Undersøgelse af metalaflejring i organer efter ledudskiftning

Hofteprotesen anses for at være en af ​​de mest vellykkede ortopædiske indgreb, med 75, 000 udført hvert år af NHS alene. Imidlertid, de implantater, der bruges til at erstatte hofter, indeholder metaller, såsom chrom og kobolt, som er potentielt giftige, og som kan aflejres i væv omkring implantatstedet på grund af slid og korrosion. Et team af forskere brugte røntgenabsorptionsspektroskopi (XAS) på I18-strålelinjen for at vise, at disse metaller også kan finde vej ind i organvæv. Deres resultater tyder på, at kroniske sygdomme, såsom diabetes, kan skabe forhold, hvor let giftig trivalent chrom (Cr ^III ) partikler fra erstatningsled reoxideres i kroppen for at danne kræftfremkaldende hexavalent krom (Cr ^VI ). Deres resultater er blevet offentliggjort i Journal of Trace Elements in Medicine and Biology .

Metaller på vej

Hofteproteseoperationer har over hundrede års historie, med de tidligste registrerede forsøg, der fandt sted i Tyskland i 1891. Den banebrydende engelske kirurg George McKee var den første til at bruge metal-på-metal (MOM) hofteled på regelmæssig basis, i 1950'erne, og Sir John Charnley på Manchester Royal Infirmary var banebrydende for den moderne hofteproteseteknik i begyndelsen af ​​1960'erne. MOM-implantater blev upopulære i 1970'erne, da opfølgende operationer fandt metalpartikler i vævene omkring implantatet. Metal-on-polyethylen (MOP) implantater er nu den mest udbredte type.

Selvom tidligere forskning har fastslået, at metalpartikler fra cobalt-chrom (CoCr) legeringen kan findes i væv omkring implantatet, Der er ikke arbejdet meget med virkningerne på systemisk væv eller organvæv. Denne undersøgelse var den første til at kombinere brugen af ​​mikrorøntgenfluorescens og mikrorøntgenabsorptionsspektroskopi for at undersøge fordelingen og den kemiske form af kobolt, krom og titanium i organvævsprøver fra patienter, der havde fået MOP hofteimplantater.

Giftigt potentiale

CoCr-legering bruges i medicinske implantater, fordi der dannes et chromoxid-rigt passiveringslag over dets overflade, beskytter det underliggende metal mod korrosion. Imidlertid, denne beskyttelsesfilm kan blive beskadiget af slid og korrosion, når implantatet er inde i kroppen.

Kobolt fra implantater kan findes i to former inde i kroppen, hvor dens divalente (CoII) tilstand er mere giftig end den metalliske (Co ⁰ ) stat. Forhøjede niveauer af kobolt i blodet er forbundet med neurologiske lidelser, kardiomyopati og hypothyroidisme.

Chrom har tre fremherskende tilstande - metallisk (Cr0), trivalent (Cr ^III ) og hexavalent (Cr ^VI ). Trivalent chrom er let giftigt, men hexavalente kromforbindelser er stærkt kræftfremkaldende og forårsager nyreskader.

Et team af forskere brugte vævsprøver fra leveren, milt og hjerte hos fem patienter, der havde gennemgået en hofteudskiftning. Forberedende arbejde guidede valget af vævsområder, der skulle undersøges mere grundigt ved brug af synkrotronteknikker. De brugte mikrorøntgenfluorescens til at kortlægge de metalliske elementer, og mikro-XAS-spektre erhvervet i fluorescenstilstand på grund af de lave koncentrationer af metaller i prøverne. Ved at bruge XANES-delen af ​​spektret tillod forskerne at bestemme de tilstedeværende metalliske tilstande. Fordelene ved at bruge en synkrotron til dette arbejde omfatter den ikke-destruktive karakter af røntgenteknikker, deres følsomhed og deres evne til at kortlægge store områder af væv.

En mulig forbindelse til kronisk sygdom

Dette var det første besøg på Diamond for hovedforfatteren Ilona Swiatkowska. Hun fandt støtten fra beamline-personalet uvurderlig, bemærker, at "strålelinjeforsker Konstantin Ignatyev blev indtil midnat (i weekenden!) for at sikre, at vi var i stand til at få de bedst mulige resultater."

Resultaterne viste tilstedeværelsen af ​​chrom i tre forskellige oxidationstilstande:Cr ⁰ , Cr ^III og en mere stærkt oxideret art, dvs. Cr ^V eller Cr ^VI . Dette er den første undersøgelse, der rapporterer en chromart, der er mere oxideret end Cr ^III i menneskeligt væv. Selvom det ikke var muligt for forskerne præcist at bestemme, hvilken stærkt oxideret tilstand der var til stede, den mest sandsynlige forklaring er en blanding af Cr ^III og Cr ^VI oxider.

Da enhver Kr ^VI frigivet fra implantatet ville være blevet reduceret i blodet, før det nåede nogen organer, det er usandsynligt, at de stærkt oxiderede Cr-partikler kom direkte fra implantatet. Det er mere sandsynligt, at Cr ^III blev genoxideret til Cr ^VI inde i kroppen. Prøverne, hvori disse stærkt oxiderede tilstande blev fundet, kom fra to patienter med diabetes, og det er muligt, at den øgede produktion af reaktive oxygenarter forbundet med diabetes (og andre kroniske sygdomme) kunne have fremmet oxidation af Cr ^III fra implantatet til højere valenstilstande.

Der er begrænset evidens for en øget risiko for kræft hos patienter, der har gennemgået en hofteudskiftning. Imidlertid, de fleste af de tidligere undersøgelser lider af en kort opfølgningstid, hvilket kan være utilstrækkeligt til at opdage eventuelle maligne forandringer. Med flere yngre patienter anbefalet at have ledudskiftninger, der vil være et stigende antal patienter udsat for implantatmaterialer i 30 år eller længere. Yderligere toksikologiske undersøgelser, herunder patienter med kronisk sygdom, er nødvendige for at bekræfte disse foreløbige resultater, og for at afgøre, hvilke patienter der kan have en højere risiko for vævsskade og kræft.