Aspectele chimice și electrochimice de biocompatibilitate, metale și aliaje metalice

Este cunoscut faptul că 90 dintre elementele prezente în condiții normale, substanțiale sau biologice importante pentru menținerea vieții sunt 26 de elemente.

În special, acest lucru se aplică la 11 elemente esențiale majore (C, H, O, N, S, Ca, P, K, Na, CI și Mg) și elemente 15 urme materiale (semnificative) (Fe, Zn, Cu, Mn, Ni , Co, Mo, Se, Cr, i, F, Sn, si, V și As).

Elementele funcționale semnificative au forma caracteristică și concentrația în țesuturi și organe, care sunt destul de constantă și sunt în limite înguste. Elementele esențiale sunt parte a metabolismului celular sau în cadrul sistemelor lor enzimatice.

Dacă concentrația elementului scade sub sau crește peste acest interval, defecte dezvolta biochimice și funcțiile fiziologice sunt rupte până la moartea organismului (Underwood, 1977).

În organism, ca urmare a contactului cu mediul înconjurător, sunt de la 20 la 30 de alte oligoelemente cu concentrații destul de diferite. Aceste urme de elemente neesențiale sunt Al, Sb, Cd, Hg, Ge, Rb, Ag, Pb, Au, Bi, Be, Ti, Zr, Nb, Ta și altele.

Mai mult, aceste metale pot fi împărțite în două mari categorii: toxice în cantități foarte mici și fiziologic indiferente. Metale din prima categorie - cum ar fi Cd, Hg, Pd și Be - extrem de toxice datorită capacității lor de a deteriora în mod direct sau indirect, reacții biochimice, sisteme de enzime și celule.

Metale doua categorie - cum ar fi Al, Ti, Zr, Nb și Ta - de obicei, chiar și la niveluri ridicate în alimente, apă și mediu pentru o lungă perioadă de timp nu poate provoca efecte negative în țesuturi și organe. Motivul principal este faptul că aceste elemente sunt foarte slab absorbite de tractul gastro-intestinal, sistemul respirator și piele (Williams, 1976).

Cu toate acestea, în cazul în care aceste metale sunt introduse în organism, care trece barierele naturale, de exemplu, in implantarea lor chirurgicale, conținutul elementelor de mai sus, în țesutul poate crește de mai multe ori. Prin urmare, un alt importante implanturi cerință este aceea că metalul este în contact direct cu celulele nu ar trebui să denatureze sau să le deterioreze în cursul lor de procese biochimice.

Din aceste poziții de aluminiu atunci când sunt implantate are o toxicitate potențial mai mare decât titan. De exemplu, în experimentele pe animale s-a demonstrat în mod convingător că tijele de aluminiu atunci când sunt implantate în țesutul osos au un efect toxic mai mare decât materialul pe baza de titan.

Interesant, în aceste experimente, sa demonstrat că acumularea unor cantități mari de titan în țesuturile înconjurătoare, implantul nu a fost observată nicio modificare marcate în proprietățile morfologice și funcționale ale celulelor, si este bine tolerat de organism (Williams, 1981- Thull, 1994).

Când studierea proprietăților electrochimice implanturi de metal ar trebui să ia în considerare seria electrochimică și galvanic.

In seria electrochimică metale sunt după cum urmează (potențialele normale de electrod sunt date în volți la 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). Seria galvanică în soluțiile de sare este după cum urmează: Pt > Au > Ag > Ti > oțel passaged > Ni passaged > cu > un Ni activ > Sb > Pb > oțel activ > fier puddling > Al > Zn > Mg (Williams, Rouf, 1978).

Potrivit numeroase rapoarte, un impact semnificativ asupra Caracteristicile biocompatibilitate și generale ale implanturilor metalice biomedicale afectează produsele solubile tesatura care rezultă din reacțiile de coroziune și electrochimice (brumă, Mear, Williams 1966, 1976- Kruger, negru 1979-, 1994- Merrit, Brown, 1994- Isaacs, Lime 1994-, 1994- Steinemann, 1994 ).

Studii ca coroziune tradițională și biocompatibilitatea diferite materiale metalice, realizat pe parcursul ultimelor trei decenii au identificat metale și aliaje care sunt cele mai potrivite pentru fabricarea de implanturi care ar putea fi o lungă perioadă de timp în organism.

Astfel, folosind o abordare electrochimică, bruma, Mear (1966) a concluzionat că Ti, Zn, nr și aliajele lor sunt materialele preferate din punct de vedere al biocompatibilității, deoarece capabil de mult timp stocat în ionii de clor medii care conțin, care sunt sânge, limfă, lichid cefalo-rahidian, exudate, secreții și fluidul interstițial, semne vizibile de distrugere.

Laing și colab. (1967), după țesut studiul biocompatibilitate ajuns la concluzia ca aliaje metalice, care sunt planificate pentru utilizare în traumatologie, ortopedie și stomatologie, nu trebuie să conțină Fe (II), Co, Cr, Ni, Mo, V și Mn.

Promițător sunt elemente toxice și aliajele din Ti, Zr și Nb.

In 1980 Steinmann (1980) Rezultatele testelor de coroziune combinate in vivo și studii histologice și a constatat că aliajele furnizează reacții tisulare ar trebui să constea din metale „vitale“ sau grup de „capsulă“: Ti, Zr, Nb, Ta, Pt, Al, Fe (III), Mo, Ag, Au, din oțel inoxidabil, turnate, aliaje Co forjate. Acestea nu trebuie să conțină elemente toxice de tip Ni, Cu, V.

Pe baza studiului reacțiilor electrochimice, Pourbaix a intrat în 1984 La concluzia că, teoretic, doar 13 metale pot fi considerate adecvate pentru utilizarea ca implanturi chirurgicale și aliaje dentare.

8 dintre ele aparțin metalele nobile, având o suprafață pur metalic, în particular Au, Ir, Pt, Ru, Rh, Pd și Os, și 5 - la metale pasive (capsular), care sunt acoperite cu un strat de oxizi de protecție (Ti, Ta, Nb , Zr și Cr). In 1991 Scales credea că“... la momentul respectiv, ca și acceptabilitatea clinică și utilitatea aliajului Ti-Al-V instalat, este posibil să se concentreze eforturile asupra dezvoltării unei transformate &beta - fazele Ti aliaje care conțin numai elemente, cum ar fi niobiu, tantal și zirconiu ".

Din punctul nostru de vedere, ținând cont de rezultatele de mai mult de 10 ani de teste de laborator și implanturi clinice folosesc practici de diferite tipuri de metal, am ajuns la concluzia că cea mai justificată, atât din pozițiile teoretice și practice, utilizarea pentru fabricarea de implanturi ortopedice (spițe, tije, plăci, șuruburi, etc.) &beta - faza pură Ti sau VT4 său tip de aliaj, VT5-1, VT6, VT16.

Trebuie remarcat faptul că, în țările dezvoltate, ponderea implanturi realizate pe baza de titan, niobiu și zirconiu, pentru nevoile de traumatologie, ortopedie și stomatologie este în continuă creștere, în timp ce în țările subdezvoltate încă materiale din oțel domină. Rusia, cu potențialul său economic enorm, nu își poate permite să utilizeze implanturi de titan, care sunt, fără îndoială, materialele din secolul XXI.

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

Distribuiți pe rețelele sociale:

înrudit