Эндопротезы суставов человека материалы и технологии монография

Рейтинг наиболее популярных эндопротезов

Отметим, что все существующие эндопротезы соответствуют базовым требованиям и могут стать полноценной заменой коленному суставу. Логично, что на рынке не может быть имплантов, которые не отвечали бы определенным стандартам. Но при всем этом одни протезы изготавливаются из более качественных и износостойких материалов, а другие имеют более низкое качество.

Основные требования к хорошему эндопротезу:

Критичный износ пластиковой платформа коленного импланта.

Примечательно, что для нормального функционирования протеза требуется не только его высокое качество, но и правильная установка. Если в ходе операции хирург неправильно ориентирует компоненты импланта – сустав не будет нормально работать. От качества установки также зависит срок службы протеза.

Давайте рассмотрим пятерку мировых лидеров, выпускающих наиболее качественные и износостойкие эндопротезы коленных суставов.

Американская компания Zimmer занимается производством эндопротезов на протяжении почти 100 лет. На сегодняшний день она выпускает целый ряд имплантов, которые подойдут для пациентов любого возраста и пола. Продукцию данного производителя с успехом используют для выполнения однополюсного, малоинвазивного и тотального эндопротезирования.

Импланты фирмы Zimmer:

Zimmer High-Flex. Имплант представляет собой систему для одномыщелкового эндопротезирования коленного сустава. Его используют в тех случаях, когда пациенту требуется замена лишь одной части колена (травмы, переломы и т.д.). Успешность однополюсного эндопротезирования имплантом Zimmer High-Flex составляет 98% за 10 лет, что является самым высоким показателем на сегодняшний день.
Zimmer Gender Solutions. Эндопротезы созданы с учетом анатомических различий в строении мужских и женских колен. Установка этих имплантов позволяет добиться максимально качественных результатов операции у представителей разных полов.
Zimmer Gender Solutions Patello-Femoral Joint. Система используется для проведения малоинвазивных операций. Имплант применяют для раннего хирургического лечения у мужчин и женщин с деформирующим остеоартрозом.
NexGen LPS-Flex Mobile и LPS-Mobile. Являются тотальными эндопротезами с гибридным типом фиксации. Имеют подвижный полиэтиленовый вкладыш, что обеспечивает максимальную мобильность коленного сустава.

Еще один мировой лидер в производстве продукции для ортопедии, травматологии, стоматологии и спортивной медицины. Компания была основана в 1977 году в США. Сегодня она выпускает эндопротезы, зубные импланты, системы фиксации костных фрагментов, расходные материалы для травматологии и ортопедии.

Коленные протезы компании Biomet:

Vanguard. Представляет собой тотальный коленный протез с бесцементным типом фиксации. Стопорная вставка импланта пропитана витамином E.
AGC Knee. Эндопротез обладает повышенной прочностью и износостойкостью. Отметим, что компания выпускает конструкции, позволяющие как сохранить, так и заменить крестообразную связку.

В ходе клинических исследований было установлено, что выживаемость эндопротезов Biomet – 98%. Средняя продолжительность службы имплантов составляет 20 лет.

Немецкая компания Aesculap была основана в 1967 году. Сегодня наряду с другой продукцией она производит целуют линейку эндопротезов коленных суставов. Давайте рассмотрим наиболее известные модели.

Columbus Total Knee System. Система предназначена для тотального эндопротезирования колена. Компания выпускает большое количество моделей с разными типами фиксации, различными платформами и ножками.
Columbus Revision Total Knee System. Имплант предназначен для ревизионного эндопротезирования. Выпускается в разных размерах.
AS Advanced Surface. Модель имеет уникальное многослойное покрытие из нитрида циркония и керамики. Это делает протез очень прочным и повышает его износостойкость на 65%.

Среди недостатков продукции Aesculap следует выделить отсутствие так называемых гендерных имплантов, которые дают возможность подобрать наиболее оптимальный вариант для мужчин и женщин.

Производством коленных имплантов занимается отделение известного концерна Johnsonamp;Johnson, которое называется DePuy Synthes. Оно производит разные модели для тотального, ревизионного и онкологического эндопротезирования. Компания выпускает протезы с фиксированным и подвижным вкладышем, с цементным и бесцементным типами фиксации.

Компания выпускает уникальный коленный эндопротез Scorpio NRG. Он имеет фиксированную платформу, но при этом его подвижность не хуже, чем у конструкций типа Mobile Bearing. Отметим, что бедренный компонент модели NRG имеет 9 размеров, что позволяет подобрать максимально подходящий вариант для каждого пациента.

На что нужно обращать внимание при выборе импланта

При подборе эндопротеза врачи в большей степени смотрят на его конструкцию и тип фиксации. Именно от этих двух характеристик и зависит успех эндопротезирования. В то же время установка неподходящего импланта может привести к неудовлетворительному результату операции и нежелательным осложнениям.

Отметим, что большинство опытных врачей в своей практике использует протезы 2-3 производителей. Это дает свободу выбора и одновременно позволяет специалисту хорошо изучить особенности каждой модели. Так что если ваш лечащий врач работает с какими-то определенными эндопротезами – выберите вариант среди них. Не вынуждайте хирурга ставить малознакомую для него модель.

Таблица 1. Основные принципы подбора эндопротеза.

Цементные эндопротезы чаще ставят людям пожилого возраста, которые страдают системным остеопорозом.

Импланты с бесцементым типом фиксации рекомендуют молодым пациентам, а также лицам с нормальной плотностью костной ткани и узким каналом бедренной кости.

Пенсионерам и людям, ведущим малоактивный образ жизни, специалисты рекомендуют протезы с фиксированным вкладышем. Конструкция Mobile Bearing требует более сильной поддержки со стороны мягких тканей и связок. Следовательно, ее устанавливают преимущественно молодым и активным людям.

Что касается лиц с избыточной массой тела, им также больше подходит вариант с мобильной платформой.

Указанные книги не участвуют в акциях "Последняя бесплатно" и "Скидка на колличество купленных книг"

Количество книг в заказе: 0

Общая стоимость: 0 RUB

Общая стоимость с учетом скидки: 0 RUB

Пожалуйста, введите доступный Вам адрес электронной почты. По окончании процесса покупки Вам будет выслано письмо со ссылкой на книгу.

Список удаленных книг:

Журналы
- Естественные науки и математика
- Здравоохранение и физическая культура
- Информатика и вычислительная техника
- История и исторические дисциплины
  - Отечественная история
- Культура и искусство
- Образование и педагогика
- Политология и юриспруденция
- Психология
- Религиоведение
- Сельское, лесное и рыбное хозяйство
- Социология
- Технические науки
- Филология
- Философия
- Экономика и управление
- Языкознание
Учебная литература
- Автоматика и управление
- Архитектура и строительство
- Безопасность жизнедеятельности, природообустройство и защита окружающей среды
- Библиотечно-информационные ресурсы
- Воспроизводство и переработка лесных ресурсов
- Геодезия и землеустройство
- Геология, разведка полезных ископаемых
- Гуманитарные науки
  - Документоведение и архивоведение
  - Журналистика
  - Искусствоведение
  - История
  - Книжное дело
  - Культурология
  - Лингвистика
  - Международные отношения
  - Политология
  - Психология
  - Регионоведение
  - Реклама
  - Религиоведение
  - Физическая культура и спорт
  - Филология
  - Философия
  - Юриспруденция
- Естественные науки
  - Биология
  - Ботаника
  - География и картография
  - Геология
  - Гидрометеорология
  - Зоология
  - Почвоведение
  - Физико-математические науки
  - Химия
  - Экология и природопользование
- Здравоохранение
- Информатика и вычислительная техника
- Культура и искусство
  - Библиотечно-информационные ресурсы
  - Декоративно-прикладное искусство и народные промыслы
  - Дизайн
  - Изобразительное искусство (графика, живопись, скульптура)
  - Искусствознание
  - Киноискусство
  - Музыкальное искусство
  - Театральное искусство
- Металлургия, машиностроение и материалообработка
- Морская техника
- Образование и педагогика
  - Естественно-научное образование
  - Педагогика
  - Русский язык и литература
  - Социально-экономическое образование
  - Технологическое образование
  - Физико-математическое образование
  - Филологическое образование
  - Художественное образование
- Приборостроение и оптотехника
- Сельское, лесное и рыбное хозяйство
- Социальные науки
  - Социальная работа
  - Социология
- Сфера обслуживания
- Технология производства продовольственных продуктов и потребительских товаров
- Транспортные средства
- Физико-математические науки
  - Математика
  - Механика
  - Физика
  - Химия
- Химия и биотехнологии
- Экономика и управление
  - Менеджмент
  - Статистика
  - Экономика
- Электронная техника, радиотехника и связь
- Энергетика, энергетическое машиностроение и электротехника
Художественная литература
- Драматургия
- Литературные обзоры. Критика
- Мемуары, биографии, дневники
- Очерки, эссе
- Поэзия
- Прочие литературные жанры
- Романы, повести, рассказы, новеллы
- Сборники различных произведений
- Художественная литература для детей
- Эпистолярные произведения
- Юмор, сатира, пародия
Ноты
Авиационная и ракетно-космическая техника
Архитектура
Биологические науки
Ветеринария и зоотехника
Здравоохранение и медицинские науки
- Здравоохранение
- Лечебное дело
- Организация здравоохранения
- Сестринское дело
- Фармакология
- Фундаментальная медицина
Информатика и вычислительная техника
Информационная безопасность
Искусствознание
- Изобразительное и прикладные виды искусства
История и археология
- Археология
- Всеобщая история
  - История Древнего мира
  - История Нового времени
  - История Средних веков
  - Современная история
- Вспомогательные исторические дисциплины
  - Геральдика
  - Историческая география
  - Источниковедение
  - Палеография
  - Хронология
- Отечественная история
  - История России в древности (до середины XII в.)
  - История России в средние века (середина XII - XVI вв.)
  - История России новейшего времени (XX в.)
  - История России нового времени (XVII - XIX вв.)
- Теория и методология истории
- Этнография
Культурология и социокультурные проекты
Математика и механика
Машиностроение
Международные отношения
Музыкальное искусство
Нанотехнологии и материалы
Научно-популярная литература
Науки о Земле
Образование и педагогические науки
- История образования и педагогики
- Общая педагогика
- Педагогика и методика высшего образования
- Педагогика и методика дошкольного образования
- Педагогика и методика начального и среднего образования
- Педагогика и психология
- Социальная педагогика
  - Специальная педагогика
- Школьная литература
Оружие и системы вооружения
Политические науки и регионоведение
Прикладная геология, горное дело, нефтегазовое дело и геодезия
Промышленная экология и биотехнологии
- Продукты питания
- Экология
Психологические науки
- История и теория психологии
- Отдельные направления в психологии
- Прикладная психология
Сельское, лесное и рыбное хозяйство
Сервис и туризм
Социология и социальная работа
- Общая социология
- Региональная социология
- Социальная антропология
- Социальная работа
Средства массовой информации и информационно-библиотечное дело
Сценические искусства и литературное творчество
Техника и технологии кораблестроения и водного транспорта
Техника и технологии наземного транспорта
Техника и технологии строительства
Технологии легкой промышленности
Технологии материалов
Техносферная безопасность и природообустройство
Управление в технических системах
Физика и астрономия
Физико-технические науки и технологии
Физическая культура и спорт
Философия, этика и религиоведение
- Зарубежная философия
- История философии
  - Современная философия
  - Философия Древнего Мира
- Отдельные направления и философские школы
- Отечественная философия
- Политическая философия
- Религиоведение
- Религиозная философия
- Философия науки
- Эстетика
- Этика
Фотоника, приборостроение, оптические и биотехнические системы и технологии
Химия
- Химические технологии. Химические производства
Экономика и управление
- Банковское дело
- Коммерция
- Менеджмент
  - Антикризисное управление
  - Государственное и муниципальное управление
  - Менеджмент организации
  - Управление персоналом
  - Экономика и управление на предприятии
- Регионоведение
- Статистика
- Товароведение и экспертиза товаров
- Экономика
  - Банковское дело
  - Бухгалтерский учет, анализ и аудит
  - Маркетинг
  - Математические методы в экономике
  - Мировая экономика
  - Налоги и налогообложение
  - Национальная экономика
  - Страховое дело
  - Таможенное дело
  - Теория экономики
  - Финансы и кредит
  - Экономика труда
  - Экономическая теория
Электро и теплоэнергетика
Электроника, радиотехника и системы связи
Юриспруденция
Ядерная энергетика и технологии
Языкознание и литературоведение
- Издательское дело и редактирование
- История всемирной литературы
- История филологии
- Общее языкознание
- Перевод и межкультурная коммуникация
- Теория литературы
- Фольклор и культурная антропология
- Языки мира
  - Азербайджанский язык
  - Английский язык
  - Арабский язык
  - Армянский язык
  - Белорусский язык
  - Болгарский язык
  - Венгерский язык
  - Восточные языки
  - Вьетнамский язык
  - Греческий язык
  - Грузинский язык
  - Датский язык
  - Древние и мертвые языки
  - Иврит
  - Испанский язык
  - Итальянский язык
  - Казахский язык
  - Киргизский язык
  - Китайский язык
  - Корейский язык
  - Латинский язык
  - Латышский язык
  - Литовский язык
  - Молдавский язык
  - Немецкий язык
  - Нидерландский язык
  - Норвежский язык
  - Персидский язык
  - Польский язык
  - Португальский язык
  - Румынский язык
  - Русский язык
  - Сербский и хорватский языки
  - Таджикский язык
  - Татарский язык
  - Турецкий язык
  - Туркменский язык
  - Узбекский язык
  - Украинский язык
  - Финский язык
  - Французский язык
  - Хинди
  - Чеченский язык
  - Чешский и словацкий языки
  - Шведский язык
  - Эстонский язык
  - Японский язык

В книге предложена философия построения имплантатов, применяемых при эндопротезировании тазобедренного сустава. Представлен широкий обзор имплантатов различных систем и производителей, используемых в отечественном здравоохранении. Книга призвана помочь в рациональном выборе эндопротеза в зависимости от клинической ситуации. Для ортопедов и травматологов, занимающихся эндопротезированием тазобедренного сустава.

Сегодня эндопротезы коленных суставов выпускаются аногими компаниями в разных странах мира. При желании на рынке можно найти огромное количество первичных, ревизионных, онкологических, тотальных, одномыщелковых протезов. Все они различаются по материалу, строению, способу фиксации и многих других характеристиках. При этом каждый имплант имеет свои преимущества и недостатки.

Импланты из черной керамики.

Совет! Запомните, что покупка самого дорогого импланта не обеспечивает успех операции. При эндопротезировании гораздо важнее правильный подбор протеза и его качественная установка. Если вы хотите получить хороший результат – обращайтесь в соответствующую клинику, где работают квалифицированные специалисты.

Основные требования к коленным эндопротезам

Основные требования к хорошему эндопротезу:

Критичный износ пластиковой платформа коленного импланта.

Факт! Доказано, что установка имплантов сомнительного производства гораздо чаще приводит к осложнениям. К примеру, инфекции в области хирургического вмешательства развиваются у 3-10% прооперированных. В аналогичных условиях, но при использовании протезов производителей мировых марок, инфекционные осложнения возникают всего в 0,3-4,8% случаев.

На что нужно обращать внимание при выборе импланта

При подборе эндопротеза врачи в большей степени смотрят на его конструкцию и тип фиксации. Именно от этих двух характеристик и зависит успех эндопротезирования. В то же время установка неподходящего импланта может привести к неудовлетворительному результату операции и нежелательным осложнениям.

Таблица 1. Основные принципы подбора эндопротеза.

Цементные эндопротезы чаще ставят людям пожилого возраста, которые страдают системным остеопорозом.

Что касается лиц с избыточной массой тела, им также больше подходит вариант с мобильной платформой.

Рейтинг наиболее популярных эндопротезов

Американская компания Zimmer занимается производством эндопротезов на протяжении почти 100 лет. На сегодняшний день она выпускает целый ряд имплантов, которые подойдут для пациентов любого возраста и пола. Продукцию данного производителя с успехом используют для выполнения однополюсного, малоинвазивного и тотального эндопротезирования.

Импланты фирмы Zimmer:

Zimmer High-Flex. Имплант представляет собой систему для одномыщелкового эндопротезирования коленного сустава. Его используют в тех случаях, когда пациенту требуется замена лишь одной части колена (травмы, переломы и т.д.). Успешность однополюсного эндопротезирования имплантом Zimmer High-Flex составляет 98% за 10 лет, что является самым высоким показателем на сегодняшний день.
Zimmer Gender Solutions. Эндопротезы созданы с учетом анатомических различий в строении мужских и женских колен. Установка этих имплантов позволяет добиться максимально качественных результатов операции у представителей разных полов.
Zimmer Gender Solutions Patello-Femoral Joint. Система используется для проведения малоинвазивных операций. Имплант применяют для раннего хирургического лечения у мужчин и женщин с деформирующим остеоартрозом.
NexGen LPS-Flex Mobile и LPS-Mobile. Являются тотальными эндопротезами с гибридным типом фиксации. Имеют подвижный полиэтиленовый вкладыш, что обеспечивает максимальную мобильность коленного сустава.

Любопытно! Компания Zimmer выпускает не только искусственные импланты, но и продукты клеточной инженерии для восстановления поврежденных суставных хрящей. Ее уникальная технология DeNovoNT позволяет успешно лечить остеоартроз I-II степени.

Коленные протезы компании Biomet:

Vanguard. Представляет собой тотальный коленный протез с бесцементным типом фиксации. Стопорная вставка импланта пропитана витамином E.
AGC Knee. Эндопротез обладает повышенной прочностью и износостойкостью. Отметим, что компания выпускает конструкции, позволяющие как сохранить, так и заменить крестообразную связку.

В ходе клинических исследований было установлено, что выживаемость эндопротезов Biomet – 98%. Средняя продолжительность службы имплантов составляет 20 лет.

Любопытно! В 2015 году Zimmer и Biomet объединились, создав компанию ZimmerBiomet. Скорее всего в ближайшем будущем фирма порадует нас новой качественной продукцией.

Columbus Total Knee System. Система предназначена для тотального эндопротезирования колена. Компания выпускает большое количество моделей с разными типами фиксации, различными платформами и ножками.
Columbus Revision Total Knee System. Имплант предназначен для ревизионного эндопротезирования. Выпускается в разных размерах.
AS Advanced Surface. Модель имеет уникальное многослойное покрытие из нитрида циркония и керамики. Это делает протез очень прочным и повышает его износостойкость на 65%.

Производством коленных имплантов занимается отделение известного концерна Johnson&Johnson, которое называется DePuy Synthes. Оно производит разные модели для тотального, ревизионного и онкологического эндопротезирования. Компания выпускает протезы с фиксированным и подвижным вкладышем, с цементным и бесцементным типами фиксации.

Современные представления о механизме реакций тканей на имплантат. Факторы, влияющие на биологический отклик костной ткани при контактировании с ортопедическим имплантатом. Свойства металлов и сплавов, применяемых для изготовления эндопротезов суставов.

Рубрика	Медицина
Вид	дипломная работа
Язык	русский
Дата добавления	01.09.2017
Размер файла	501,0 K

посмотреть текст работы

скачать работу можно здесь

полная информация о работе

весь список подобных работ

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Современные успехи эндопротезирования являются результатом не только возросшего мастерства хирургов, но и большего понимания того, как ткани организма взаимодействуют с имплантатами. Эндопротезы суставов стали изготавливать из материалов, которые сами, а также продукты их коррозии и изнашивания не вызывают в живых тканях острую реакцию отторжения. Биологическое воздействие организма на имплантированные материалы, обусловливающее их старение, а значит - снижение прочности и ухудшение триботехнических характеристик подвижных сопряжений, происходит в пределах, не приводящих к неплановому отказу эндопротезов. Ниже рассмотрен комплекс требований, предъявляемых к материалам имплантатов. Дан анализ номенклатуры металлических, керамических, полимерных и композиционных материалов, применяемых для эндопротезирования суставов. В заключение сделана попытка определить ближайшие тенденции материаловедения эндопротезов.

ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ

Современные представления о механизме реакций живых тканей на имплантат предполагают, что граница между ними динамична и сложна, рис. 1. В результате механической обработки, экспозиции на воздухе, стерилизации и воздействия биологического окружения поверхностный слой имплантата приобретает новую структуру. Его состав всегда отличается от состава материала в объеме имплантата. Поверхность металлических имплантатов покрывается оксидным слоем. Первой в контакт с ним обычно вступает сыворотка крови, белки которой адсорбируются на оксидах. Состав белкового адсорбированного слоя может изменяться в широких пределах в течение длительного времени [2].

Адсорбированные белковые молекулы вступают в донорно-акцепторное взаимодействие с оксидами имплантата, образуя комплексные химические соединения - лиганды. Рецепторы клеточных мембран избирательно взаимодействуют с этими лигандами. После того, как произойдет образование достаточного количества комплексов рецептор - лиганд, посылаются сигналы в ядро клетки в виде каскадов межклеточных химических реакций. Последние регулируют функции клеток, контактирующих с имплантатом - адгезию, видоизменение, осаждение матрикса (вещества, заполняющего внутриклеточные структуры) и т.п.

Адгезия макрофагов (клеток соединительной ткани) к имплантату и их слияние на его поверхности с образованием гигантских клеток является ответом ткани на инородное тело. Ответ зависит от таких факторов, как ориентация пептидов (веществ, синтезируемых клетками из аминокислот) или длина углеводородных цепей, иммобилизованных на поверхности имплантата. Регулируя ответ ткани, можно предупредить хронические и неблагоприятные реакции заживающей раны, от которых зависит, приживется ли имплантат.

Ответ можно регулировать путем выбора имплантируемых материалов.

Четыре типа реакций на имплантат приведены в табл.1.

Тип 1. Необходимо, чтобы имплантат не вызывал токсического действия, убивающего клетки тканей или высвобождающего химические соединения, которые могут мигрировать с кровью, лимфой и тканевыми жидкостями и вызывать системные повреждения организма.

Тип 2. Формирование вокруг имплантата фиброзной капсулы, является одной из самых распространенных реакций живой ткани. Капсула образуется для изоляции и последующего вытеснения чужеродного тела из организма. Эта защитная реакция возникает в результате воспалительного процесса, реагирующего на химическую структуру имплантированного материала. Имплантаты на рис. 2. а и б изготовлены из поликарбонатов, которые отличаются лишь структурой привитых к основной цепи алкил-эфирных групп. Спокойная реакция костной ткани на имплантат (а - привиты этиловые группы) изменилась на неблагоприятную, которая обусловила образование толстой фиброзной капсулы между костью и имплантатом (б - привиты акриловые группы). Образование капсулы происходит следующим образом.

Таблица 1. Типы локальных реакций, протекающих на границе ткань-имплантат

Токсическое повреждение ткани

Некроз, деструктивное воспаление, дистрофии и артрофии,

Ткань образует вокруг имплантата тонкую неприлипающую

Ткань биологически связана с имплантатом на границе раздела

Ткань замещает имплантат

Рис. 2. Границы между полимерными имплантатами и костью кролика: 1 - кость, 2 - имплантат, 3 - фиброзная капсула (пояснения - в тексте)

Воспалительная реакция ткани обусловливает накопление на поверхности раздела ткань - имплантат макрофагов, преимущественно белых клеток крови - лейкоцитов. Если имплантация не осложнена инфекциями, то эта стадия воспалительного процесса заканчивается в среднем через трое суток. Через 4-5 суток после операции вокруг имплантата преобладают макрофаги, однако, имеются лимфоциты (один из типов лейкоцитов), плазматические клетки и фибробласты (основная клеточная форма соединительной ткани животных и человека). При неагрессивной реакции ткани популяция макрофагов резко уменьшается через 1-2 недели, и фибробласты образуют коллагеноподобную капсулу вокруг имплантата. Ее толщина изменяется во времени (рис.3).

Рис.3. Зависимость толщины капсулы от времени нахождения в организме крысы имплантатов, выполненных из полимерных материалов: 1 - полидиметилсилоксан, 2 - полистирол с покрытием из полиметилсилоксана

Тип 4. Скорость изменения биоактивной границы достаточно быстрая, материал имплантата растворяется (резорбирует) и замещается тканью. Иными словами, резорбируемый материал химически деградирует под действием крови, лимфы, тканевых жидкостей или легко переваривается макрофагами. Продукты деградации нетоксичны и усваиваются клетками.

Далее мы будем использовать термины и определения медицинского материаловедения, рекомендованные V и VI международными конгрессами по биоматериалам (1998 и 2000 годы) и регламентированные стандартами ISO/TR 9966 и ГОСТ Р 511480-98.

Биоматериал - нежизнеспособный материал, предназначенный для контакта с живой тканью с целью выполнения функций медицинского назначения. Биоматериал должен быть биосовместимым и может быть биодеградируемым.

Биосовместимость - способность имплантата вызывать адекватную реакцию организма - хозяина в конкретных условиях их взаимодействия. Это - не свойство материала, из которого сделан имплантат, а характеристика системы имплантат-организм, соответствующая определенным условиям их контактирования. Биосовместимость не означает, что имплантант абсолютно не токсичен и не имеет других отрицательных свойств. Это - свойство имплантированного материала вызывать такую реакцию организма, которая позволяет решить поставленную задачу. Биосовместимые материалы взаимодействуют с организмом согласованно и органично, не вызывая заболеваний.

Как было отмечено, поверхностный слой имплантата быстро изменяется, вследствие осаждения на нем белковых молекул. Молекулярная масса последних увеличивается по мере роста осажденного слоя (эффект Vroman). Биосовместимость имплантата является мерой того, насколько осажденный слой белка приемлем организмом. Тесты на биосовместимость является основой для оценки возможности применения материалов в эндопротезах. В Ноттингемском университете (Англия) с использованием множества клеточных культур и типов материалов разработаны ставшие стандартами методы количественной оценки реакции клеток на имплантаты, биохимические и микроскопические методы определения их биосовместимости.

Отсутствие обобщенной теории, позволяющей понять механизм реакций живого организма на имплантат, до сих пор является предметом споров и беспокойства специалистов, изучающих проблему биосовместимости. О том, что эта проблема далека от своего решения, свидетельствует следующий пример. В мягкие ткани имплантированы три образца из одного и того же нетоксичного полимера, отличающиеся пористостью поверхностного слоя. Ткань вместе с кровеносными сосудами врастает в образец с округлыми порами диаметром 10-20 мкм, в то время как непористый образец и образец с продолговатыми (10х200 мкм) порами вызывают классическую реакцию ткани на инородное тело и инкапсулируются. Все три имплантата после заживления раны будут названы биосовместимыми, хотя степень их биосовместимости различна. Несмотря на то, что механизм реакций ткани на шероховатость поверхности имплантата не имеет исчерпывающего объяснения, технологию микротекстурирования имплантатов используют, чтобы стимулировать подвижность клеток и таким образом регулировать их функции. Клетки костной ткани мигрируют вдоль канавок на поверхности имплантата, имеющих соответствующие (порядка мкм) размеры. Это свидетельствует, что образование костной ткани может быть функцией микротопографии поверхности имплантата.

В действительности существует лишь относительно биосовместимые материалы, которые в течение ограниченного времени могут находиться в организме, не вызывая в нем негативных реакций. Стандарт ISO/TR 9966: 1989 (E) рекомендует оценивать биосовместимость материалов индивидуально в каждом конкретном случае и с осторожностью относится к результатам оценки. Невозможность предсказать реакцию организма на тот или иной имплантат привела к тому, что критерием биосовместимости до сих пор остается эксперимент in vivo.

Биодеградируемые материалы при контактировании с живыми организмами частично или полностью растворяются (поглощаются макрофагами, включаются в метаболические или биохимические процессы) и заменяются живой тканью. Биоустойчивость материалов - свойство, противоположное биодеградируемости - способность материалов противостоять воздействию биологической среды, сохраняя функциональные свойства.

Для характеристики биосовместимых материалов, имплантируемых в костную ткань, используют термины: биотолерантные, биоинертные и биоактивные.

Биотолерантные материалы взаимодействуют с костью посредством дальнего остеогенеза, т.е. они отделяются от костной ткани прорастающим фиброзным слоем.

Биоинертные материалы практически не взаимодействуют с тканями, находящимися с ними в контакте, не вызывают образования явно выраженного фиброзного слоя (толщина капсулы не превышает 50 мкм) и не стимулируют остеогенез. Кость может формироваться вблизи поверхности биоинертного имплантата. Последняя, как правило, имеет защитный слой, который препятствует выходу из имплантата ионов и диффузии в него биологической жидкости. Интеграция биоинертных материалов с костью осуществляется путем проникновения соединительной ткани в поры имплантата. Абсолютно биоинертных материалов не существует, т.к. на границе ткань-имплантат всегда регистрируется биологический отклик, интенсивность которого зависит от многих факторов (табл.2).

Таблица 2. Факторы, влияющие на биологический отклик костной ткани при контактировании с ортопедическим имплантатом

Реакции со стороны ткани зависят от:

Реакции со стороны имплантата зависят от:

Фаз в имплантате

Границ между фазами

Циркуляции крови и лимфы в ткани

Движения ткани на границе с имплантатом

Соответствия места установки имплантата анатомо-физиологическим критериям

Точности установки имплантата

Механической нагрузки на ткань

Общих реакций организма (иммунологических, аллергических, нейроэндокринных)

Выполнения функций организмом

Биоактивные материалы вызывают биологический отклик в организме, обусловливающий интеграцию материала и организма. Они предназначены для связывания с биологическими системами, имея целью повышение эффективности лечения, образование или замещение любой ткани или органа, для выполнения тех или иных функций организма. Все биоактивные имплантаты, применяемые в травматологии и ортопедии, объединяет наличие на их поверхности карбонатного слоя, эквивалентного по составу и структуре минеральной фазе кости. Такой слой имеет структуру поликристаллических агломератов, в состав которых при контактировании с костью включаются коллагеновые фибриллы.

Надежность имплантатов - актуальная проблема материаловедения медицинской техники. Она возникла в 50-е годы, когда эндопротезирование тазобедренного сустава стало массовой операцией, вошедшей в повседневную практику многих клиник. В отличие от лекарств, прием которых возможен практически в любое время, регулирование механической системы эндопротеза можно осуществить только путем хирургического вмешательства. Поэтому от эндопротезов суставов требуется безотказная, без ремонта, работа в течение многих лет. Это значит, что прочность и износостойкость материалов, из которых выполнены эндопротезы, не должны сильно изменяться в агрессивном биологическом окружении.

В современных эндопротезах суставов применяют все типы конструкционных материалов: металлы, полимеры, керамику и композиты на их основе. Последние используют, в основном, как биоподражательные материалы, имитирующие структуру и механические свойства естественных тканей. Это является отражением тенденции, возникшей в начале 1990-х годов по инициативе всемирно известных центров, занятых разработкой биоматериалов, - Университета Торонто, Института Medical and Dental Engineering в Японии, IRC в Лондоне. Она состоит в том, что развитие эндопротезирования суставов на современном этапе базируется на использовании материалов нового поколения, разработанных специально для применения в медицине в качестве имплантатов. Период, когда имплантаты изготавливали из лучших технических материалов, заимствованных из электронной техники, точного приборостроения, военно-промышленного комплекса, уходит в прошлое.

МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Металлы и их сплавы используют в эндопротезах в виде литых и кованых изделий. Их биомеханические характеристики и химические свойства являются важным фактором, определяющим конструкцию эндопротезов суставов.

Была сделана попытка применить в эндопротезах сплавы на основе меди, никеля, железа и кобальта, используемые для изготовления морского такелажа. Их биоинертность, в отличие от благородных металлов, зависела от свойств пассивирующих пленок, которые возникали на поверхности изделий в солевой среде. Эксперименты на лабораторных животных показали, что промышленные латуни, бронзы, хромо-никелевые и углеродистые стали не применимы для имплантации из-за плохой биосовместимости и потери прочности вследствие коррозии.

Литые изделия из сплава CoCrMo под названием Стеллит (Stellite) и кованые - из нержавеющей стали, т.е. из сплава FeCrNi, были применены в качестве имплантатов в 40-е годы ХХ в. Их биоинертность также определялась свойствами пассивирующей пленки на поверхности изделий. В 50-е годы появились имплантаты на основе титана, циркония и их сплавов.

Химические и электрохимические критерии биосовместимости металлических материалов базируются на следующих данных.

Биологически значимыми, т.е. необходимыми для поддержания жизни являются так называемые существенные химические элементы: 11 главных (C, H, O, N, S, Ca, P, K, Na, Cl, Mg) и 15 следовых (Fe, Zn, Cu, Mn, Ni, Co, Mo, Se, Cr, I, F, Sn, Si, V, As). Они участвуют в метаболизме клеток или входят в их ферментные системы, имеют оптимальные концентрации в тканях и органах. Если концентрация существенного элемента в организме выше или ниже оптимального значения, развиваются биохимические дефекты и нарушаются физиологические функции организма, вплоть до его гибели.

Как следствие контакта организма с окружающей средой, в нем постоянно находятся 20-30 несущественных следовых элементов (Al, Sb, Cd, Hd, Ge, Rb, Ag,Pb, Au, Bi, Be, Ti, Zr, Nb, Ta и др.). Одни из них токсичны даже в низких концентрациях (Cd, Hg, Pb, Be), другие - физиологически индифферентны (Al, Ti, Zr, Nb, Ta).

Если химические элементы введены в организм из эндопротеза сустава, минуя естественные барьеры, то их содержание в тканях может превысить критические концентрации, при которых нарушается естественное течение биохимических процессов в клетках. С этих позиций титановые имплантаты предпочтительнее алюминиевых. В экспериментах на животных показано, что алюминиевые стержни оказывают большее токсическое воздействие на костную ткань, чем титановые. Накопление титана в тканях, окружающих имплантат, не вызывает заметного изменения функциональных свойств клеток.

Биосовместимость металлических материалов зависит от их положения в ряду напряжений. Продукты электрохимических реакций имплантатов в биологических электролитах оказывают негативное воздействие на ткани. Поэтому имплантаты из Ti, Zr, Nb и их сплавов, которые не получают коррозионных повреждений, находясь в хлорсодержащих жидкостях организма (кровь, лимфа, секреты и др.), считают биосовместимыми. По этому критерию оптимально подходят для изготовления имплантатов только 13 металлов: 8 благородных (Au, Ag, Pt, Pd, Ir, Ph, Ru, Os) и 5 пассивных (Ti, Ta, Nb, Zr, Cr), на которых образуется защитная пленка оксидов. Считают, что в начале ХХI века в травматологии и ортопедии определилась тенденция вытеснения стальных имплантатов имплантатами из титана, ниобия и циркония. Титановые сплавы, подвергнутые специальной вакуумной термической обработке, применяемые в травматологии и ортопедии, дают возможность проведения магнито-резонансной томографии после операции с минимальными артефактами.

Современные металлические материалы для эндопротезов суставов подразделяют на две основные группы: 1) литьевые сплавы на основе кобальта, 2) перерабатываемые ковкой сплавы на основе титана, на основе кобальта, а также нержавеющие стали. Их свойства приведены в табл.3.

Литьевые сплавы на основе кобальта происходят из группы материалов, называемых Стеллитами. Самый технологичный метод их переработки в изделия - литье по выплавляемым моделям на воздухе. После того, как кобальт, как компонент сплавов, подвергают исходной промышленной очистке, в нем остается около 1% никеля. Последний оказывает определенное влияние на свойства литьевых сплавов, т.к. кобальт является их основным компонентом, образуя матрицу, в которой располагаются фазы на основе хрома и молибдена. Хром придает сплавам прочность и, что наиболее важно, химическую инертность, благодаря формированию на поверхности имплантатов пассивирующей оксидной пленки. Молибден обеспечивает стойкость к коррозии (сплошной, питтинговой и локальной), а также длительную прочность и надежность имплантатов.

Таблица 3 Свойства металлов и сплавов, применяемых для изготовления эндопротезов суставов

Читайте также: