Biomateriali, biokompatibilnost, biorazgradljivost, terminologija, definicije in klasifikacija

Za reševanje vprašanj, povezanih z razvojem teh ali drugih reakcij z vsadki, ki se uporabljajo v travmatologiji in ortopediji, moramo pregledati osnovne pojme in definicije, ki se uporabljajo v medicinski znanosti o materialih. V skladu s priporočili organizacijskih odborov V in VI svetovni kongres o biomaterialov, opravljenih v letih 1998 in 2000, kot tudi Mednarodna organizacija za standardizacijo ISO (ISO / TR 9966) GOST P 51148-98 a biomateriali vključujejo nevzdržno material, namenjen za stik z živim tkivom za opravljanje funkcije medicinskih pripomočkov. Biološki material mora biti biokompatibilen in lahko biorazgradljive.

biokompatibilnost (BS) - je zagotoviti želeni odziv živega tkiva neživih biomaterialov. Je biokompatibilen material, ki ima sposobnost, da ustvari ustrezen odziv gostitelja, če je njegova specifična uporaba. Ta opredelitev je oblikovan na sestanku delovne skupine je potekal v Amsterdamu (Williams, 1987). Avtorji poudarjajo, da je biokompatibilnosti - ni popolna odsotnost strupenosti ali drugih negativnih lastnosti, in zahteva, da se material pri implantaciji obnašal primerno, tako za dokončanje naloge. VI Sevastyanov (1999), analizira razpoložljive informacije, izpostavlja naslednje osnovne lastnosti biokompatibilnih materialov:

• Biomateriali ne bi smela povzročati lokalne vnetne reakcije;
• Biomateriali ne bi smeli imeti toksične in alergijske učinke na telo;
• Biomateriali ne bi smeli imeti rakotvoren učinek;
• Biomateriali ne bi smele povzročiti razvoja okužbe;
• Biomateriali mora ohraniti funkcionalne lastnosti nad predvideno življenjsko dobo.

biokompatibilnih materialov in delovanje ali delovanje naprave skladno in dosledno, kadar so v stiku s telesom ali bioloških tekočinah brez povzročanja bolezni ali bolečine reakcije. Poudariti je treba, da ni biološki material, verjetno razen tistih, ki je pridobljen z genskim inženiringom in kloniranja, ne more biti popolnoma biokompatibilen. Še posebej, kolk vsadki, koleno, gleženj in drugih sklepih sčasoma izgubijo svoje biomehanske lastnosti. V postopku drgnjenja in ponovi ciklične obremenitve na komponentah proteza (plastika, kovinski deli, cement) tvorjen številni mikrodelci, ki jih je mogoče enostavno premikati po telesu, da blokira delovanje fagocitih in določen v jeter, ledvic in pljuč. Vse to lahko vodi do različnih vrst zapletov, do razvoj malignih tumorjev.

Zato je dejanska trenutna praksa, ki omogoča samo govoriti o obstoju relativno varne in biokompatibilnih biomaterialov. Ti lahko v telesu za daljše časovno obdobje, ki zadostuje, da opravlja svojo funkcijo, ne da bi v njej povzroča neželenih učinkov. Relativni biokompatibilnost raznih biomaterialov se lahko razlikujejo. To je sestavni indeks, zato je težko oceniti. V vsakem primeru, ki ga želite uporabiti svoj pristop in je treba obravnavati previdno, da dobljenih rezultatov (ISO / TR 9966: 1989 (E)).

Postopek razgradnja izvedljiva materiala, kadar so v stiku z živimi tkiv, celic in biološke (telesnih) tekočine se imenuje biorazgradnjo (DB). Mehanizem biorazgradnje lahko najrazličnejših - Korozija kovin kaltsiofosfatov fagocitozo in kolagen za kemično substitucijo na koralni hidroksiapatita.

biološko razgradljivih materialov in se naprava lahko delno ali popolnoma raztopi, makrofagi aktivirajo metabolne in biokemičnih procesov in / ali nadomeščena z živim tkivom absorbira.

Nasproti biorazgradnjo lastnost je biostabilni, ki označuje sposobnost materiala, da se uprejo v vnaprej določenem časovnem intervalu integriranega izpostavljenosti okolja in tkiv ohrani originalno fizikalno-kemičnih, mehanskih in bioloških in funkcionalne lastnosti.

Za opredelitev bioloških materialov vsajene v kostno tkivo, Osborn in Newesely (1980) je predlagal izraz: biotolerable, bioinert in bioaktivnih. Na 2. konferenci o biomaterialov (Chester, 1992), po poglobljeni razpravi, izbrano število novih opredelitev in pojasnitev obstoječe terminologije, ki se uporablja za karakterizacijo biomaterialov, ki se uporabljajo v travmatologiji in ortopediji.

biotolerable materiali vključiti v kosti skozi mehanizme oddaljenem osteogeneze. Tako so ločeni iz kostnega tkiva raste ogromen vlaknaste plasti. Kot lahko primeri takšnih snovi se vitalium ali metakrilatov, PMA, vitamini (Osborn, Hewesely, 1980- Bruijn, 1993).

bioinert materiali praktično ne interakcijo z okoliškimi tkivi, ne povzročajo nastanek vlaknene plasti in izražena stimulacijo ostegeneze. V tem primeru, lahko kost nastala v neposredni bližini vsadka površine. Primeri takih spojin lahko kermet iz titanovega oksida, vanadija, cirkonija in aluminija. Bioinert materiali na splošno na svoji površini zaščitni sloj, ki preprečuje izstop ionske vsadka in penetracija korozivnih molekul do nje iz okoliške biološki tekočini (Hench Wilson, 1993- Nevelos, 2000- Murakami s sod., 2000- Mu sod ., 2000- Villermaux, 2000).

Debelina vezivnega kapsule tkiva, ko dajemo bioinert material ne sme presegati 50 mikronov. Tako izrazito biološki odziv kosti (osteogeneze), mehke in limfnih tkivih praktično manifest (Thull, 1992).

Z teoretskih pozicij, bioinert gradiva ne bi smela opraviti spremembe v svoji sestavi in ​​fizikalno-kemijskih lastnosti ves čas preživel v telesu ali bioaktivne okoljih. To so v glavnem predstavljajo dielektrikih, ki preprečuje nastanek elektrokemičnih in galvanskih pojavov okoli vsadka.

Vključevanje takih biomaterialov s kostmi je minimalen in se lahko izvede z vdorom veznega tkiva v mikropor izdelkov, katerih dimenzije so določene v končni analizi višine mehanskega zaklepanja. V praksi je ta postopek nekoliko drugačna, ker nekateri kovinskimi ioni v obliki mikrodelcev zaradi uničenja zaščitnega filma in deformacije pod bremeni, kljub temu vstopi v telo, ki lahko vodi do neželenih reakcij (Thull, 1996- Mu, 2000) .

Kako in kdaj glede na biokompatibilnosti bioaktivnih snovi, je treba še enkrat poudariti, da noben material za vsaditev v živo tkivo ni inerten. Na vmesnik med tkivnim vsadkom je odgovor, ki je odvisna od mnogih dejavnikov.

pod bioaktivnih materialov (BAM) je mišljen biomaterialov, namenjenih za njihovo vezavo na biološke sisteme za povečanje učinkovitosti zdravljenja, izobraževanja ali substitucijo koli tkivo, organ med izvajanjem določenih funkcij organizma (Williams et al., 1992). Trenutno med družino BAM razlikovati 5 glavnih kategorij:

1. Kaltsiofosfatnaya keramika.
2. Steklo in keramika.
3. Bioaktivne polimerov.
4. Bioaktivnih geli.
5. Kompoziti.

Skupna značilnost vseh bioaktivnih vsadkov uporabljenih v travmatologiji in ortopediji je tvorba karbonat hidroksiapatita (CHA) plast na površini med implantacijo. KGA enakovredne sestave in strukture mineralne faze kosti. KGA plast raste v polikristaličnih aglomerate obliki, ki so vključeni v kolagenskih vlaken. Zaradi tega je vezava anorganskih površin z organskimi komponentami implantata tkiva. Tako je vmesnik med vsadkom in kostno bioaktivnih skoraj identičen naravni vmesnik med kosti in kite in vezi. Biomehanske lastnosti takega biomateriala najbolj podobna naravnim stresne gradiente od drugih BM (Groot, 1981, 1993- Jarcho, 1981, 1993- Hennch et al., 1984- Kokaburo, 1992- Neo et al., 1992- Okumura, 1992) .

Dejavniki, ki vplivajo na biološki odziv na vmesniku med ortopedskega vsadka in okoliško tkivo

Na mehanizma tvorbe apatita plasti bioaktivnih snovi lahko razdelimo v tri skupine (Williams et al, 1992- Bruijn, 1993):

1. oblikovanje apatit in lastno biorazgradljivosti (hidroksiapatitov &beta - trikalcijev fosfat in podobno);
2. tvorbo apatita sloja ko nasičen okolje kalcijev fosfat in silicijev ione nastala iz materiala (geli in polimeri);
3. tvorbo apatita plast za absorpcijo kalcija in fosfatov ionov iz okoliških telesnih tekočinah in tkivih (steklo in steklene keramike).

V širšem smislu lahko bioaktivnost šteje kot lastnost, ki je značilna za učinek biomateriala za postavitev patofizioloških in morfoloških procesov v kontaktnem območju z biološko predmeta (Ermakova et al., 1990). Do neke mere ta položaj odmeva mnenja drugih avtorjev (Hench, Wilson, 1986), ki je namenjen za bioaktivnih materialov podrazreda površinsko aktivne snovi, ki tvori vez z implantata z okoliškim tkivom, ki ima del z mejno vsadek-kosti.

Z našega vidika, bioaktivne snovi v travmatologiji in ortopediji je sestavni kazalec in jih je treba oceniti, najprej z vidika njene sposobnosti za obdelavo integracijo s kostnega tkiva, z vključitvijo osteoconduction in osteoinduction mehanizmov. S tega vidika so najbolj optimalne bioaktivne snovi so tiste, ki so naravni metabolitov kosti, na primer kolagena, elastina, hidroksiapatita, itd trikaltsiofosfat Prevodne odraža sposobnost bioaktivnih snovi za oprijem, razširila po površini in ohranja širjenje ciljnih celic. Ko gre za kosti, mora bioaktivni material in kravato osteogenični celice, spodbujajo njihovo širitev zaradi migracije, chemokinesis na svoji površini, in podpira procese proliferacijo in diferenciacijo. Osteoinduktiven biomateriali sami spodbujajo tvorbo in rast kosti na vsadka površini.

V travmatologiji in ortopediji, nekateri avtorji prepoznajo druge skupine, imenovane kosteosvyazyvayuschie Vsadki (CSI). Ti se lahko šteje kot podskupina bioaktivnih in biotolerable materialov, ki imajo sposobnost, da vzpostavi povezavo med biomateriala in kostne osnove (Williams, 1992- Hench, Wilson, 1993). V tej kosti lahko tkivo prodrejo v vsadka mehansko (mehansko spajanje), na primer z vraščanje v pore materiala. Ta postopek je pri uporabi poroznih materialov, kot koralnih opazili, kovine, pridobljene s prašno metalurgijo, kaltsiofosfatov, polimeri, itd Drug mehanizem je preko tvorbe kemijskih vezi med implantata in kosti. - Vezi med atomi opaziti, na primer, ko so nekateri polimeri in biostekol. Tretji način interakcija med vsadkom in kostnega tkiva je realiziran z vključitvijo biomateriala v strukturi kostnega tkiva s pomočjo biorazgradnje mehanizmov osteointegration in preoblikovanje (biološka vezava). Z vidika biomehanike, najbolj vzdržljiv in funkcionalen odnos daje le tretjo vrsto vsadkov, ki vključujejo kaltsiofosfatnye (ES) bioloških materialov (Groot, 1981 LeGeros, 1991).

Vsi zapleti, ki izhajajo iz vsaditvijo biomaterialov, ki se uporabljajo v ortopediji in travmatologiji, lahko razdelimo v dve širši razredov. Eden vključuje zapletov, ki izhajajo iz poškodbe vsadka materiala. Kot primer takih postopkov so koroziji, raztapljanje, biorazgradnje, utrujenost, deformacije, trenju, okvara materiala, itd

Druga vrsta zapletov zaradi kompleksnih bioloških procesov, ki se pojavljajo po materialu, vključno s splošnimi in lokalne reakcije na videz katere koli tuje telo. Naj nam najprej preučiti podrobneje biološke reakcije, ki se pojavljajo v telesu, ko dajemo vsadke.


AV Karpov VP Shakhov
Zunanji sistem za fiksiranje in regulatorni mehanizmi optimalno biomehanika