Metallionenivåer i blod fra pasienter med metall-mot-metall-hofteprotese

Paul Johan Høl, Geir Hallan, Kari Indrekvam Om forfatterne
Artikkel

Metall-mot-metall-hofteproteser (også kjent som MoM-proteser, metal-on-metal), der både leddhodet og hofteskålen er av metall, har vært i bruk siden 1960-årene. Protesene kom både som totalproteser med stamme, med enten store eller små hoder (≤ 32 mm), og som skallprotese uten stamme (1). Med en vanlig hofteprotese fjernes leddhodet og det meste av lårhalsen, og dette erstattes med en protese som har mindre hodediameter, og som festes inne i lårbenets marghule. Leddflatene er da oftest av metall-mot-polyetylen eller av keramikk. Med skallproteser, derimot, beholdes lårhalsen og det meste av leddhodet, og leddhodet får en ny overflate av metall. Det nye leddhodet har da samme størrelse som det opprinnelige og ledder mot en kopp laget av det samme materialet, vanligvis en kobolt-krom-molybden-legering. Birmingham hip resurfacing-skallprotese, heretter omtalt som BHR-protese, ble utviklet i 1990-årene (figur 1) (2). Protesen skulle gi bedre stabilitet og bevegelighet i hofteleddet enn en konvensjonell protese, og redusere problemet med polyetylenslitasje og osteolyse (3).

Figur 1 En Birmingham hip resurfacing-skallprotese (Smith and Nephew, Warwick, England), her satt inn i en hoftemodell, har metall-mot-metall-leddflater der «kopp» og «hode» består av en kobolt-krom-molybden-legering med 66 % Co, 26,5–30 % Cr, 4,5–7,0 % Mo, < 1 % Ni, Mn og Fe, og < 0,35 % C, i henhold til ISO-standard 5832. Bilderettigheter: Biomatlab, Haukeland universitetssjukehus.

Mellom 1987 og 2013 ble det ifølge Nasjonalt register for leddproteser satt inn 485 skallproteser i Norge, hvorav 466 BHR-proteser (4, 5). I flere land ble det oppdaget økt forekomst av uheldige vevsreaksjoner som førte til krevende reoperasjon av metall-mot-metall-proteser. Cystedannelse, ofte omtalt som pseudotumorer (6), aseptiske lymfocytt-dominerte vaskulitt-assosierte lesjoner (ALVAL) (7) og uønskede vevsreaksjoner fra metallpartikler og ioner (ARMD, adverse reactions to metal debris) (8) er alle termer som har blitt brukt til å beskrive potensielt skadelige reaksjoner på metallslitasjeprodukter frigjort fra bæreflatene til slike proteser. Revisjonsraten for flere typer skallproteser var høy, dels på grunn av disse vevsreaksjonene, dels på grunn av andre komplikasjoner som lårhalsbrudd og proteseløsning (9). Disse komplikasjonene førte etter hvert til en rask reduksjon i bruken av slike proteser (2). I mange land, inkludert Norge, stoppet bruken av metall-mot-metall-proteser helt i 2013.

Det er vist at det er en sammenheng mellom konsentrasjonen av metallioner i blodet og lokale vevsreaksjoner. Derfor er det anbefalt å måle metallionekonsentrasjonen i blodet hos utvalgte pasienter med metall-mot-metall-proteser, og i Norge er det satt en grenseverdi på 7 μg/L (10).

Systemiske effekter, slik som nevrologiske problemer, synsforstyrrelser, hørselstap, hukommelsessvikt og depresjon (11) samt kardiomyopati (12) er sjeldne, men rapportert hos pasienter med enkelte typer metall-mot-metall-proteser ved toksiske nivåer av spesielt kobolt (13).

Målet med denne studien var å analysere frigjøringen av metallioner i løpet av de første fem årene hos pasienter med BHR-protese. I tillegg ønsket vi å se om spormetallnivåene hadde sammenheng med kliniske komplikasjoner som smerte og redusert klinisk funksjon samt reoperasjoner.

Materiale og metode

Etikk

Studieprotokollen ble godkjent av regional komité for medisinsk og helsefaglig forskningsetikk (REK Vest, nummer 2010/2817). Skriftlig informert samtykke ble innhentet fra pasientene før første blodprøvetaking. Studien ble utført på avidentifiserte prøver.

Pasienter

44 mannlige pasienter ved Kysthospitalet i Hagevik i perioden oktober 2009–mai 2013 ble inkludert og fulgt prospektivt (tabell 1). Medianalder var 53 år (min.–maks. 36–69 år). 36 pasienter fikk BHR-protese i den ene hoften, mens 8 hadde BHR-proteser i begge hoftene.

Tabell 1

Pasienter med unilateral og bilateral BHR-protese operert på Kysthospitalet i Hagevik i perioden oktober 2009–mai 2013. Median (min.–maks.) alder, protesestørrelse, helningsvinkel (inklinasjonsvinkel) på koppen og hoftefunksjonsskårer fem år etter operasjon.

Pasienter med unilat./bilat. BHR-protese, n

36/8

Alder, år

53 (36–69)

Hodestørrelse, mm

54 (46–64)

Koppstørrelse, mm

60 (54–66)

Helningsvinkel, °

38 (29–49)

Harris’ hofteskår

96 (61–100)

Oxford-hofteskår

13 (12–31)

Den vanligste indikasjonen for operasjonen var primær artrose (n = 30) etterfulgt av sekundær artrose (n = 11).

Klinisk vurdering

Klinisk vurdering av proteseleddet ble gjort med to validerte hofteskårer: Harris’ hofteskår og Oxford-hofteskår. Harris’ hofteskår ble registrert av lege. Denne består av kategoriene smerte, funksjon, bevegelse i leddet og deformitet av leddet. Skårene fra de ulike kategoriene summeres, og optimal skår er 100 poeng, mens 0 poeng er dårligste skår (14). Oxford-hofteskår bygger på et skjema med tolv spørsmål som måler funksjon og smerte, og som fylles ut av pasienten. Optimal skår er 12 poeng, mens dårligste skår er 60 poeng (15).

Størrelsen på protesen ble individuelt tilpasset hver pasient. Det ble tatt røntgenbilder av bekkenet og hoften hos alle pasienter innen en uke etter operasjon, og koppens helningsvinkel ble målt i programvaren Sante DICOM Editor. Kliniske data om pasienter og protesekomponenter er hentet fra medisinsk journal ved sykehuset og kontrollert mot data fra Nasjonalt register for leddproteser.

Analyse av kobolt- og kromnivåer i helblod

Blodprøver ble samlet inn før kirurgi og deretter etter tre måneder, ett år, tre år og fem år.

Blod ble trukket fra en vene i underarmen med venekateter (Becton Dickinson Venflon Pro) og lagret ved −20 °C i metallfrie polypropylenrør (VWR). Før analysen ble 1,5 mL helblod brutt ned i et mikrobølgeassistert system (Milestone 1200 Mega), tilsatt 3 mL 60 % ultraren HNO3 og 2 mL 30 % H2O2 (Merck) og fortynnet med dobbeltdestillert, avionisert vann (MilliQ).

Konsentrasjonen av kobolt og krom i helblod ble analysert med induktivt koblet plasma-massespektrometri (ICP-MS) (Thermo Scientific Element XR).

Deteksjonsgrensen var 0,04 μg/L for kobolt og 0,11 μg/L for krom. Nøyaktigheten av analysemetoden ble overvåket ved hjelp av et referansemateriale (Seronorm Trace Elements Whole Blood L-2).

Statistisk analyse

Dataene ble analysert ved hjelp av ikke-parametriske statistiske metoder med programvaren GraphPad Prism 8. Resultater oppgis her med medianverdi og laveste og høyeste verdi. Sammenligning mellom preoperative og postoperative metallkonsentrasjoner på pasientnivå ble gjort med Wilcoxons test for pardata. Korrelasjon mellom blodmetallnivået etter fem år og andre parametere (helningsvinkel, hodestørrelse, kliniske skårer) ble vurdert ved Spearmans rangkorrelasjonskoeffisient (rSp) hos pasientene med unilateral protese. Fem blodprøver med krom-konsentrasjon under deteksjonsgrensen ble tildelt en verdi på halvparten av deteksjonsgrensen. Det statistiske signifikansnivået ble definert som p < 0,05.

Resultater

Blodmetallnivåer

Konsentrasjonen av kobolt (figur 2a og tabell 2a) og krom (figur 2b og tabell 2b) i blod økte fra operasjonstidspunktet til ett år etter operasjon (p < 0,001) både for pasientene med unilateral og for pasientene med bilateral protese (tabell 2). Verken konsentrasjonen av kobolt (p = 0,057) eller krom (p = 0,261) endret seg signifikant mellom ett og fem år etter operasjon.

Figur 2 Konsentrasjon av a) kobolt (Co) og b) krom (Cr) i helblod (μg/L) ved alle måletidspunkter (Pre = preoperativt (n = 34), etter tre måneder (n = 29), etter ett år (n = 26), etter tre år (n = 31) og etter fem år (n = 27)) hos pasienter med unilateral BHR-protese (n = 36). Svarte horisontale streker indikerer median og kvartiler. Stiplet linje viser grenseverdien i Norge (7 μg/L).

Tabell 2a

Antall blodprøver tilgjengelig og konsentrasjoner i helblod, representert ved median og laveste og høyeste verdi, av kobolt hos pasienter med unilaterale (Uni) og bilaterale (Bilat) BHR-proteser ved alle måletidspunktene (før operasjon og tre måneder, ett år, tre år og fem år etter). Kobolt i helblod (μg/L).

Preoperativt

3 md.

1 år

3 år

5 år

Uni

Bilat

Uni

Bilat

Uni

Bilat

Uni

Bilat

Uni

Bilat

Antall blodprøver

34

8

29

5

26

6

31

5

27

7

Median (min.–maks.)

0,14 (0,02–0,71)

0,84 (0,05–2,75)

1,19 (0,43–5,78)

3,72 (0,46–14,98)

1,45 (0,62–15,16)

3,20 (1,17–20,16)

1,45 (0,10–4,68)

3,25 (2,15–15,26)

1,10 (0,36–6,32)

2,29 (1,55–28,53)

Tabell 2b

Antall blodprøver tilgjengelig og konsentrasjoner i helblod, representert ved median og laveste og høyeste verdi, av krom hos pasienter med unilaterale (Uni) og bilaterale (Bilat) BHR-proteser ved alle måletidspunktene (før operasjon og tre måneder, ett år, tre år og fem år etter). Krom i helblod (μg/L).

Preoperativt

3 md.

1 år

3 år

5 år

Uni

Bilat

Uni

Bilat

Uni

Bilat

Uni

Bilat

Uni

Bilat

Antall blodprøver

34

8

29

5

26

6

31

5

27

7

Median (min.–maks.)

0,23 (0,05–1,55)

1,17 (0,05–3,23)

1,25 (0,05–6,39)

3,18 (0,05–12,32)

1,70 (0,36–10,63)

2,93 (1,34–11,07)

1,71 (0,66–5,30)

3,05 (2,71–10,07)

1,41 (0,40–11,7)

2,56 (1,65–14,07)

Fem pasienter hadde kobolt- og/eller kromkonsentrasjon over den nasjonale grenseverdien på 7 μg/L ved minst ett av måletidspunktene postoperativt. Tre av disse hadde bilateral protese. Den høyeste koboltkonsentrasjonen som ble observert, var på 28,5 μg/L, og hos den samme pasienten fant vi også den høyeste kromkonsentrasjonen (14,1 μg/L).

Det var korrelasjon (rSp = 0,77; p < 0,001) mellom konsentrasjonen av kobolt og krom i helblod hos pasienter med unilateral protese fem år etter operasjon (figur 3).

Figur 3 Korrelasjonsplott av konsentrasjonen av kobolt (Co) og krom (Cr) fem år etter operasjon for pasientene med unilateral protese (n = 27) (rSp = 0,77; p < 0,001). Heltrukket linje viser trend, stiplete linjer viser 95 % konfidensintervall. rSp = Spearmans rangkorrelasjonskoeffisient.

Kliniske funn

Harris’ hofteskår bedret seg fra 60 poeng (36–91 poeng) preoperativt til 96 poeng (61–100 poeng) etter fem år. Median Oxford-hofteskår forbedret seg fra 33 poeng (21–45 poeng) til 13 poeng (12–31 poeng) fem år etter inngrepet.

Vi fant ingen korrelasjon mellom de kliniske skårene hos pasientene med unilateral protese og metallnivåene i blod fem år etter operasjon. De fem pasientene med metallnivåer over grenseverdien på 7 μg/L hadde median Harris’ hofteskår på 97 poeng (93–100 poeng) fem år etter inngrepet.

Det var fem reoperasjoner i løpet av femårsperioden, på grunn av smerter (n = 3), proteseløsning (n = 1) og pseudotumor (n = 1), der alle pasientene hadde metallnivåer under grenseverdien på 7 μg/L.

Protesehodestørrelse, helningsvinkel og korrelasjon med metallnivå

Median hodestørrelse var 54 mm (46–64 mm), og bare én femurkomponent var mindre enn 50 mm (tabell 1).

Median helningsvinkel for protesekoppene var 38°, og vinkelen varierte mellom 29° og 49°, hvilket er innenfor anbefalt område i faglitteraturen.

Vi fant ingen statistisk signifikant korrelasjon mellom metallioneverdiene fem år etter operasjon og protesens hodestørrelse eller koppens helningsvinkel.

Diskusjon

I denne studien nådde pasientene en topp i metallkonsentrasjon i blod etter ett år. Deretter holdt verdiene seg på dette nivået ved målinger etter tre og fem år. Medianverdiene er godt under den norske grenseverdien på 7 μg/L og er sammenlignbare med nivåene rapportert i andre studier av pasienter med BHR-protese (2, 16). I en multisenterstudie med 416 pasienter med BHR-protese fant man en mediankonsentrasjon i helblod på 1,4 μg/L for kobolt og 1,29 μg/L for krom hos pasientene med unilateral protese, og 2,1 μg/L for kobolt og 2,3 μg/L for krom hos pasientene med bilateral protese (17).

Bare fem pasienter i vår studie hadde verdier som var høyere enn den norske grenseverdien. Alle fem hadde gode kliniske resultater vurdert ved hofteskårer, men de anses å være i risikosonen for å utvikle pseudotumor og følges derfor tett.

Metallionenivå i blod brukes som en indikator for mulige komplikasjoner knyttet til leddprotesen, men sensitivitet og spesifisitet i så måte er relativt lav (18), hvilket til en viss grad illustreres av våre funn.

I vår studie ble 5 av 44 pasienter reoperert, og 4 av de reopererte pasientene fikk skiftet protesen uten objektive funn som tydet på pseudotumor. Alle de reopererte pasientene hadde metallnivåer under grenseverdien på 7 μg/L.

Samlet revisjonsgrad av skallproteser (hovedsakelig BHR-proteser) er vist å ligge på gjennomsnittlig 5 % (95 % konfidensintervall 3,0 til 7,0 %) etter fem år i Norge (5). Til sammenligning hadde standard totale hofteproteser en lavere revisjonsrisiko på 3,8 % (95 % KI 3,6 til 4,0 %) etter fem år (5).

Det er få langtidsstudier som dokumenterer levetiden av BHR-proteser over ti år. I en retrospektiv studie av 95 personer med BHR-protese fant man en samlet revisjonsgrad på 12 % med ti års oppfølging (16). Revisjonsgraden var høyere hos kvinner (16 %) enn hos menn (7 %). Det australske registeret rapporterte 6,6 % revisjon av BHR-proteser med ti års oppfølging. Andre skallproteser, slik som ASR-protesen (articular surface replacement, DePuy), har hatt langt dårligere resultater, med opptil 30 % reoperasjoner etter ti år, trolig på grunn av designforskjeller som gir økt metallfrigjøring (19).

Det er beskrevet risikofaktorer for å utvikle pseudotumorer og andre vevsreaksjoner hos pasienter med metall-mot-metall-hofteproteser. I tillegg til pasienter med forhøyede konsentrasjoner av kobolt og krom i blod har kvinner og pasienter med mindre femurhodestørrelser (< 50 mm diameter) og høy helningsvinkel (> 50°) på protesekoppen økt risiko (20). Det har vært hevdet at lokalisert kantslitasje mellom hode og kopp ved høy helnings- eller anteversjonsvinkel på koppen gir en økning av metallionenivåer (8). I vår studie er både kopp-posisjonering og komponentstørrelse innenfor akseptable grenser. Kun én protese hadde hodestørrelse mindre enn 50 mm.

I Norge anbefaler Nasjonal kompetansetjeneste for leddproteser og hoftebrudd at sykehusene følger opp pasienter med alle typer metall-mot-metall-proteser som har hodediameter over 32 mm, regelmessig gjennom protesens levetid (10). Kontrollhyppigheten varierer med pasientens kjønn (kvinner følges tettere), leddhodets størrelse (små leddhoder følges tettere) og protesens dokumenterte langtidsresultater. Vanlige røntgenbilder suppleres med måling av metaller i fullblod, og dersom det er funn ved disse undersøkelsene eller klinisk mistanke (smerter, palpabel oppfylling, reduksjon i funksjon), suppleres det med MR-undersøkelse, alternativt ultralyd (5).

Grenseverdier for konsentrasjon av kobolt og krom i blod som indikerer økt risiko for vevsreaksjoner og reoperasjon, har vist seg vanskelige å fastsette, og det er ingen konsensus om disse grensene (17). I de fleste europeiske land, inkludert Norge, er grenseverdien satt til 7 μg/L (10). Noen har valgt lavere grenseverdi, helt ned i 3 μg/L (5). Lavere grense gir naturlig nok dårligere spesifisitet. Dette er en pågående diskusjon.

Økt pseudotumorvolum, dårligere hoftefunksjonsskår og bilateral metall-mot-metall-protese har også blitt assosiert med fremtidig reoperasjon (5). Det trengs derfor ytterligere kartlegging av sammenhengen mellom metallionenivå og biologiske årsaksmekanismer for utvikling av vevsreaksjoner.

En svakhet med studien er at kun menn ble inkludert. Ved studiestart var det vist at kvinner hadde dårligere resultater med slike proteser, og protesen ble bare benyttet på menn i inklusjonsperioden. Styrken er at det er en prospektiv studie med preoperative målinger og flere postoperative oppfølginger av en kohort fra samme sykehus. Kohorten utgjør ca. 10 % av alle pasienter som har fått BHR-protesen i Norge.

Forfatterne takker Helse Vest RHF, Helse Bergen HF, Grieg Foundation, Annlaug Drange Steinsland, Roel Bierling, fysioterapeutene ved Kysthospitalet i Hagevik, Irene Ohlen Moldestad, Siv Hjorth Dundas, Nasjonalt register for leddproteser og alle studiedeltakerne.

Artikkelen er fagfellevurdert.

Anbefalte artikler