усе раздзелы

Дасягненні даследаванняў UHMWPE у галіне штучных суставаў

Час: 2023-05-11 Праглядаў: 6

Штучныя суставы - гэта імплантаваныя пратэзы, якія замяняюць хворыя або пашкоджаныя суставы і павінны мець належную зносаўстойлівасць, механічныя ўласцівасці і ўстойлівасць да акіслення ў дадатак да патрабаванняў біясумяшчальнасці. СВМПЭ шырока выкарыстоўваецца ў якасці матэрыялу для штучнай замены суставаў дзякуючы сваім выдатным фізічным і хімічным уласцівасцям.

Існуюць розныя метады мадыфікацыі матэрыялу для паляпшэння агульных характарыстык штучных імплантатаў суставаў з СВМПЭ, у тым ліку сшыванне апраменьваннем, тэрмічная апрацоўка, уключэнне антыаксідантаў і г. д. Апошняя распрацоўка заключаецца ў паляпшэнні механічных уласцівасцей імплантатаў штучных суставаў шляхам мадуляцыі поле патоку, каб выклікаць адукацыю самаўмацавальных структур.


Распрацоўка і прымяненне тэхналогіі штучнага сустава было адным з найважнейшых дасягненняў у галіне артапедычных даследаванняў у 20-м стагоддзі, забяспечваючы палёгку многім пацыентам, якія пакутуюць ад артрозу, рэўматоіднага артрыту і г.д.

Татальнае эндапратэзаванне сустава ў цяперашні час з'яўляецца найлепшым клінічным варыянтам лячэння цяжкіх пашкоджанняў і некрозу суставаў і складаецца ў асноўным з поўнай замены тазасцегнавага і каленнага суставаў.

У Еўропе штогод 800,000 550,000 пацыентаў маюць патрэбу ў поўнай замене тазасцегнавага сустава, а ў ЗША прыкладна 7 8 чалавек штогод атрымліваюць штучную замену сустава, у той час як рэальная колькасць выпадкаў, якія патрабуюць штучнай замены сустава, значна перавышае гэтую лічбу і павялічваецца на XNUMX % да XNUMX% кожны год.

У Кітаі каля 30 мільёнаў чалавек патрабуюць штучнай замены суставаў.


З-за складанай функцыі суставаў чалавека, асабліва здольнасці рухацца ў некалькіх напрамках і вытрымліваць пэўнае сцісканне, нацяжэнне, згінанне і згінанне, характарыстыкі штучных матэрыялаў для суставаў вельмі патрабавальныя, такія як добрыя фізічныя і механічныя ўласцівасці, высокая хімічная стабільнасць , добрая биосовместимость і гэтак далей.

Поліэтылен са звышвысокай малекулярнай масай (UHMWPE) - гэта інжынерны пластык з адноснай малекулярнай масай больш за 1.5 мільёна і кампазітнай структурай з высокаўпарадкаванымі ліставымі крышталямі, убудаванымі ў выпадковую аморфную зону. Структура надае UHMWPE унікальныя ўласцівасці.

Высокая шчыльнасць малекулярнага ланцуга, умераная крышталічнасць, вельмі высокая малекулярная маса і кампазітная структура надаюць ПЭСВМВТ унікальныя ўласцівасці, такія як ударатрываласць, устойлівасць да ізаляцыі, нізкі каэфіцыент трэння, хімічная ўстойлівасць, устойлівасць да нізкіх тэмператур, устойлівасць да расколіны пад напругай, нізкае водапаглынанне, біясумяшчальнасць і самазмазвальныя ўласцівасці, якія не маюць сабе роўных з іншымі інжынернымі пластмасамі. У цяперашні час гэта самы важны палімерны матэрыял для штучных суставаў.


Фарміраванне і выкананне штучных суставаў HMWPE


UHMWPE быў упершыню выкарыстаны ў штучных суставах Чарнлі ў 1962 годзе і цяпер выкарыстоўваецца ў якасці пракладкі для кампанентаў вертлужной западзіны ў тазасцегнавых і каленных суставах, і часта выкарыстоўваецца ў чалавечым целе ў спалучэнні з кобальта-хромавымі сплавамі.


Тазасцегнавы сустаў складаецца з галоўкі сустава і сустаўнай западзіны, якая злучае галоўку сцегнавой косткі з сустаўнай западзінай таза. Поўная замена тазасцегнавага сустава складаецца з 3 частак.

(i) замена тазасцегнавай западзіны (вертлужной западзіны) на гняздо UHMWPE.

(ii) Замена зламанай галоўкі сцегнавой косткі металічнай галоўкай сустава.

(iii) увядзенне металічнага стрыжня ў сцябло сцегнавой косткі для павышэння стабільнасці штучнага сустава.



Сама тазасцегнавая западзіна (вертлужная западзіна) звычайна вырабляецца з паўшар'я UHMWPE і можа быць імплантавана непасрэдна ў таз; ПЭСВМПЭ выкарыстоўваецца ў якасці матэрыялу для вырабу тазасцегнавых западзін больш за 30 гадоў, але любы матэрыял мае працягласць жыцця, а суставы з ПЭСВМП падвяргаюцца рызыцы выхаду з ладу пры імплантацыі ў цела.


Напружанне фіксацыі паміж сферычнай галоўкай сцегнавой косткі і тазасцегнавай западзінай можа прывесці да зносу або разрыву пластыкавага матэрыялу, што ў цяжкіх выпадках можа прывесці да аперацыі па аднаўленні сцягна праз 10-20 гадоў.

Штучны татальны каленны сустаў складаецца з пратэза сцегнавой косткі, пратэза галёначнай косткі і пратэза надколенника, вырабленага з металічнага мышчалка сцегнавой косткі, падпоркі большеберцовой косткі і падушачкі большеберцовой косткі і пратэза надколенника з UHMWPE.


Штучны каленны сустаў з UHMWPE таксама падвяргаецца зносу тазасцегнавага сустава, так як элементы галёнкі і сцягна могуць з часам зношвацца ў целе, што прыводзіць да расхіствання сустава.


Дасягненні ў даследаванні UHMWPE штучных суставаў

Апрамененае сшыванне штучных суставаў з СВМПЭ 

Хаця поўная замена сустава, якая шырока выкарыстоўваецца для палягчэння боляў у суставах і паляпшэння функцыі суставаў, з'яўляецца адной з найбольш эфектыўных і спелых працэдур, штучныя суставы з UHMWPE схільныя да зносу з-за вялікіх нагрузак і зваротных рухаў супраць цвёрдых матэрыялаў, такіх як нержавеючая сталь, тытанавы сплаў і кераміка пры працяглым выкарыстанні. Клінічныя даследаванні паказалі, што штучныя суставы, імплантаваныя ў цела чалавека, паступова выходзяць з ладу з-за зносу праз 10-15 гадоў, і амаль 30% пацыентаў патрабуюць рэвізійнай аперацыі на працягу 10 гадоў. 

Такім чынам, каб падоўжыць тэрмін службы імплантаў штучнага сустава і пазбегнуць рызыкі і кошту другаснай аперацыі, існуе вострая неабходнасць вырашыць праблему зносаўстойлівасці штучных сустаўных матэрыялаў. Для таго, каб эфектыўна палепшыць зносаўстойлівасць сустаўных імплантатаў, многія даследчыкі выявілі, што выкарыстанне радыяцыйнага сшывання вельмі эфектыўна. 

Апрамяненне сшывання ПЭСВМВ прадугледжвае ўздзеянне на ПЭСВМВЭ высокіх доз γ-прамянёў або электроннага пучка, што выклікае раскладанне малекулярных ланцугоў ПЭСВМПЭ з утварэннем радыкалаў С і Н, якія затым аб'ядноўваюцца, утвараючы пашытыя кропкі праз свабодныя радыкалы на розныя малекулярныя ланцугі, гэтыя пашытыя кропкі памяншаюць рух малекулярных ланцугоў і, такім чынам, паляпшаюць зносаўстойлівасць імплантатаў з СВМПЭ. Зносаўстойлівасць імплантатаў з СВМПЭ пасля сшывання апраменьваннем даследавалася многімі навукоўцамі.


Хуткасць зносу сустаўных імплантатаў з СВМПЭ хутка зніжаецца з павелічэннем дозы апраменьвання, дасягаючы плато ў 100 кГр.


Дасягненні даследаванняў UHMWPE у галіне штучных суставаў

Антыаксідант UHMWPE штучных суставаў


У той час як сшыванне апраменьваннем істотна павышае зносаўстойлівасць сустаўных імплантатаў з ПЭСВМПЭ, некаторыя свабодныя радыкалы, якія ўтвараюцца ў выніку апраменьвання, затрымліваюцца ў крышталічных абласцях ПЭСВМПЭ, дзе малекулярныя ланцужкі рэгулярна размяшчаюцца ў рашотцы і практычна не рухаюцца.


З цягам часу свабодныя радыкалы, якія трапілі ў крышталічную зону, будуць падвяргацца шэрагу рэакцый акісляльнай дэградацыі з кіслародам, што прывядзе да пагаршэння механічных уласцівасцей імплантата сустава і ў канчатковым выніку да акісляльнай далікатнасці.


З-за дрэнных уласцівасцяў цякучасці UHMWPE часта выкарыстоўваецца прэс-спяканне. Спяканне ў прэсе дазваляе UHMWPE заставацца пры высокіх тэмпературах занадта доўга, і можа адбыцца акісляльная дэградацыя, рэакцыі разрыву ланцуга, утварэнне двайных сувязяў, свабодныя радыкалы і г.д.


Такім чынам, ліквідацыя свабодных радыкалаў, якія засталіся пасля апраменьвання сшывання і падчас апрацоўкі і фарміравання, з'яўляецца яшчэ адной ключавой задачай для павышэння зносаўстойлівасці сустаўных імплантатаў. Было ўстаноўлена, што існуе два асноўных метаду эфектыўнага ліквідацыі свабодных радыкалаў, а менавіта тэрмічная апрацоўка і даданне антыаксідантаў.

Дасягненні даследаванняў UHMWPE у галіне штучных суставаў


Самоармирование штучных злучэнняў з СВМПЭ


Было заўважана, што з павелічэннем колькасці маладых артапедычных пацыентаў механічныя ўласцівасці сустаўных імплантатаў з СВМПЭ сталі больш жорсткімі, таму паляпшэнне механічных уласцівасцей сустаўных імплантатаў з СВМПЭ з'яўляецца вельмі важным


Таму неабходнасць паляпшэння механічных уласцівасцей сустаўных імплантатаў з ПЭСВМ з'яўляецца актуальнай і важнай праблемай для даследаванняў.


На аснове біясумяшчальнасці і сумяшчальнасці з інтэрфейсам UHMWPE быў распрацаваны самаўзмацняльны метад паляпшэння механічных уласцівасцей сустаўных імплантатаў.


Было выяўлена, што здольнасць да перапрацоўкі ПЭСВММ можа быць палепшана пры выкарыстанні ПЭЛ LMWPE, які валодае добрымі ўласцівасцямі цякучасці, а затым да сумесі ПЭСВМВТ/НММПЭ (з дапамогай мадыфікаванай машыны для ліцця пад ціскам - вібрацыйнае ліццё пад ціскам) наносіцца поле зруху. выклікаць самаўмацавальныя структуры. Поле патоку зруху ўжываецца ў сумесі UHMWPE / LMWPE (праз мадыфікаваную машыну для ліцця пад ціскам - вібрацыйнае ліццё пад ціскам), каб выклікаць фарміраванне самаўмацавальнай структуры.


 


Звязаная структура шашлыка рэгулюецца ў фазе LMWPE змешанай сістэмы для павышэння механічных уласцівасцяў імплантата штучнага сустава.


Дасягненні даследаванняў UHMWPE у галіне штучных суставаў

Сшыванне апрамяненнем, тэрмічная апрацоўка і даданне антыаксідантаў эфектыўна палепшылі зносаўстойлівасць UHMWPE, а адукацыя самаўмацавальных структур, выкліканае рэгуляваным знешнім полем (полем патоку), значна палепшыла механічную трываласць імплантата.



Нягледзячы на ​​​​тое, што агульная прадукцыйнасць штучных імплантатаў суставаў з UHMWPE была значна палепшана, попыт на штучныя суставы расце са старэннем насельніцтва свету, павелічэннем колькасці траўмаў з высокім узроўнем энергіі і ўплывам дыеты і фактараў навакольнага асяроддзя на арганізм, з велізарны патэнцыйны рынак.


Нядаўнія клінічныя даследаванні паказалі, што асептычнае расхістванне і недастатковая механічная трываласць пратэзаў пасля штучнай замены сустава ўсё яшчэ з'яўляюцца праблемамі, якія патрабуюць вырашэння, і да гэтай працы неабходна прыцягнуць больш навукоўцаў.


У той жа час даследаванне і распрацоўка новых матэрыялаў з добрай біясумяшчальнасцю, устойлівасцю да стомленасці, зносаўстойлівасцю і высокай трываласцю таксама з'яўляецца новым напрамкам распрацоўкі штучных матэрыялаў для суставаў.


НОВОСТЬ

Гарачыя катэгорыі