Kemijski i elektrokemijski aspekte biokompatibilnosti, metala i metalnih legura

Poznato je da 90 od elemenata prisutnih u normalnim okolnostima, značajan ili biološki važna za održavanje života 26 elemenata.

Posebno se to odnosi na 11 glavnih bitne elemente (C, H, O, N, S, Ca, P, K, Na, Cl i Mg) i 15 trag materijala (značajna) elemenata (Fe, Zn, Cu, Mn, Ni , Co, Mo, se, Cr, i, F, Sn, Si, V i As).

Značajan funkcionalni elementi imaju karakterističan oblik i koncentracije u tkivima i organima, koji su prilično konstantna i da su u uskim granicama. Bitni elementi su dio metabolizma ćelije ili u okviru svojih enzima.

Ako se koncentracija elementa padne ispod ili poraste iznad ovog raspona, oštećenja razvijaju biokemijske i fiziološke funkcije su razbijena do smrti organizma (Underwood, 1977).

U organizmu, kao rezultat svoje kontakt sa okolinom, su od 20 do 30 drugih elemenata u tragovima sa vrlo različitim koncentracijama. Ove ne-esencijalnih su Al, Sb, Cd, Hg, Ge, Rb, Ag, Pb, Au, Bi, Be, Ti, Zr, Nb, Ta i druge.

Osim toga, ovi metali mogu se podijeliti u dvije široke kategorije: toksični u vrlo malim količinama i fiziološki ravnodušnim. Metala prve kategorije - kao što su CD, Hg, Pd i Be - vrlo otrovne, zbog njihove sposobnosti da direktno ili indirektno oštetiti biohemijske reakcije, enzimskih sistema i ćelija.

Metala druga kategorija - kao što su Al, Ti, Zr, Nb i Ta - obično čak i na visokom nivou u hranu, vodu i okoliš za dugo vremena ne mogu izazvati negativne efekte u tkiva i organa. Glavni razlog je da su ovi elementi su vrlo slabo apsorbira u probavnom traktu, respiratornog sistema i kožu (Williams, 1976).

Međutim, ako se uvode ovih metala u organizam, prolazeći prirodne barijere, na primjer u hirurškim implantacije, sadržaj navedenih elemenata u tkivu može povećati nekoliko puta. Dakle, još jedan važan uslov implantata je da metal je u direktnom kontaktu sa ćelijama ne bi trebalo da iskrivi ili oštetiti ih u toku biohemijskih procesa.

Iz ove pozicije kada implantiran aluminija ima veći potencijal toksičnosti od titana. Na primjer, u eksperimentima na životinjama to je uvjerljivo pokazala da aluminijske šipke kada ugrađuju u koštano tkivo imaju veći toksičan efekat od materijala na bazi titana.

Zanimljivo, u ovim eksperimentima, pokazalo se da je akumulacija velikih količina titan u tkivima oko implantata nije uočena bilo obilježen promjene morfoloških i funkcionalnih svojstava ćelija, i to je dobro podnose tijela (Williams, 1981 Thull, 1994).

Kada studira elektrokemijskim svojstvima metal implantati treba uzeti u obzir njihove elektrokemijske i galvanske serije.

U elektrokemijske seriji metali kako slijedi (normalni potencijala elektrode su dati u voltima na 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). Galvanski serije u slanoj rješenja kako slijedi: Pt > au > ag > ti > čelik passaged > Ni passaged > cu > aktivan Ni > sb > pb > čelik aktivan > stvaranje mjehurića željeza > al > zn > Mg (Williams, Ruf, 1978).

Prema brojnim izvještajima, vrlo značajan utjecaj na biokompatibilnost i opšte karakteristike metalnih biomedicinskih implantata utiče na platno topivih proizvode nastale od korozije i elektrokemijske reakcije (Hoar, Mear, Williams 1966-, 1976- Kruger, Crna 1979-, 1994- Merit, Brown, 1994 Isaacs, limun 1994, 1994 Stajneman, 1994 ).

Studije kao što su tradicionalne korozije i biokompatibilnosti raznih metalnih materijala, sprovedeno tokom posljednje tri decenije identificirali metala i legura koje su najpogodnije za proizvodnju implantata koji bi mogao biti dugo u organizmu.

Na taj način, koristeći elektrokemijske pristup, Hoar, Mear (1966) je zaključio da je Ti, Zn, No i njihove legure su preferirani materijali sa stanovišta biokompatibilnosti, jer sposoban dugo čuvaju u mediju koji jona hlorida, koji su krv, limfu, likvor, eksudat, sekreta i intersticijske tekućine, bez vidljivih znakova razaranja.

Laing et al. (1967), nakon tkivo studija biokompatibilnosti zaključila da metalne legure, koji su planirani za upotrebu u traumatologiji, ortopediji i stomatologije, ne bi trebalo da sadrže Fe (II), Co, Cr, Ni, Mo, V i Mn.

Obećavajući su otrovni elementi i legure izrađena od Ti, Zr i Nb.

1980. Steinmann (1980) u kombinaciji rezultate testa na koroziju in vivo i histoloških studija i ustanovili da legura pružaju reakcije tkiva treba da se sastoji od metala "vitalni" ili "kapsula" grupa: Ti, Zr, Nb, Ta, Pt, Al, fe (III), Mo, Ag, Au, od nehrđajućeg čelika, lijevanog i kovanog Co legura. Oni ne treba da sadrži nikakve toksične elemente tip Ni, Cu, V.

na studiji elektrohemijskih reakcija na bazi, Pourbaix došao 1984. do zaključka da teoretski samo 13 metala može se smatrati pogodan za upotrebu kao hirurški implantati i dentalne legure.

8 od njih pripadaju plemenitih metala, koji ima čisto metalnu površinu, posebno Au, Ir, Pt, Ru, Rh, Pd i Os, i 5 - pasivnog (kapsule) metala, koji su obložene slojem zaštitnog oksida (Ti, Ta, Nb , Zr i Cr). Godine 1991. Vage vjeruje da "... u to vrijeme, kao klinički prihvatljivost i Ti-Al-V legure komunalnih instaliran, moguće je da se fokusira napore na razvoj transformisao &beta - faze Ti-legure koje sadrže samo elemente kao što su niobij, tantal i cirkonijuma ".

Iz našeg gledišta, uzimajući u obzir rezultate više od 10 godina laboratorijskih testova i kliničkih implantati koriste prakse različitih vrsta metala, došli smo do zaključka da je većina opravdano, kako iz teorijske i praktične pozicije, upotreba za proizvodnju ortopedskih implantata (krakova, šipke, ploče, vijci, itd) &beta - faza čista Ti ili svoj tip legure VT4, VT5-1, VT6, VT16.

Treba napomenuti da je u razvijenim zemljama udio implantata vrši na osnovu titana, niobij i cirkonijuma, za potrebe traumatologije, ortopedije i stomatologije je u stalnom porastu, dok je u nerazvijenim zemljama i dalje dominiraju čeličnih materijala. Rusija sa svojim ogroman ekonomski potencijal, ne mogu priuštiti da koristite titan implantata, koji su nesumnjivo materijala XXI stoljeća.

AV Karpov VP Shakhov
Vanjski sistem fiksacija i regulatornih mehanizama optimalno biomehanike

Udio u društvenim mrežama:

Povezani