Conocimiento profesional del médico tratante en "Hueso" 2018-Ciencia de materiales para articulaciones artificiales.
Los materiales para juntas artificiales de metal y aleaciones se dividen principalmente en tres categorías: juntas artificiales de acero inoxidable (tipo 316L), juntas artificiales de aleación a base de cobalto y juntas artificiales de aleación de titanio-titanio. . Cada uno de los tres materiales para articulaciones tiene ventajas, desventajas y reacciones después de su implantación en el cuerpo humano.
(1) Articulación artificial de acero inoxidable (tipo 316L)
El acero inoxidable es el primer material de implante metálico humano. La articulación artificial metálica representativa: el acero inoxidable 316L es un material metálico económico que se usa comúnmente para fabricar articulaciones artificiales médicas. Se utiliza principalmente para fabricar mangos y cabezas de articulaciones. Tiene un rendimiento de procesamiento excelente y una resistencia a la compresión adecuada, y forma una película de óxido de cromo pasivado en su superficie, lo que reduce la tasa de corrosión uniforme. Sin embargo, los estudios clínicos muestran que después de implantar el acero inoxidable 316L en el cuerpo humano, se encuentra en un entorno fisiológico. A veces pueden ocurrir problemas como corrosión por grietas o corrosión por fricción, grietas por corrosión por fatiga, etc. NP, CP y C-1 se liberarán debido a la fricción y el desgaste, lo que provocará que la prótesis se afloje y, finalmente, provoque el fallo del implante. Por lo tanto, para el acero inoxidable 316L, mejorar la resistencia a la corrosión es clave.
(2) Articulaciones artificiales de aleación a base de cobalto
Las aleaciones a base de cobalto, a menudo llamadas aleaciones de cobalto-cromo, se utilizan ampliamente en la fabricación de articulaciones artificiales. En primer lugar, tiene mejor biocompatibilidad y resistencia a la corrosión que el acero inoxidable 3136L. Sus átomos están dispuestos en una estructura cúbica centrada en las caras, con baja energía superficial de falla y buena resistencia al desgaste, pero no es adecuado para el procesamiento mecánico. La Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales recomienda cuatro aleaciones a base de cobalto que se pueden usar para implantes quirúrgicos, a saber, aleación forjada de cobalto-cromo-molibdeno (F76), aleación forjada de cobalto-cromo-tungsteno-molibdeno (F90), aleación forjada de cobalto-níquel. -aleación de cromo-molibdeno (r562) y aleación forjada de cobalto-níquel-cromo-molibdeno-tungsteno-hierro (R562). Entre ellos, la aleación forjada de cobalto-cromo-molibdeno y la aleación forjada de cobalto-níquel-cromo-molibdeno se han utilizado ampliamente en la fabricación de implantes. La Organización Internacional de Normalización ha permitido el uso de seis tipos de aleaciones a base de cobalto en la fabricación de componentes de juntas artificiales, lo que demuestra plenamente la amplia aplicación de las aleaciones a base de cobalto en la fabricación de juntas artificiales. La práctica clínica ha demostrado que las aleaciones a base de cobalto tienen una alta resistencia y una excelente resistencia a la corrosión. Sin efectos tóxicos o secundarios obvios.
(3) Articulación artificial de aleación de titanio-titanio
La aleación de titanio-titanio se usa ampliamente como material de implante humano debido a su buena biocompatibilidad y propiedades mecánicas integrales. En la década de 1950, el titanio puro se utilizó por primera vez en organismos vivos en Estados Unidos y Gran Bretaña. El fémur y la articulación de la cadera artificiales de titanio producidos por el Instituto de Investigación de Metales No Ferrosos de Beijing y la Fábrica de Equipos Médicos Ortopédicos de Tianjin se utilizan en la práctica clínica por primera vez en China. Posteriormente se descubrió que el rendimiento de la aleación Ti-6Al-4V es mejor que el del titanio puro. Por lo tanto, la aleación Ti-6Al-4V se ha utilizado ampliamente como material para implantes humanos.
La aleación Ti_6Al-4V tiene una biocompatibilidad más fuerte y una mejor resistencia a la corrosión que el acero inoxidable y la aleación de cobalto-cromo-molibdeno. Su módulo elástico es cercano al del hueso y su densidad es pequeña (4,5 ig/cm3). Se utiliza en la fabricación de articulaciones artificiales y fijadores internos ortopédicos [10]. Debido a que el vanadio puede causar inflamación crónica, los iones de aluminio se combinan con el fósforo inorgánico, provocando una deficiencia de fósforo en el cuerpo humano e induciendo la enfermedad de Alzheimer. Y su módulo elástico es de 4 a 10 veces mayor que el del hueso. El módulo elástico del implante y el hueso no coinciden, por lo que la carga no puede transferirse bien del implante al tejido óseo adyacente. Se produce el fenómeno de "protección contra la tensión", que provoca la resorción ósea alrededor del implante y, finalmente, provoca que el implante se afloje o se rompa. Por lo tanto, el desarrollo de nuevas aleaciones médicas de titanio B con mejor biocompatibilidad y menor módulo elástico se ha convertido en el foco de la investigación sobre materiales metálicos biomédicos.
En tercer lugar, materiales para juntas de polímeros orgánicos
Los materiales poliméricos utilizados para las juntas artificiales incluyen principalmente caucho de silicona, polietileno y polietileno de peso molecular ultraalto.
(1) Caucho de silicona
En los últimos diez años, las articulaciones de los dedos artificiales de caucho de silicona se han utilizado para el reemplazo de articulaciones pequeñas en el extranjero y ha habido una gran cantidad de informes clínicos. Se ha utilizado clínicamente en Tianjin, Beijing, Xi y otros lugares. El Grupo de Colaboración de Materiales Polímeros Médicos de la Provincia de Sichuan comenzó a desarrollar articulaciones artificiales de caucho de silicona para uso clínico en 1974-1975, pero después de un seguimiento a largo plazo, se descubrió que la eficacia no era la ideal [11]. La razón está relacionada principalmente con la calidad de los materiales de caucho de silicona. El flujo del proceso y el control de pureza no son estrictos, y el acabado de la superficie y la dureza de las uniones de caucho de silicona no cumplen con los requisitos médicos.
Hay muchos informes exitosos en el extranjero sobre si el caucho de silicona es un biomaterial ideal, pero hay muchos informes sobre reacciones a cuerpos extraños causadas por el caucho de silicona en análisis de eficacia a largo plazo [12].
(2) Polietileno
El polietileno (PE) fue el primer material polimérico utilizado para las articulaciones artificiales, y más tarde se utilizó el polietileno de peso molecular ultraalto (UHMWPE) con mejor rendimiento [ 13]. Se ha utilizado con éxito en articulaciones artificiales de muñeca, rodilla y acetábulo, y ha resuelto eficazmente los problemas de fricción y desgaste de las articulaciones artificiales. El uso de polietileno de peso molecular ultraalto fue alguna vez un símbolo de la madurez de las articulaciones artificiales modernas. Se utiliza principalmente para superficies de fricción como huecos articulares, como el acetábulo artificial. El polietileno se ha utilizado para solucionar el problema de fricción de las articulaciones artificiales y ha logrado buenos resultados [14].
(3) Polietileno de peso molecular ultraalto
El polietileno de peso molecular ultraalto (UHMWPE) es el eslabón más débil en varias prótesis totales de cadera combinadas. Cuando se mueve normal o anormalmente con la superficie metálica o cerámica adyacente, su suavidad determina que los componentes de la prótesis sean también los más susceptibles al desgaste.