Биоматериали, биосъвместимост, биоразграждане, терминология, определения и класификация

За да отговори на въпроси, свързани с развитието на тези или други реакции на имплантите, използвани в травматология и ортопедия, ние трябва да разгледа основните термини и определения, използвани в медицинската наука. Според препоръките на организиране на комитети V и VI Световен конгрес на биоматериали, приет през 1998 г. и 2000 г., както и Международната организация по стандартизация ISO (ISO / TR 9966) ГОСТ Р 51148-98 на биоматериали включват неустойчива материали, предназначени за контакт с жива тъкан, за да изпълнява функциите и на медицински изделия. Биоматериалът трябва да бъдат биосъвместими и могат да бъдат биоразградими.

биосъвместимост (BS) - е да осигури желания отговор на жива тъкан на нежизнеспособни биоматериали. Дали биосъвместим материал, който притежава способността да произвеждат подходящ отговор домакин, когато специфичната употребата му. Това определение е формулирано по време на заседанието на работна група проведе в Амстердам (Williams, 1987). Авторите подчертават, че биологичната съвместимост - това не е пълната липса на токсичност или други негативни качества, както и изискването, че материалът в имплантирането държал адекватно, което позволява да се изпълни задачата. VI Севастиянов (1999), анализ на наличната информация, изтъква следните основни свойства на биосъвместими материали:

• Biomaterials не трябва да предизвикват локални възпалителни реакции;
• Biomaterials не трябва да имат токсични и алергични ефекти върху тялото;
• Биоматериали не трябва да имат канцерогенен ефект;
• Биоматериали не трябва да провокира развитието на инфекция;
• Биоматериали трябва да поддържат функционални свойства над предназначението на експлоатационния живот.

биосъвместими материали и обслужване на устройството или функция хармонично и последователно, когато е в контакт с тялото или биологични течности, без да причинява заболяване или болка реакции. Трябва да се подчертае, че нито биологичен материал, най-вероятно с изключение на това, което се получава чрез генно инженерство и клониране, не може да бъде абсолютно биосъвместим. По-специално, хип импланти, коляното, глезена и други стави с течение на времето губят своите биомеханични характеристики. В процеса на триене и многократно циклични натоварвания върху компонентите на протезата (пластмасови, метални части, цимент), образувани множество микрочастици, които могат лесно да бъдат преместени в тялото да блокира функцията на фагоцитни клетки и определят в черния дроб, бъбреците и белите дробове. Всичко това може да доведе до различни видове усложнения, до развитието на злокачествени тумори.

Следователно, действителната сегашната практика да позволява само се говори за съществуването на относително безопасни и биосъвместими биоматериали. Те могат да бъдат в тялото за дълъг период от време, достатъчен, за да изпълнява функцията си, без да причиняват него на нежелани реакции. Относителната биосъвместимостта на различни биоматериали може да бъде различен. Тя е неразделна индекса, и е трудно да се определи количествено. Във всеки случай, който искате да използвате вашия подход и да се третира с повишено внимание към резултатите, получени (ISO / TR 9966: 1989 (E)).

Процесът на разграждане на нежизнеспособни обогатени материал при контакт с живи тъкани, клетки и биологични (телесни) течности, наречен биоразграждане (DB). Механизмът на биоразграждане може да бъде най-разнообразни - корозия метали kaltsiofosfatov фагоцитоза и колаген за химическа смяна на коралови хидроксиапатит.

биоразградими материали и устройството може да бъде частично или напълно разтворен, погълната от макрофаги, активирани в метаболитни и биохимични процеси и / или заместени с жива тъкан.

Срещу биоразграждане имот биостабилен, която характеризира способността на материала да се съпротивлява по предварително определен интервал от време интегрираната излагането на околната среда и тъканите, като се поддържа първоначалната си физико-химични, механични и биологични и функционални свойства.

За да се характеризира биоматериали имплантират в костната тъкан, Osborn и Newesely (1980), предложен терминът: поносими, bioinert и биоактивна. На второ конференция за биоматериали (Chester, 1992), след задълбочена дискусия, избран брой нови определения и изясняване на съществуващата терминология, използвана за характеризиране на биоматериали, използвани в травматология и ортопедия.

поносими материали включи в костта чрез механизмите на далечното остеогенеза. Така те се отделят от костната тъкан да расте масивна влакнест слой. Като примери за такива вещества могат да бъдат vitalium или метакрилати, РМА, витамини (Osborn, Hewesely, 1980- Bruijn, 1993).

bioinert материали практически не взаимодействат с околните тъкани, не причиняват образуването на влакнест слой и изрази стимулиране на остеогенеза. В този случай, костта може да се образува в непосредствена близост до повърхността на импланта. Примери за такива съединения могат да бъдат металокерамика на титанов оксид, ванадий, цирконий и алуминий. Bioinert материали обикновено имат на повърхността си защитен слой, който пречи на излизането на йонна импланта и проникването на корозивни молекули да го от заобикалящата биологична течност (Hench, Wilson, 1993 Nevelos, 2000 Murakami и сътр., 2000 Mu сътр ., 2000- Villermaux, 2000).

Дебелината на капсулата на съединителната тъкан, когато се прилагат bioinert материали не трябва да надвишава 50 микрона. Така изразен биологичен отговор от костния (остеогенезата), меки и лимфоидни тъкани практически явна (Тул, 1992).

С теоретични позиции, bioinert материали не трябва да се подлагат на промени в състава и физико-химичните свойства на цялото време, прекарано в тялото или биоактивни среда. Те са представени главно от диелектрици, което не позволява появата на електрохимични и галванични явления около импланта.

Интегриране на такива биоматериали с кост е минимална и може да се извърши чрез проникването на съединителната тъкан в микропорите на изделия, чиито размери са определени, в крайна сметка, величината на механично заключване. На практика този процес е по-различен, тъй като някои от металните йони под формата на микрочастици, поради разрушаването на защитното фолио и деформация под товар, въпреки това влиза в тялото, което може да доведе до нежелани реакции (Тул, 1996- Mu, 2000) ,

Как и кога се има предвид биологичната съвместимост на биоактивни материали, трябва да се подчертае още веднъж, че да не е съществен за имплантиране в жива тъкан не е инертно. На границата между тъкан-импланта има отговор, който зависи от много фактори.

под биоактивни материали (BAM) се разбира биоматериали, предназначени за свързване към тях биологични системи за увеличаване на ефективността на лечението, образование или заместването на всички тъкани, органи по време на изпълнението на някои функции на организма (Williams и др., 1992). В момента сред семейството BAM разграничи 5 основни категории:

1. Kaltsiofosfatnaya керамика.
2. Стъклени и стъклокерамика.
3. Биоактивни полимери.
4. Биоактивни гелове.
5. Композити.

Обща характерна черта на всички биоактивни импланти, използвани в травматология и ортопедия е образуването на хидроксиапатит карбонат (СНА) слой върху повърхността им по време на имплантацията. KGA еквивалент в състава и структурата на минерална фаза на костите. KGA слой расте в поликристални образуват агломерати, които са включени в фибрилите на колаген. Поради това, свързването на неорганични повърхности с органични компоненти на импланта тъкан. По този начин, взаимодействието между импланта и костната биоактивна почти идентичен с естествено срещащи се интерфейс между костите и сухожилия и лигаменти. Биомеханични свойства на такива биоматериал най-близо до физически стрес градиенти от друга BM (Groot, 1981, 1993 Jarcho, 1981, 1993 Hennch и сътр., 1984- Kokaburo, 1992- Neo и сътр., 1992- Okumura, 1992) ,

Фактори, влияещи върху биологичната реакция при взаимодействието между ортопедичната импланта и околните тъкани

На механизма на образуване на апатит слой на биоактивни материали могат да бъдат разделени в три групи (Williams и др, 1992- Bruijn, 1993):

1. формиране на апатит и собствен биоразграждане (хидроксиапатит &бета - трикалциев фосфат и други подобни);
2. формиране на апатит слой когато наситен среда калциеви фосфати и силициеви йони, излизащи от материала (гелове и полимери);
3. формиране апатит слой от абсорбцията на калций и фосфатни йони от околните телесни течности и тъкани (стъкло и стъклени керамика).

В по-широк смисъл, биоактивност може да се счита като свойство, което е характерно за въздействие на биоматериала в продължение на патофизиологични и морфологични процеси в зоната на контакт на биологичната обекта (Ермакова и сътр., 1990). До известна степен това положение отразява становището на други автори (Hench, Wilson, 1986), който е предназначен за биоактивни материали подклас на повърхностно активни материали, които образуват връзка с импланта с околните тъкани, като точка имплант кост граница.

От наша гледна точка, биоактивен материал в травматология и ортопедия е неразделна индикатор и трябва да бъде оценено, на първо място, от гледна точка на неговата способност да обработва интеграция с костната тъкан, с включването на osteoconduction и osteoinduction механизми. От тази гледна точка, най-оптимални биоактивни материали са тези, които са естествени метаболити на костите, например колаген, еластин, хидроксиапатит и др trikaltsiofosfat Провеждане отразява способността на биоактивни материали за адхезията, разпределени по повърхността и поддържане на пролиферацията на клетки мишени. Когато става въпрос за костите, на биоактивен материал трябва да бъде добре изравнителен остеогенни клетки, насърчаване на тяхната експанзия поради миграцията на хемокинезата на повърхността си, и подкрепят процесите на пролиферация и диференциация. сам Остеоиндуктивен биоматериали стимулират формирането и растежа на костите на повърхността на имплантанта.

В травматология и ортопедия, някои автори посочват друга група, наречени kosteosvyazyvayuschie импланти (CSI). Те могат да се считат като подгрупа на биоактивни и поносими материали, които имат способността да се установи връзка между биоматериала и костния матрикс (Williams, 1992- Hench, Wilson, 1993). В този костната тъкан може да проникне в импланта механично (механично свързване), например чрез врастване в порите на материала. Този процес се наблюдава при използването на порести материали като корал, метал, получен чрез прахова металургия, kaltsiofosfatov, полимери и др Друг механизъм е чрез образуване на химични връзки между импланта и костта -. Химическо свързване се наблюдава, например, при използване на някои полимери и biostekol. трети начин на взаимодействието между импланта и костната тъкан се осъществява чрез включване на биоматериал в структурата на костната тъкан чрез механизми биоразграждане osteointegration и ремоделиране (биологичен свързване). От гледна точка на биомеханиката, най-трайни и функционални взаимоотношения даде едва третият вид импланти, които включват kaltsiofosfatnye (ЕО) биоматериали (Groot, 1981- LeGeros, 1991).

Всички усложненията, произтичащи от имплантирането на биоматериали, използвани в ортопедията и травматологията, могат да бъдат разделени в две големи класове. Един включва усложнения, произтичащи от увреждането на имплант материал. Като пример, такива процеси като корозия, разтваряне, биоразграждане, умора, деформация, триене, недостатъчност на материала и т.н.

Друг клас от развитие на усложнения, дължащи се на комплексни биологични процеси, протичащи около материала, включително общи и локални реакции на появата на всяко чуждо тяло. Нека първо разгледаме по-подробно биологичните реакции, които се случват в тялото, когато се прилага импланти.


AV Карпов VP Shakhov
Външна система за фиксиране и регулаторни механизми оптимално биомеханика