L'intolérance aux débris d'usure des prothèses

Summary

Intolerance to the products of wear of total hip prostheses made of Stellite has been examined questioning whether this was due to allergy, foreign body reaction or toxicity.

Follow up of more than 1,500 total hip prostheses made of Stellite has shown atypical loosening in 30 cases, all requiring further operation. The loosening was aseptic and non-mechanical (there being good initial bonding of the prosthesis and no special change in frictional torque), but between the cement and the bone lay a thick structually weak ‘pannus’ made up of macrophages containing metallic particles.

The amount of periprosthetic metallic debris has been measured, its presence inside the macrophages proved by optical and electronic microscopy and its nature analysed by micropobes.

Finally, the following features have male up a comprehensive immunological study at the time of further operation, when the Stellite prosthesis has been replaced by a steel and polyethylene combination:

• -Variations in repeated pre- and post-operative estimations of the levels of circulating immune-complexes (precipitation by polyethylene glycol and haemolytic complement consumption tests), and of the III and IV fractions of serum complement;

• -Immunofluorescence studies of periprosthetic tissues (both extra- and intra-cellular). These investigations, associated with the detection of skin sensitivity and conventional histological findings, suggest that the occurrence of ‘pannus’ as the cause of loosening, is usually due to flocking of macrophages which phagocytose the metallic wear debris. This mechanism could be associated not only with the abundance, but also with the size of wear debris. The macrophage ‘pannus’ is likely to produce its effect as well because of poor mechanical properties at the interface than by the release of proteolytic enzymes of lyzosomal origin when the macrophages die.

Exceptionally (3 cases), necrosis of periprosthetic tissues, with a histological appearance consistent with an allergic reaction — type III —, has been found.

As a rule the loosening of Stellite prostheses does not seem to be associated with immunological mechanisms. However, it makes fundamental sense that the existence of sensitivity to particles of wear makes it important that any biomaterial to be used in prothetic arthroplasty, passes satisfactorily the comprehensive immunological tests that we have defined, before it is accepted for clinical use.

Résumé

L'intolérance aux débris d'usure des prothèses en stellite (à propos de 30 cas réopérés) a été examinée: est-elle dûe à une allergie, une réaction à corps étranger, ou une toxicité?

La surveillance de 1500 prothèses totales de hanche en stellite a révélé 30 descellements d'aspect atypique qui ont nécessité une réintervention. Celle-ci a révélé que ces descellements étaient aseptiques, non liés à des facteurs mécaniques (bonne fixation initiale de la prothèse, pas d'élévation significative du couple résistant). Ils étaient liés à l'existence, entre le cimennet l'os, d'un «pannus» épais et de mauvaise résistance mécanique, constitué de macrophages contenant des débris métalliques.

La quantité de débris métalliques périprothètiques a pu être mesurée; leur présence à l'intérieur des macrophages a été mise en évidence par la microscopie optique et électronique, et leur nature a été analysée à l'aide de microsondes.

Une étude immunologique assez détaillée a été réalisée à l'occasion du remplacement des prothèses en stellite par des prothèses en acier/polyéthylène:

• -modifications, à l'occasion d'examens répétés, pré- et post-operatoires, du taux des immuns-complexes circulants (précipitation par le polyéthylène glycol et test par hémolyse de la consommation du complément), ainsi que le dosage des fractions III et IV du complément;

• -étude en immunofluorescence des tissus périprothètiques (extra- et intra-cellulaire). Ces examens associés à la recherche de l'allergie cutanée et aux résultats des examens histologiques conventionnels, suggèrent que la survenue du «pannus», facteur du descellement, est en rapport avec l'abondance des macrophages, qui vont phagocyter les débris d'usure métalliques.

Ce mécanisme pourrait être en relation, non seulement avec l'abondance, mais avec la taille des ces débris d'usure. Le «pannus» macrophagique pourrait intervenir, aussi bien en raison des mauvaises qualités mécaniques à l'interface, que par la libération d'enzymes protéolytiques d'origine lyzosomiale, lors de la mort des macrophages.

Exceptionnellement (3cas) une nécrose des tissus périprothètiques, dont l'aspect peut être compatible avec une réaction allergique de type III, a été trouvée.

Cependant, en règle générale, le descellement des prothèses en stellite ne semble pas en rapport avec des mécanismes immunologiques.

L'existence d'une intolérance aux débris d'usure rend à nos yeux nécessaire que tous les nouveaux biomatériaux, distinés à être utilisés dans les arthroplasties, soient testés à l'aide du bilan détaillé que nous venons de définir, avant toute application clinique.