Химически и електрохимически аспекти на биосъвместимост, метал и метални сплави

Известно е, че 90 на елементите, намиращи се в нормални обстоятелства, значителни или биологично важни за поддържане на живота са 26-елементи.

По-специално това се отнася за 11 големи основни елементи (С, Н, О, N, S, Ca, P, K, Na, CI и Mg) и 15 следа материал (значителни) елементи (Fe, Zn, Cu, Mn, Ni , Co, Mo, Se, Cr, I, F, Sn, Si, V и As).

Значителни функционални елементи имат характерна форма и концентрация в тъкани и органи, които са сравнително постоянно и са в тесни граници. Основните елементи са част от клетъчния метаболизъм или в техните ензимни системи.

Ако концентрацията на елемента падне под или се издига над този диапазон, недостатъци се проявяват биохимични и физиологични функции са разделени със смъртта на организма (Underwood, 1977).

В тялото, като в резултат на контакт с околната среда, са от 20 до 30 други микроелементи с доста различни концентрации. Тези несъществени микроелементи са Al, Sb, Cd, Hg, Ge, Rb, Ag, Pb, Au, Bi, Be, Ti, Zr, Nb, Та и др.

Освен това, тези метали могат да бъдат разделени в две големи категории: токсични в много ниски количества и физиологично безразличен. Метали от първата категория - като например Cd, Hg, Pd и Бъди - силно токсични, поради способността им да се пряко или косвено да повреди биохимични реакции, ензимни системи и клетки.

Метали втора категория - като например Al, Ti, Zr, Nb и Ta - обикновено дори при високи нива в храната, водата и околната среда в продължение на дълъг период от време не може да предизвика негативни реакции в тъканите и органите. Основната причина е, че тези елементи са много слабо се абсорбира от стомашно-чревния тракт, дихателната система и кожата (Williams, 1976).

Въпреки това, ако тези метали се въвеждат в тялото, преминаване на естествени бариери, например в тяхната хирургическо имплантиране, съдържанието на посочените по-горе елементи на тъканта може да се увеличи няколко пъти. Затова Друго важно изискване импланти е, че металът е в пряк контакт с клетките, които не следва да нарушават или да ги повредят в техния курс на биохимични процеси.

От тези позиции, когато се имплантира алуминиев има по-висок потенциал за токсичност от титан. Например, в експерименти върху животни е било убедително показва, че алуминиеви пръчки когато имплантирани в костната тъкан имат по-голяма токсичен ефект от материал на базата на титан.

Интересното е, че в тези експерименти, е показано, че натрупването на големи количества титан в тъканите около имплантанта не се наблюдават никакви маркирани промени в морфологичните и функционални свойства на клетките, и се понасят добре от организма (Williams, 1981- Тул, 1994).

При изучаването на електрохимични свойства метални импланти следва да вземе предвид тяхната електрохимична и галванична серия.

В електрохимична серия метали са както следва (нормалните потенциали на електрода са дадени в волта при 25 ° С): 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). Галванична серия от разтвори на сол е както следва: Pt > Au > Ag > Ti > стомана пасира > Ni пасира > Cu > активно Ni > Sb > Pb > стомана активен > фосфатна желязо > Al > Zn > Mg (Williams, Rouf, 1978).

Според множество доклади, много значително въздействие върху биосъвместимост и основни характеристики на метални импланти биомедицинска засяга разтворими продукти тъкани, получени от корозия и електрохимически реакции (белите, Mear, Williams 1966-, 1976 г. Kruger, черен 1979-, 1994- Merrit, Brown, 1994 Isaacs, лимони 1994-, 1994- Steinemann, 1994 ).

Изследвания като традиционен корозия и биосъвместимост на различни метални материали, проведено през последните три десетилетия са идентифицирали метали и сплави, които са най-подходящи за производство на импланти, които биха могли да бъдат по-дълго време в тялото.

По този начин, използващ електрохимична подход, белите, Mear (1966) заключи, че Ti, Zn, NO и техните сплави са предпочитани материали от гледна точка на биосъвместимост, тъй в състояние на дълго време съхраняват в среда, съдържаща хлорни йони, които са кръв, лимфа, цереброспинална течност, ексудати, секрети и интерстициална течност, без видими признаци на разрушаване.

Laing и сътр. (1967) след тъкан биосъвместимост Проучването заключава, че метални сплави, които са планирани за използване в травматологията, ортопедията и стоматологията, не трябва да съдържат Fe (II), Co, Cr, Ni, Mo, V и Мп.

Обещаваща са токсични елементи и сплави от Ti, Zr и Nb.

През 1980 Steinmann (1980) комбинирани резултати от изпитвания корозия ин виво и хистологични изследвания и са открили, че сплави осигуряват реакции тъкан трябва да се състоят от метали "жизненоважна" или "капсула" група: Ti, Zr, Nb, Та, Pt, Al, Fe (III), Mo, Ag, Au, неръждаема стомана, гласове и ковано Co сплави. Те не трябва да съдържа никакви токсични елементи тип Ni, Cu, V.

Въз основа на изследването на електрохимически реакции, Pourbaix изскочи 1984 до заключението, че теоретично само 13 метали могат да се считат подходящи за използване като хирургични импланти и стоматологични сплави.

8 от тях принадлежат на благородни метали, като чисто метална повърхност, особено Au, Ir, Pt, Ru, Rh, Pd и Os и 5 - за пасивни (капсулни) метали, които са покрити със слой от защитни окиси (Ti, Ta, Nb , Zr и Cr). През 1991 Везни вярвали, че "... в момента, тъй като клиничната приемливостта и Ti-Al-V полезността сплав инсталиран, че е възможно да се съсредоточи усилията си върху разработването на трансформиран &бета - фази на Ti-сплави, съдържащи само елементи като ниобий, тантал и цирконий ".

От наша гледна точка, като се вземат предвид резултатите от повече от 10 години на лабораторните тестове и клинични импланти използват практики на различни видове метал, ние стигнахме до извода, че най-оправдано, както от теоретични и практически позиции, използването за производство на ортопедични импланти (спици, пръчки, плочи, винтове, и т.н.) &бета - фаза чист Ti или неговия вид сплав VT4, VT5-1, VT6, VT16.

Трябва да се отбележи, че в развитите страни делът на импланти, направени на базата на титан, ниобий и цирконий, за нуждите на травматология, ортопедия и стоматология непрекъснато се увеличава, докато в по-слабо развитите страни все още преобладават материали от стомана. Русия, с огромен икономически потенциал не може да си позволи да използва титаниеви импланти, които са несъмнено материалите на XXI век.

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

Споделяне в социалните мрежи:

сроден