Biomateriale, biocompatibilitate, biodegradare, terminologie, definiții și clasificare

Pentru a aborda problemele legate de dezvoltarea celor sau alte reacții la implanturi utilizate în traumatologie și ortopedie, trebuie să examinăm termenii de bază și definițiile utilizate în știința materialelor medicale. Conform recomandărilor comitetelor de organizare V și VI-lea Congres Mondial privind Biomateriale, adoptată în 1998 și 2000, precum și Organizația Internațională de Standardizare ISO (ISO / TR 9966) GOST 51148-98 P un biomateriale implică material nesustenabilă destinate pentru contactul cu țesutul viu pentru a îndeplini funcțiile de dispozitive medicale. Biomaterial trebuie să fie biocompatibile și pot fi biodegradabile.

biocompatibilitate (BS) - este de a furniza răspunsul dorit de țesut viu la neviabil biomateriale. Este un material biocompatibil, care are capacitatea de a produce răspunsul gazdei corespunzătoare atunci când utilizarea sa specifică. Această definiție este formulată la o reuniune a grupului de lucru a avut loc la Amsterdam (Williams, 1987). Autorii subliniază că biocompatibilitatea - nu este absența completă a toxicității sau a altor calități negative și cerința ca materialul din implantarea sa comportat în mod adecvat, care să permită pentru a finaliza sarcina. VI Sevastyanov (1999), analiza informațiilor disponibile, evidențiază următoarele proprietăți de bază ale materialelor biocompatibile:

• Biomateriale nu ar trebui să provoace reacții inflamatorii locale;
• Biomateriale nu ar trebui să aibă efecte toxice și alergice asupra organismului;
• Biomateriale nu ar trebui să aibă un efect cancerigen;
• Biomateriale nu ar trebui să provoace dezvoltarea infecției;
• Biomateriale trebuie să mențină proprietăți funcționale pe toată durata de serviciu dorit.

materiale biocompatibile și operarea dispozitivului sau funcția în mod armonios și consecvent atunci când intră în contact cu corpul sau fluide biologice, fără a provoca reacții de boala sau de durere. Ar trebui subliniat faptul că nici un material biologic, probabil, cu excepția faptului că, care este obținută prin inginerie genetică și clonarea, nu poate fi absolut biocompatibil. În special, implanturi de sold, genunchi, glezna si alte articulatii a lungul timpului își pierd caracteristicile lor biomecanice. În procesul de frecare și repetate sarcini ciclice asupra componentelor protetice (plastic, piese metalice, ciment) formate numeroase microparticule care pot fi ușor deplasate prin corp pentru a bloca funcția celulelor fagocitare și determinate în ficat, rinichi și plămâni. Toate acestea pot duce la diferite tipuri de complicații, până la dezvoltarea tumorilor maligne.

În consecință, practica reală actuală de a permite doar vorbesc despre existența unei biomaterialelor relativ sigure și biocompatibile. Acestea pot fi în organism pentru o perioadă lungă de timp, suficient pentru a îndeplini funcția sa, fără a cauza aceasta a reacțiilor adverse. Biocompatibilitatea relativă pentru diferite biomateriale pot fi diferite. Este indicele integral, și este dificil de cuantificat. În fiecare caz, pe care doriți să utilizați modul de abordare și să fie tratați cu precauție la rezultatele obținute (ISO / TR 9966: 1989 (E)).

Procesul de descompunere a materialului neviabil atunci când intră în contact cu țesuturile vii, celule si fluide biologice (corporale) numite biodegradare (DB). Mecanismul de biodegradare poate fi cele mai variate - metale coroziune kaltsiofosfatov fagocitoză și colagen substituție chimică asupra hidroxiapatita coral.

materiale biodegradabile iar dispozitivul poate fi parțial sau complet dizolvată, absorbită de macrofage activate în procesele metabolice și biochimice și / sau înlocuite cu țesut viu.

proprietate de biodegradare opus este biostabil, ce caracterizează capacitatea unui material de a rezista într-un interval de timp predeterminat expunerea și țesuturi integrate de mediu menținând în același timp originale fizico-chimice, proprietățile sale mecanice și biologice și funcționale.

Pentru caracterizarea biomaterialelor implantate în țesutul osos, Osborn și Newesely (1980) a propus termenul: biotolerable, bioinert și bioactive. La a 2-a Conferință pe Biomateriale (Chester, 1992), după discuții completă, un număr selectat de noi definiții și clarificarea terminologiei existente utilizate pentru caracterizarea biomaterialelor utilizate în traumatologie și ortopedie.

materiale biotolerable încorporat în os prin mecanismele osteogenezei la distanță. Astfel, ele sunt separate de țesutul osos să crească strat fibros masiv. Ca exemple de astfel de substanțe pot fi vitalium sau metacrilați, PMA, vitamine (Osborn, Hewesely, 1980- Bruijn, 1993).

materiale bioinert practic nu interacționează cu țesuturile înconjurătoare, nu provoacă formarea unui strat fibros și exprimat stimularea osteogenezei. În acest caz, osul poate fi format în imediata vecinătate a suprafeței implantului. Exemple de astfel de compuși pot fi cermet de oxid de titan, vanadiu, zirconiu și aluminiu. materiale bioinert au, în general, pe suprafața sa un strat protector care previne ieșirea implantului ionic și penetrarea moleculelor corozive la aceasta din fluidul biologic înconjurător (Hench, Wilson, 1993- Nevelos, 2000- Murakami și colab., 2000- Mu et al ., 2000- Villermaux, 2000).

Grosimea capsulei de țesut conjunctiv atunci când materialele bioinert administrate nu trebuie să depășească 50 microni. Astfel pronunțată răspuns biologic din os (osteogeneza), țesuturile moi și limfoid practic manifest (Thull, 1992).

Cu poziții teoretice, materiale bioinert nu trebuie să sufere modificări în compoziția și proprietățile fizico-chimice ale acestora proprietățile tot timpul petrecut în organism sau medii bioactivi. Acestea sunt reprezentate în principal de dielectrici, care împiedică apariția fenomenelor electrochimice și galvanice în jurul implantului.

Integrarea acestor biomateriale cu os este minimă și poate fi realizată prin penetrarea țesutului conjunctiv în microporii articolelor ale căror dimensiuni sunt determinate, în analiza finală, magnitudinea blocării mecanice. În practică acest proces este oarecum diferit, deoarece unele dintre ionii de metal sub formă de microparticule datorită distrugerii filmului protector și deformarea sub sarcini, cu toate acestea intră în organism, care poate duce la reacții adverse (Thull, 1996- Mu, 2000) .

Cum și atunci când se analizează biocompatibilității materialelor bioactive, trebuie subliniat încă o dată că nici un material implantabil în țesutul viu nu este inert. La interfața dintre țesut-implant există un răspuns care depinde de mai mulți factori.

dedesubt materiale bioactive (BAM) se înțelege biomaterialelor destinate acestora legarea la sisteme biologice pentru a crește eficiența tratamentului, educația sau înlocuirea oricărui țesut, organ în timpul executării anumitor funcții ale organismului (Williams și colab., 1992). În prezent, printre familia BAM disting 5 categorii principale:

1. ceramică Kaltsiofosfatnaya.
2. Sticla si ceramica.
3. Polimeri bioactivi.
4. Geluri bioactivi.
5. Compozite.

O trăsătură caracteristică comună a tuturor implanturilor bioactive utilizate în traumatologie și ortopedie este formarea hidroxiapatitei carbonat strat (CHA) pe suprafața lor, în timpul implantării. echivalent KGA în compoziția și structura fazei minerale a osului. strat KGA crește în aglomeratele formă policristaline, care sunt incluse în fibrilelor de colagen. Datorită acestui fapt, legarea suprafețelor anorganice cu componente organice ale tesutului implantului. Astfel, interfața dintre implant și bioactive osoase aproape identice cu cele care apar în mod natural interfață între oasele și tendoanele și ligamentele. Proprietățile biomecanice ale acestei biomaterial se potrivește cel mai bine cu gradientii stres naturali decât alte BM (Groot, 1981, 1993- Jarcho, 1981, 1993- Hennch și colab., 1984- Kokaburo, 1992- Neo și colab., 1992- Okumura, 1992) .

Factorii care afectează răspunsul biologic la interfața dintre implantul ortopedică și țesutul din jur

Pe mecanismul de formare a stratului de apatită de materiale bioactive pot fi împărțite în trei grupe (Williams et al, 1992- Bruijn, 1993.):

1. formând apatit și biodegradare proprii (hidroxiapatită &beta - fosfat tricalcic și altele asemenea);
2. care formează stratul de apatit când saturate fosfați de calciu mediu și ioni de siliciu emergente din materialul (geluri și polimeri);
3. formarea stratului apatit prin absorbția ionilor de calciu și fosfat din fluidele corpului din jur și țesuturi (sticlă și din sticlă ceramică).

Într-un sens mai larg, bioactivitate poate fi considerată ca o proprietate, care caracterizează impactul biomaterialului pentru un proces fiziopatologic și morfologice în zona de contact cu obiectul biologic (Ermakova et al., 1990). Într-o anumită măsură, această poziție ecou opinia altor autori (Hench, Wilson, 1986), care este destinat pentru materiale bioactive subclasă de materiale active de suprafață care formează o legătură cu implantul cu țesutul din jur, având o secțiune de delimitare implant-os.

Din punctul nostru de vedere, materialul bioactiv în traumatologie și ortopedie este un indicator integral și trebuie evaluat, în primul rând, din punctul de vedere al capacității sale de a procesa integrarea cu tesutul osos, cu includerea mecanismelor osteoconduction și osteoinducția. Din acest punct de vedere, materialele bioactive cele mai optime sunt cele care sunt metaboliți naturali ai osoase, de exemplu colagen, elastină, hidroxiapatita, etc. trikaltsiofosfat Conducția reflectă capacitatea materialelor bioactive pentru aderenta, repartizate pe suprafață și menținerea proliferării celulelor țintă. Când este vorba de os, materialul bioactiv trebuie bine cravată celule osteogenic, promova expansiunea lor datorită migrației, chemochineziei pe suprafața sa, și să sprijine procesele de proliferare și diferențiere. biomateriale osteoinductiv singur stimulează formarea și creșterea osului pe suprafața implantului.

În traumatologie și ortopedie, unii autori identifică un alt grup numit implanturi kosteosvyazyvayuschie (CSI). Ele pot fi considerate ca un subgrup de materiale bioactive si biotolerable care au capacitatea de a stabili o conexiune între biomaterial și matricea osoasă (Williams, 1992- Hench, Wilson, 1993). In acest os tesut poate penetra în implant mecanic (lipire mecanică), de exemplu, prin incarnarea în porii materialului. Acest proces este observat atunci când se utilizează materiale poroase cum ar fi coral, metalul obținut prin metalurgia pulberilor, kaltsiofosfatov, polimeri, etc. Un alt mecanism este prin formarea legăturilor chimice dintre implant si os -. Bonding chimice observate, de exemplu, atunci când anumiți polimeri și biostekol. A treia interacțiune cale intre implant si tesutul osos este realizat prin includerea unui biomaterial în structura țesutului osos prin mecanisme de biodegradare osteointegrarea și remodelare (biologică de legare). În ceea ce privește biomecanică, relația cea mai durabilă și funcțională dau doar al treilea tip de implanturi, care includ kaltsiofosfatnye (EC) biomateriale (Groot, 1981- LeGeros, 1991).

Toate complicațiile care rezultă din implantarea biomaterialelor utilizate în ortopedie și traumatologie, pot fi împărțite în două clase largi. Una include complicații care rezultă din deteriorarea materialului implantului. Ca un exemplu, procese cum ar fi coroziunea, dizolvarea, biodegradare, oboseală, deformare, frecare, defectarea materialului, etc.

O altă clasă de a dezvolta complicații datorate proceselor biologice complexe care au loc în jurul materialului, inclusiv reacțiile generale și locale la apariția oricărui corp străin. Să considerăm mai întâi în detaliu reacțiile biologice care au loc în organism atunci când este administrat implanturi.


AV Karpov VP Shakhov
Sistemul de fixare externă și mecanisme de reglementare biomecanica optimă