CC BY
0УДК 61 Холмухамедова Р.Ю., Мусин И.Н.
Холмухамедова Р.Ю.
магистр кафедры медицинской инженерии Казанский национальный исследовательский технологический университет (г. Казань, Россия)
Мусин И.Н.
канд. техн. наук, доцент кафедры медицинской инженерии Казанский национальный исследовательский технологический университет (г. Казань, Россия)
ПОВЕДЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ ИМПЛАНТАТА ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА ПРИ НОШЕНИИ
Аннотация: в работе проведен анализ износа материалов, применяемых для производства имплантата тазобедренного сустава, на основании чего осуществлен вывод об оптимальных материалах и перспективах развития направления.
Ключевые слова: тазобедренный сустав, имплантат сустава, износ материалов, анализ материалов, прогнозирование.
Среди опорных поверхностей, которые участвуют в процессе тотальной артропластики тазобедренного сустава, биоматериалы подвергаются трению скольжения. Это приводит к образованию частиц износа, которые могут вызвать воспалительную реакцию и в дальнейшем привести к остеолизу. Износ — это процесс кумулятивного повреждения поверхности, при котором материал выходит из тела в виде мелких частиц, главным образом из-за механических процессов.
2001
Износ полиэтилена.
Структуры, что влияет на износостойкость материала. этапы износа на микроуровне вызывают циклическую пластическую деформацию шарнирной поверхности.
Различные факторы влияют на износ сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Некоторые из них связаны с самим материалом, в то время как другие зависят от конструкции имплантата в целом. К первой группе относятся природа и качество порошка, производственный процесс и процедура стерилизации. Компоненты из СВМПЭ могут быть изготовлены из прессованных прутков, что может привести к внутренним несоответствиям, известным как "мертвые зоны". Эти мертвые зоны могут уменьшить молекулярную массу и ускорить износ компонента. Кроме того, поверхность таких элементов имеет микрорельефы, способствующие износу третьим телом [1, с. 67].
Износ металлов.
Имплантаты подвергаются динамической нагрузке, а также агрессивным физиологическим жидкостям, что может усилить процессы их деградации. Эффект износа и коррозии не просто складывается, а проявляется в виде синергии, известной как трибокоррозия. Трибокоррозия — это необратимое изменение материала в результате физико-химического и механического взаимодействия его поверхности в трибологическом контакте. В последние десятилетия у пациентов с металл-металлическими имплантатами наблюдались воспалительные реакции, часто связанные с трибокоррозией, которая может возникать не только на несущих поверхностях, но и на модульных соединениях металл/металл, где возможны микродвижения между компонентами.
Устойчивость металлов к коррозии зависит от образования на их поверхности пассивного слоя при взаимодействии с агрессивной средой. Металлы взаимодействуют с окружающей их средой, содержащей большое количество кислорода, и формируют тонкое защитное окисное покрытие толщиной обычно от 2 до 5 нм. - коррозию ограничивает образование
2002
окислительного слоя, который возникает немедленно в условиях in vivo, но не является вечным. Покрытие может быть повреждено или стерто при контакте с поверхностью. Когда защитная пленка изнашивается, имплант может высвобождать ионы металлов и частицы, что приводит к износу третьего тела и ускоренному процессу износа. Этот процесс разрушения, воздействующий на покрытие, и высвобождение ионов металла, а также последующее образование новых покрытий, известны как окислительный износ.
Частицы износа, содержащиеся в имплантатах из металл-полиэтиленовой пары, находятся в размерном диапазоне, который способствует поглощению макрофагами, что может привести к асептическому расшатыванию. С другой стороны, частицы, выделяемые имплантатами из металл-металл, имеют наномасштабные размеры, что уменьшает реакцию макрофагов. Однако распределение этих частиц в организме может вызывать различные биологические эффекты, включая цитотоксичность, гиперчувствительность и возможно даже канцерогенез.
Износ двусторонних жестких суставов, таких как протезы металл-металлической пары, происходит в два этапа. Подъем основания в период износа начинается в течение первого миллиона циклов или первого года в живом организме. После этого наступает более низкий период установившегося износа, поскольку поверхности подшипников подвергаются самополирующему действию металлических частиц износа, которые могут действовать как твердофазная смазка. Исследования на искусственных моделях тазобедренного сустава обычно показывают, что скорость износа в установившемся режиме ниже, чем в реальных условиях. Износ металл-металлических протезов, протестированных на 1 мм3 / миллион циклов, значительно ниже, чем у более распространенных протезов из полиэтилен-металлической пары, где износ составляет 30-100 мм3 / миллион циклов.
Износ в тазобедренном суставе человека можно описать как результат возвратно-поступательного движения, где площадь контакта меньше длины хода пути износа. Кроме того, пути износа на этом участке цикла не совпадают с
2003
геометрическими линиями, что приводит к износу при скольжении. Поэтому все виды износа - адгезия, истирание, поверхностная усталость и трибохимические реакции - могут происходить одновременно [2, с. 18].
Износ керамики.
Имплантаты с керамико-керамическим трибопарным соединением обладают более продолжительным сроком эксплуатации, по сравнению с имплантатами, изготовленными из других материалов, благодаря своей низкой скорости износа. Однако, керамика является хрупким материалом, и при неблагоприятных условиях он может подвергнуться образованию трещин. Возможность разрушения невелика, но все же присутствует.
Результаты протестировнных различных керамические конфигураций, то есть чистого оксида алюминия в сравнении с композитом из оксида алюминия показали, что скорость износа чистого оксида алюминия была ниже, чем у композитов из оксида алюминия. Тем не менее, при уровне достоверности 95% статистически значимых различий между характеристиками износа этих материалов не наблюдалось. В разных работах Аф-фатато и его сотрудники [5] провели испытания на износ, чтобы сравнить трибо-поведение керамических компонентов разных размеров. Две разные партии оксида алюминия Biolox ® Forte (28 мм против 36 мм) были протестированы на имитаторе тазобедренного сустава под телячьей сывороткой в течение пяти миллионов циклов. Они обнаружили, что размер Biolox ® forte 36 мм показал меньшую потерю веса, чем размер Biolox ® Forte 28 мм [3, с. 26].
Будущее тотального эндопротезирования тазобедренного сустава следует рассматривать как расходящуюся тенденцию для развитых и развивающихся стран. Достижения в области технологий, улучшенные материалы и лучшее понимание естественных реакций тканей, безусловно, приведут к прорыву в выборе имплантатов. Из-за старения населения в последние годы увеличилось количество операций по замене суставов. Следовательно, растет и количество ревизионных операций, так как продолжительность жизни пациентов больше, чем продолжительность жизни протезов [4, с. 11].
2004
В настоящее время усиленно ведутся исследования материалов и готовых конструкций протезов, призванных в итоге улучшить качество жизни пациента.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Гаврилов Н.Ю. Отдаленные результаты эндопротезирования тазобедренного сустава. Санкт-Петербург: Нестор-История, 2010. 180 с;
2. Дмитриев А.Б. Биомеханическое обоснование выбора материалов для имплантатов тазобедренного сустава. Красноярск: СибГМУ, 2012. 150 с;
3. Иванов П.С. Проблемы биосовместимости материалов для имплантатов. Воронеж: Медицина, 2011. 140 с;
4. Козлов В.Г. Технологии изготовления имплантатов для эндопротезирования тазобедренного сустава. Санкт-Петербург: Лань, 2008. 175 с
2005
Kholmukhamedova R. Yu., Musin I.N.
Kholmukhamedova R.Yu.
Kazan National Research Technological University (Kazan, Russia)
Musin I.N.
Kazan National Research Technological University (Kazan, Russia)
BEHAVIOR OF MATERIALS HIP IMPLANT JOINT WHEN WEARING
Abstract: the work analyzed the wear of materials used for the production of a hip joint implant, on the basis of which a conclusion was made about the optimal materials and prospects for the development of the direction.
Keywords: hip implant, materials, wear of hip, materials analysis.
2006
