Biomaterijala, biokompatibilnost, biološka razgradnja, terminologija, definicije i klasifikacija

U cilju rješavanja pitanja vezanih za razvoj tih ili drugih reakcija na implantate koji se koriste u traumatologiji i ortopediji, moramo ispitati osnovne pojmove i definicije koji se koriste u medicinskoj znanosti o materijalima. Prema preporukama organizacijski odbori V i VI Svjetski kongres o biomaterijale, donesenih 1998. i 2000. godine, kao i Međunarodne organizacije za standardizaciju ISO (ISO / TR 9966) GOST P 51148-98 a biominerali uključivati ​​neodržive materijal namijenjen dodiru sa živim tkivom za obavljanje funkcije medicinskih uređaja. Biomaterial mora biti kompatibilno i može biti biorazgradivi.

biokompatibilnost (BS) - je pružiti željeni odgovor živo tkivo na neprimjenjivim biominerali. Je biokompatibilni materijal koji posjeduje sposobnost proizvodnje odgovarajućeg odgovora domaćina kada je specifičnu uporabu. Ova definicija je formuliran na sastanku radne skupine održan u Amsterdamu (Williams, 1987). Autori naglašavaju da je biokompatibilnosti - to nije potpuni izostanak toksičnosti ili druge negativne osobine, i zahtjev da je materijal u implantacije ponašao primjereno, čime dovršiti zadatak. VI Sevastyanov (1999), analizirajući dostupne informacije, ističe sljedeće osnovne karakteristike biokompatibilnih materijala:

• Biominerali ne bi trebala uzrokovati lokalne upalne reakcije;
• Biominerali ne bi trebali imati toksične i alergijske učinke na tijelo;
• Biominerali ne bi trebali imati kancerogeno djelovanje;
• Biominerali ne bi trebao izazvati razvoj infekcije;
• Biominerali mora održavati funkcionalna svojstva tijekom željenog radnog vijeka.

biokompatibilnih materijala i rad ili funkcija uređaja skladno i dosljedno u kontaktu s tijelom ili biološkim tekućinama ne uzrokuju bolesti ili boli reakcije. Treba naglasiti da niti biološki materijal, vjerojatno, osim onoga što se dobiva genetskim inženjeringom i kloniranjem, ne može biti apsolutno biokompatibilni. Konkretno, implantate za kuk, koljeno, gležanj i druge zglobove u vremenu gube biomehanička svojstva. U procesu trljanje i ponavlja cikličke opterećenja komponenti proteza (plastike, metalnih dijelova, cement) oblikovan niz mikročestica koje se mogu lako pomaknuti kroz tijelo blokirati funkciju fagocitnih stanica i utvrditi u jetri, bubrezima i plućima. Sve to može dovesti do raznih vrsta komplikacija, do razvoja malignih tumora.

Prema tome, stvarna trenutna praksa dopuštajući samo govoriti o postojanju relativno siguran i biokompatibilnih biomaterijala. Oni mogu biti u tijelu za dugo vremena, dovoljno da se obavljaju svoju funkciju, ne uzrokujući njemu nuspojava. Relativna biokompatibilnost za razne biomaterijala može biti različit. To je sastavni indeks, a to je teško kvantificirati. U svakom slučaju, da želite koristiti svoj pristup i tretirati s oprezom dobivenim rezultatima (ISO / TR 9966: 1989 (E)).

Proces raspadanja neviiabilni materijala u dodiru sa živim tkiva, stanica i biološke (tjelesnih) tekućina zove biološka razgradnja (DB). Mehanizam razgradnje može se najrazličitiji - korozije metala kaltsiofosfatov fagocitoze i kolagen se kemijske supstitucije na koralja hidroksiapatit.

biorazgradivi materijali i uređaj može biti djelomično ili potpuno ne otopi, apsorbira makrofaga aktiviraju metaboličkih i biokemijskih procesa i / ili zamijenjena s živo tkivo.

Nasuprot biorazgradnja svojstvo ina, koji karakterizira sposobnost materijala da se odupre u unaprijed određenom vremenskom intervalu integriranu izloženosti okoliša i tkiva, uz održavanje na izvorni fizikalno-kemijska, mehanička i biološka i funkcionalna svojstva.

Karakterizirati biomaterijala usađenih u koštano tkivo, Osborn i Newesely (1980) je predložio pojam: biotolerable, bioinert i biološki aktivne. Na 2. konferenciji o biomaterijale (Chester, 1992.), nakon pune rasprave, određeni broj novih definicija i objašnjenja postojećih terminologije koja se koristi za karakterizaciju biomaterijala koji se koriste u traumatologiji i ortopediji.

biotolerable materijali uključeni u kosti kroz mehanizme udaljene osteogeneze. Tako su odvojeni od koštanog tkiva rasti masivni vlaknaste sloj. Kao primjeri takvih tvari može biti vitalium ili metakrilata, PMA, vitamini (Osborn, Hewesely, 1980- Bruijn, 1993).

bioinert materijali praktički ne komunicirati s okolnim tkivima, ne uzrokuju stvaranje vlaknastog sloja i izrazio stimulacija osteogeneze. U tom slučaju, kost može biti formirana u neposrednoj blizini površini implantata. Primjeri takvih spojeva mogu se cermet titan oksida, vanadij, cirkonij, i aluminija. Bioinert materijali općenito imaju na svojoj površini zaštitni sloj koji sprječava izlaz ionskog implantata i prodiranje korozivnih molekula na njega iz okolnog biološkoj tekućini (Hench, Wilson, 1993- Nevelos, 2000.-Murakami i sur., 2000.-Mu sur ., 2000.-Villermaux, 2000).

Debljina čahure vezivnog tkiva kada se primjenjuju bioinert materijal ne smije biti veća od 50 mikrona. Tako izgovara biološki odgovor od kostiju (osteogeneze), mekana i limfnog tkiva praktično očituje (Thull, 1992).

S teorijskim pozicijama, bioinert materijali ne trebaju proći promjene u sastavu i fizikalno-kemijskih svojstava svih vremena provedenog u tijelu ili njene okoline. Oni su uglavnom zastupa dielektrika, koji sprečava pojavu elektrokemijskih i galvanske pojava oko implantata.

Integracija takvih biomaterijala s kosti je minimalan, a može se provoditi prodiranja vezivnog tkiva u mikropore članaka čije dimenzije određuju, u konačnoj analizi, magnitude mehaničkog zaključavanja. U praksi ovaj proces je nešto drugačija, jer su neki od metalnih iona u obliku mikročestica zbog uništenja zaštitnog filma i deformacije pod opterećenjima, ipak ulazi u tijelo, što može dovesti do nuspojava (Thull, 1996- Mu, 2000) ,

Kako i kada je s obzirom na biokompatibilnost bioaktivnih materijala, treba naglasiti još jednom da nema materijala za implantiranje u živo tkivo nije inertan. Na sučelju između tkiva-implantata postoji odgovor koji ovisi o mnogim čimbenicima.

ispod bioaktivne materijale (KM) je namijenjen biomaterijala namijenjen za njihovo vezanje na biološkim sustavima za povećanje učinkovitosti liječenja, obrazovanja ili supstituciju bilo koje tkivo, organ se tijekom izvođenja pojedinih funkcija organizma (Williams et al., 1992). Trenutno, među obitelji KM razlikovati 5 glavnih kategorija:

1. Kaltsiofosfatnaya keramike.
2. Staklo i stakleni keramike.
3. Bioaktivni polimeri.
4. Bioaktivni gel.
5. Spojeve.

Zajedničko obilježje svih bioaktivnih implantata koji se koriste u ortopediji i traumatologiji je formiranje karbonata hidroksiapatita (CHA) sloj na svojoj površini u implantacije. KGA isti sastav i strukturu mineralne faze kosti. KGA sloj raste u obliku polikristalnim aglomerate koji su uključeni u kolagenskih vlakana. Zbog toga, vezanje anorganskih površina sa organskim komponentama implantata tkiva. Dakle, sučelje između implantata i kosti biološki aktivne gotovo identičan prirodno sučelje između kostiju i tetiva i ligamenata. Biomehaničkim svojstvima takve biomaterial najviše odgovara prirodnim stupnjevima naprezanja od drugih BM (Groot, 1981, 1993- Jarcho, 1981, 1993- Hennch et al., 1984- Kokaburo, 1992.-Neo i sur., 1992.-Okumura, 1992) ,

Čimbenici koji utječu na biološki odgovor na sučelju između ortopedskih implantata i okolnog tkiva

Na mehanizam formiranja sloja apatita bioaktivnih materijala mogu se podijeliti u tri skupine (Williams et al, 1992.-Bruijn, 1993.):

1. formiranje apatita i vlastiti biorazgradnje (hidroksiapatit &beta - trikalcij fosfat i slično);
2. formiranje apatita sloja kad zasićeni okruženje kalcijevi fosfati i silicij iona proizlaze iz materijala (gelovi i polimere);
3. formiranje apatita sloj apsorpcijom kalcijevih i fosfatnih iona iz okolnih tjelesnim tekućinama i tkivima (stakla i staklene keramike).

U širem smislu, biološka aktivnost može se smatrati imovine, koja karakterizira utjecaj biomaterial za patofizioloških i morfoloških procesa u kontaktnoj zoni s biološkog objekta (Ermakova i sur., 1990). Donekle taj položaj ponavlja mišljenje ostalih autora (Hench, Wilson, 1986), koja je predviđena za bioaktivnih materijala podskupini površinski aktivnih tvari koje tvore vezu sa implantata s okolnog tkiva, koji ima graničnu dio implantata-kosti.

S naše točke gledišta, bioaktivni materijal traumatologije i ortopediji sastavni indikator i mora procijeniti, prije svega, sa stanovišta svojim mogućnostima na integraciju s koštanog tkiva, uz uključivanje i osteoconduction osteoindukciju mehanizama. S tog stajališta, najoptimalnije bioaktivni materijali su oni koji su prirodni metaboliti kosti, na primjer, kolagena, elastina, hidroksiapatit, itd trikaltsiofosfat Provođenje odražava sposobnost bioaktivnih materijala za prianjanje, proširila preko površine i održavanje proliferacije ciljnih stanica. Kada je riječ o kostima, bioaktivni materijal mora se dobro vezati osteogene stanice, promicati njihovo širenje zbog migracije, chemokinesis na njegovoj površini, a podržavaju procese proliferacije i diferencijacije. Osteoinduktivni biominerali sama potaknuti stvaranje i rast kosti na površini implantata.

U traumatologiji i ortopediji, neki autori identificiraju druge grupe nazvane kosteosvyazyvayuschie implantati (CSI). Oni se mogu smatrati kao podskupinu bioaktivnih i biotolerable materijala koji imaju sposobnost da uspostavi vezu između biomaterial i koštanog matriksa (Williams, 1992.-Hench, Wilson, 1993). U ovom koštanog tkiva može prodrijeti u implantata mehanički (mehanička veza), na primjer urastanje u pore materijala. Ovaj proces opažen je pomoću poroznih materijala kao što koralja metala dobivenog praha metalurgiji, kaltsiofosfatov, polimere, itd Drugi mehanizam je kroz formiranje kemijskih veza između implantata i kosti -. Chemical vezanja promatrane, na primjer, kada su određeni polimeri i biostekol. Način interakcija između trećeg implantata i koštanog tkiva ostvaruje se uključivanjem u biomaterial strukture koštanog tkiva kroz mehanizme biorazgradnje osteointegration i pregradnja (biološko vezanje). Što se tiče biomehanike, najviše izdržljiva i funkcionalan odnos dati samo treću vrstu implantata, koji uključuju kaltsiofosfatnye (EZ) biomaterijala (Groot, 1981 LeGeros, 1991).

Sve komplikacije koje proizlaze iz ugradnje biomaterijala koji se koriste u ortopediji i traumatologiji, mogu se podijeliti u dvije široke klase. Jedan uključuje komplikacija koje proizlaze iz oštećenja materijala implantata. Kao primjer, procesa kao korozije, otapanja, razgradnje, umor, deformacije, trenje, popuštanja materijala, itd

Drugi razred razvoja komplikacija zbog složenih bioloških procesa koji se događaju oko materijala, uključujući opće i lokalne reakcije na pojavu bilo kojeg stranog tijela. Neka nam prvo razmotriti detaljnije biološke reakcije koje se javljaju u tijelu kada se primjeni implantata.


AV Karpov VP Shakhov
Vanjski sustav fiksacija i regulatorni mehanizmi optimalno biomehanika