התאמה של חומרי טיטניום לאדם

על מנת לבחון את התגובה של יוני מתכת ליכולת ההסתגלות של גוף האדם, במעבדה, תאי פיברובלסט של עכברים רפואיים ניסיוניים (תאי V79) ועכברים (20-עכברים לאחר לידה) רקמת תאי פיברובלסט (תאי I929) ), וכו', משתמשים בתאים הרגישים ליוני מתכת כדי לבצע שיטות להערכת הסתגלות התא. יוני האלמנטים הבודדים המסופקים על ידי הסוכנות המנהלית העצמאית ארגון הערכת מוצרים טכנולוגיה בסיסית (הוועדה הטכנית לתקינה של הערכה ביולוגית של מכשירים רפואיים) יעילים בגוף האדם (גוף ביולוגי). ) תגובות ומחולקות ל-3 קבוצות כפי שמוצג באיור 1.

הרעילים שבהם כוללים ונדיום (V), ניקל (Ni), נחושת (Cu) וכו'. כאשר היסודות לעיל קיימים בחלקים למיליון (×{0}}), התאים ימותו בתוך פרק זמן קצר. אם לוקחים ונדיום (V) וניקל (N) כדוגמה, תוצאות הניסוי בתאי V79 מוצגות באיור 2. תוצאות מבחן הטבילה של שבוע אחד הראו שאם ריכוז הניקל היה סביב 10×10-6 (הערת המתרגם pm=חלקים למיליון), כל התאים ימותו. לשם השוואה, תוכן הונדיום (V) היה נמוך בשתי ספרות ב-0.6 סביב ×10-6 פירושו שכל התאים מתים. שנית, כאשר הרקמות הקשות (העצמות) והרקמות הרכות (השרירים) של חיות קטנות כמו חולדות וארנבות נקברו ביריעות מתכת לבדיקה, חייב להיות שהמתכות הרעילות מאוד הללו נמצאות במגע עם שתי הרקמות הקשות (העצמות) ורקמות רכות (שרירים). חלקם גורמים לנמק.

א-הקשר בין אנרגיית היווצרות אוכלוסיית תאים V79 וריכוז יוני ניקל (Ni);

b-הקשר בין אנרגיית היווצרות אוכלוסיית תאים V79 וריכוז יוני ונדיום (V).

הקבוצה השנייה מצביעה על פציעה. במצב המושתל והמצורף נוצרת תגובה ביולוגית על הרקמה הסיבית באתר המגע הנפלטת אל מחוץ לגוף. ברזל, אלומיניום, זהב, כסף וכו' כולם מתנהגים כך. חומרי מתכת כלליים כגון פלדת אל-חלד SUS 304L, נירוסטה SUS 36L וסגסוגות קובלט-כרום שייכים כולם לסוג זה. חתיכת המתכת המוטבעת ברקמה הקשה אינה מתמזגת עם תאי העצם. כאשר בוצעה בדיקת החילוץ כעבור מספר שבועות, היא נשלפה בצורה חלקה ללא התנגדות.

לקבוצה השלישית יש את התגובה הקטנה ביותר עם אורגניזמים חיים. כאשר מושתלים או מחוברים, מתאימים טיטניום (Ti), זירקוניום (Zr), ניוביום (Nb), טנטלום (Ta) ופלטינה (Pt). כאשר מתכות אלו מושתלות או מחוברות לגוף, הן משולבות באופן הדוק עם התאים והרקמות של רקמות קשות ורכות, מה שמציג תופעה של סומטיזציה.

בדרך זו, טיטניום בהחלט פחות מזיק לאורגניזמים חיים והוא מתכת בטוחה. בעת שימוש בסגסוגת טיטניום, בהתאם ליסודות הסגסוגת המשמשים, עמידות בפני קורוזיה נמוכה מזו של טיטניום טהור. כאשר מתרחשת קורוזיה, ניתן להמיס את האלמנטים שלה. יש צורך לבחור אלמנטים מסגסוגת עמידים בפני קורוזיה ואינם מזיקים. בין סגסוגות טיטניום, סגסוגת Ti-6AI-4V שימשה זמן רב בייצור מטוסים וציוד הנדסי עמיד למי ים, ויש לה מספר רב של מקרי שימוש. בתעשייה הרפואית, השימוש בסגסוגות מסוג ELI עם עמידות מצוינת בפני קורוזיה (תכולת ברזל, חמצן ומימן נמוכה) הוכנס כבר זמן רב. עם זאת, במחקר ובפיתוח האחרון של סגסוגות טיטניום לשתלים וחיבורים, בהתבסס על דיווחים על מאפייני הנזק של היחידה הבודדת, סגסוגת ה-Ti-13Nb-13Zr עברה סטנדרטיזציה על ידי החלפת ונדיום ( V) עם ניוביום לא פצע (Nb). (ASTM, ISO). ישנה גם סגסוגת נוחה שפורקת אלומיניום באופן פעיל ועומדת להשיק.

כתקן ASTM האמריקאי (קוד F) לשימוש רפואי, הוא שווה ערך לתקן העולמי באירופה. תקן ISO ותקן ASTM אוחדו ואוחדו לתקן אירופאי. יפן מסדרת את התקנים המקומיים שלה, לוקחת את התקנים התואמים ASTM ו-ISO, ומתחילה לגבש תקנים המבוססים על תקני ISO.

חומרי הטיטניום המוגדרים בתקני ASTM המשמשים בשתלים ואביזרים המיוצגים על ידי מפרקי ברכיים מלאכותיים, מפרקי ירך (כולל ראשי עצם הירך) וכו' מפורטים בטבלה 1 לפי צורותיהם. במשך זמן רב, טיטניום טהור וסגסוגות Ti-6AI-4V, כולל חומרי אבקה, נעשו לרכיבים וחלקים בצורות שונות.

החלקים בהם נעשה שימוש נרחב בחומרי טיטניום הם מפרקי ירך מלאכותיים, מפרקי ברכיים מלאכותיים, לוחות עצם ועוד, המתאימים לניתוחים אורטופדיים. דלקת מפרקים מעוותת
שיגרון [מתעתיק כ"ליומאקיזים", שפירושו כאב חמור במפרקים ובשרירים, והוא גם מחלה אלרגית - הערת המתרגם] וגורמים נוספים לכאבים עזים, הגורמים לקשיי הליכה, האם חולים הסובלים ממחלה זו יוכלו להעלים לחלוטין את הכאב. ולהיות מסוגל לעבור ניתוח מפרק ירך מלאכותי ומפרק ברך מלאכותי. ביפן, 80,000 ניתוחי החלפת מפרק מפרק ירך מלאכותיים ו-40,000 ניתוחים מלאכותיים להחלפת מפרק ברך מבוצעים בשנה (סטטיסטיקה 2005). בעתיד, עם בואה של חברה מזדקנת, ניתן לצפות באיזה אחוז צמיחה ישמש כדי לענות על ביקוש זה.

טיטניום אינו מתאים לכל חלקי המפרק המלאכותיים. בחלקי מפרקים, חלקים שלעתים קרובות מתנדנדים אינם מתאימים מכיוון שהטיטניום קל ללבישה (מתאימות קרמיקה וסגסוגות קובלט), ויש להשתמש בסגסוגות טיטניום לחלקים מושתלים. על מנת לשלבו במהירות עם העצם הביולוגית, יש להפוך את פני סגסוגת הטיטניום לא אחידים ולצפות בחיישני עצם כגון אפטיט (אפטיט) וביוגלאס. בנוסף, מסמרים תוך-מדולריים מסגסוגת טיטניום וצלחות סגסוגת טיטניום משמשים לקיבוע שברים. איור 3 מציג דוגמאות שונות של השתלה והתקשרות.

גם בתחום רפואת השיניים ישנה מגמת עלייה בשימוש בשתלים ואביזרים. כמות הטיטניום בשימוש קטנה, והיא עשויה מטיטניום טהור, סגסוגת טיטניום וסגסוגת TiNi זיכרון צורות. צורותיו כוללות את סוג הצלחת, סוג החוט, סוג השרוול וסוג הסל כפי שמוצג באיור 4. חלקים ורכיבים אלו מונעים ישירות לתוך עצם הלסת כדי להתקבע על חלק החניכיים המושתל, ומצופים באפטות המייצגות את הרכב העצם. ככלל, טיטניום מתאים מאוד להשתלת מתכת בשיניים. ישנן שתי שיטות: יציקה מדויקת ויצירת סופר-פלסטיק. בהשוואה לשימוש הקודם בסגסוגות קובלט וכרום, משקלו קל יותר ואינו גורם לשינוי ריח במזונות חומציים. מאחר והשימוש בחומרי טיטניום הוא מחוץ לתחום האבחון והטיפול של קופות החולים, המחיר די יקר.

כשתל (קבור) או אביזר לרפואה פנימית, כאשר מטופל סובל מקצב פעימות לב נמוך, ניתן להשתיל (לקבור) קוצב לב (Pacemaker--מכשיר לכיווץ חדרים אוטומטי) כדי לעורר את הלב. מכשיר המבטיח מספר תקין של פעימות לב - הערת מתרגם). חוט אלקטרודה מוטבע מהווריד התת-שפתי אל הלב. אלקטרודה זו מכניסה אותות אלקטרוניים לקוצב הלב, שהופך לקוצב. לאחרונה, למוצר קוצב הלב יש מסה של 20 גרם ועובי של 6 מ"מ. הוא כל כך קטן שהוא מחובר עם חוטי אלקטרודה ומוטבע מתחת לעור. הסוללה ומעגל הבקרה נארזים לתוך מיכל קטן (קופסה), שהוא מוצר טיטניום טהור שאינו מזיק לאורגניזמים חיים. חיי הסוללה חייבים להישמר במינימום 6 שנים, כך שהמיכל (הקופסה) הקטן הזה נדרש ליציבות ובטיחות לטווח ארוך. כעת, כמעט 5,000 אנשים ביפן נהנו.

את התוצאות של טיפול טיטניום ניתן לראות גם במכשירים כירורגיים. במיוחד בנוירוכירורגיה ארוכת טווח של יותר מ-10 שעות, גם מלקחיים נדרשים להיות קלים, ומלקחיים המוסטטיים ומלקחיים המוסטטיים אחרים חייבים להיות עשויים מטיטניום. ציוד לטיפולי שיניים רבים כמו שתלים, מכשירים כירורגיים להצמדה וויברטורים להסרת אבנית עשויים מטיטניום. בנוסף לשתלים (קבורים) ותוספות, גם ציוד עזר וכסאות גלגלים עשויים מטיטניום. כאשר חלק מאיבר חסר עקב מחלה או תאונה, יש לבצע איבר תותב כדי להחזיר את התפקוד. מכיוון שהחלק העיקרי עשוי ממתכת, עליו להיות קל משקל, עמיד (בעיקר עמידות בפני קורוזיה ועמידות בפני נזקי עייפות), ומבחינת תאימות ביולוגית (Ni, Cr וכו'), הוא מיושם. מבחינת כסאות גלגלים, המטרה העיקרית היא להפחית את משקלו של כל כסא הגלגלים, ולכן יש המשתמשים בטיטניום כמעט בכל חלקי המתכת כמו מסגרות וגלגלים.