Chemické a elektrochemické aspekty biokompatibilita, kovov a kovových zliatin

Je známe, že 90 z prvkov prítomných v normálnych okolností podstatné alebo biologicky významných pre udržanie života sú 26 prvkami.

Najmä to platí pre 11 hlavných základných prvkov (C, H, O, N, S, Ca, P, K, Na, Cl a Mg) a 15 stopy materiálu (významných) prvkov (Fe, Zn, Cu, Mn, Ni , Co, Mo, Se, Cr, aj, F, Sn, Si, V, As).

Významné funkčné prvky majú charakteristický tvar a koncentráciu v tkanivách a orgánoch, ktoré sú pomerne konštantné a sú v úzkych medziach. Podstatné prvky sú súčasťou bunkového metabolizmu alebo v ich enzymatických systémov.

V prípade, že koncentrácia prvku klesne pod alebo stúpne nad tento rozsah, vady vyvinúť biochemické a fyziologické funkcie sú rozdelené do smrti organizmu (Underwood, 1977).

V ľudskom tele, ako výsledok jeho kontaktu s prostredím, sú od 20 do 30 iné stopové prvky s pomerne rôznych koncentráciách. Tieto nepodstatné stopové prvky sú AI, Zb, Cd, Hg, Ge, Rb, Ag, Pb, Au, Bi, Be, Ti, Zr, Nb, Ta a ďalšie.

Ďalej, tieto kovy môžu byť rozdelené do dvoch širokých kategórií: toxické vo veľmi malých množstvách a fyziologicky indiferentné. Kovy prvej kategórie - ako Cd, Hg, Pd a Be - vysoko toxický vzhľadom na ich schopnosti priamo alebo nepriamo poškodiť biochemické reakcie, enzýmové systémy a bunky.

Kovy druhej kategórie - ako AI, Ti, Zr, Nb a Ta a - spravidla aj pri vysokých úrovniach v potravinách, vody a životného prostredia po dlhú dobu nemôže spôsobiť nepriaznivé účinky v tkanivách a orgánoch. Hlavným dôvodom je skutočnosť, že tieto prvky sú veľmi zle vstrebáva do tráviaceho ústrojenstva, dýchacie cesty a pokožku (Williams, 1976).

Avšak, ak sú tieto kovy sú zavedené do tela, prechádza prirodzenej bariéry, napríklad v ich chirurgickej implantácie, obsah vyššie uvedených prvkov v tkanive môže zvýšiť niekoľkokrát. Preto Ďalším dôležitým požiadavkou implantáty je, že kov je v priamom kontakte s bunkami nesmie narušiť alebo ich poškodeniu v ich priebehu biochemických procesov.

Z týchto polôh pri implantácii hliník má vyšší potenciálny toxicitu než titán. Napríklad pri pokusoch na zvieratách bolo presvedčivo preukázané, že hliníkové tyče pri implantácii v kostnom tkanive majú väčšiu toxický účinok než materiál na báze titánu.

Je zaujímavé, že v týchto pokusoch sa ukázalo, že akumulácia veľkého množstva titánu vo tkanív v okolí implantátu nebolo pozorované žiadne výrazné zmeny v morfologické a funkčné vlastnosti buniek, a je dobre znášaný v tele (Williams, rokoch 1981 Thull, 1994).

Pri štúdiu elektrochemických vlastností kovové implantáty potrebné vziať do úvahy ich elektrochemické a galvanické sérii.

V elektrochemické rade kovy sú nasledovné (normálne elektródové potenciály sú uvedené vo V pri teplote 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). Galvanická série v roztokoch soľných, je nasledujúci: Pt > au > ag > tí > oceľ pasážovania > ňu pasážovania > Cu > aktívne Ni > sb > pb > oceľ aktívny > puddling železo > Al > zn > Mg (Williams, Rouf, 1978).

Podľa početných správ, veľmi významný vplyv na biokompatibility a všeobecné charakteristiky kovových implantátov biomedicínskych ovplyvňuje látkové rozpustné produkty vznikajúce korózie a elektrochemických reakcií (inovať, Meara, Williams 1966-, 1976- Kruger, čierna 1979-, 1994- Merritové, Brown, 1994- Isaacs, citróny 1994-, 1994- Steinemann, 1994 ).

Štúdia ako tradičné korózii a biokompatibility rôznych kovových materiálov, ktorý sa uskutočňuje v priebehu posledných troch desaťročí boli identifikované kovy a zliatiny, ktoré sa najlepšie hodí pre výrobu implantátov, ktoré by mohli byť dlho v tele.

Teda, s použitím elektrochemického prístupu Inovať, Meara (1966) k záveru, že Ti, Zn, Ne a ich zliatiny sú výhodnými materiály z hľadiska biokompatibility, pretože schopné dlhodobo uloženého v médiu obsahujúcom chloridové ióny, ktoré sú krv, lymfa, mozgovomiechová mok, exsudáty, sekrétov a intersticiálna tekutina, žiadne viditeľné známky poškodenia.

Laing a kol. (1967) po tkaniva biokompatibilita štúdie vyplynulo, že kovové zliatiny, ktoré sú naplánované na použitie v traumatológii, ortopédii a stomatológii, by nemala obsahovať Fe (II), Co, Cr, Ni, Mo, V a Mn.

Sľubné sú toxické prvky a zliatiny z Ti, Zr a Nb.

V roku 1980 Steinmann (1980) Kombinované výsledky korózie testov in vivo a histologické štúdie a zistili, že zliatiny poskytnúť tkanivové reakcie by mala pozostávať z kovu "zásadné" alebo skupina "kapsule": Tí, Zr, Nb, Ta, Pt, AI, fe (III), Mo, Ag, Au, z nerezovej ocele, liate a tvárnené zliatiny Co. Nemali by obsahovať žiadne toxické prvky typu Ni, Cu, V.

Na základe štúdia elektrochemických reakcií základe Pourbaix prišiel v roku 1984 k záveru, že teoreticky iba 13 kovy môžu byť považované za vhodné na použitie ako chirurgické implantáty a dentálnych zliatin.

8 z nich patrí do vzácnych kovov, ktoré majú čisto kovový povrch, najmä Au, Ir, Pt, Ru, Rh, Pd a Os, a 5 - pre pasívne (kapsulárními) kovov, ktoré sú potiahnuté vrstvou ochranných oxidy (Tí, Ta, Nb , Zr a Cr). V roku 1991 Váhy veril, že "... v tej dobe, pretože klinické prijateľnosti a Ti-Al-V zliatiny nástroj nainštalovaný, je možné zamerať úsilie na rozvoj transformovaná &beta - fáza Ti-zliatin, ktoré obsahujú iba prvky, ako je niób, tantal a zirkónia ".

Z nášho hľadiska, brať do úvahy výsledky z viac ako 10 rokov laboratórnych testov a klinických implantáty používať postupy rôznych druhov kovu, sme dospeli k záveru, že väčšina oprávnená, a to ako z teoretického aj praktického pozíciách, využitie pre výrobu ortopedických implantátov (lúče, tyče, dosky, skrutky, atď) &beta - fáza čistého titánu alebo jeho zliatiny typu VT4, VT5-1, VT6, VT16.

Je potrebné poznamenať, že v rozvinutých krajinách je podiel implantátov vyrobených na báze titánu, nióbu a zirkónia, pre potreby traumatológii, ortopédii a stomatológii neustále rastie, zatiaľ čo v rozvojových krajinách stále prevažujú oceľové materiály. Rusko so svojim obrovským ekonomickým potenciálom, nemôže si dovoliť používať titánové implantáty, ktoré sú nepochybne materiály storočia XXI.

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

Delež v družabnih omrežjih:

Podobno