Chemické a elektrochemické aspekty biokompatibilita, kovů a kovových slitin

Je známo, že 90 z prvků přítomných v normálních okolností podstatné nebo biologicky významných pro udržení života jsou 26 prvky.

Zejména to platí pro 11 hlavních základních prvků (C, H, O, N, S, Ca, P, K, Na, Cl a Mg) a 15 stopy materiálu (významných) prvků (Fe, Zn, Cu, Mn, Ni , Co, Mo, Se, Cr, i, F, Sn, Si, V, As).

Významné funkční prvky mají charakteristický tvar a koncentraci v tkáních a orgánech, které jsou poměrně konstantní a jsou v úzkých mezích. Podstatné prvky jsou součástí buněčného metabolismu nebo v jejich enzymatických systémů.

V případě, že koncentrace prvku poklesne pod nebo stoupne nad tento rozsah, vady vyvinout biochemické a fyziologické funkce jsou rozděleny do smrti organismu (Underwood, 1977).

V lidském těle, jako výsledek jeho kontaktu s prostředím, jsou od 20 do 30 jiné stopové prvky s poměrně různých koncentracích. Tyto jiné než podstatné stopové prvky jsou AI, Sb, Cd, Hg, Ge, Rb, Ag, Pb, Au, Bi, Be, Ti, Zr, Nb, Ta a další.

Dále, tyto kovy mohou být rozděleny do dvou širokých kategorií: toxické ve velmi malých množstvích a fyziologicky indiferentní. Kovy první kategorie - jako Cd, Hg, Pd a Be - vysoce toxický vzhledem k jejich schopnosti přímo či nepřímo poškodit biochemické reakce, enzymové systémy a buňky.

Kovy druhé kategorie - jako AI, Ti, Zr, Nb a Ta a - zpravidla i při vysokých úrovních v potravinách, vody a životního prostředí po dlouhou dobu nemůže způsobit nepříznivé účinky ve tkáních a orgánech. Hlavním důvodem je skutečnost, že tyto prvky jsou velmi špatně vstřebává do trávicího ústrojí, dýchací orgány a kůži (Williams, 1976).

Nicméně, pokud jsou tyto kovy jsou zavedeny do těla, prochází přirozené bariéry, například v jejich chirurgické implantace, obsah výše uvedených prvků v tkáni může zvýšit několikrát. Proto Dalším důležitým požadavkem implantáty je, že kov je v přímém kontaktu s buňkami nesmí narušit nebo jejich poškození v jejich průběhu biochemických procesů.

Z těchto poloh při implantaci hliník má vyšší potenciální toxicitu než titan. Například při pokusech na zvířatech bylo přesvědčivě prokázáno, že hliníkové tyče při implantaci v kostní tkáni mají větší toxický účinek než materiál na bázi titanu.

Je zajímavé, že v těchto pokusech se ukázalo, že akumulace velkého množství titanu ve tkání v okolí implantátu nebylo pozorováno žádné výrazné změny v morfologické a funkční vlastnosti buněk, a je dobře snášen v těle (Williams, letech 1981 Thull, 1994).

Při studiu elektrochemických vlastností kovové implantáty třeba vzít v úvahu jejich elektrochemické a galvanické sérii.

V elektrochemické řadě kovy jsou následující (normální elektrodové potenciály jsou uvedeny ve V při teplotě 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 roztocích solných, je následující: Pt > Au > ag > Ti > ocel pasážovány > ni pasážovány > Cu > aktivní Ni > sb > Pb > ocel aktivní > puddling železo > Al > Zn > Mg (Williams, Rouf, 1978).

Podle četných zpráv, velmi významný dopad na biokompatibility a obecné charakteristiky kovových implantátů biomedicínských ovlivňuje látkové rozpustné produkty vznikající koroze a elektrochemických reakcí (jinovatka, Mear, Williams 1966-, 1976- Kruger, černá 1979-, 1994- Merritové, Brown, 1994- Isaacs, citrony 1994-, 1994- Steinemann, 1994 ).

Studie jako tradiční korozi a biokompatibility různých kovových materiálů, který se uskutečňuje v průběhu posledních tří desetiletí byly identifikovány kovy a slitiny, které se nejlépe hodí pro výrobu implantátů, které by mohly být dlouho v těle.

Tedy, s použitím elektrochemického přístupu Jinovatka, Mear (1966) k závěru, že Ti, Zn, Ne a jejich slitiny jsou výhodnými materiály z hlediska biokompatibility, protože schopné dlouhodobě uloženého v médiu obsahujícím chloridové ionty, které jsou krev, lymfa, mozkomíšní mok, exsudáty, sekretů a intersticiální tekutina, žádné viditelné známky poškození.

Laing a kol. (1967) po tkáně biokompatibilita studie vyplynulo, že kovové slitiny, které jsou plánovány pro použití v traumatologii, ortopedii a stomatologii, by neměla obsahovat Fe (II), Co, Cr, Ni, Mo, V a Mn.

Slibné jsou toxické prvky a slitiny z Ti, Zr a Nb.

V roce 1980 Steinmann (1980) Kombinované výsledky koroze testů in vivo a histologické studie a zjistili, že slitiny poskytnout tkáňové reakce by měla sestávat z kovu „zásadní“ nebo skupina „kapsle“: Ti, Zr, Nb, Ta, Pt, AI, Fe (III), Mo, Ag, Au, z nerezové oceli, lité a tvářené slitiny Co. Neměly by obsahovat žádné toxické prvky typu Ni, Cu, V.

Na základě studia elektrochemických reakcí základě Pourbaix přišel v roce 1984 k závěru, že teoreticky pouze 13 kovy mohou být považovány za vhodné pro použití jako chirurgické implantáty a dentálních slitin.

8 z nich patří do vzácných kovů, které mají čistě kovový povrch, zejména Au, Ir, Pt, Ru, Rh, Pd a Os, a 5 - pro pasivní (kapsulárními) kovů, které jsou potaženy vrstvou ochranných oxidy (Ti, Ta, Nb , Zr a Cr). V roce 1991 Váhy věřil, že“... v té době, protože klinické přijatelnosti a Ti-Al-V slitiny nástroj nainstalován, je možné zaměřit úsilí na rozvoj transformovaná &beta - fáze Ti-slitin, které obsahují pouze prvky, jako je niob, tantal a zirkonia ".

Z našeho hlediska, brát v úvahu výsledky z více než 10 let laboratorních testů a klinických implantáty používat postupy různých druhů kovu, jsme dospěli k závěru, že většina oprávněná, a to jak z teoretického i praktického pozicích, využití pro výrobu ortopedických implantátů (paprsky, tyče, desky, šrouby, atd) &beta - fáze čistého titanu nebo jeho slitiny typu VT4, VT5-1, VT6, VT16.

Je třeba poznamenat, že v rozvinutých zemích je podíl implantátů vyrobených na bázi titanu, niobu a zirkonia, pro potřeby traumatologii, ortopedii a stomatologii neustále roste, zatímco v rozvojových zemích stále převažují ocelové materiály. Rusko se svým obrovským ekonomickým potenciálem, nemůže si dovolit používat titanové implantáty, které jsou nepochybně materiály století XXI.

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

Sdílet na sociálních sítích:

Podobné