L’intervento di protesi di ginocchio è una soluzione sicura e affidabile per curare l’artrosi.
La protesi deve avere una buona resistenza ai carichi e non deve trasferire sollecitazioni anomale alle strutture legamentose. Per poter essere efficace quindi, è necessario che sia correttamente allineata e ben bilanciata lungo tutto l’arco di movimento del ginocchio. In questo articolo vedremo quali sono le tecnologie più recenti che vengono in aiuto del chirurgo.
Il design protesico: introduzione
Le protesi moderne hanno forme che sono il frutto di anni di studi antropometrici e di biomeccanica, e riescono ad adattarsi sempre meglio all’anatomia di ogni singolo paziente. Proprio grazie a questi studi è stato possibile comprendere che la forma del ginocchio femminile ha delle proporzioni diverse da quello maschile: Infatti a parità di larghezza ossea il femore è più sviluppato in senso antero-posteriore.
Per questo motivo, alcune ditte hanno sviluppato delle componenti femorali studiate appositamente per il genere femminile, che fino a ieri (anzi fino al giorno d’oggi in molti casi) si vedono impiantate delle protesi progettate e sviluppate su modelli maschili.
Rispetto al passato adesso bisogna avere in sala operatoria un maggior numero di impianti, il che comporta uno sforzo sia da parte del produttore che da parte degli utilizzatori. Tuttavia, se consideriamo che le donne sono maggiormente affette dall’artrosi di ginocchio rispetto agli uomini possiamo capire l’importanza di questa scelta.
Il design protesico: componenti e modelli
Analizzando le componenti femorali vediamo che i modelli più recenti sono caratterizzati da una flangia anteriore molto sottile e con una concavità più accogliente per la rotula nativa (vengono chiamati in gergo design patella-friendly). Questa caratteristica consente di dare meno compressione sulla Rotula e meno tensione sui legamenti alari che la stabilizzano, particolarmente per gradi elevati di flessione.
Passando alla componente tibiale vediamo come molti modelli di ultima generazione abbiano la caratteristica di essere anatomici, ovvero specifici per il lato destro e per quello sinistro sinistro, poiché sappiamo che la porzione interna della tibia è più grande rispetto a quella esterna.
Fino alla generazione precedente le componenti tibiali erano uniche per entrambi i lati, questo determinava il fatto che una porzione postero interna della tibia rimanesse sempre scoperta. Con le protesi di ultima generazione questo non accade più, e si riesce a rivestire la tibia in modo pressoché completo mantenendo una corretta rotazione della componente. Questo aspetto assume un’importanza maggiore tanto più è pesante il paziente.
Come ultima considerazione sulle componenti metalliche possiamo dire che sono diventate generalmente più sottili e quindi, per poterle alloggiare, è necessario rimuovere meno osso rispetto ai modelli da cui derivano.
L’inserto tibiale
Ora che abbiamo visto come si è evoluto il design delle componenti metalliche di una protesi di ginocchio analizziamo il terzo elemento, ovvero l’inserto tibiale.
Molti modelli attuali di protesi consentono di poter scegliere il grado di vincolo desiderato tra la componente femorale e quella tibiale, attraverso il posizionamento di specifici inserti in polietilene, adattabili allo stesso modello di protesi.
Ogni marca ha le sue varianti, che spesso sono denominate in base al nome commerciale…, per chiarezza semplifichiamo e, procedendo da un grado di vincolo minore a uno maggiore, consideriamo che le principali varianti sono quelle definitie CR (ovvero a conservazione del crociato posteriore), quelle a congruenza mediale (definite MC), a quelli ultra-congruenti ed infine i modelli PS, ovvero postero-stabilizzati poiché per funzionare non necessitano del legamento crociato posteriore.
Gli aspetti chiave del design protesico
Ricapitolando, gli aspetti chiave dell’innovazione nel design protesico sono:
- Componenti femorali specifiche per il genere maschile e femminile
- Componenti femorali patella-friendly
- Componenti tibiali anatomiche, in grado di garantire un rivestimento ottimale
- Impianti generalmente più sottili
Versatilità nella scelta dell’inserto in polietilene e quindi del grado di vincolo
I materiali del design protesico
Passiamo adesso all’analisi dei materiali con cui sono fatte le protesi di ginocchio.
I materiali principalmente utilizzati per le componenti femorale e tibiale sono l’acciaio chirurgico, il titanio di grado cinque e, su misura minore, il tantalio.
- L’acciaio chirurgico è una lega del ferro che contiene in percentuali rilevanti anche cromo, nichel e molibdeno.
- Il titanio di grado cinque e invece una lega di titanio che contiene in percentuali rilevanti alluminio e vanadio.
- Il Tantalio, un elemento simile al titanio, con un altissimo livello di biocompatibilità e una scarsa suscettibilità alla colonizzazione batterica il che lo rende più resistente alle infezioni.
Tutte queste leghe hanno una buona resistenza alle sollecitazioni meccaniche e agli stress chimici di tipo corrosivo tipici dell’ambiente intra articolare. Sono inoltre scarsamente magnetiche, rendendo sicura anche l’esecuzione di una risonanza magnetica addirittura mirata proprio su di essi.
Tuttavia, Il fatto che l’esame di risonanza magnetica sia sicuro non esclude che siano presenti degli artefatti che ne ostacolano l’interpretazione. Per rimediare a questo problema è stata sviluppata la tecnica MARS.
Per quanto riguarda l’inserto tibiale, il materiale utilizzato è il polietilene, un polimero sintetico composto da una lunga catena di atomi di carbonio collegati fra loro, ognuno dei quali è a sua volta legato a due atomi di idrogeno. Esso rappresenta il tipo di materia plastica più comunemente utilizzato dall’uomo. Quello utilizzato nelle protesi di ginocchio è un particolare sottotipo definito ad altissimo peso molecolare e cross-linkato.
Ma cosa vogliono dire questi termini? Semplificando vuol dire che i filamenti di carbonio sono estremamente lunghi e attraverso un processo fisico si fa sì che siano anche interconnessi tra di loro, come a formare un reticolo.
Questa struttura a maglia conferisce una grande resistenza alle compressioni e alle forze di taglio, che si generano normalmente con i movimenti del ginocchio e che sono responsabili dell’usura da delaminazione. L’alto peso molecolare e la formazione di cross-link tra le molecole sono caratteristiche comuni ormai da anni.
Recentemente è stato tuttavia scoperto che esiste un altro meccanismo in grado di promuovere l’usura del polietilene, ed è quello mediato dagli stress chimici ossidativi caratteristici dell’ambiente biologico intra articolare. Per questo motivo, alcune ditte hanno introdotto nella mescola del polietilene anche la vitamina E artificiale, un potente antiossidante che ha già dimostrato in numerosi studi di conferire un tasso di usura (espresso in mm/anno) più che dimezzato rispetto al semplice polietilene ad altissimo peso molecolare e crosslinkato.
Volete sapere una curiosità per riconoscere un polietilene addizionato alla vitamina E? basta osservarlo, essa infatti gli conferisce un colore tipicamente giallognolo, diverso dal polietilene tradizionale che invece si presenta bianco splendente.
Strumentari personalizzati
Come abbiamo già visto, l’allineamento rigoroso dell’impianto è una condizione fondamentale per la sua buona riuscita. Nella fase intra operatoria il chirurgo ha tradizionalmente a disposizione delle guide di taglio, che possono essere extramidollari o intramidollari:
- Quelle extramidollari sono esterne all’osso e vengono indirizzate verso specifici punti anatomici di repere. Per questa loro caratteristica sono poco invasive ma meno precise.
- Quelle intramidollari viceversa vengono infisse all’interno della tibia e del femore, andandosi ad allineare con l’asse anatomico dell’osso. Per loro natura sono più invasive, tuttavia sono più precise.
Lo sviluppo tecnologico in questo ambito sfrutta la possibilità di poter eseguire una pianificazione pre-operatoria tridimensionale, solitamente ottenuta attraverso una combinazione di immagini radiografiche e TAC, per poter produrre delle guide di taglio extra midollari specifiche per ogni singolopaziente. Esse sono composte da un materiale plastico prodotto con stampaggio 3D e vengono posizionate direttamente sull’osso artrosico, stabilizzandosi sulle deformità caratteristiche di ogni singolo caso, aiutando il chirurgo ad eseguire la resezione pianificata in maniera precisa e mini-invasiva.
Dovendo eseguire uno studio preoperatorio ed una produzione si richiesta, questi strumentali paziente specifici hanno dei costi maggiori rispetto ai sistemi di allineamento tradizionale e dei tempi tecnici di produzione che non li rendono di pronto utilizzo.
Tecniche robotiche
Passiamo ora al capitolo delle tecniche robotiche. Esistono in commercio numerosi sistemi robotici in grado di assistere il chirurgo nelle fasi intraoperatorie.
Essi hanno caratteristiche diverse, ma la costante che li unisce e che si avvalgono tutti di un sistema di video-navigazione che utilizza dei reperi riflettenti che vengono temporaneamente infissi al femore ed alla tibia del paziente con delle viti, per renderli stabili e solidali per tutta la durata dell’intervento.
Questi reperi riflettenti vengono individuati e seguitida un sistema esterno di telecamere, che viene installato in sala operatoria. In questo modo il sistema è in grado di dare informazioni in tempo reale quantificando con precisione millimetrica l’allineamento, la stabilità e l’articolarità del ginocchio, sia prima che dopo il posizionamento dell’impianto. Tutti questi aspetti aspetti vengono normalmente lasciati al chirurgo, che si avvale del suo controllo visivo, delle sensazioni e dell’ esperienza.
Alcuni sistemi robotici eseguono direttamente i tagli attraverso delle frese a controllo numerico, alcuni posizionano le guide di taglio attraverso dei bracci meccanici, altri leggono la posizione della sega e informano il chirurgo sulle eventuali correzioni da fare.
I vantaggi
dei sistemi robotici sono la grande costanza dei risultati anche se ad operare sono chirurghi diversi, la misurazione oggettiva dei parametri ottenuti e un ottimo livello di bilanciamento legamentoso, che si traduce in un minor dolore soprattutto nelle prime settimane post operatorie.
Il fatto di poter valutare in diretta i parametri dell’articolazione sia prima che dopo l’intervento li rendono estremamente utili in tutti quei casi di correzione di grandi deformità. Inoltre permettono di utilizzare degli impianti standard, eliminando quindi quelli che sono i tempi di attesa di una produzione personalizzata.
Gli svantaggi
della tecnica robotica sono dati dai tempi chirurgici inevitabilmente allungati a causa della fase di posizionamento e calibrazione dei reperi osse, nonché dai costi. A proposito di costi, ci tengo a sottolineare che i sistemi di navigazione robotica sono tanto più utili quanto minore è l’esperienza del chirurgo. Centri di riferimento, che operano su alti volumi, non avranno problemi ad approvvigionarsi del robot, tuttavia sono proprio i centri che ne trarrebbero i minori benefici.
Viceversa le realtà più piccole hanno meno possibilità di accedere a queste tecnologie, pur potendone avere potenzialmente i benefici maggiori. La buona notizia è che solitamente col passare del tempo si ha un abbattimento dei costi e quindi un’accessibilità sempre maggiore.
Impianti personalizzati
Gli impianti personalizzati rappresentano l’ultima frontiera dell’evoluzione tecnologica attualmente disponibile per il paziente.
Si tratta di protesi appositamente progettate e realizzate per ogni singolo caso, Grazie a uno studio TAC tridimensionale da eseguire nelle fasi preoperatorie. Questi impianti non sono identificati da una taglia, come accade per gli impianti standard, bensì dal nome del paziente, proprio come nel caso degli abiti sartoriali.
In questo caso l’adattamento all’anatomia è massimo e si riesce a ripristinare l’anatomia desiderata senza compromessi. Insieme all’impianto protesici viene fornito un kit personalizzato con lo strumentario paziente-specifico per eseguire le resezioni.
Fatte queste considerazioni è facile capire che questo sistema presenti solamente dei vantaggi, l’unico ostacolo è il prezzo.
Naturalmente bisogna tenere in considerazione i tempi tecnici di produzione dell’impianto.
