TRENDY STUDIA UVOLŇOVÁNÍ KOVŮ Z KLOUBNÍCH NÁHRAD

Význam tématu

Kloubní náhrady významně zlepšují kvalitu života pacientů s poškozenými klouby, avšak uvolňování kovových iontů a částic z jejich povrchu může vyvolávat lokální i systémové nežádoucí reakce, jako je zánět, alergie či uvolnění protézy. Stopová prvková analýza hraje klíčovou roli v monitorování expozice kovům, kvantifikaci jejich koncentrací i studiu chemických forem, a stává se tak důležitým nástrojem pro hodnocení stavu implantátů a pacientů.

Cíle a přehled studie

Recenzní článek shrnuje stav problematiky uvolňování kovů z ortopedických implantátů. Popisuje materiály používané při výrobě kloubních náhrad, postupy odběru a přípravy vzorků klinických matric (krev, sérum, moč, kloubní tekutina, okolní tkáně), metodiky stopové analýzy včetně speciační analýzy, publikované koncentrační hladiny kovů v různých matricích a aspekty zajištění kvality výsledků.

Použitá metodika a instrumentace

• Odběr vzorků: plastové či posilikonované jehly, nádoby z PP/PE, uzavřená sterilní odběrová souprava, skladování při +4 °C až –20 °C.
• Příprava vzorků: mokrý rozklad kyselinou dusičnou (HNO₃), perchlorovou (HClO₄) nebo přídavkem H₂O₂ v uzavřených mikrovlnných zařízeních; ředění vodou nebo tenzidy (Triton X-100) pro krev a moč; lyofilizace a rozklad tkání.
• Instrumentální metody:
  • AAS (elektrotermická atomiace)
  • ICP-MS a ICP-OES pro simultánní vícero prvek
  • Optická emisní spektrometrie (ICP-OES)
  • Neutronová aktivační analýza (NAA), rentgenová fluorescence (XRF)
  • XPS, SEM, TEM pro povrchové studie a charakterizaci opotřebení
  • HPLC-ICP-MS pro speciační analýzu kovů
  • Adsorpční rozpouštěcí voltametrie pro ultra­stopové koncentrace.

Hlavní výsledky a diskuse

Publikované koncentrace kovů v krvi, séru a moči pacientů s kloubními náhradami se vyznačují širokým rozptylem, často s překryvy mezi kontrolní skupinou a pacienty s funkčními nebo selhávajícími implantáty. Koncentrace v okolních tkáních a post mortem orgánech dosahují řádově stovek až tisíců µg·g⁻¹, zatímco v kloubní tekutině je typické rozmezí desítek až stovek µg·l⁻¹. Jednoznačná prahová hodnota pro predikci selhání implantátu zatím chybí. Speciační analýza, např. oddělení CrIII/CrVI či stanovení vazby Ti na transferin, ukazuje vysoký význam chemických forem pro posouzení toxicity.

Přínosy a praktické využití metody

• Monitorování koncentrací kovů jako biomarkerů hodnocení stability a životnosti implantátu.
• Podpora klinického rozhodování při podezření na selhání endoprotézy či při úpravě léčebných postupů.
• Vyhodnocení koroze implantátů a kompatibility materiálů v reálných podmínkách lidského organismu.
• Možnost včasné detekce při zvýšeném uvolňování kovů, čímž se snižuje riziko komplikací.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření speciační analýzy pro přesnější posouzení toxikokinetiky a formálního stavu kovů v organismu.
• Vývoj specializovaných referenčních materiálů pro klinické matice s certifikovanými koncentracemi kovů.
• Standardizace odběrových a analytických protokolů pro zajištění mezi­laboratorní srovnatelnosti výsledků.
• Integrace pokročilých povrchových a obrazových metod (synchrotronové techniky, nano­analytika) pro detailní charakterizaci opotřebení a koroze.
• Využití machine learning a data mining přístupů pro predikci dlouhodobých trendů uvolňování kovů a životnosti implantátů.

Závěr

Kloubní náhrady poskytují pacientům významné přínosy, avšak uvolňování kovů z implantátů vyžaduje dlouhodobé sledování pomocí citlivých metod stopové analýzy a speciační analýzy. Přestože existují silné důkazy o rozmezí koncentrací kovů v různých klinických matricích, dosud chybí jednotné klinické prahové hodnoty pro včasnou diagnostiku selhání implantátů. Zajištění kvality výsledků prostřednictvím validovaných postupů a vhodných referenčních materiálů je klíčové pro využití těchto metod v praxi.

Reference

1. Jackson J.: J. Med. Biogr. 19, 151 (2011).
2. Ranawat C. S.: J. South Orthop. Assoc. 11, 218 (2002).
3. Moravec H. et al.: Chem. Listy 108, 40 (2014).
4. Šlouf M. et al.: Chem. Listy 107, 783 (2013).
5. Matusiewicz H.: Acta Biomater. 10, 2379 (2014).
6. Gallo J. et al.: Innate Immun. 19, 213 (2013).
7. Fulín P. et al.: Acta Chir. Orthop. Traumatol. Cech. 83, 155 (2016).
8. Gallo J. et al.: Acta Chir. Orthop. Tr. 80, 377 (2013).
9. Fulín P. et al.: Acta Chir. Orthop. Tr. 81, 33 (2014).
10. Brunski J. B. et al.: Biomaterials Science, 2nd ed., Elsevier (2004).
11. Marti A.: Injury 31, 18 (2000).
12. Cooper H. J.: Orthop. Clin. North Am. 45, 9 (2014).
13. Jacobs J. J. et al.: J. Arthroplasty 29, 668 (2014).
14. MacInnes S. J. et al.: J. Orthop. Res. 33, 193 (2015).
15. Rodushkin I., Odman F.: J. Trace Elem. Med. Biol. 15, 40 (2001).
16. Rodushkin I. et al.: Anal. Bioanal. Chem. 396, 365 (2010).
17. Spěváčková V., Knotková J.: Chem. Listy 92, 287 (1998).
18. Hart A. J. et al.: J. Bone Joint Surg. Br. 88B, 449 (2006).
19. Lhotka C. et al.: J. Orthop. Res. 21, 189 (2003).
20. Afolaranmi G. A. et al.: J. Arthroplasty 25, 118 (2010).
21. Schnabel C. et al.: Biol. Trace Elem. Res. 43–45, 389 (1994).
22. Zeiner M. et al.: Microchem. J. 85, 145 (2007).
23. Iavicoli I. et al.: J. Trace Elem. Med. Biol. 20, 25 (2006).
24. Balcaen L. et al.: Anal. Chim. Acta 809, 1 (2014).
25. Masse A. et al.: Biomed. Mater. Res., Part B 37B, 750 (2003).
26. Liu T. K. et al.: Tohoku J. Exp. Med. 185, 253 (1998).
27. Schaffer A. W. et al.: J. Toxicol. Clin. Toxicol. 37, 839 (1999).
28. Sarmiento-Gonzalez A. et al.: Anal. Bioanal. Chem. 382, 1001 (2005).
29. Waterson H. B. et al.: Bone Joint J. 100B, 720 (2018).
30. Lugowski S. J. et al.: J. Trace Elem. Electrolytes Health Dis. 5, 23 (1991).
31. Kuba M. et al.: J. Biomed. Mater. Res., Part B 107, 454 (2019).
32. Betts F. et al.: Clin. Orthop. Relat. Res. 276, 75 (1992).
33. Sargeant A., Goswami T.: Mater. Des. 28, 155 (2007).
34. Oudadesse H. et al.: J. Trace Microprobe Tech. 18, 505 (2000).
35. Milosev I. et al.: J. Orthop. Res. 23, 526 (2005).
36. Decking R. et al.: J. Biomed. Mater. Res., Part B 64B, 99 (2003).
37. Milosev I., Remskar M.: J. Biomed. Mater. Res., Part A 91A, 1100 (2009).
38. Kovacik M. W. et al.: J. Biomed. Mater. Res., Part A 84A, 1068 (2008).
39. Sutherland D. S. et al.: Biomaterials 14, 893 (1993).
40. Hart A. J. et al.: Acta Biomater. 6, 4439 (2010).
41. Lukačovičová O., Mikuš P.: Chem. Listy 112, 242 (2018).
42. Templeton D. M. et al.: Pure Appl. Chem. 72, 1453 (2000).
43. Pechancová R. et al.: Spectrochim. Acta, Part B 152, 109 (2019).
44. Nuevo-Ordonez Y. et al.: J. Anal. At. Spectrom. 24, 1037 (2009).
45. Wang J. C. et al.: Spine 24, 899 (1999).
46. Hallab N. J. et al.: Mol. Cell. Biochem. 222, 127 (2001).
47. Lass R. et al.: J. Orthop. Res. 32, 1234 (2014).