Харьковские ученые создали уникальный сапфировый имплантат тазобедренного сустава. Он идеально совместим с костной тканью, почти не изнашивается и стоит столько же, сколько менее качественные аналоги

Семидесятисемилетняя пациентка Мария Васильевна встала на ноги и начала ходить с помощью костылей уже на третий день. Находясь дома, она соблюдала такой режим, по рекомендации врачей, еще в течение трех месяцев, после чего разрешили полные нагрузки на ногу. С трудом передвигавшаяся прежде женщина могла легко ходить, не испытывая ни боли, ни трудностей. Медики признали, что апробация сустава прошла успешно.

Это первая в мире операция, во время которой пораженный артритом тазобедренный сустав был заменен эндопротезом из сапфира. Применение этого материала позволило специалистам харьковского НТК «Институт монокристаллов», Института патологии позвоночника и суставов им. М. И. Ситенко Академии медицинских наук Украины и Института сверхтвердых материалов создать продукт, опережающий аналоги не только по качеству, но и по сроку службы.

Эндопротез для Марии Васильевны изготовили в порядке эксперимента в единственном экземпляре — бесплатно, за счет государства. По предварительным подсчетам, если украинский сапфировый эндопротез будет поставлен на поток (то есть его начнут производить не в условиях исследовательской лаборатории, как сейчас, а на производственном участке с минимумом ручной обработки), его стоимость окажется не выше уже используемых конструкций из других материалов — три-четыре тысячи гривен. Харьковчане смогут обеспечить эндопротезами всю страну и даже отправлять их на экспорт.

Борьба с трением

Попытки заменять пораженные болезнью или сломанные суставы искусственными имплантатами предпринимались еще в древнем мире. При раскопках археологи находят скелеты, в которых отдельные кости были заменены деревянными или металлическими, в том числе серебряными, деталями. Однако нормально функционирующие протезы тазобедренных суставов стали появляться только в 50-х годах прошлого века. Так, уроженец Украины Константин Сиваш впервые в СССР создал до сих пор применяемый «протез Сиваша». Головка сустава в нем изготовлена из металла, а обхватывающая ее вертлужная впадина (суставная ямка для головки сустава) — из полиэтилена.

Эндопротез тазобедренного сустава из сапфира может служить человеку до 25 лет, то есть в полторадва раза дольше, чем протезы из других материалов

Со временем проявился серьезный недостаток этих конструкций — из-за трения металла о полиэтилен во время движения протез изнашивался за 10–15 лет. Мелкие частички этих материалов накапливались в соседних тканях, что со временем приводило к нарушению функции сустава и вызывало болевые ощущения, из-за чего приходилось прибегать к повторным операциям. Этот недостаток вынудил ученых искать альтернативные материалы. В частности, исследовалась возможность использования комбинации металл-металл: оказалось, что избежать износа все равно не удается, к тому же металл не способен амортизировать нагрузки. У пары керамика-керамика трение почти приближается к нулю, однако у этого материала есть другой серьезный недостаток — хрупкость. Более того, из-за поликристаллического строения керамики добиться идеальной сферической формы сустава невозможно.

Разработанная харьковчанами сапфировая пара позволит значительно увеличить срок службы протезов и избавить пациентов от побочных эффектов. Специалисты единодушны: сегодня монокристалл сапфира является лучшим рабочим материалом для создания эндопротезов при различных заболеваниях суставов и позвоночника. Он инертен, биологически совместим с живыми тканями и не ухудшает иммунный статус организма. Хорошо полированные сапфировые поверхности не сращиваются с костными структурами, на них не оседают органические молекулы. К тому же строение костной ткани и кристаллической решетки драгоценного камня имеет сходные черты. Как утверждают медики, эндопротез тазобедренного сустава из сапфира (по твердости этот минерал уступает лишь алмазу) может служить человеку до 25 лет, то есть в полтора-два раза дольше, чем протезы из других материалов. В принципе пара трения из сапфира — головка сустава и обхватывающая ее вертлужная впадина — может работать вечно. Со временем изнашиваются лишь те составляющие имплантата, с помощью которых сапфировые детали крепятся к кости.

Технологии выращивания и обработки искусственных монокристалловизвестны не только украинцам — ими также владеют специалисты США и Японии. Однако стоимость сапфиров, которые выращиваются в этих странах, гораздо выше. Ноухау, а также относительно дешевая рабочая сила позволяют харьковским ученым создавать доступные по цене продукты, уже завоевавшие мировой рынок. Украина — единственное государство, где налажено промышленное производство сапфировых инструментов для ортопедии. Так, нашими сверхтонкими хирургическими скальпелями пользуются хирурги всего мира. Институт монокристаллов ведет разработку сверхпрочной прозрачной сапфировой брони по заказу и на деньги НАТО. В других странах применение сапфиров в медицине до сих пор ограничено лабораторными экспериментами из-за дороговизны массового производства.

На четверть драгоценный скелет

Все эти соображения послужили основанием для совместной работы специалистов харьковского Научно-технологического концерна (НТК) «Институт монокристаллов» НАНУ, киевского Института сверхтвердых материалов НАНУ и Института патологии позвоночника и суставов им. М. И. Ситенко по созданию первой пары трения для эндопротеза тазобедренного сустава из сапфира. «Замечательные свойства этого камня были известны и раньше, однако природные кристаллы недостаточно крупные, неоднородные и слишком дорогие, — рассказывает заведующий отделом НТК ”Институт монокристаллов” профессор Леонид Литвинов. — Для использования сапфиров в различных отраслях науки и техники, а также в медицине, мы выращиваем их искусственно из специально подобранного расплава, не полагаясь на капризы природного процесса. Благодаря разработанным в нашем институте технологиям, можно получать монокристаллы заданной формы, размеров и свойств.»

Сапфировый имплантат для тазобедренного сустава — не первый эксперимент харьковских ученых. В результате поисков более физиологичных материалов для имплантации были созданы сапфировые детали для пластики позвонков. Затем специалисты разработали целый набор стоматологических имплантатов взамен утраченных зубов, а также набор челюстно-лицевых имплантатов. Сейчас из 210 костей человеческого организма этим драгоценным камнем можно заменить пятьдесят.

Тазобедренный сустав (самый сложный по форме и в обработке) стал прорывным достижением харьковских материаловедов. Ученые и технологи разных специальностей, тесно сотрудничая между собой, вырастили сапфировую заготовку, из которой сделали первую сапфировую пару трения. Для этого пришлось произвести около сотни различных технологических операций. Точность обработки деталей должна равняться одному микрону, а головка сустава — выдерживать при испытаниях на прочность давление в две с половиной тонны. Исследования проходили в рамках Государственной научно-технической программы, на их поддержку Украинский научно-технологический центр выделил грант (проект был запущен в 1995 году по инициативе нескольких западных стран, чтобы предотвратить выезд за рубеж ученых, во времена СССР работавших на военнопромышленный комплекс). На создание инновационного продукта у харьковских специалистов ушло несколько месяцев.

Дойти до каждого

«Замена тазобедренного сустава сейчас является самой массовой ортопедической операцией, поскольку в случаях его патологии альтернативы эндопротезированию пока не существует, — говорит заведующий отделом Института патологии позвоночника и суставов профессор Владимир Филиппенко. — В последние годы ситуация лишь усугубилась: по не до конца понятным причинам заболевания опорно-двигательной системы человека в последние годы помолодели и их количество не только в Украине, но и в мире увеличилось.» Так, от остеоартрита — воспаления суставов, которое ведет к нарушению их структуры и утрате функций, — страдают до двадцати процентов людей.

Ежегодно в мире проводится более миллиона таких операций, причем основную их часть делают в развитых европейских странах и США. Большинство прооперированных продолжают работать и вести активный образ жизни.

Если взять за основу западные критерии качества жизни, то каждый год в Украине нужно проводить как минимум 15 тыс. операций такого рода. Однако на самом деле врачи не в состоянии помочь даже тем пяти тысячам, которые в этом остро нуждаются. Дело не только в нехватке протезов — к расширению объемов хирургической помощи не готова вся инфраструктура отечественной ортопедической помощи. Операционные не обеспечены необходимым современным оборудованием для анестезии и мониторинга состояния больного во время и после операции, не разработана система реабилитации прооперированных пациентов, не хватает подготовленного персонала.

В то же время НТК «Институт монокристаллов», имеющий мощную производственную базу, мог бы выращивать столько заготовок искусственных сапфиров, сколько необходимо для изготовления эндопротезов. Чтобы наладить массовое производство сапфировых протезов, достаточно приобрести один высокоточный станок украинского производства стоимостью 100 тыс. долларов. Соответствующую заявку ученые уже подали в Министерство образования и науки. Они также обратились в Государственное агентство по инвестициям и инновациям с просьбой о финансировании массового производства эндопротезов.

По мнению ученых, реализация этого проекта будет способствовать масштабному внедрению разработанных эндопротезов в клиническую практику. Массовое производство почти сразу даст коммерческий эффект: сапфировые протезы можно будет продавать в страны, где существует система платной медицины. К примеру, в соседней Словакии стоимость протезов тазобедренных суставов колеблется от 700 до 4000 долларов в зависимости от типа и материала, из которого они изготовлены. В этой стране трансплантацию тазобедренного сустава оплачивает страховая компания, в которой зарегистрирован пациент. Своими ежемесячными взносами вместе со взносами предприятия, где работает человек, он обеспечивает себе медицинское обслуживание почти на все случаи жизни (за исключением косметологии, стоматологии и некоторых других видов медицинских услуг).

Медики считают, что в Украине тоже необходимо принять закон о медицинском страховании, в котором предусматривалась бы оплата всех ортопедических операций, включая замену тазобедренного сустава. На рассмотрение в Верховную Раду уже подано несколько законопроектов о медстраховании.

Между тем харьковские ортопеды не теряют времени и готовятся к тому, чтобы оказывать помощь всем нуждающимся, как только появится такая возможность. «Мы занимаемся подготовкой соответствующих специалистов в нашем институте, на постоянно действующих курсах в тех городах, где есть профильные клиники,а также исследуем новые виды имплантатов», — говорит директор Института патологии суставов и позвоночника профессор Николай Корж. Возможно, уже в ближайшие годы тысячи людей в Украине и за рубежом, страдающие от заболеваний суставов, смогут вернуться к полноценной жизни благодаря новаторской разработке харьковских материаловедов.




Похожие записи:
  1. Резкое сокращение мирового спроса заставило производителей «всемирной фабрики» на юге Китая задуматься, что делать с избыточными производственными и человеческими ресурсами
  2. Крупнейшие производители автомобилей вынуждены корректировать свои стратегии, подстраиваясь под молодых амбициозных игроков. В поисках конкурентных преимуществ компании становятся все более изощренными и агрессивными
  3. Почти во всех странах мира наука финансируется на конкурентной основе — посредством конкурсов и грантов. Украина является исключением
  4. Немецкая строительная индустрия переживает самые глубокие перемены за последние полвека. Теперь немцы предпочитают жить не в своем доме в пригороде, а в арендуемой квартире в центре города
  5. Человек-антивирус Евгений Касперский рассказал, как его увлечение превратилось в компанию с капитализацией в несколько миллиардов долларов
  6. Принято считать, что менеджер должен уметь делать все, что перечислено в учебнике. Но на практике стремление к идеалу приводит к управленческим провалам. Вместо этого нужно учиться строить органичную управленческую команду, считает теоретик менеджмента Ицхак Адизес
  7. Профессор американского Иллинойсского университета (Urbana-Champaign) Кен Суслик и его аспирант Дэвид Фленниган опубликовали в журнале Nature новые сенсационные результаты исследований пресловутого эффекта сонолюминесценции ("звукосвечения").