La sostituzione dell'anca è considerata uno degli interventi ortopedici di maggior successo, con 75, 000 eseguiti ogni anno dal solo NHS. Però, gli impianti utilizzati per sostituire le anche contengono metalli, come cromo e cobalto, potenzialmente tossici e che possono depositarsi nei tessuti intorno al sito implantare a causa dell'usura e della corrosione. Un team di ricercatori ha utilizzato la spettroscopia di assorbimento dei raggi X (XAS) sulla linea di luce I18 per dimostrare che questi metalli possono anche trovare la loro strada nei tessuti degli organi. I loro risultati suggeriscono che le malattie croniche, come il diabete, può creare condizioni in cui il cromo trivalente leggermente tossico (Cr ^III ) le particelle delle articolazioni sostitutive vengono riossidate all'interno del corpo per formare cromo esavalente cancerogeno (Cr ^VI ). I loro risultati sono stati pubblicati nel Journal of Trace Elements in Medicine and Biology .

Metalli in movimento

Le operazioni di sostituzione dell'anca hanno oltre cento anni di storia, con i primi tentativi registrati che hanno avuto luogo in Germania nel 1891. Il pionieristico chirurgo inglese George McKee è stato il primo a utilizzare regolarmente le articolazioni dell'anca metallo su metallo (MOM), negli anni Cinquanta, e Sir John Charnley alla Manchester Royal Infirmary ha aperto la strada alla moderna tecnica di sostituzione dell'anca nei primi anni '60. Gli impianti MOM sono diventati impopolari negli anni '70 quando le operazioni di follow-up hanno trovato particelle metalliche nei tessuti intorno all'impianto. Gli impianti metallo su polietilene (MOP) sono ora il tipo più utilizzato.

Sebbene ricerche precedenti abbiano stabilito che le particelle metalliche della lega di cobalto-cromo (CoCr) possono essere trovate nei tessuti che circondano l'impianto, poco lavoro è stato fatto sugli effetti sui tessuti sistemici o d'organo. Questo studio è stato il primo a combinare l'uso della micro fluorescenza a raggi X e della spettroscopia di assorbimento a micro raggi X per sondare la distribuzione e la forma chimica del cobalto, cromo e titanio in campioni di tessuto d'organo da pazienti a cui erano stati dati impianti di anca MOP.

Potenziale tossico

La lega CoCr viene utilizzata negli impianti medici perché sulla sua superficie si forma uno strato di passivazione ricco di ossido di cromo, proteggendo il metallo sottostante dalla corrosione. Però, questa pellicola protettiva può essere danneggiata dall'usura e dalla corrosione una volta che l'impianto è all'interno del corpo.

Il cobalto degli impianti può essere trovato in due forme all'interno del corpo, essendo il suo stato bivalente (CoII) più tossico di quello metallico (Co ⁰ ) stato. Livelli elevati di cobalto nel sangue sono legati a disturbi neurologici, cardiomiopatia e ipotiroidismo.

Il cromo ha tre stati predominanti:metallico (Cr0), trivalente (Cr ^III ) ed esavalente (Cr ^VI ). Il cromo trivalente è leggermente tossico, ma i composti di cromo esavalente sono fortemente cancerogeni e causano danni ai reni.

Un team di ricercatori ha utilizzato campioni di tessuto del fegato, milza e cuore di cinque pazienti che avevano subito una sostituzione dell'anca. Il lavoro preparatorio ha guidato la scelta delle aree tissutali da esaminare in modo più approfondito mediante tecniche di sincrotrone. Hanno usato micro fluorescenza a raggi X per mappare gli elementi metallici, e spettri micro XAS acquisiti in modalità fluorescenza a causa delle basse concentrazioni di metalli nei campioni. L'utilizzo della parte XANES dello spettro ha consentito ai ricercatori di determinare gli stati metallici presenti. I vantaggi dell'utilizzo di un sincrotrone per questo lavoro includono la natura non distruttiva delle tecniche a raggi X, la loro sensibilità e la loro capacità di mappare vaste aree di tessuto.

Un possibile collegamento alla malattia cronica

Questa è stata la prima visita a Diamond per l'autrice principale Ilona Swiatkowska. Ha trovato il supporto del personale della linea di luce inestimabile, osservando che "lo scienziato della linea di luce Konstantin Ignatyev è rimasto fino a mezzanotte (nel fine settimana!) per assicurarsi che fossimo in grado di ottenere i migliori risultati possibili".

I risultati hanno mostrato la presenza di cromo in tre diversi stati di ossidazione:Cr ⁰ , Cr ^III e una specie più altamente ossidata, cioè Cr ^V o Cr ^VI . Questo è il primo studio a riportare una specie di cromo più altamente ossidata del Cr ^III nel tessuto umano. Sebbene non sia stato possibile per i ricercatori determinare con precisione quale stato altamente ossidato fosse presente, la spiegazione più probabile è una miscela di Cr ^III e Cr ^VI ossidi.

Dal momento che qualsiasi Cr ^VI rilasciato dall'impianto sarebbe stato ridotto nel sangue prima che raggiungesse qualsiasi organo, è improbabile che le particelle di Cr altamente ossidate provengano direttamente dall'impianto. È più probabile che Cr ^III è stato riossidato a Cr ^VI all'interno del corpo. I campioni in cui sono stati trovati questi stati altamente ossidati provenivano da due pazienti con diabete, ed è possibile che l'aumentata produzione di specie reattive dell'ossigeno associate al diabete (e ad altre malattie croniche) possa aver incoraggiato l'ossidazione del Cr ^III dall'impianto a stati di valenza più elevati.

Esistono prove limitate di un aumento del rischio di cancro nei pazienti che hanno subito una sostituzione dell'anca. Però, la maggior parte degli studi precedenti soffre di un breve tempo di follow-up, che potrebbe essere insufficiente per rilevare eventuali cambiamenti maligni. Con più pazienti più giovani si consiglia di sottoporsi a protesi articolari, ci sarà un numero crescente di pazienti esposti a materiali implantari per 30 anni o più. Ulteriori studi tossicologici, compresi i pazienti con malattie croniche, sono necessari per confermare questi risultati preliminari, e per determinare quali pazienti possono essere a maggior rischio di danno tissutale e cancro.