Prilagodljivost titanijumskih materijala ljudima

Kako bi se promatrao odgovor metalnih jona na prilagodljivost ljudskog tijela, u laboratoriji su kineske medicinske eksperimentalne ćelije fibroblasta pluća (V79 ćelije) i mišje (20-dnevni postnatalni miševi) ćelijskog tkiva fibroblasta (I929 ćelije) itd. ., koriste ćelije koje su osjetljive na ione metala za provođenje metoda procjene prilagodljivosti ćelija. Pojedinačni joni elemenata koje obezbeđuje nezavisna administrativna agencija Product Evaluation Technology Basic Organization (Tehnički komitet za standardizaciju biološke evaluacije medicinskih sredstava) imaju efekte na ljudsko telo (organizme). ) reakcije i podijeljene u 3 grupe kao što je prikazano na slici 1.

Najtoksičniji su vanadijum (V), nikl (Ni), bakar (Cu) itd. Kada su gornji elementi prisutni u delovima na milion (×{{0}}), ćelije će umreti u roku od kratak vremenski period. Uzimajući vanadij (V) i nikl (N) kao primjer, eksperimentalni rezultati u ćelijama V79 prikazani su na slici 2. Rezultati jednonedeljnog testa uranjanja pokazali su da ako je koncentracija nikla bila oko 10×10-6 (Napomena prevodioca pm=dijelova na milion), sve ćelije bi umrle. Nasuprot tome, sadržaj vanadijuma (V) bio je dvije cifre niži na 0,6 Oko ×10-6 znači da su sve ćelije mrtve. Drugo, kada su tvrda tkiva (kosti) i meka tkiva (mišići) malih životinja kao što su štakori i zečevi zakopani u metalne limove radi testiranja, mora biti da su ovi visoko toksični metali u kontaktu sa oba tvrda tkiva (kosti) i mekih tkiva (mišića). Neki uzrokuju nekrozu.

a-Odnos između energije formiranja populacije ćelije V79 i koncentracije nikla (Ni) jona;

b-Odnos između energije formiranja populacije ćelija V79 i koncentracije jona vanadijuma (V).

Druga grupa ukazuje na povredu. U implantiranom i pričvršćenom stanju, na fibroznom tkivu na mjestu kontakta se formira biološka reakcija koja se izbacuje iz tijela. Gvožđe, aluminijum, zlato, srebro itd. se ponašaju na ovaj način. Opšti metalni materijali kao što su nerđajući čelik SUS 304L, nerđajući čelik SUS 36L i legure kobalt-hrom svi pripadaju ovoj vrsti. Metalni komad ugrađen u tvrdo tkivo ne spaja se sa ćelijama kosti. Kada je nekoliko sedmica kasnije obavljen test ekstrakcije, izvučen je glatko bez otpora.

Treća grupa mora imati najmanju reakciju sa živim organizmima. Kada se implantiraju ili pričvrste, pogodni su titan (Ti), cirkonijum (Zr), niobijum (Nb), tantal (Ta) i platina (Pt). Kada se ovi metali implantiraju ili pričvrste za tijelo, oni su blisko integrirani sa stanicama i tkivima tvrdih i mekih tkiva, pokazujući fenomen somatizacije.

Na taj način titan je definitivno manje štetan za žive organizme i siguran je metal. Kada se koristi titanijumska legura, u zavisnosti od korišćenih elemenata legure, otpornost na koroziju je niža od one kod čistog titanijuma. Kada dođe do korozije, njeni elementi se mogu rastvoriti. Potrebno je odabrati legure koje su otporne na koroziju i ne oštećuju. Među legurama titanijuma, legura Ti-6AI-4V dugo se koristi u proizvodnji aviona i inženjerskoj opremi otpornoj na morsku vodu, i ima veliki broj slučajeva upotrebe. U medicinskoj industriji odavno je uvedena upotreba legura ELI tipa sa odličnom otpornošću na koroziju (nizak sadržaj željeza, kisika i vodonika). Međutim, u nedavnim istraživanjima i razvoju titanijumskih legura za implantate i pričvršćivače, na osnovu izvještaja o štetnosti monomera, legura Ti-13Nb-13Zr je standardizirana zamjenom vanadijuma (V) sa neštetnim niobijem (Nb). (ASTM, ISO). Tu je i povoljna legura koja aktivno ispušta aluminijum i uskoro će biti lansirana.

Kao američki ASTM standard (F kod) za medicinsku upotrebu, ekvivalentan je svjetskom standardu u Europi. Standard ISO i ASTM standard su konsolidovani i spojeni u evropski standard. Japan sređuje svoje domaće standarde, uzimajući standarde koji odgovaraju ASTM i ISO, i počinje da formuliše standarde zasnovane na ISO standardima.

Titanijumski materijali navedeni u ASTM standardima koji se koriste u implantatima i pričvršćivačima predstavljenim umjetnim zglobovima koljena, zglobovima kuka (uključujući glave bedrene kosti), itd. navedeni su u Tabeli 1 prema njihovim oblicima. Već duže vrijeme od čistog titanijuma i legure Ti-6AI-4V, uključujući materijale u prahu, izrađuju se komponente i dijelovi različitih oblika.

Dijelovi u kojima se titanijumski materijali široko koriste su umjetni femoralni zglobovi, umjetni zglobovi koljena, koštane ploče itd., koji su pogodni za ortopedsku hirurgiju. Jaka bol uzrokovana deformirajućom upalom zgloba Reumatizam [transliterirano kao "Liumaqizim", što znači jak bol u zglobovima i mišićima, a ujedno je i alergijska bolest - napomena prevodioca] itd., što rezultira otežanim hodanjem. Bolesnici s ovom bolešću mogu se podvrgnuti operaciji zamjene zgloba kuka ili umjetnog zgloba koljena, a bol se može potpuno ukloniti i hodati. U Japanu se godišnje obavi 80000 operacija zamjene vještačkog zgloba kuka i 40000 operacija zamjene vještačkog zgloba koljena (statistika iz 2005.). U budućnosti, sa dolaskom društva koje stari, može se očekivati ​​koliki će postotak rasta biti iskorišten da bi se zadovoljila ova potražnja.

Titanijum nije prikladan za sve dijelove umjetnih zglobova. U dijelovima spojeva dijelovi koji se često klate nisu prikladni jer se titanijum lako nosi (prikladne su keramika i legure kobalta), a za implantirane dijelove treba koristiti legure titana. Kako bi se brzo integrirao s biološkom kosti, površina legure titana mora biti neravna i obložena koštanim senzorima kao što su apatit (apatit) i biostaklo. Osim toga, za fiksaciju prijeloma koriste se intramedularni ekseri od legure titana i ploče od legure titana. Slika 3 prikazuje različite primjere implantacije i pričvršćivanja.

U području stomatologije također je prisutan sve veći trend upotrebe implantata i pribora. Količina titana koji se koristi je mala, a napravljen je od čistog titanijuma, legure titana i legure sa memorijom oblika TiNi. Njegovi oblici uključuju tip ploče, tip navoja, tip rukava i tip korpe kao što je prikazano na slici 4. Ovi dijelovi i komponente se direktno zabijaju u kost vilice kako bi se fiksirali na implantirani desni dio, i obloženi su apatitom koji predstavlja sastav kosti. Generalno, titanijum je veoma pogodan za metalne implantate u zubima. Postoje dvije metode: precizno lijevanje i superplastično oblikovanje. U poređenju sa prethodnom upotrebom legura kobalta i hroma, lakši je po težini i ne izaziva promjenu mirisa u kiseloj hrani. S obzirom da je upotreba titanijumskih materijala izvan okvira dijagnostike i liječenja zdravstvenog osiguranja, cijena je prilično skupa.

Kao implantat (ukopan) ili dodatak za internu medicinu, kada pacijent pati od niske brzine otkucaja srca, pejsmejker (pejsmejker--uređaj za automatsku ventrikularnu kontrakciju) se može implantirati (ukopati) da stimuliše srce. Uređaj koji osigurava normalan broj otkucaja srca - Napomena prevodioca). Žica elektrode je ugrađena od subklavijske vene do srca. Ova elektroda unosi elektronske signale u pejsmejker, koji postaje pejsmejker. Nedavno je proizvod pejsmejkera imao masu od 20 g i debljinu od 6 mm. Toliko je mali da je povezan žicama elektrode i ugrađen ispod kože. Baterija i upravljački krug su upakovani u malu posudu (kutiju), koja je čisti titanijumski proizvod koji nije štetan za žive organizme. Vijek trajanja baterije mora se održavati na minimalno 6 godina, tako da ovaj mali kontejner (kutija) mora imati dugoročnu stabilnost i sigurnost. Sada je skoro 5,000 ljudi u Japanu koristilo.

Rezultati tretmana titanijumom mogu se videti i na hirurškim instrumentima. Posebno kod dugotrajne neurohirurgije koja traje više od 10 sati, pincete također moraju biti lagane, a hemostatske pincete i druge pincete moraju biti od titanijuma. Mnoga oprema za stomatološki tretman, kao što su implantati, hirurški instrumenti za pričvršćivanje i vibratori za uklanjanje kamenca, napravljeni su od titanijuma. Osim implantata (ukopa) i dodataka, od titanijuma se izrađuju i pomoćna oprema i invalidska kolica. Kada dio uda nedostaje zbog bolesti ili nesreće, mora se napraviti protetski ud kako bi se obnovila funkcija. S obzirom da je glavni dio izrađen od metala, mora biti lagan, izdržljiv (uglavnom otpornost na koroziju i otpornost na zamorna oštećenja), a u smislu biološke kompatibilnosti (Ni, Cr, itd.), primjenjuje se. Što se tiče invalidskih kolica, glavni cilj je smanjenje težine čitavih invalidskih kolica, pa neki koriste titan u gotovo svim metalnim dijelovima kao što su okviri i kotači.