Biomateriály, biokompatibilita, biodegradace, terminologie, definice a klasifikace

S cílem řešit otázky spojené s rozvojem těch, nebo jiných reakcí na implantátů používaných v traumatologii a ortopedii, musíme zkoumat základní pojmy a definice používané v lékařské vědy o materiálech. Podle doporučení organizačních výborů V a VI World Congress na biomateriály, prošly v letech 1998 a 2000, stejně jako Mezinárodní organizace pro standardizaci ISO (ISO / TR 9966) GOST P 51148-98 A biomateriály zapojit neudržitelný materiál určený pro styk s živou tkání, aby vykonávat funkci lékařských přístrojů. Biomateriál musí být biokompatibilní a mohou být biologicky odbouratelné.

biokompatibilita (BS) - je pro poskytnutí požadované reakci živé tkáně pro neživotaschopné biomateriály. Je biokompatibilní materiál, který má schopnost produkovat vhodné hostitelské odpověď, když jeho konkrétní použití. Tato definice je formulována na setkání pracovní skupiny se konala v Amsterdam (Williams, 1987). Autoři zdůrazňují, že biokompatibility - není úplná absence toxicity nebo jiných negativních vlastností, a požadavek, aby se materiál v implantaci choval odpovídajícím způsobem, což umožňuje dokončení úlohy. VI Sevastyanov (1999), analýza dostupných informací, zdůrazňuje tyto základní vlastnosti biokompatibilní materiály:

• Biomateriály by neměla způsobit lokální zánětlivé reakce;
• Biomateriály by neměla mít toxické a alergické účinky na organismus;
• Biomateriály by neměl mít karcinogenní účinky;
• Biomateriály neměli provokovat vývoj nákazy;
• Biomateriály musí zachovat funkční vlastnosti než zamýšlené životnosti.

biokompatibilní materiály a provoz nebo funkce zařízení harmonicky a důsledně, když je v kontaktu s tělem, nebo biologických kapalin bez způsobit onemocnění nebo bolesti reakce. Je třeba zdůraznit, že není biologickým materiálem, pravděpodobně s výjimkou toho, co je získán genetickým inženýrstvím a klonování, nemůže být absolutně biokompatibilní. Zejména kyčelní implantáty, koleno, kotník a dalších kloubů v průběhu času ztrácejí své biomechanické vlastnosti. V procesu tření a opakované cyklické zatížení na protézy složky (plastové, kovové díly, cement) vytvořeny četné mikročástice, které mohou být snadno pohybovat skrze tělo blokovat funkci fagocytů a určených v játrech, ledvinách a plicích. To vše může vést k různým druhům komplikace, a to až ke vzniku zhoubných nádorů.

V důsledku toho skutečná současná praxe umožňuje mluvit jen o existenci relativně bezpečný a biokompatibilní biomateriálů. Mohou být v těle po dlouhou dobu, dostatečnou pro plnit svou funkci, aniž by došlo k ní nežádoucích účinků. Relativní biologická slučitelnost různých biologických materiálů se mohou lišit. Je nedílnou index, a je obtížné kvantifikovat. V každém případě, že chcete použít svůj přístup a musí být léčeni se zvýšenou opatrností na dosažených výsledcích (ISO / TR 9966: 1989 (E)).

Proces rozklad nonviable materiálu při kontaktu s živými tkáněmi, buňkami a biologické (tělesných tekutin) nazývá biodegradace (DB). Mechanismus biodegradace může být nejrůznější - Koroze kovů kaltsiofosfatov fagocytózu a kolagen k chemické substituce na korálové hydroxyapatitu.

biologicky rozložitelné materiály a zařízení může být částečně nebo úplně rozpuštěn, absorbovány makrofágy aktivovanými v metabolických a biochemických procesů a / nebo nahrazeny živé tkáně.

Opak biodegradace vlastnost je biologicky stabilní, která charakterizuje schopnost materiálu odolávat v předem určeném časovém intervalu integrované expozici životního prostředí a tkáně při zachování jeho původní fyzikálně-chemické, mechanické a biologické a funkční vlastnosti.

Charakterizovat biomateriálů implantovány do kostní tkáně, Osborn a Newesely (1980) navrhl termín: biotolerable, bioinert a bioaktivní. 2. konference o biomateriálů (Chester, 1992), po důkladném projednání, vybraného počtu nových definic a vyjasnění stávajících terminologií používanou pro charakterizaci biomateriálů používaných v traumatologii a ortopedii.

biotolerable materiály začleněny do kosti pomocí mechanismů vzdálené osteogeneze. Tak jsou odděleny od kostní tkáně růst masivní vláknitou vrstvu. Jako příklady těchto látek mohou být Vitalium nebo methakryláty, PMA, vitamíny (Osborn, Hewesely, 1980- Bruijn, 1993).

bioinert materiály prakticky neinteragují s okolními tkáněmi, nevyvolávají tvorbu vláknité vrstvy a vyjádřil stimulaci osteogeneze. V tomto případě je kost mohou být vytvořeny v bezprostřední blízkosti povrchu implantátu. Jako příklady takových sloučenin je možno cermet oxidu titanu, vanadu, zirkonia a hliníku. Bioinert materiály mají obvykle na svém povrchu ochrannou vrstvu, která zabraňuje výstupu iontového implantátu a pronikání agresivních molekul na něj z okolního biologické tekutině (Hench, Wilson, 1993- Nevelos, 2000- Murakami a kol., 2000- Mu et al ., 2000- Villermaux, 2000).

Tloušťka kapsle pojivové tkáně, kdy se má podávat bioinert materiály, které nejsou větší než 50 mikronů. Tak výrazný biologickou odpověď z kostní (osteogeneze), měkké a lymfatické tkáně prakticky projevuje (Thull, 1992).

S teoretickými pozic, by bioinert materiály, které nejsou podrobeny změny v jejich složení a fyzikálně-chemických vlastností po celou dobu strávenou v těle, nebo biologicky aktivních prostředích. Jsou zastoupeny především dielektrika, což zabraňuje vzniku elektrochemických a galvanických jevů kolem implantátu.

Integrace těchto biomateriálů s kostí je minimální a může být provedena podle pronikání pojivové tkáně v mikropórů předmětů, jejichž rozměry jsou určeny, v konečném důsledku, velikosti mechanického zajištění. V praxi je tento proces poněkud odlišná, protože některé z kovových iontů ve formě mikročástic v důsledku zničení ochranné fólie a deformaci pod zatížením, nicméně vstupuje do těla, které může vést k nežádoucím účinkům (Thull, 1996- Mu, 2000) ,

Jak a kdy s ohledem na biokompatibilitu bioaktivních látek, je třeba zdůraznit znovu, že žádný materiál implantabilní v živé tkáni není inertní. Na rozhraní mezi tkáňového implantátu je odpověď, která je závislá na mnoha faktorech.

pod bioaktivní materiály (BAM) je určen biologických materiálů určených k jejich navázání na biologické systémy pro zvýšení účinnosti léčby, vzdělávání nebo substituci jakékoliv tkáně, orgánu během provádění určitých funkcí organismu (Williams et al., 1992). V současné době, kromě rodiny BAM rozlišovat 5 hlavních kategorií:

1. Kaltsiofosfatnaya keramiky.
2. Skla a keramiky.
3. Bioaktivní polymery.
4. Bioaktivní gely.
5. Kompozity.

Společným charakteristickým rysem všech bioaktivních implantátů používaných v medicínské je tvoření uhličitanu hydroxyapatitu (CHA) vrstvy na jejich povrchu v průběhu implantace. KGA ekvivalent ve složení a struktuře minerální složku kosti. KGA vrstva roste v polykrystalických formě aglomerátů, které jsou zahrnuty v kolagenových fibril. V důsledku toho, vazba anorganických povrchů s organickými složkami implantátu tkáně. To znamená, že rozhraní mezi implantátem a kostní bioaktivní téměř identické s přirozeně se vyskytující rozhraní mezi kostí a šlach a vazů. Biomechanické vlastnosti takového biologického materiálu co nejvíce odpovídá přirozené stresové gradienty než jiné BM (Groot, 1981, 1993- Jarcho, 1981, 1993- Hennch et al., 1984- Kokaburo, 1992- Neo a kol., 1992- Okumura, 1992) ,

Faktory ovlivňující biologickou odpověď na rozhraní mezi ortopedického implantátu a okolní tkání

Na mechanismu tvorby apatitu vrstvy biologicky aktivních materiálů, mohou být rozděleny do tří skupin (Williams et al, 1992- Bruijn, 1993.):

1. tváření apatit a vlastní biodegradace (hydroxyapatit &beta - fosforečnan vápenatý a podobně);
2. tvořící apatitového vrstvy po nasycení fosfáty prostředí vápníku a ionty křemíku vznikající z materiálu (gely a polymery);
3. tváření apatitu vrstvu vstřebávání vápníku a fosfátových iontů z okolních tělních tekutinách a tkáních (skla a keramiky).

V širším smyslu, biologická aktivita může být považována jako vlastnost, která charakterizuje dopad biomateriálu na patofyziologickou a morfologických procesů v kontaktní zóně s biologickým objektem (Ermakova et al., 1990). Do určité míry je tato pozice odráží názor jiných autorů (Hench, Wilson, 1986), která je určena k bioaktivní materiály podtřídy povrchově aktivních látek, které tvoří vazbu s implantátu s okolní tkání, která má úsek s implantátem kosti hranice.

Z našeho pohledu, bioaktivní materiál v medicínské je nedílnou indikátor musí být posuzován, v první řadě, z hlediska jeho schopnosti zpracovat integraci s kostní tkání, se zahrnutím osteoconduction a osteoinduction mechanismů. Z tohoto hlediska nejoptimálnější bioaktivní materiály jsou ty, které jsou přírodní metabolity kostí, jako je například kolagen, elastin, hydroxyapatitu, atd trikaltsiofosfat Vedení odráží schopnost biologicky aktivních materiálů na adhezi, které jsou rozloženy po povrchu a udržování proliferaci cílových buněk. Pokud jde o kosti, bioaktivní materiál musí být dobře tie osteogenní buňky, podporovat jejich expanzi v důsledku migrace, chemokinesis na jeho povrchu, a podporovat procesy proliferace a diferenciace. Osteoindukce biomateriály sám stimulují tvorbu a růst kosti na povrchu implantátu.

V traumatologii a ortopedii, někteří autoři identifikovat jiné skupině zvané kosteosvyazyvayuschie implantáty (CSI). Mohou být považována za podskupinu bioaktivních a biotolerable materiálů, které mají schopnost vytvořit spojení mezi biomateriálu a kostní matrix (Williams, 1992- Hench, Wilson, 1993). V této kostní tkáně může proniknout do implantátu mechanicky (mechanické spojení), například tím, vrůstání do pórů materiálu. Tento proces je třeba při použití porézních materiálů, jako korálů, kov získané práškové metalurgie, kaltsiofosfatov, polymery, atd Další mechanismus je prostřednictvím tvorby chemických vazeb mezi implantátem a kostí. - chemická vazba pozorováno, například, když určité polymery a biostekol. Třetí způsob interakce mezi implantátem a kostní tkání je realizována zahrnutím biomateriálu ve struktuře kostní tkáně biodegradací mechanismy osteointegration a remodelace (biologická vazba). Z hlediska biomechaniky, nejvíce odolné a funkční vztah uvést pouze třetí typ implantátů, které zahrnují kaltsiofosfatnye (ES) biomateriálů (Groot, letech 1981 LeGeros, 1991).

Všechny tyto komplikace vyplývající z implantaci biomateriálů používaných v ortopedii a traumatologii, lze rozdělit do dvou velkých skupin. Jeden zahrnuje komplikace vyplývající z poškození materiálu implantátu. Jako příklad těchto postupů je koroze, rozpouštění, biodegradace, únava, deformace, tření, selhání materiálu, atd

Další třída vzniku komplikací v důsledku komplexních biologických procesů probíhajících kolem materiálu, včetně obecných a lokální reakce ke vzniku jakéhokoliv cizího tělesa. Pojďme nejprve zvážit podrobněji biologických reakcí, které se vyskytují v těle při podávání implantátů.


AV Karpov VP Shakhov
Externí fixační systém a regulační mechanismy optimální biomechanika