Biomateriály, biokompatibilita, biodegradácia, terminológia, definície a klasifikácie

S cieľom riešiť otázky spojené s rozvojom tých, alebo iných reakcií na implantátov používaných v traumatológii a ortopédii, musíme skúmať základné pojmy a definície používané v lekárskej vedy o materiáloch. Podľa odporúčaní organizačných výborov V a VI World Congress na biomateriály, prešli v rokoch 1998 a 2000, rovnako ako Medzinárodná organizácia pre štandardizáciu ISO (ISO / TR 9966) GOST P 51148-98 A biomateriály zapojiť neudržateľný materiál určený pre styk s živým tkanivom, aby vykonávať funkciu lekárskych prístrojov. Biomateriál musia byť biokompatibilné a môžu byť biologicky odbúrateľné.

biokompatibilita (BS) - je pre poskytnutie požadovanej reakcii živé tkanivá pre neživotaschopné biomateriály. Je biokompatibilný materiál, ktorý má schopnosť produkovať vhodné hostiteľskej odpoveď, keď jeho konkrétne použitie. Táto definícia je formulovaná na stretnutí pracovnej skupiny sa konala v Amsterdam (Williams, 1987). Autori zdôrazňujú, že biokompatibility - nie je úplná absencia toxicity alebo iných negatívnych vlastností, a požiadavka, aby sa materiál v implantácii správal zodpovedajúcim spôsobom, čo umožňuje dokončenie úlohy. VI Sevastyanov (1999), analýza dostupných informácií, zdôrazňuje tieto základné vlastnosti biokompatibilné materiály:

• Biomateriály by nemala spôsobiť lokálne zápalové reakcie;
• Biomateriály by nemala mať toxické a alergické účinky na organizmus;
• Biomateriály by nemal mať karcinogénne účinky;
• Biomateriály nemali provokovať vývoj nákazy;
• Biomateriály musí zachovať funkčné vlastnosti než zamýšľané životnosti.

biokompatibilné materiály a prevádzka alebo funkcie zariadenia harmonicky a dôsledne, keď je v kontakte s telom, alebo biologických kvapalín bez spôsobiť ochorenie alebo bolesti reakcie. Je potrebné zdôrazniť, že nie je biologickým materiálom, pravdepodobne s výnimkou toho, čo je získaný genetickým inžinierstvom a klonovanie, nemôže byť absolútne biokompatibilný. Najmä bedrové implantáty, koleno, členok a ďalších kĺbov v priebehu času strácajú svoje biomechanické vlastnosti. V procese trenia a opakované cyklické zaťaženie na protézy zložky (plastové, kovové diely, cement) vytvorené početné mikročastice, ktoré môžu byť ľahko pohybovať skrz telo blokovať funkciu fagocytov a určených v pečeni, obličkách a pľúcach. To všetko môže viesť k rôznym druhom komplikácie, a to až ku vzniku zhubných nádorov.

V dôsledku toho skutočná súčasná prax umožňuje hovoriť len o existencii relatívne bezpečný a biokompatibilný biomateriálov. Môžu byť v tele po dlhú dobu, dostatočnú pre plniť svoju funkciu, bez toho aby došlo k nej nežiaducich účinkov. Relatívna biologická zlučiteľnosť rôznych biologických materiálov sa môžu líšiť. Je neoddeliteľnou index, a je ťažké kvantifikovať. V každom prípade, že chcete použiť svoj prístup a musia byť liečení so zvýšenou opatrnosťou na dosiahnutých výsledkoch (ISO / TR 9966: 1989 (E)).

Proces rozklad nonviable materiálu pri kontakte so živými tkanivami, bunkami a biologické (telesných tekutín) nazýva biodegradácie (DB). Mechanizmus biodegradácie môže byť najrôznejšie - Korózia kovov kaltsiofosfatov fagocytózu a kolagén k chemickej substitúcie na koralové hydroxyapatitu.

biologicky rozložiteľné materiály a zariadenie môže byť čiastočne alebo úplne rozpustený, absorbované makrofágy aktivovanými v metabolických a biochemických procesov a / alebo nahradené živé tkanivá.

Opak biodegradácie vlastnosť je biologicky stabilný, ktorá charakterizuje schopnosť materiálu odolávať vo vopred určenom časovom intervale integrované expozíciu životného prostredia a tkaniva pri zachovaní jeho pôvodný fyzikálno-chemické, mechanické a biologické a funkčné vlastnosti.

Charakterizovať biomateriálov implantované do kostného tkaniva, Osborn a Newesely (1980) navrhol termín: biotolerable, bioinert a bioaktívne. 2. konferencia o biomateriálov (Chester, 1992), po dôkladnom prerokovaní, vybraného počtu nových definícií a objasnenie existujúcich terminológiou používanou pre charakterizáciu biomateriálov používaných v traumatológii a ortopédii.

biotolerable materiály začlenené do kosti pomocou mechanizmov vzdialenej osteogeneze. Tak sú oddelené od kostného tkaniva rast masívne vláknitú vrstvu. Ako príklady týchto látok môžu byť Vitalium alebo metakrylát, PMA, vitamíny (Osborn, Hewesely, 1980- Bruijn, 1993).

bioinert materiály prakticky neinteragujú s okolitými tkanivami, nevyvolávajú tvorbu vláknité vrstvy a vyjadril stimuláciu osteogeneze. V tomto prípade je kosť môžu byť vytvorené v bezprostrednej blízkosti povrchu implantátu. Ako príklady takých zlúčenín je možné cermet oxidu titánu, vanádu, zirkónia a hliníka. Bioinert materiály majú zvyčajne na svojom povrchu ochrannú vrstvu, ktorá zabraňuje výstupu iónového implantátu a prenikanie agresívnych molekúl na neho z okolitého biologickej tekutine (Hench, Wilson, 1993- Nevelos, 2000- Murakami a kol., 2000- Mu et al ., 2000- Villermaux, 2000).

Hrúbka kapsule spojivového tkaniva, kedy sa má podávať bioinert materiály, ktoré nie sú väčšie ako 50 mikrónov. Tak výrazný biologickú odpoveď z kostnej (osteogeneze), mäkké a lymfatického tkaniva prakticky prejavuje (Thull, 1992).

S teoretickými pozícií, by bioinert materiály, ktoré nie sú podrobené zmeny v ich zložení a fyzikálno-chemických vlastností po celú dobu strávenú v tele, alebo biologicky aktívnych prostrediach. Sú zastúpené predovšetkým dielektrika, čo zabraňuje vzniku elektrochemických a galvanických javov okolo implantátu.

Integrácia týchto biomateriálov s kosťou je minimálna a môže byť vykonaná podľa prenikaniu spojivového tkaniva v mikropórov predmetov, ktorých rozmery sú určené, v konečnom dôsledku, veľkosti mechanického zaistenia. V praxi je tento proces trochu odlišná, pretože niektoré z kovových iónov vo forme mikročastíc v dôsledku zničenia ochrannej fólie a deformácii pod zaťažením, však vstupuje do tela, ktoré môže viesť k nežiaducim účinkom (Thull, 1996- Mu, 2000) ,

Ako a kedy s ohľadom na biokompatibilitu bioaktívnych látok, je potrebné zdôrazniť znova, že žiadny materiál implantovateľné v živom tkanive nie je inertný. Na rozhraní medzi tkanivového implantátu je odpoveď, ktorá je závislá na mnohých faktoroch.

pod bioaktívne materiály (BAM) je určený biologických materiálov určených na ich naviazanie na biologické systémy pre zvýšenie účinnosti liečby, vzdelávanie alebo substitúciu akejkoľvek tkaniva, orgánu počas vykonávania určitých funkcií organizmu (Williams et al., 1992). V súčasnej dobe, okrem rodiny BAM rozlišovať 5 hlavných kategórií:

1. Kaltsiofosfatnaya keramiky.
2. Skla a keramiky.
3. Bioaktívne polyméry.
4. Bioaktívne gély.
5. Kompozity.

Spoločným charakteristickým rysom všetkých bioaktívnych implantátov používaných v medicínskej je tvorenie uhličitanu hydroxyapatitu (CHA) vrstvy na ich povrchu v priebehu implantácie. KGA ekvivalent v zložení a štruktúre minerálne zložku kosti. KGA vrstva rastie v polykryštalických forme aglomerátov, ktoré sú zahrnuté v kolagénových fibríl. V dôsledku toho, väzba anorganických povrchov s organickými zložkami implantátu tkaniva. To znamená, že rozhranie medzi implantátom a kostnej bioaktívne takmer identické s prirodzene sa vyskytujúce rozhranie medzi kostí a šliach a väzov. Biomechanické vlastnosti takého biologického materiálu čo najviac zodpovedá prirodzenej stresovej gradienty ako iné BM (Groot, 1981, 1993- Jarchovi, 1981, 1993- Hennch et al., 1984- Kokaburo, 1992- Neo a kol., 1992- Okumura, 1992) ,

Faktory ovplyvňujúce biologickú odpoveď na rozhraní medzi ortopedického implantátu a okolitým tkanivom

Na mechanizmu tvorby apatitu vrstvy biologicky aktívnych materiálov, môžu byť rozdelené do troch skupín (Williams et al, 1992- Bruijn, 1993.):

1. tvárnenie apatit a vlastné biodegradácie (hydroxyapatit &beta - fosforečnan vápenatý a podobne);
2. tvoriaci apatitového vrstvy po nasýtení fosfáty prostredia vápnika a ióny kremíka vznikajúce z materiálu (gély a polyméry);
3. tvárnenie apatitu vrstvu vstrebávanie vápnika a fosfátových iónov z okolitých telových tekutinách a tkanivách (skla a keramiky).

V širšom zmysle, biologická aktivita môže byť považovaná ako vlastnosť, ktorá charakterizuje vplyv biomateriáli na patofyziologické a morfologických procesov v kontaktnej zóne s biologickým objektom (Ermakova et al., 1990). Do určitej miery je táto pozícia odráža názor iných autorov (Hench, Wilson, 1986), ktorá je určená na bioaktívne materiály podtriedy povrchovo aktívnych látok, ktoré tvoria väzbu s implantátu s okolitým tkanivom, ktorá má úsek s implantátom kosti hranice.

Z nášho pohľadu, bioaktívne materiál v medicínskej je neoddeliteľnou indikátor musí byť posudzovaný, v prvom rade, z hľadiska jeho schopnosti spracovať integráciu s kostnej tkanív, so zahrnutím osteoconduction a osteoinduction mechanizmov. Z tohto hľadiska najoptimálnejšie bioaktívne materiály sú tie, ktoré sú prírodné metabolity kostí, ako je napríklad kolagén, elastín, hydroxyapatitu, atď trikaltsiofosfat Vedenie odráža schopnosť biologicky aktívnych materiálov na adhéziu, ktoré sú rozložené po povrchu a udržiavanie proliferáciu cieľových buniek. Pokiaľ ide o kosti, bioaktívne materiál musí byť dobre rozhodujuca osteogénny bunky, podporovať ich expanziu v dôsledku migrácie, chemokinesis na jeho povrchu, a podporovať procesy proliferácie a diferenciácie. Osteoindukcii biomateriály sám stimulujú tvorbu a rast kosti na povrchu implantátu.

V traumatológii a ortopédii, niektorí autori identifikovať inej skupine zvanej kosteosvyazyvayuschie implantáty (CSI). Môžu byť považovaná za podskupinu bioaktívnych a biotolerable materiálov, ktoré majú schopnosť vytvoriť spojenie medzi biomateriáli a kostnej matrix (Williams, 1992- Hench, Wilson, 1993). V tejto kostného tkaniva môže preniknúť do implantátu mechanicky (mechanické spojenie), napríklad tým, vrastaniu do pórov materiálu. Tento proces je potrebné pri použití poréznych materiálov, ako koralov, kov získané práškovej metalurgie, kaltsiofosfatov, polyméry, atď Ďalší mechanizmus je prostredníctvom tvorby chemických väzieb medzi implantátom a kosťou. - chemická väzba pozorované, napríklad, keď určité polyméry a biostekol. Tretí spôsob interakcie medzi implantátom a kostným tkanivom je realizovaná zahrnutím biomateriáli v štruktúre kostného tkaniva biodegradáciou mechanizmy osteointegration a remodelácia (biologická väzba). Z hľadiska biomechaniky, najviac odolné a funkčný vzťah uviesť iba tretí typ implantátov, ktoré zahŕňajú kaltsiofosfatnye (ES) biomateriálov (Groot, rokoch 1981 LeGeros, 1991).

Všetky tieto komplikácie vyplývajúce z implantáciu biomateriálov používaných v ortopédii a traumatológii, možno rozdeliť do dvoch veľkých skupín. Jeden zahŕňa komplikácie vyplývajúce z poškodenia materiálu implantátu. Ako príklad týchto postupov je korózia, rozpúšťanie, biodegradácia, únava, deformácie, trenie, zlyhanie materiálu, atď

Ďalšie trieda vzniku komplikácií v dôsledku komplexných biologických procesov prebiehajúcich okolo materiálu, vrátane všeobecných a reakcie k vzniku akéhokoľvek cudzieho telesa. Poďme najprv zvážiť podrobnejšie biologických reakcií, ktoré sa vyskytujú v tele pri podávaní implantátov.


AV Karpov VP Shakhov
Externé fixačné systém a regulačné mechanizmy optimálne biomechanika