на проблему с разных сторон и предложить уникальную разработку — металло-металлический протез, который для своего времени был революционным изобретением. В него были заложены идеи, работающие до сих пор, хотя с тех пор прошло более 50 лет. Достаточно сказать, что патент на этот протез сразу же был куплен американцами, которые — в модифицированном, конечно, виде — до сих пор этот протез используют.
Второй выдающийся человек, которому мы обязаны прорывом — английский ученый Чарнли, который первым осуществил успешное закрепление протезов с помощью цемента. До этого они держались только за счет механической прочности костной ткани. Второе его большое достижение — использование полиэтилена в качестве прокладки между костью и металлической головкой, что привело к резкому снижению трения и обеспечило длительную работу протеза.
С этих двух замечательных врачей и начинается эра успешного протезирования суставов. Дальнейшее развитие этого направления так параллельно и шло. В силу более серьезного финансирования и большего интереса к проблеме на Западе (потому что люди быстро увидели эффективность ее разрешения), там удалось довольно быстро добиться пика возможностей за счет усовершенствования конструкции. В начале развитие эндопротезирования шло именно как развитие цементного эндопротезирования, и только несколько позже западная медицина переключилась на развитие бесцементного. У нас же главенство бесцементного протезирования способствовало некоторой отсталости в области цементного, совершенствовать которое в рамках СЭВ было поручено Болгарии. Основной конструктор болгарского протеза — это Герчев — в свое время очень долго общался с К.М. Сивашом, и те идеи, которые возникали в процессе этого общения, и были заложены в основу его протеза. В 80-е годы СССР в большом количестве закупал болгарские эндопротезы, широко использовавшиеся в том числе и в нашем институте. Тогда их ставилось порядка 100-180 штук в год. Это поколение эндопротезов уже было более современным: там была керамическая головка, контактировавшая с полиэтиленовой впадиной. У Сиваша металлическая головка контактировала с металлической же впадиной, вследствие амортизации вся эта система начинала «болтаться», разрушалась костная ткань и протез приходилось удалять. С появлением болгарского протеза вновь был всплеск интереса к этим операциям, но со временем выявились и недостатки, связанные с целым рядом технических моментов, и интерес к ним снизился. В конце существования СССР были попытки наладить кооперацию ведущих производителей эндопротезов, но с распадом СССР они прекратились, несмотря на проведенную серьезную подготовительную работу.
А на Западе эти работы продолжались. Но и там со временем пришли к выводу, что дальнейшее совершенствование конструкции на существующем научно-техническом уровне невозможно. Все фирмы-производители вышли на некий предельный уровень, выше которого они уже не поднимались. Протез «стоял», а потом начиналось его расшатывание, одной из основных причин которого был износ пары трения: добиться такого же трения, как в здоровом суставе, в техническом изделии очень сложно. В паре металл-полиэтилен трение хотя и невелико по техническим меркам, но все же намного больше, чем трение в здоровом суставе. Кроме того, в процессе изнашивания частички полиэтилена остаются в этой зоне и поглощаются макрофагами — это такая разновидность лейкоцитов, которые фиксируются на границе раздела между костной тканью и протезом, вокруг которого возникает мягкая как бы муфта, разрушающая костную ткань. Это приводит в резкому ослаблению крепления эндопротеза и развитию его нестабильности.
Расшатавшийся протез можно убрать и на его место поставить новый. Но большую проблему создает то обстоятельство, что этого нельзя сделать сколько угодно раз. На сегодняшний день решена проблема двух — как говорят медики — ревизий, т.е. двух замен изношенных протезов. Третья же ревизия — это уникальная операция, сделать которую при существующих на сегодня технологиях практически невозможно. К тому же, если прервый протез работает от 10 до 15 лет, то первая ревизия работает только 7, а вторая — 4 года. То есть с протезом человек может ходить 25 лет. Поэтому в раннем возрасте эту операцию не делают.
Нельзя сказать, что не делались попытки замены пары трения. Поначалу очень хорошо себя зарекомендовала корундовая керамика. Это материал, давно применяемый в промышленности и обладающий очень высокой твердостью, которая позволяет создать пару поверхностей, практически идеально прилегающих друг к другу, трение между которыми весьма мало. Но продолжением его достоинств является обнаружившийся вскоре недостаток — хрупкость. Вначале казалось, что эта пара трения вечна, и использовалась она очень широко.
Но со временем у использующих такой протез людей в каких-то ситуациях, связанных с повышенной нагрузкой — при прыжках или как-то иначе — стали случаться переломы, ломалась либо головка, либо впадина. А керамика — не кость, она не срастается. И эти эндопротезы тоже приходилось удалять.
Второй недостаток керамики — она поликристаллична, и размеры зерен не позволяют ее как следует отполировать. Как выход из положения попытались из керамики делать только головки, а впадину оставить полиэтиленовой. Но выяснилось, что заметной разницы между парой керамика-полиэтилен и парой металл-полиэтилен нет. Разница между ними по результатам наблюдений оказалась недостоверной, и это охладило интерес исследователей к этому направлению.
В последние годы — лет 7-8 — снова очень активно развивается направление, предложенное К.М. Сивашом, т.е. использующее металло-металлические пары, но уже на новом, более высоком технологическом уровне. В них для уменьшения давления увеличены размеры трущихся поверхностей, а для уменьшения коэффициента трения между ними применены новые, более совершенные методы их обработки. Однако давать им оценку пока рано из-за отсутствия опыта длительных наблюдений за их поведением, поэтому отношение к ним — сдержанное. По расчетам трение в такой системе должно быть ниже, чем в паре полиэтилен-металл, но насколько это так, покажет практика.
В Институте ортопедии и травматологии «керамическое» направление также развивалось благодаря сотрудничеству с Институтом монокристаллов. Дело в том, что за годы работы в военно-промышленном комплексе СССР там были накоплены многие технологии обращения с кристаллами, доступные далеко не всякой стране. К их числу принадлежит и технология выращивания и обработки монокристаллов сапфира. Сапфир — материал стратегический. Он широко применяется в технике, особенно в оптике. Медицинские его применения (а их десятки) составляют менее 1% от общего их числа. Он обладает очень высокой твердостью, а монокристалличность означает, что степень шероховатости его обработанной поверхности определяется не размерами зерен, как у корундовой керамики или металла, а много меньшим размером (в теоретическом пределе), так называемой постоянной решетки, фактически — межатомным расстоянием. Кроме того, сапфир используется в клинике уже довольно давно — около 25-30 лет — и за это время была экспериментально доказана его абсолютная биологическая инертность. Сапфир совершенно не разрушается тканями организма. Поначалу сотрудничество двух институтов носило характер платонический — не было финансирования. Но потом их ученым удалось выиграть грант УНТЦ на проведение этих исследований и за три года работы была доказана возможность изготовления головки протеза из сапфира и более того — такая головка была изготовлена и испытания показали, что пара сапфир-полиэтилен лучше, чем пара металл-полиэтилен. Это позволило провести клиническую апробацию протеза с сапфировой головкой, пациент ходит с ним уже более 7 лет с хорошим результатом.
После завершения этой темы появилась идея создать не просто головку из сапфира, а сапфировую пару трения. Эта проблема оказалась сложнее потому что одно дело сделать головку диаметром 28 мм и другое — создать из сапфира впадину диаметром 50-54 мм. Здесь и кристалл должен быть гораздо крупнее, и обработать его намного сложнее. Но эти чисто технические сложности группе исследователей под руководством доктора технических наук Леонида Аркадьевича Литвинова удалось успешно преодолеть, клинические проблемы — как работать с протезом непосредственно во время операции — решила группа профессора Владимира Акимовича Филиппенко в Институте патологии позвоночника и суставов.
Предварительная подготовка и позволила впервые использовать такой протез в клинической практике. Сама по себе сапфировая пара практически вечна, ее механическая прочность высока — головка выдерживает нагрузку в 5 тонн против 700 килограмм для здоровой. Но… клиническая практика часто обнаруживает такие нюансы, которых никто не может предусмотреть.
Тем не менее, хотя опыт и показывает, что в этой области оптимизм должен быть осторожным, нельзя отказать себе в удовольствии и отметить, что Украина стала вторым в мире (первое — Япония) государством, в котором осуществлен прорыв в область сапфировых технологий протезирования тазобедренного сустава.
Для сегодняшней Украины потребность в замене одного только тазобедренного сустава составляет минимум 15 тысяч операций в год. Реально делается 2-2,5 тысячи. Если же исходить из западных критериев, определяемых качеством жизни (человеку трудно, скажем, садиться в автомобиль), то получится гораздо больше. В одной Германии делается более 120 тысяч операций по замене сустава в год
(из них тазобедренных 55-70 тыс.) и по этой цифре можно судить, насколько минимально определены украинские потребности.
Протез известной фирмы стоит $2000. Такие же протезы, изготавливаемые в третьих странах, стоят в 3-4 раза дешевле. Как ни странно это звучит, но из-за низкой себестоимости сапфира сапфировая пара стоит лишь чуть дороже полиэтилен-металлической. Но стоимость самого протеза — это еще не все. И даже если к ней присовокупить стоимость операции — и это не все. В немецкой клинике такая операция обходится пациенту в 15-20 тыс. евро. Откуда столько? Там огромные накладные расходы, всевозможные дорогостоящие юридические процедуры, огромная амортизация (клиники меняют все оборудование раз в 3-4 года) и т. д. То есть не протез определяет стоимость операции, а вся надстройка над ней.
Когда встал вопрос о том, сколько нужно протезов, чтобы обеспечить потребность Украины, оказалось, что взять столько, сколько хочется институту им. Ситенко, все равно не получается. «Освоить» можно только не более 5 тысяч единиц. Потому что необходимая для обеспечения этих операций инфраструктура отсутствует. Одна только закупка протезов или их производство на Украине проблему не решает. Да и отечественные подходы к производству изделий медицинского назначения совершенно неудовлетворительны. К этому подходят как к производству, скажем, смесителей для ванных — с точки зрения удовлетворения каким-то техническим условиям. Выпускает, скажем, завод Мотор-Сич в Запорожье сустав. Он работает. Но его нельзя вынуть из коробочки прямо в операционной и поставить человеку. Его еще нужно долго и тщательно готовить, чтобы он мог работать в живой среде, а для этой подготовки нужен целый цех. Нашему инженеру это сложно объяснить. А из «американской коробочки» можно вынуть и поставить. И так делают во всем мире, даже в Белоруссии, которая, казалось бы, ну чем лучше Украины? Но не у нас. А у нас и мозги есть, и руки есть, и сырье есть, и ресурсы есть, но… Каких-то, говорят, системных качеств не хватает…