Höftprotesen anses vara en av de mest framgångsrika ortopediska ingreppen, med 75, 000 som utförs varje år enbart av NHS. Dock, implantaten som används för att ersätta höfterna innehåller metaller, som krom och kobolt, som är potentiellt giftiga och som kan deponeras i vävnader runt implantatstället på grund av slitage och korrosion. Ett team av forskare använde röntgenabsorptionsspektroskopi (XAS) på I18-strållinjen för att visa att dessa metaller också kan hitta sin väg in i organvävnader. Deras resultat tyder på att kroniska sjukdomar, som diabetes, kan skapa förhållanden där milt giftigt trevärt krom (Cr ^III ) partiklar från ersättningsleder återoxideras i kroppen för att bilda cancerframkallande sexvärt krom (Cr ^VI ). Deras resultat har publicerats i Journal of Trace Elements in Medicine and Biology .

Metaller i rörelse

Höftprotesoperationer har över hundra års historia, med de tidigaste registrerade försöken som ägde rum i Tyskland 1891. Den banbrytande engelske kirurgen George McKee var den första som använde metall-på-metall (MOM) höftleder på en regelbunden basis, på 1950-talet, och Sir John Charnley vid Manchester Royal Infirmary var pionjärer för den moderna höftprotestekniken i början av 1960-talet. MOM-implantat blev impopulära på 1970-talet när uppföljningsoperationer hittade metallpartiklar i vävnaderna runt implantatet. Metall-på-polyeten (MOP) implantat är nu den mest använda typen.

Även om tidigare forskning har fastställt att metallpartiklar från kobolt-krom (CoCr) legeringen kan hittas i vävnader som omger implantatet, lite arbete har gjorts på effekterna på systemiska eller organiska vävnader. Denna studie var den första som kombinerade användningen av mikroröntgenfluorescens och mikroröntgenabsorptionsspektroskopi för att undersöka distributionen och den kemiska formen av kobolt, krom och titan i organvävnadsprover från patienter som fått MOP-höftimplantat.

Giftig potential

CoCr-legering används i medicinska implantat eftersom ett kromoxidrikt passiveringsskikt bildas över dess yta, skyddar den underliggande metallen från korrosion. Dock, denna skyddsfilm kan skadas av slitage och korrosion när implantatet väl är inuti kroppen.

Kobolt från implantat kan hittas i två former inuti kroppen, där dess tvåvärda (CoII) tillstånd är giftigare än det metalliska (Co ⁰ ) stat. Förhöjda nivåer av kobolt i blodet är kopplade till neurologiska besvär, kardiomyopati och hypotyreos.

Krom har tre dominerande tillstånd - metalliskt (Cr0), trivalent (Cr ^III ) och hexavalent (Cr ^VI ). Trevärt krom är milt giftigt, men sexvärda kromföreningar är starkt cancerframkallande och orsakar njurskador.

Ett team av forskare använde vävnadsprover från levern, mjälte och hjärta hos fem patienter som genomgått en höftprotes. Förberedande arbete styrde valet av vävnadsområden som skulle undersökas mer grundligt med hjälp av synkrotrontekniker. De använde mikroröntgenfluorescens för att kartlägga de metalliska elementen, och mikro-XAS-spektra förvärvade i fluorescensläge på grund av de låga koncentrationerna av metaller i proverna. Genom att använda XANES-delen av spektrumet kunde forskarna bestämma vilka metalliska tillstånd som finns. Fördelarna med att använda en synkrotron för detta arbete inkluderar den oförstörande karaktären hos röntgentekniker, deras känslighet och deras förmåga att kartlägga stora vävnadsområden.

En möjlig koppling till kronisk sjukdom

Detta var det första besöket på Diamond för huvudförfattaren Ilona Swiatkowska. Hon tyckte att stödet från strållinjepersonalen var ovärderligt, noterar att "strålelinjeforskaren Konstantin Ignatyev stannade till midnatt (i helgen!) för att se till att vi kunde få bästa möjliga resultat."

Resultaten visade närvaron av krom i tre olika oxidationstillstånd:Cr ⁰ , Cr ^III och en mer starkt oxiderad art, dvs Cr ^V eller Cr ^VI . Detta är den första studien som rapporterar en kromart som är mer oxiderad än Cr ^III i mänsklig vävnad. Även om det inte var möjligt för forskarna att avgöra exakt vilket starkt oxiderat tillstånd som var närvarande, den mest troliga förklaringen är en blandning av Cr ^III och Cr ^VI oxider.

Eftersom någon Cr ^VI frigörs från implantatet skulle ha reducerats i blodet innan det nådde några organ, det är osannolikt att de starkt oxiderade Cr-partiklarna kom direkt från implantatet. Det är mer troligt att Cr ^III återoxiderades till Cr ^VI inuti kroppen. Proverna där dessa starkt oxiderade tillstånd hittades kom från två patienter med diabetes, och det är möjligt att den ökade produktionen av reaktiva syrearter associerade med diabetes (och andra kroniska sjukdomar) kunde ha uppmuntrat oxidation av Cr ^III från implantatet till högre valenstillstånd.

Det finns begränsade bevis för en ökad risk för cancer hos patienter som har genomgått en höftprotes. Dock, de flesta av de tidigare studierna lider av kort uppföljningstid, vilket kan vara otillräckligt för att upptäcka eventuella maligna förändringar. Med fler yngre patienter som rekommenderas att ersätta leder, det kommer att finnas ett ökande antal patienter som exponeras för implantatmaterial i 30 år eller längre. Ytterligare toxikologiska studier, inklusive patienter med kronisk sjukdom, behövs för att bekräfta dessa preliminära fynd, och för att avgöra vilka patienter som kan ha en högre risk för vävnadsskada och cancer.