Metal-on-metal hip resurfacing – medium-term results, prevalence and risk factors for adverse reaction to metal debris

Abstract

Lonkan kokometallinen pinnoitetekonivel – keskipitkän aikavälin tulokset sekä haitallisen metallireaktion esiintyvyys ja riskitekijät

Perinteisten metalli-muoviliukuparia käyttävien lonkkatekonivelten huonot tulokset nuorilla ja aktiivisilla potilailla johtivat eri tekonivelkonseptien aktiiviseen kehitystyöhön 1990-luvun loppupuolella. Erityisesti kokometallisten pinnoitekonivelten käyttö lisääntyi nopeasti 2000-luvun alussa maailmanlaajuisesti. Vuonna 2008 ilmaantuivat kuitenkin ensimmäiset tutkimustulokset, joiden mukaan kokometallisen lonkkatekonivelen saaneilla potilailla oli havaittu lonkan ympäryskudosten tulehdusreaktioita, eli nk. metallireaktioita.

Väitöskirjan ensimmäisen osatyön tavoitteena oli selvittää Suomessa yleisimmin käytetyn pinnoitetekonivelen (BHR) keskipitkän aikavälin kliinisradiologiset tulokset. Toisessa osatyössä selvitettiin kehittämämme uuden radiologisen mittausmenetelmän hyödyllisyyttä lonkkatekonivelen kuppiosan asennon arvioimisessa tavallisista lantion natiiviröntgenkuvista. Kolmannessa osatyössä arvioitiin pinnoitetekonivelen kliinisradiologiset tulokset nuorilla, alle 40-vuotiailla potilailla. Neljännessä osatyössä selvitettiin metallireaktion esiintyvyys ja riskitekijät niillä potilailla, joilla oli lonkan ensitekonivelleikkauksessa käytetty myöhemmin markkinoilta poisvedettyä kokometallista ASR -pinnoite- tai kokotekonivelmallia. Kaikki neljännen osatyön potilaat kutsuttiin seulontatutkimuksiin, joissa kliinisen tutkimuksen ja lonkan tavanomaisten röntgenkuvien lisäksi määritettiin potilaiden veren koboltti- ja kromipitoisuudet, ja heille tehtiin myös lantion magneettitutkimus mahdollisen metallireaktion diagnosoimiseksi. Samaa seulontamenetelmää sovellettiin myös viidennessä osatyössä, jossa arvioitiin BHR- pinnoitetekonivelen saaneilla potilailla metallireaktion seulonnan vaikuttavuutta ja ko. tekonivelen pysyvyyttä kymmenen vuoden seurannassa.

Ensimmäisessä osatyössä todettiin BHR -pinnoitetekonivelen kuuden vuoden kiinnipysyvyydeksi 96.7%. Kliiniset tulokset olivat hyviä ja keskimäärin potilaat olivat tyytyväisiä leikkaustulokseen. Toisessa osatyössä todettiin, että kehittämämme menetelmä lonkkatekonivelen kuppiosan asennon mittaamiseksi tavallisista lantion röntgenkuvista oli toistettava ja luotettava. Kolmannessa osatyössä pinnoitetekonivelen seitsemän vuoden kiinnipysyvyys nuorilla (alle 40-vuotiailla) potilailla oli 90.5%. Suurin osa näille potilaille seuranta-aikana tehdyistä uusintaleikkauksista jouduttiin tekemään metallireaktion vuoksi. Leikkauksen toiminnallinen tulos oli kuitenkin hyvä ja myös potilastyytyväisyys oli hyvällä tasolla. Neljännessä osatyössä todettiin, että metallireaktio oli yleinen kokometallisen ASR -lonkkatekonivelen saaneilla potilailla. Seitsemän vuoden kiinnipysyvyys pinnoitetekonivelen saaneilla potilailla oli vain 51% ja varrellisen kokotekonivelen saaneilla ainoastaan 38%. Löysimme myös useita aiemmin julkaisemattomia metallireaktion riskitekijöitä. Viidennessä osatyössä osoitettiin, että systemaattinen seulonta metallireaktioiden löytämiseksi on hyödyllistä myös BHR-pinnoitetekonivelen saaneilla potilailla. Niillä BHR-tekonivelen saaneilla potilailla, joilla tekonivellonkan kipujen lisäksi veren metalli-ionipitoisuudet olivat koholla, löytyi todennäköisimmin (63%:lla) metallireaktioon sopivia löydöksiä lonkan magneettikuvauksessa. Systemaattisen seulonnan jälkeen BHR-tekonivelen kiinnipysyvyys oli 91% kymmenen seurantavuoden jälkeen.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tutkimuksessamme BHR-tekonivelen saaneilla potilailla keskipitkän aikavälin (5-8 vuotta) kiinnipysyvyys ja leikkauksen toiminnallinen tulos olivat hyvät. Myös kymmenen vuoden kiinnipysyvyys BHR-tekonivelen saaneilla potilailla oli aineistossamme hyväksyttävällä tasolla. Alle 40-vuotiailla pinnoitetekonivelen saaneilla potilailla leikkauksen toiminnallinen tulos ja elämänlaatu olivat hyvät. Tässä potilasryhmässä tekonivelen kiinnipysyvyys seitsemän vuoden kohdalla ei kuitenkaan täyttänyt kansainvälisiä hyvän tuloksen kriteereitä. Metallireaktion esiintyvyys todettiin erittäin korkeaksi niillä potilailla, joille oli ensileikkauksessa asennettu kokometallinen ASR -lonkkatekonivel. Metallireaktion riskitekijät olivat erilaiset pinnoitetekonivelen saaneilla potilailla verrattuna niihin potilaisiin, joilla oli asennettu varrellinen kokometallinen tekonivel. Kotimaista hoitosuositusta tukien, mutta vastoin tämän hetkisiä kansainvälisiä hoitosuosituksia, veren metalli-ionitasojen säännöllinen mittaaminen kokometallisen tekonivelen saaneilla potilailla osoittautui hyödylliseksi metallireaktion seulontatutkimukseksi kaikissa tutkituissa potilasryhmissä. Lisää tutkimusta tarvitaan pinnoitetekonivelen kiinnipysyvyyden ja metallireaktion esiintyvyyden selvittämiseksi pitkässä, vähintään 15 vuoden seurannassa, jotta pinnoitetekonivelen rooli ja turvallisuus nuorten potilaiden lonkan nivelrikon hoitovaihtoehtona voidaan luotettavasti arvioida.

In the early 2000s metal-on-metal (MoM) bearings became a subject of renewed interest due to advances in tribology and metallurgy. Contemporary MoM bearings had shown a 40-100 fold reduction in bearing wear compared to metal-on-polyethylene bearings. Anticipated low wear and large femoral diameter mimicking native femoral anatomy were deemed optimal qualities in hip implants for young and active patients requiring hip replacement surgery. This led to a rapid increase in the use of MoM hip resurfacings (HR), and later on large-diameter (LD) MoM total hip replacements (THR). The aims of Study I were to investigate the mid-term clinical and radiological results, as well as survival rate of Birmingham Hip Resurfacing (BHR), the most common contemporary HR to date. To achieve our aims, all patients with a BHR implant were evaluated using patient reported outcome scores (PROMs), a satisfaction questionnaire and plain radiographs. In order to supplement current radiological quantitative methods we developed a novel method to assess acetabular cup version in plain radiographs. In Study II, we investigated the usefulness and reliability of this new method. In Study III, mid-term clinical results and survivorship of MoM HR were investigated in a cohort ofyoung patients (aged 40 or less) using PROMs. Further, we aimed to study prevalence and risk factors for adverse reaction to metal debris (ARMeD) in patients who had received either an HR device or an LD THR (Study IV). To achieve this, all patients with a recalled high-risk MoM device underwent a mass screening programmes consisting of PROMs, blood metal ion (cobalt and chromium) measurements and cross-sectional imaging to detect possible ARMeD. Further, a modified screening programme was implemented in patients with a BHR device to evaluate the usefulness of a targeted screening programme to detect ARMeD (Study V). In the same study, the ten year survivorship after BHR was also assessed. In Study I the six-year survival rate of BHR was 96.7%. Clinical outcome was satisfactory based on Harris Hip Score and patient satisfaction. Study II showed that intra-observer correlation for version and inclination measurement ranged from 0.74 to 0.97. The intraclass correlation coefficient for version and inclination among four observers was 0.79 and 0.91, respectively. In Study III the seven-year survival rate of HR in patients aged 40 or less was 90.5%. Seven out of eight reoperations were due to ARMeD. Again, clinical outcome was satisfactory based on the Harris Hip Score and patient satisfaction. Patients with comorbidity had lower Harris Hip Score, activity level and poorer quality of life than patients without comorbidities. According to Study IV the prevalence of failure was high among patients with ASR hip replacement owing to 34% of hips being revised, the majority due to ARMeD. The seven-year survival rate for the HR and THR cohorts was 51% and 38% respectively. Reduced cup coverage was an independent risk factor for ARMeD in both cohorts. High preoperative range of motion, stem type, and female gender were associated with an increased risk of ARMeD only in patients undergoing THR. After targeted screening for ARMeD in patients with BHR in Study V, symptomatic patients with elevated metal ion levels evinced the highest prevalence (63%) of pseudotumours compared with asymptomatic patients with elevated metal ion levels (42%) and symptomatic patients with nonelevated metal ions (11%). Ten-year survival rate of BHR after screening procotol was 91%. The mid-term survival rate and clinical outcome of BHR was satisfactory and comparable to those reported in earlier studies. Assessment of cup orientation using our novel method from plain radiographs proved uselful with contemporary HRs. Clinical outcome and quality of life was excellent in patients aged 40 or less with HR. Cumulative survival rate, however, was higher than acceptable in this subcohort. Moreover, the prevalance of ARMeD was high in patients who had received the recently recalled ASR hip replacement device. Risk factors for ARMeD differed between hip resurfacing procedures and THRs. Our results suggest a more complicated failure mechanism in THAs than in hip resurfacing procedures. Contrary to current guidelines, routine metal ion measurement proved to be useful in detecting pseudotumours in patients with well-functioning hip resurfacing, namely BHR. Moreover, the ten-year survival rate of BHR in male patients was acceptable. Further follow-up and additional research are required to confirm our present results implying the assessment of the survivorship and true prevalence of ARMeD in up to 15 years of follow-up to ascertain the role of MoM hip resurfacing in the treatment of severe hip destruction in young active patients.