Προσαρμοστικότητα υλικών τιτανίου στον άνθρωπο

Προκειμένου να παρατηρηθεί η ανταπόκριση των μεταλλικών ιόντων στην προσαρμοστικότητα του ανθρώπινου σώματος, στο εργαστήριο, κινεζικά ιατρικά πειραματικά κύτταρα ινοβλαστών πνεύμονα ποντικού (κύτταρα V79) και ποντικιού (20-ημέρα μεταγεννητικά ποντίκια) κυτταρικός ιστός ινοβλαστών (κύτταρα I929 ) κ.λπ. ., χρησιμοποιήστε κύτταρα που είναι ευαίσθητα σε μεταλλικά ιόντα για τη διεξαγωγή μεθόδων αξιολόγησης της προσαρμοστικότητας των κυττάρων. Τα επιμέρους ιόντα στοιχείων που παρέχονται από τον ανεξάρτητο διοικητικό οργανισμό Product Evaluation Technology Basic Organization (Τεχνική Επιτροπή Τυποποίησης Βιολογικής Αξιολόγησης Ιατρικών Συσκευών) έχουν επιπτώσεις στον ανθρώπινο οργανισμό (οργανισμούς). ) αντιδράσεις και χωρίστηκαν σε 3 ομάδες όπως φαίνεται στο σχήμα 1.

Τα πιο τοξικά περιλαμβάνουν το βανάδιο (V), το νικέλιο (Ni), τον χαλκό (Cu) κ.λπ. Όταν τα παραπάνω στοιχεία υπάρχουν σε μέρη ανά εκατομμύριο (×{{0}}), τα κύτταρα θα πεθάνουν εντός ενός σύντομη περίοδος χρόνου. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το βανάδιο (V) και το νικέλιο (Ν), τα πειραματικά αποτελέσματα στα κύτταρα V79 φαίνονται στο Σχήμα 2. Τα αποτελέσματα της δοκιμής εμβάπτισης μιας εβδομάδας έδειξαν ότι εάν η συγκέντρωση νικελίου ήταν περίπου 10×10-6 (Σημείωση του μεταφραστή pm=μέρη ανά εκατομμύριο), όλα τα κύτταρα θα πέθαιναν. Αντίθετα, η περιεκτικότητα σε βανάδιο (V) ήταν δύο ψηφία χαμηλότερη στο 0,6 Γύρω στο ×10-6 σημαίνει ότι όλα τα κύτταρα είναι νεκρά. Δεύτερον, όταν οι σκληροί ιστοί (οστά) και οι μαλακοί ιστοί (μύες) μικρών ζώων όπως οι αρουραίοι και τα κουνέλια θάφτηκαν σε μεταλλικά φύλλα για δοκιμή, πρέπει αυτά τα εξαιρετικά τοξικά μέταλλα να έρχονται σε επαφή και με τους σκληρούς ιστούς (κόκαλα). και των μαλακών ιστών (μύες). Μερικά προκαλούν νέκρωση.

α-Η σχέση μεταξύ της ενέργειας σχηματισμού κυτταρικού πληθυσμού V79 και της συγκέντρωσης ιόντων νικελίου (Ni).

β-Η σχέση μεταξύ ενέργειας σχηματισμού κυτταρικού πληθυσμού V79 και συγκέντρωσης ιόντων βαναδίου (V).

Η άλλη ομάδα δείχνει τραυματισμό. Στην εμφυτευμένη και προσκολλημένη κατάσταση, σχηματίζεται μια βιολογική αντίδραση στον ινώδη ιστό στο σημείο επαφής που αποβάλλεται από το σώμα. Ο σίδηρος, το αλουμίνιο, ο χρυσός, το ασήμι κ.λπ. συμπεριφέρονται με αυτόν τον τρόπο. Γενικά μεταλλικά υλικά όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας SUS 304L, ο ανοξείδωτος χάλυβας SUS 36L και τα κράματα κοβαλτίου-χρωμίου ανήκουν όλα σε αυτόν τον τύπο. Το μεταλλικό κομμάτι που είναι ενσωματωμένο στον σκληρό ιστό δεν συγχωνεύεται με τα οστικά κύτταρα. Όταν η δοκιμή εκχύλισης πραγματοποιήθηκε λίγες εβδομάδες αργότερα, τραβήχτηκε ομαλά χωρίς αντίσταση.

Η τρίτη ομάδα πρέπει να έχει τη μικρότερη αντίδραση με ζωντανούς οργανισμούς. Κατά την εμφύτευση ή την προσάρτηση, το τιτάνιο (Ti), το ζιρκόνιο (Zr), το νιόβιο (Nb), το ταντάλιο (Ta) και η πλατίνα (Pt) είναι κατάλληλα. Όταν αυτά τα μέταλλα εμφυτεύονται ή προσκολλώνται στο σώμα, ενσωματώνονται στενά με τα κύτταρα και τους ιστούς των σκληρών και μαλακών ιστών, παρουσιάζοντας ένα φαινόμενο σωματοποίησης.

Με αυτόν τον τρόπο, το τιτάνιο είναι σίγουρα λιγότερο επιβλαβές για τους ζωντανούς οργανισμούς και είναι ένα ασφαλές μέταλλο. Όταν χρησιμοποιείτε κράμα τιτανίου, ανάλογα με τα στοιχεία του κράματος που χρησιμοποιούνται, η αντίσταση στη διάβρωση είναι χαμηλότερη από αυτή του καθαρού τιτανίου. Όταν συμβεί διάβρωση, τα στοιχεία του μπορούν να διαλυθούν. Είναι απαραίτητο να επιλέξετε στοιχεία κράματος που είναι ανθεκτικά στη διάβρωση και δεν βλάπτουν. Μεταξύ των κραμάτων τιτανίου, το κράμα Ti-6AI-4V χρησιμοποιείται από καιρό στην κατασκευή αεροσκαφών και στον μηχανολογικό εξοπλισμό ανθεκτικό στο θαλασσινό νερό και έχει μεγάλο αριθμό περιπτώσεων χρήσης. Στην ιατρική βιομηχανία, η χρήση κραμάτων τύπου ELI με εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση (χαμηλή περιεκτικότητα σε σίδηρο, οξυγόνο και υδρογόνο) έχει εισαχθεί εδώ και καιρό. Ωστόσο, στην πρόσφατη έρευνα και ανάπτυξη κραμάτων τιτανίου για εμφυτεύματα και προσαρτήματα, με βάση αναφορές για τη βλαβερότητα του μονομερούς, το κράμα Ti-13Nb-13Zr έχει τυποποιηθεί αντικαθιστώντας το βανάδιο (V) με μη επιβλαβές νιόβιο (Nb). (ASTM, ISO). Υπάρχει επίσης ένα ευνοϊκό κράμα που εκφορτώνει ενεργά το αλουμίνιο και πρόκειται να κυκλοφορήσει.

Ως αμερικανικό πρότυπο ASTM (κωδικός F) για ιατρική χρήση, είναι ισοδύναμο με το παγκόσμιο πρότυπο στην Ευρώπη. Το πρότυπο ISO και το πρότυπο ASTM ενοποιήθηκαν και συγχωνεύτηκαν σε ένα ευρωπαϊκό πρότυπο. Η Ιαπωνία ταξινομεί τα εγχώρια πρότυπα, λαμβάνοντας τα πρότυπα που αντιστοιχούν σε ASTM και ISO και αρχίζει να διαμορφώνει πρότυπα με βάση τα πρότυπα ISO.

Τα υλικά τιτανίου που καθορίζονται στα πρότυπα ASTM που χρησιμοποιούνται σε εμφυτεύματα και προσαρτήματα που αντιπροσωπεύονται από τεχνητές αρθρώσεις γονάτων, αρθρώσεις ισχίου (συμπεριλαμβανομένων των μηριαίων κεφαλών) κ.λπ. παρατίθενται στον Πίνακα 1 σύμφωνα με το σχήμα τους. Για πολύ καιρό, το καθαρό τιτάνιο και τα κράματα Ti-6AI-4V, συμπεριλαμβανομένων των υλικών σε σκόνη, έχουν κατασκευαστεί σε εξαρτήματα και μέρη διαφόρων σχημάτων.

Τα μέρη στα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως τα υλικά τιτανίου είναι οι τεχνητές μηριαίες αρθρώσεις, οι τεχνητές αρθρώσεις γονάτων, οι οστέινες πλάκες κ.λπ., οι οποίες είναι κατάλληλες για ορθοπεδικές επεμβάσεις. Σοβαρός πόνος που προκαλείται από παραμορφωτική φλεγμονή των αρθρώσεων Ρευματισμοί [μεταφράζεται ως «Liumaqizim», που σημαίνει έντονος πόνος στις αρθρώσεις και στους μύες και είναι επίσης αλλεργική νόσος - Σημείωση Μεταφραστή] κ.λπ., με αποτέλεσμα να προκαλεί δυσκολία στο περπάτημα. Οι ασθενείς με αυτή την ασθένεια μπορούν να υποβληθούν σε χειρουργική επέμβαση αντικατάστασης τεχνητής άρθρωσης ισχίου ή τεχνητής άρθρωσης γόνατος και ο πόνος μπορεί να εξαλειφθεί εντελώς και να περπατήσουν. Στην Ιαπωνία, πραγματοποιούνται 80000 επεμβάσεις τεχνητής αρθροπλαστικής ισχίου και 40000 χειρουργικές επεμβάσεις αντικατάστασης τεχνητής άρθρωσης γόνατος σε ένα χρόνο (στατιστικά στοιχεία 2005). Στο μέλλον, με την έλευση μιας γηράσκουσας κοινωνίας, μπορεί να αναμένεται ποιο ποσοστό ανάπτυξης θα χρησιμοποιηθεί για την κάλυψη αυτής της ζήτησης.

Το τιτάνιο δεν είναι κατάλληλο για όλα τα τεχνητά μέρη αρμών. Στα μέρη των αρθρώσεων, τα μέρη που συχνά αιωρούνται δεν είναι κατάλληλα επειδή το τιτάνιο φοριέται εύκολα (τα κεραμικά και τα κράματα κοβαλτίου είναι κατάλληλα) και τα κράματα τιτανίου θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για εμφυτευμένα μέρη. Προκειμένου να ενσωματωθεί γρήγορα με το βιολογικό οστό, η επιφάνεια του κράματος τιτανίου πρέπει να γίνει ανώμαλη και να επικαλυφθεί με αισθητήρες οστών όπως απατίτης (απατίτης) και βιογυαλί. Επιπλέον, ενδομυελικά καρφιά από κράμα τιτανίου και πλάκες από κράμα τιτανίου χρησιμοποιούνται για τη στερέωση κατάγματος. Το Σχήμα 3 δείχνει διάφορα παραδείγματα εμφύτευσης και προσάρτησης.

Αυξητική τάση παρατηρείται και στον τομέα της οδοντιατρικής με τη χρήση εμφυτευμάτων και αξεσουάρ. Η ποσότητα τιτανίου που χρησιμοποιείται είναι μικρή και είναι κατασκευασμένη από καθαρό τιτάνιο, κράμα τιτανίου και κράμα μνήμης σχήματος TiNi. Τα σχήματά του περιλαμβάνουν τον τύπο πλάκας, τον τύπο νήματος, τον τύπο χιτωνίου και τον τύπο καλαθιού όπως φαίνεται στο Σχήμα 4. Αυτά τα μέρη και τα συστατικά οδηγούνται απευθείας στο οστό της γνάθου για να στερεωθούν στο εμφυτευμένο τμήμα των ούλων και επικαλύπτονται με απατίτη που αντιπροσωπεύει τη σύνθεση του οστού. Γενικά, το τιτάνιο είναι πολύ κατάλληλο για μεταλλικά εμφυτεύματα στα δόντια. Υπάρχουν δύο μέθοδοι: χύτευση ακριβείας και υπερπλαστική διαμόρφωση. Σε σύγκριση με την προηγούμενη χρήση κραμάτων κοβαλτίου και χρωμίου, είναι πιο ελαφρύ σε βάρος και δεν προκαλεί αλλαγή οσμών σε όξινα τρόφιμα. Δεδομένου ότι η χρήση υλικών τιτανίου είναι εκτός του πεδίου εφαρμογής της διάγνωσης και θεραπείας ασφάλισης υγείας, η τιμή είναι αρκετά ακριβή.

Ως εμφύτευμα (θαμμένο) ή αξεσουάρ για την εσωτερική ιατρική, όταν ένας ασθενής υποφέρει από χαμηλό καρδιακό ρυθμό, μπορεί να εμφυτευθεί (θάψει) ένας βηματοδότης (βηματοδότης--μια συσκευή αυτόματης κοιλιακής συστολής) για την τόνωση της καρδιάς. Μια συσκευή που εξασφαλίζει τον φυσιολογικό αριθμό των καρδιακών παλμών - Σημείωση Μεταφραστή). Ένα σύρμα ηλεκτροδίου είναι ενσωματωμένο από την υποκλείδια φλέβα στην καρδιά. Αυτό το ηλεκτρόδιο εισάγει ηλεκτρονικά σήματα στον βηματοδότη, ο οποίος γίνεται βηματοδότης. Πρόσφατα, το προϊόν βηματοδότη έχει μάζα 20g και πάχος 6mm. Είναι τόσο μικρό που συνδέεται με καλώδια ηλεκτροδίων και ενσωματώνεται κάτω από το δέρμα. Η μπαταρία και το κύκλωμα ελέγχου είναι συσκευασμένα σε ένα μικρό δοχείο (κουτί), το οποίο είναι προϊόν καθαρού τιτανίου που δεν είναι επιβλαβές για τους ζωντανούς οργανισμούς. Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας πρέπει να διατηρείται τουλάχιστον στα 6 χρόνια, επομένως αυτό το μικρό δοχείο (κουτί) απαιτείται για να έχει μακροχρόνια σταθερότητα και ασφάλεια. Τώρα, σχεδόν 5,000 άτομα στην Ιαπωνία έχουν επωφεληθεί.

Τα αποτελέσματα της θεραπείας με τιτάνιο φαίνονται επίσης σε χειρουργικά εργαλεία. Ειδικά σε μακροχρόνιες νευροχειρουργικές επεμβάσεις που διαρκούν περισσότερες από 10 ώρες, η λαβίδα απαιτείται επίσης να είναι ελαφριά και η αιμοστατική λαβίδα και άλλες λαβίδες πρέπει να είναι κατασκευασμένες από τιτάνιο. Πολλοί εξοπλισμός οδοντιατρικής θεραπείας, όπως εμφυτεύματα, χειρουργικά εργαλεία για προσάρτηση και δονητές για την αφαίρεση πέτρας, είναι κατασκευασμένοι από τιτάνιο. Εκτός από τα εμφυτεύματα (ταφές) και τα προσαρτήματα, ο βοηθητικός εξοπλισμός και τα αναπηρικά καροτσάκια κατασκευάζονται επίσης από τιτάνιο. Όταν ένα μέρος ενός άκρου λείπει λόγω ασθένειας ή ατυχήματος, πρέπει να γίνει προσθετικό μέλος για να αποκατασταθεί η λειτουργία. Δεδομένου ότι το κύριο μέρος είναι κατασκευασμένο από μέταλλο, πρέπει να είναι ελαφρύ, ανθεκτικό (κυρίως αντοχή στη διάβρωση και αντοχή στη φθορά κόπωσης) και από άποψη βιολογικής συμβατότητας (Ni, Cr κ.λπ.), εφαρμόζεται. Όσον αφορά τα αναπηρικά αμαξίδια, ο κύριος στόχος είναι να μειωθεί το βάρος ολόκληρου του αμαξιδίου, έτσι κάποιοι χρησιμοποιούν τιτάνιο σε όλα σχεδόν τα μεταλλικά μέρη όπως σκελετό και τροχούς.