Cementless total hip prosthesis and polyethylene liner wear. A study of the Finnish Arthroplasty Register, clinical and radiological outcomes and retrieval analyses

Abstract

Suomen ensimmäinen lonkan tekonivelleikkaus tehtiin 1967. Tekonivelen lonkkamaljakko- ja reisi-osa kiinnitettiin luusementillä. Erityisesti nuorilla potilailla sementillisten lonkkatekonivelien pitkäaikaistulokset eivät kuitenkaan olleet riittävän hyvät ja syynä ajateltiin olevan sementtikiinnityksen. Tämä johti sementittömien lonkkatekonivelien kehittämiseen. Suomessa otettiin 1980- luvulla käyttöön ensimmäisen polven sementittömät tekonivelet, joissa yleisesti käytettiin sileäpintaisia kierrekuppeja lonkkamaljakko-osana. 1990-luvun alkupuolella käytettiin runsaasti toisen polven sementittömiä tekoniveliä, joissa käytettiin modulaarista poroosipintaista lonkkamaljakkokomponenttia ja 1990-luvun puolivälistä lähtien näistä kehitettyjä kolmannen polven sementittömiä tekoniveliä. Tämän tutkimuksen tarkoitus oli selvittää, mitkä tekijät vaikuttivat sementittömän lonkkatekonivelen tuloksiin. Erityisesti haluttiin selvittää muoviliukupinnan kulumista.

Ensimmäisessä ja toisessa osatyössä analysoitiin Suomen tekonivelrekisteriin rekisteröityjen lonkkatekonivelien tuloksia. Lonkan tekonivelleikkausten määrän todettiin lisääntyneen vuosien 1980-1999 aikana. Vuonna 1999 Suomessa tehtiin 4742 lonkan tekonivelen ensileikkausta ja 1158 uusintaleikkausta. Vuonna 1999 ensileikkausten insidenssi oli 93/100000. Vuonna 2020 ensileikkausten määrän ennustetaan olevan 7140 vuodessa. Ensimmäisen ja toisen polven sementittömien tekonivelien tulokset olivat huonommat kuin sementillisten tekonivelien tulokset. Uusintaleikkausten ja ensileikkausten määrän suhde on Suomessa ollut yli kaksinkertainen Ruotsiin verrattuna. Vuonna 1999 Suomessa olisi tehty uusintaleikkauksia vain 472, jos uusintaleikkausten ja ensileikkausten suhde olisi ollut sama 10% kuin Ruotsissa. Jos uusintaleikkauksen hinnaksi arvioidaan 15000 euroa, olisi 686 uusintaleikkauksen vähennyksestä syntynyt 10 miljoonan euron säästö. Sementillisten lonkkatekonivelien 10 vuoden pysyvyys on ollut tasaisesti 88%. Sementittömien lonkkatekonivelien 10 vuoden pysyvyys on parantunut seurantajakson aikana 71 prosentista 81 prosenttiin ollen edelleen huonompi kuin sementillisten lonkkatekonivelien. Kuitenkin viimeisten viiden vuoden aikana sementillisten (94%) ja sementittömien (96%) pysyvyys on ollut samaa luokkaa. Alle 55 vuotta olevien potilaiden tulokset olivat selvästi huonommat kuin vanhempien potilaiden. 10 vuoden pysyvyys oli 72% alle 55 vuotta olevilla potilailla. Yli 70 vuotta olevilla potilailla 10 vuoden pysyvyys oli 90%. Useimmilla vanhemmilla potilailla lonkkatekonivel toimii hyvin koko elämän ajan. Ensimmäisen ja toisen polven sementittömien lonkkatekonivelien huonot tulokset liittyivät kupin huonoon pysyvyyteen. Ensimmäisen polven sileät kierrekupit irtosivat ja toisen polven poroosipintaisten kuppien ongelmana oli liian nopea muovin kuluminen ja siitä seurannut ympäröivän luun syöpyminen (osteolyysi).Uudemmat kolmannen polven sementittömät lonkkatekonivelet näyttävät alustavan 5-7 vuoden seurannan perusteella toimivan hyvin.

Kolmannessa ja neljännessä osatyössä arvioitiin toisen polven sementittömän lonkkatekonivelen kliinisiä tuloksia. Muoviliukupinnan kulumista ja osteolyysiä arvioitiin röntgenkuvista. Tutkituissa tekonivelissä todettiin muovin kulumaksi 0,28mm/vuodessa, kun käytettiin 32mm tekonivelen nuppeja ja 0,14mm/vuodessa, kun käytettiin 28mm nuppeja. Regressioanalyysissä nopeaan muovinkulumaan liittyviä tekijöitä olivat 32mm nupin koon lisäksi kupin ruuvikiinnitys. Huolimatta kupin muoviliukupinnan nopeasta kulumisesta, poroosipintaisen sementittömän tekonivelen reisiosan (femurkomponentin) tulokset olivat hyvät. Tekonivelen reisiosa pysyi hyvin kiinni ja sen yläosan poroosipinta näytti estävän muoviliukupinnan kulumisjätteen (polyeteeni debris) aiheuttamaa distaalista osteolyysiä reisiosan puolella.

Viidennessä osastyössä tehtiin vaurioanalyysi 20 uusintaleikkauksessa poistetulle tekonivelen lonkkamaljakko-osan muoviliukupinnalle. Merkittävin löydös oli, että pitkä yli 3 vuoden varastointiaika ennen leikkausta lisäsi merkittävästi muovin kulumista. Säilytysaikana muovissa tapahtui hapettumisen aikaansaamia muutoksia, jotka altistivat nopealle kulumiselle. Lonkkamaljakko-osan huono muotoilu aiheutti sen, että muoviliukupinnasta tuli liian ohut ja sen kiinnitys metalliseen kuppiin oli huono. Tutkitun muoviliukupinnan liian nopean kuluman syynä olivat monet muovimateriaaliin ja muotoiluun liittyvät tekijät ja niiden yhteisvaikutus.

Olisi suositeltavaa, että uudet tekonivelmallit otettaisiin yleiseen käyttöön vasta kontrolloitujen kliinisten tutkimusten jälkeen. Parasta olisi käyttää vain tekoniveliä, joiden tuloksista on näyttöä. Lonkkatekonivelien tulokset ovat Suomessa koko ajan parantuneet ja tällä hetkellä voidaan suurimmalle osalle potilaista tarjota potilaan loppuiän kestävä tekonivel. Sementillisten lonkkatekonivelien pitkän ajan tulokset yli 70 vuotiailla ovat hyvät. Nuoremmilla alle 55 vuotiailla pitkäaikaistulokset ovat olleet selvästi huonommat. Kolmannen polven sementittömillä proteeseilla 5-7 vuoden tulokset ovat lupaavia. Edelleen uusia parempia tekonivelmalleja sekä vaihtoehtoisia liukupintoja on etsittävä, erityisesti nuorten aktiivisten potilaiden käyttöön. Tulevaisuudessa tekonivelien tarve tulee edelleen lisääntymään väestön ikääntyessä ja väestörakenteen muuttuessa. Näihin lisääntyneen tarpeen aiheuttamiin kustannuksiin tulisi varautua.

The purpose of this study was to analyze the factors related to the outcome of cementless total hip prosthesis and especially to wear of the polyethylene liner and its influence on results obtained with cementless THA. In the first study the results of total hip arthroplasties recorded by the Finnish Arthroplasty Register were analyzed. Increasing numbers of both primary and revision hip replacements have been noted. The incidence of primary hip arthroplasties was 93/100000 in 1999; 4742 primary total hip replacement and 1158 revision hip replacements were performed in that year. It is estimated that by 2020 there will be 7140 primary THRs per year in Finland. The use of first- and second-generation cementless implants has yielded poorer results than cemented devices and has a negative effect on the ratio between primary and revision operations. The Finnish revision burden (RB) has been over double compared to that in Sweden. If RB in Finland had been the same 10% as in Sweden, we would have only 472 revisions per year. The costs of a revision operation may be estimated at 15000 euros. This means that 686 revision hip operations fewer per year would save 10 million euros per year in Finland.

The survival of cemented hip arthroplasties has remained consistent; ten-year survival was approximately 88% constantly. In contrast, the ten-year survival of cementless hip arthroplasties has improved from 71% to 81%, this being nonetheless inferior to that, of cemented ones. However, the last five years survival was more or less equal, 94% in cemented and 96% in cementless. Survival of hip arthroplasties was clearly poorer in patients younger than 55 years compared to older patients. Ten years survival was 72% in those under 55 and 90% in those older than 70 years. Today we are able to offer life-long THA for almost all elderly people. The third-generation cementless arthroplasties appear to give better results than cemented devices, but long-term results are still lacking. The poor survival of the most commonly used first- and second-generation cementless components seems to be related to the poor survival of the cup. The main reason for revision in the present series was aseptic loosening of the smooth first-generation cups and polyethylene wear and osteolysis of the second-generation porous coated cups.

An alarming degree of wear of the polyethylene liner of the cementless porous-coated Biomet Universal cup was noted. The median liner wear rate was 0.17mm/y, 32mm femoral heads showing significantly more wear than 28mm heads. The median linear wear was 0.28mm/year and 0.14mm/year for the 32mm and 28mm heads, respectively. In regression analyses the factors related to the wear rate were the 32m size of the femoral head and screw fixation of the acetabular shell. In the present series we found periacetabular osteolysis in only 9 % of cases, despite the high wear rate. Clinical results with cementless porous coated femoral stems seem to be excellent. The nine years survival of the Bi-Metric femoral stem was 98.5%. The proximal circumferential plasma-sprayed porous coating acts as an excellent barrier against polyethylene debris and it could prevent distal osteolysis on the femoral side In retrieval analyses liners with a shelf-life time of 3 years or more evinced significantly higher volumetric wear than those with a shelf-life time less than 3 years. Infrared spectroscopy and scanning calorimetry show substantial in vivo oxidation and crystallization. The increased OI is a direct consequence of radiation damage and shelf aging due to gamma radiation in air. SEM revealed open pores on the bearing surface related to incomplete fusion of polyethylene powder particles. Both microscopy findings also demonstrated the presence of degenerative aging in UHMWPE. Oxidative aging of polyethylene renders the polyethylene liner susceptible to severe wear. Poor acetabular design produces excessively thin liners, substandard locking mechanisms and backside wear of the liner. The reason for the catastrophic wear of the modular Hexloc liners was an unfortunate synergism of many inferior material and design factors.

New innovations should be adopted for use only after close inquiry. To avoid poor results in the future we should use only prostheses with evidenced based results. Sufficient special training should be ensured before operating arthroplasties. Special qualification or special competence for arthroplasties should be developed. In future the need for joint replacements will increase, as a consequence of aging among the Finnish population. Local authorities should be prepared to cover increasing expenses for joint replacements.