Kemijske i elektrokemijske aspekti biokompatibilnosti, metala i legure

Poznato je da 90 od elemenata prisutnih u normalnim okolnostima, znatno ili biološki važnih za održavanje života 26 elemenata.

Posebno se to odnosi na 11 glavnih bitne elemente (C, H, O, N, S, Ca, P, K, Na, Cl i Mg) i (značajne) elemenata 15 u tragovima materijala (Fe, Zn, Cu, Mn, Ni , Co, Mo, Se, Cr, i, F, Sn, Si, V i As).

Značajne funkcionalni elementi imaju karakterističan oblik i koncentracije u tkivima i organima, koji su prilično konstantna i da su unutar uskih granica. Bitni elementi su dio staničnog metabolizma ili unutar njihovih enzimskih sustava.

Ako je koncentracija elementa padne ispod ili poraste iznad tog raspona, defekti razvoj biokemijske i fiziološke funkcije su razbijeni do smrti organizma (Underwood, 1977).

U tijelu, kao rezultat njegovog kontakta s okolinom, su od 20 do 30 drugih elemenata u tragovima s prilično različitim koncentracijama. Ove ne-bitni elementi u tragovima su Al, Sb, Cd, Hg, Ge, Rb, Ag, Pb, Au, Bi, biti, Ti, Zr, Nb, Ta, i drugi.

Nadalje, ovi metali mogu se podijeliti u dvije široke kategorije: toksični u vrlo malim količinama i fiziološki ravnodušnim. Metali prve kategorije - kao što Cd, Hg, Pd i biti - vrlo otrovne, zbog njihove sposobnosti da se izravno ili neizravno oštetiti biokemijske reakcije, enzimskih sustava i stanica.

Metali druge kategorije - kao što su Al, Ti, Zr, Nb i Ta - obično čak i na visokim razinama u hrani, vodi i okolišu za dugo vremena ne može izazvati negativne učinke na tkiva i organa. Glavni razlog je da su ti elementi vrlo slabo apsorbiraju u probavnom traktu, dišni sustav i kožu (Williams, 1976).

Međutim, ako se ti metali u tijelo, prolazi prirodne barijere, na primjer, u kirurškoj implantacije, sadržaj navedenih elemenata u tkivima može se povećati nekoliko puta. Dakle, još jedan važan zahtjev implantata je da se metal u direktnom kontaktu sa stanice ne smije narušavati ili oštetiti ih u toku biokemijskih procesa.

Iz ove pozicije kada je ubačen aluminij ima veći potencijal toksičnost od titana. Na primjer, u pokusima na životinjama je pokazano da uvjerljivo aluminijske šipke kada usađenim u koštano tkivo imaju veći učinak od toksičnog materijala, računato na titana.

Zanimljivo, u ovim eksperimentima, pokazano je da akumulacija velike količine titana u tkivima okružuju implantat nije uočen bilo značajne promjene u morfoloških i funkcionalnih svojstava stanica, i to je dobro podnosi tijela (Williams, 1981 Thull, 1994).

Pri proučavanju elektrokemijskih svojstava metalne implantate treba uzeti u obzir njihovu elektrokemijski i galvanska serije.

U seriji elektrokemijske metali su kako slijedi (normalni elektroda potencijali su dani u volti, na 25 ° C): Au (+1,45), Pt (+ 1,20), Ag (+0,80), Cu (+0,34 ), N (0), Mo (-0,20), Ni (-0,25), Co (-0,28), Fe (-0,44), Cr (-0,73), Ti (- 1,63), Al (-1,66), Mg (-2,37), Li (-3,05). Galvanski serija u otopinama soli je kako slijedi: Pt > au > Ag > Ti > čelik presađuju se > ni presađuju se > Cu > aktivni Ni > sb > Pb > čelik aktivan > miješalica za rastopljene željeza > al > Zn > Mg (Williams, Rouf, 1978).

Prema brojnim izvještajima, vrlo značajan utjecaj na biokompatibilnost i opće karakteristike metalnih implantata biomedicinske utječe na tkaninu topljivih proizvoda dobivenih korozije i elektrokemijskih reakcija (uhvati, Mear, Williams 1966-, 1976- Kruger, Crno 1979., 1994. do Merrit, Brown, 1994. do Isaacs, limuni 1994. do, 1994. do Steinemann, 1994 ).

Studije poput tradicionalnog korozije i biološke kompatibilnosti raznih metalnih materijala, koje je provedeno tijekom posljednja tri desetljeća su identificirali metala i legura koji su najprikladniji za proizvodnju implantata koji bi mogao biti dugo vremena u tijelu.

Dakle, upotrebom elektrokemijskog pristup, inje, Mear (1966) je zaključio da Ti, Zn, ne i njihove legure su pogodni materijali sa stanovišta biološke kompatibilnosti, jer sposoban dugo pohranjene u mediju koji sadrži kloridne ione, koji su krv, limfa, cerebrospinalna tekućina, sekreti eksudati, a želučani sok, nema vidljivih znakova uništenja.

Laing et al. (1967), nakon tkiva biokompatibilnost Studija zaključuje da metalne legure, koji se predviđene za upotrebu u traumatologiji, ortopediji i stomatologije, ne bi trebao sadržavati Fe (II), Co, Ni, Cr, Mo, V i Mn.

Obećavajući su toksični elementi i legure Ti, Zr i Nb.

1980 Steinmann (1980) Kombinirani rezultati ispitivanja in vivo na koroziju i histološke studije i otkrili da legure pružaju reakcije tkiva treba sastojati od metala „bitno” ili „kapsula” grupa: Ti, Zr, Nb, Ta, Pt, Al, Fe (III), Mo, Ag, Au, od nehrđajućeg čelika, lijevanog i kovanog Co legura. Oni ne bi trebali sadržavati toksične elemente tipa Ni, Cu, V.

Na temelju istraživanja elektrokemijskih reakcija, Pourbaix došao 1984. Na zaključka da teoretski samo 13 metala može se smatrati pogodna za upotrebu kao kirurških implantata i slitina.

8 od njih spadaju u plemenite metale, koji ima samo metalne površine, naročito Au, Ir, Pt, Ru, Rh, Pd i OS, i 5 - za pasivnu (kapsularni) metala, koje su obložene slojem zaštitnih oksida (Ti, TA, Nb , Zr i Cr). Godine 1991. Vage vjeruje da je”... u to vrijeme, kao i kliničke prihvatljivost i Ti-Al-V legure korisnosti instaliran, moguće je da se usredotočite napore na razvoju transformirani &beta - faze Ti-legure, koje sadrže elemente kao što su samo niobija, tantala i cirkonij ".

S naše točke gledišta, uzimajući u obzir rezultate više od 10 godina laboratorijskih testova, klinički implantati koriste prakse različitih vrsta metala, došli smo do zaključka da je većina opravdano, i iz teorijskih i praktičnih pozicijama, uporaba za proizvodnju ortopedskih implantata (žbice, šipke, tanjuri, vijci itd) &beta - fazno čisti Ti ili njegov tip legure VT4, VT5-1, VT6, VT16.

Treba napomenuti da je u razvijenim zemljama udio implantata zasnivati samo na titan, niobij i cirkonij, za potrebe za traumatologiju, ortopediju i stomatologije u stalnom je porastu, dok je u nerazvijenim zemljama i dalje dominiraju čelični materijali. Rusija, sa svojim ogromnim ekonomskim potencijalom, ne mogu si priuštiti da koristite titan implantata, koji su nesumnjivo materijali iz XXI stoljeća.

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

Dijelite na društvenim mrežama:

Povezan