Prilagodljivost titanovih materialov človeku

Da bi opazovali odziv kovinskih ionov na prilagodljivost človeškega telesa, so v laboratoriju uporabili kitajsko medicinsko eksperimentalno mišje pljučne fibroblastne celice (celice V79) in mišje (20-dnevne postnatalne miši) fibroblastno celično tkivo (celice I929). ) itd. uporabljajo celice, ki so občutljive na kovinske ione, za izvajanje metod vrednotenja prilagodljivosti celic. Ioni posameznih elementov, ki jih zagotavlja neodvisna upravna agencija Product Evaluation Technology Basic Organisation (Tehnični odbor za standardizacijo biološkega vrednotenja medicinskih pripomočkov), so učinkoviti v človeškem telesu (biološkem telesu). ) reakcije in razdeljeni v 3 skupine, kot je prikazano na sliki 1.

Najbolj strupeni vključujejo vanadij (V), nikelj (Ni), baker (Cu) itd. Če so zgornji elementi prisotni v delcih na milijon (×{{0}}), bodo celice umrle v enem kratko časovno obdobje. Če za primer vzamemo vanadij (V) in nikelj (N), so eksperimentalni rezultati v celicah V79 prikazani na sliki 2. Rezultati enotedenskega potopnega testa so pokazali, da če je bila koncentracija niklja okoli 10×10-6 (Opomba prevajalca pm=delov na milijon), bi vse celice umrle. Za primerjavo je bila vsebnost vanadija (V) dve števki nižja pri 0,6. Približno ×10-6 pomeni, da so vse celice mrtve. Drugič, ko so bila trda tkiva (kosti) in mehka tkiva (mišice) majhnih živali, kot so podgane in zajci, zakopana v kovinske plošče za testiranje, mora biti, da so te zelo strupene kovine v stiku s trdimi tkivi (kostmi) in mehkih tkiv (mišice). Nekateri povzročijo nekrozo.

a-Razmerje med energijo tvorbe celične populacije V79 in koncentracijo nikljevih (Ni) ionov;

b-Razmerje med energijo tvorbe celične populacije V79 in koncentracijo vanadijevih (V) ionov

Druga skupina označuje poškodbo. V implantiranem in pritrjenem stanju nastane biološka reakcija na fibroznem tkivu na kontaktnem mestu, ki se izloči iz telesa. Železo, aluminij, zlato, srebro itd. se obnašajo na ta način. Splošni kovinski materiali, kot so nerjaveče jeklo SUS 304L, nerjaveče jeklo SUS 36L in zlitine kobalta in kroma, spadajo v to vrsto. Kovinski kos, vdelan v trdo tkivo, se ne zlije s kostnimi celicami. Ko je bil nekaj tednov pozneje opravljen preskus ekstrakcije, je bil gladko izvlečen brez upora.

Tretja skupina mora imeti najmanjšo reakcijo z živimi organizmi. Za implantacijo ali pritrditev so primerni titan (Ti), cirkonij (Zr), niobij (Nb), tantal (Ta) in platina (Pt). Ko so te kovine vsajene ali pritrjene na telo, so tesno povezane s celicami in tkivi trdih in mehkih tkiv, kar kaže na pojav somatizacije.

Na ta način je titan vsekakor manj škodljiv za žive organizme in je varna kovina. Pri uporabi titanove zlitine je glede na uporabljene elemente zlitine odpornost proti koroziji nižja kot pri čistem titanu. Ko pride do korozije, se njeni elementi lahko raztopijo. Izbrati je treba legirane elemente, ki so odporni proti koroziji in nepoškodljivi. Med titanovimi zlitinami se zlitina Ti-6AI-4V že dolgo uporablja v proizvodnji letal in inženirske opreme, odporne na morsko vodo, in ima veliko primerov uporabe. V medicinski industriji je že dolgo uvedena uporaba zlitin tipa ELI z odlično odpornostjo proti koroziji (nizka vsebnost železa, kisika in vodika). Vendar pa je bila v nedavnih raziskavah in razvoju titanovih zlitin za vsadke in dodatke na podlagi poročil o lastnostih poškodb ene same enote zlitina Ti-13Nb-13Zr standardizirana z zamenjavo vanadija ( V) z neranjajočim se niobijem (Nb). (ASTM, ISO). Obstaja tudi ugodna zlitina, ki aktivno odvaja aluminij in je tik pred lansiranjem.

Kot ameriški standard ASTM (koda F) za medicinsko uporabo je enakovreden svetovnemu standardu v Evropi. Standard ISO in standard ASTM sta bila konsolidirana in združena v evropski standard. Japonska razvršča svoje domače standarde, vzame standarde, ki ustrezajo ASTM in ISO, in začne oblikovati standarde, ki temeljijo na standardih ISO.

Titanovi materiali, določeni v standardih ASTM, ki se uporabljajo v vsadkih in nastavkih, ki jih predstavljajo umetni kolenski sklepi, kolčni sklepi (vključno z glavami stegnenic) itd., so navedeni v tabeli 1 glede na njihove oblike. Že dolgo časa so iz zlitin čistega titana in Ti-6AI-4V, vključno s praškastimi materiali, izdelani sestavni deli in deli različnih oblik.

Deli, kjer se titanovi materiali pogosto uporabljajo, so umetni femoralni sklepi, umetni kolenski sklepi, kostne plošče itd., ki so primerni za ortopedsko kirurgijo. deformirajoče vnetje sklepov
Revmatizem [prečrkovano kot "Liumaqizim", kar pomeni huda bolečina v sklepih in mišicah, je pa tudi alergijska bolezen - opomba prevajalca] in drugi vzroki hudih bolečin, ki posledično otežujejo hojo, bodo lahko bolniki s to boleznijo popolnoma odpravili bolečino. in biti sposoben hoditi skozi operacijo zamenjave umetnega kolčnega sklepa in umetnega kolenskega sklepa. Na Japonskem se na leto opravi 80000 operacij zamenjave umetnega kolčnega sklepa in 40000 operacij umetne zamenjave kolenskega sklepa (statistika 2005). V prihodnosti, s prihodom starajoče se družbe, je mogoče pričakovati, kakšna odstotna stopnja rasti bo uporabljena za zadovoljitev tega povpraševanja.

Titan ni primeren za vse dele umetnih sklepov. V sklepnih delih niso primerni deli, ki pogosto nihajo, ker je titan lahko obrabljiv (primerne so keramika in kobaltove zlitine), za implantirane dele pa je treba uporabiti titanove zlitine. Za hitro integracijo z biološko kostjo mora biti površina titanove zlitine neravna in prevlečena s kostnimi senzorji, kot sta apatit (Apatit) in bioglass. Poleg tega se za fiksacijo zlomov uporabljajo intramedularni žeblji iz titanove zlitine in plošče iz titanove zlitine. Slika 3 prikazuje različne primere implantacije in pritrditve.

Tudi na področju zobozdravstva je vse večji trend uporabe implantatov in pripomočkov. Količina uporabljenega titana je majhna in je izdelan iz čistega titana, titanove zlitine in zlitine s spominom oblike TiNi. Njegove oblike vključujejo vrsto ploščice, vrsto niti, vrsto tulca in vrsto košare, kot je prikazano na sliki 4. Ti deli in sestavni deli se neposredno zabijejo v čeljustno kost, da se pritrdijo na implantirani del dlesni, in so prevlečeni z apatitom, ki predstavlja sestavo kosti. Na splošno je titan zelo primeren za kovinske vsadke v zobeh. Obstajata dve metodi: natančno litje in superplastično oblikovanje. V primerjavi s prejšnjo uporabo kobaltovih in kromovih zlitin je lažja in ne povzroča spremembe vonja v kislih živilih. Ker je uporaba titanovih materialov izven obsega diagnostike in zdravljenja zdravstvenega zavarovanja, je cena precej visoka.

Kot vsadek (vkopan) ali pripomoček za interno medicino, kadar ima pacient nizek srčni utrip, se lahko vsadi (vkopa) srčni spodbujevalnik (Pacemaker--naprava za samodejno krčenje prekatov), ​​da se stimulira srce. Naprava, ki zagotavlja normalno število srčnih utripov - Opomba prevajalca). Žica elektrode je vgrajena od subklavialne vene do srca. Ta elektroda vnaša elektronske signale v srčni spodbujevalnik, ki postane srčni spodbujevalnik. V zadnjem času ima izdelek srčnega spodbujevalnika maso 20 g in debelino 6 mm. Je tako majhen, da je povezan z elektrodnimi žicami in vstavljen pod kožo. Baterija in krmilno vezje sta zapakirana v majhno embalažo (škatlo), ki je izdelek iz čistega titana, ki ni škodljiv za žive organizme. Življenjska doba baterije mora biti minimalno 6 let, zato mora ta majhna posoda (škatla) imeti dolgoročno stabilnost in varnost. Zdaj je koristilo skoraj 5000 ljudi na Japonskem.

Rezultati zdravljenja s titanom so vidni tudi pri kirurških instrumentih. Predvsem pri dolgotrajni nevrokirurgiji, ki traja več kot 10 ur, se zahteva tudi, da so klešče lahke, hemostatske klešče in druge hemostatske klešče pa morajo biti iz titana. Veliko opreme za zdravljenje zob, kot so vsadki, kirurški instrumenti za pritrditev in vibratorji za odstranjevanje zobnega kamna, je izdelanih iz titana. Poleg vsadkov (vkopov) in nastavkov se iz titana izdelujejo tudi pripomočki in invalidski vozički. Kadar zaradi bolezni ali nesreče manjka del okončine, je treba izdelati protezo za ponovno vzpostavitev funkcije. Ker je glavni del izdelan iz kovine, mora biti lahek, vzdržljiv (predvsem odpornost proti koroziji in odpornost proti poškodbam zaradi utrujenosti) in se uporablja glede biološke združljivosti (Ni, Cr itd.). Pri invalidskih vozičkih je glavni cilj zmanjšati težo celotnega invalidskega vozička, zato nekateri uporabljajo titan v skoraj vseh kovinskih delih, kot so okvirji in kolesa.