TRENDY STUDIA UVOLŇOVÁNÍ KOVŮ Z KLOUBNÍCH NÁHRAD

Význam tématu

Kloubní náhrady z kovových slitin a titanových materiálů se používají ke zlepšení kvality života pacientů se selhávajícími klouby. Uvolňování kovových iontů a částic z povrchů implantátů může vést k místním zánětlivým či alergickým reakcím, poškození kosti a v některých případech k systémové expozici kovům. Monitorování tohoto uvolňování pomocí metod stopové analýzy je zásadní pro hodnocení životnosti implantátů a prevenci komplikací.

Cíle a přehled studie

Cílem přehledového článku je sumarizovat současné postupy a metody používání při studiu uvolňování kovů z kloubních náhrad. Součástí je přehled odběru a přípravy klinických vzorků, základních prvkových metod (AAS, ICP-MS apod.), speciační analýzy a posouzení kvality výsledků. Článek shrnuje také publikované koncentrace kovů v krvi, séru, moči, kloubní tekutině a periimplantárních tkáních.

Použitá metodika

Odběr vzorků krve, séra a moči obvykle probíhá do plastových odběrových nádobek s následným ředěním HNO3 nebo Tritonem X-100. Při analýzách tkání se často používá lyofilizace a mikrovlnný rozklad směsí HNO3 a H2O2. Kloubní výpotek lze připravit tepelným zředěním, mikrovlnným rozkladem nebo klasickou mokrou mineralizací. Důraz je kladen na minimalizaci kontaminace během odběru (vyřazení prvních objemů tekutiny, nekovové jehly) a na správné skladování (4 °C pro krátkodobé, –20 °C pro dlouhodobé).

Použitá instrumentace

• Atomová absorpční spektrometrie (ETAAS)
• Indukčně vázaná plazma s hmotnostní spektrometrií (ICP-MS)
• Optická emisní spektrometrie s ICP (ICP-OES)
• Rentgenová fotoelektronová spektrometrie (XPS)
• Neutronová aktivační analýza (NAA)
• Adsorpční voltametrie
• HPLC-ICP-MS pro speciační analýzu
• Synchrotronová rentgenová fluorescenční a absorpční spektrometrie
• SEM/TEM pro studium povrchů a částic

Hlavní výsledky a diskuse

Koncentrační hladiny kovů v krvi, séru a moči pacientů s implantáty jsou obecně vyšší než u kontrol. U kloubního výpotku a periimplantárních tkání bývají koncentrace řádově vyšší (µg l–1 až mg g–1), ale údaje se v různých studiích značně liší. Speciační analýza chromu ukazuje převládající Cr(III) a redukci Cr(VI) během vzorkování. Překrývání koncentrací ve stabilní a selhávající skupině komplikuje stanovení jednoznačných klinických prahů.

Přínosy a praktické využití metody

Metody stopové analýzy umožňují monitorovat expozici kovům u pacientů s kloubními náhradami, testovat korozní vlastnosti implantátů a sledovat chemické změny povrchu. Speciační analýza přidává informaci o toxicitě jednotlivých forem kovů. Výsledky přispívají k rozhodování o nutnosti reoperace, volbě materiálů a prevenci alergických či zánětlivých komplikací.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření speciačních metod s vysokou metrologickou návazností, vývoj matrico­vých referenčních materiálů pro speciační analýzu klinických vzorků, kombinace spektrometrie s obrazovými technikami a nasazení rychlých přenosných systémů. Důležitá je standardizace odběru, přípravy vzorků a interpretace dat pro lepší srovnatelnost výsledků mezi laboratořemi.

Závěr

Stopové metody analýzy kovů hrají klíčovou roli při hodnocení uvolňování kovů z kloubních náhrad a posouzení jeho dopadů na pacienta. Přestože existuje široká škála technik, nedostatek univerzálních referenčních materiálů a vysoká variabilita dat zatím znemožňují stanovení jasných klinických prahů. Budoucí standardizace postupů a rozvoj speciační analýzy mohou výrazně zlepšit diagnostiku a péči o pacienty s implantáty.

Reference

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