Vol.XXXVII, Suppl. 1 - Giornale Italiano di Ortopedia e Traumatologia

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a. Masini, g.E. BELLina
agosto2011;37(suppl.1):46-49
iL poLiEtiLEnE nELLa artroprotEsi
totaLE di ginocchio
polyethylene in total knee replacement
riassunto
Il polietilene ad alto peso molecolare è un biomateriale in uso
ormai da quasi 50 anni nella protesica articolare, caratterizzato
da un notevole sviluppo negli anni che ha prodotto importanti
modificazioni nella preparazione e nei sistemi di sterilizzazione
alla ricerca di un materiale che riducesse il problema dell’usura
caratteristico delle mobilizzazioni asettiche degli impianti. Si è
dunque giunti ad ottenere un materiale che presenta attualmente
delle caratteristiche tribologiche e meccaniche di gran lunga
migliori rispetto al polietilene “storico”.
Nel tempo si sono chiariti i meccanismi di produzione dei detriti
e le reazioni biologiche che essi generano, facendo comprendere
meglio i fenomeni che dall’usura dei materiali portano fino
alle mobilizzazioni degli impianti, alla ricerca dell’obbiettivo finale
che è quello di rendere gli impianti i più longevi possibile.
parole chiave: polietilene, usura, reticolazione
summary
Ultra high molecular weight polyethylene, a biomaterial used in
joint replacement for almost 50 years, underwent to a great evolution
during the past years in terms of producing techniques and
sterilisation systems, looking for a biomaterial able to reduce
wear and aseptic loosening of the implant. Researchers reach a
biomaterial with better tribologic and mechanical features than
the original polyethylene ones.
Studies clarified mechanisms of wear production and biological
responses to debris in order to explain the pathways of aseptic
loosening with the aim to prolong implant survivorship.
Key words: polyethylene, wear, crosslinking
introduZionE
Dopo l’introduzione dell’Ultra High Molecular Weight Polyethylene
(UHMWPE) da parte di Sir John Charnley nel
1963, questo biomateriale è divenuto lo standard nelle
artroprotesi totali di anca (ATA) prima, e in quelle di ginocchio
(ATG) poi.
Ad oggi l’UHMWPE è l’unico materiale con il quale vengono
realizzati gli inserti nelle ATG. Infatti, a differenza
UOC Ortopedia e Traumatologia Ospedale “Cristo Re”,
Roma
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delle ATA, dove l’accoppiamento a geometria sferica, ad
altissima congruenza articolare fa sì che le pressioni da
contatto e conseguentemente le tensioni meccaniche nel
UHMWPE siano basse, nelle ATG, dove la congruenza è
sensibilmente minore e la cinematica molto diversa, si generano
delle forze di taglio e soprattutto dei carichi non
uniformi, che creano una tensione da fatica molto alta
a livello dell’inserto. Per tale motivo gli accoppiamenti
“hard on hard”, come ad esempio ceramica su ceramica
o metallo su metallo, nelle ATG, nonostante i grandi sforzi
ingegneristici in tal senso, non sono ancora stati realizzati.
Il rischio infatti, non ancora scongiurato, è quello di
una rottura da fatica del materiale ceramico o metallico
usato come inserto. L’individuazione di geometrie tali da
rendere più congruenti le superfici articolari contrapposte
o la capacità di modificare la cinematica protesica tali da
minimizzare i carichi non uniformi e le tensioni di taglio,
potrebbero in futuro consentire l’impiego di materiali alternativi
al UHMWPE 1 2 .
L’UHMWPE è un materiale plastico poliolefinico, ad altissima
massa molecolare, costituito da polimeri (lunghissime
catene lineari di atomi di carbonio), con caratteristiche
semicristalline (zone cristalline accanto a zone amorfe),
che garantisce una interfaccia a basso attrito tra la componenti
femorale e tibiale. Poiché l’inserto è una componente
modulare, esso fornisce una buona adattabilità
al paziente. Il materiale possiede inoltre una eccellente
biocompatibilità e costi contenuti. Molte ricerche sono
state fatte per lo studio delle proprietà biomeccaniche e
biofisiche di questo materiale, al fine di migliorarne la tribologia.
Purtroppo, non sempre con grande successo 3-5 .
I tentativi di modifica della struttura polimerica, degli elementi
costitutivi e dei procedimenti di realizzazione sono
di fatto falliti in passato. Infatti, nonostante questi sforzi,
l’usura del PE rimane ancora oggi la prima causa di mobilizzazione
e fallimento delle ATG a lungo termine 6-8 .
ruoLo dELL’uhMWpE nELLa sopraVViVEnZa
dELL’iMpianto
È ormai universalmente accettato che il ruolo dell’UHMWPE
nella mobilizzazione asettica e quindi nella sopravvivenza
dell’impianto sia quello di protagonista assoluto.
La mobilizzazione asettica è il risultato finale di interazioni
complesse tra fattori biomeccanici e biologici, quali le dimensioni
e la forma dei detriti, la loro quantità, la loro attività
biologica e la reazione immunitaria del paziente 9-11 .
Un altro fattore rilevante è l’età. È noto infatti che nei
pazienti più giovani e attivi si possono verificare osteolisi
precoci e una usura del PE molto più elevata 12 13 .
I detriti di PE, tipicamente di dimensioni inferiori ad 1
micron, inducono una reazione di tipo immunitario, mediata
da citochine pro infiammatorie, che stimolano gli