Universitatea POLITEHNICA Bucureti

Universitatea POLITEHNICA Bucureti

Facultatea de Inginerie Medical

uruburi biodegradabile.

Procese la interfaa cu esutulProfesor:

Conf. Dr. Ing. STANCU Izabela-CristinaStudent:

Moraru Ana-Maria

ESM grupa 1432 A

Un biomaterial se definete ca un material sintetic utilizat pentru a restabili sau nlocui funcia unui esut viu, care vine n contact cu fluidele fiziologice n mod continuu sau intermitent. Aceast definiie exclude materialele utilizate pentru realizarea instrumentelor chirurgicale sau dentare.Un biomaterial trebuie s ndeplineasc anumite condiii:

s fie biocompatibil (s nu produc efecte nocive: toxice, alergice, cancerigene asupra esuturilor vii);

s fie stabil biochimic (s nu sufere procese de degradare n timp, n contact cu mediul fiziologic);

s aib proprieti mecanice asemntoare cu cele ale esutului substituit, pentru a putea prelua n condiii optime funcia mecanic a acestuia. [1]Implanturi cu uruburi biodegradabile se folosesc n ortopedie. Biomaterialele din care sunt realizate aceste uruburi se pot clasifica dup mai multe criterii.Dup interaciunea biomaterialelor cu mediul biologic se disting :

1. materiale bioactive;

2. materiale bioinerte;

3. materialele bioabsorbante.1. Materiale bioactiveSe deosebesc materialele bioactive de clasa A, care sunt osteoconductive (conduc dezvoltarea osului) i osteproductive (induc dezvoltarea osului) i se pot lega att de esuturile moi, ct i de cele dure.Materialele bioactive de clasa B sunt numai osteoconductive i se pot lega de esuturile dure. Din aceast categorie face parte ceramica dens din hidroxiapatit HAp sintetic.Materialele bioactive se gsesc n mod curent ntr-o mare varietate de forme, de la sticle, vitroceramici, pn la ceramici monocomponente (hidroxiapatit), fiind utilizate ntr-o gam larg de aplicaii: stomatologie, chirurgie maxilo-facial, ortopedie. [1]Materialele bioactive par s fie rspunsul ideal n cazul fixrii oaselor n urma fracturilor, dar nu sunt potrivite n cazul implanturilor de articulaii, acolo unde gradul de frecare dintre materialele n contact este foarte mare. [2] 2. Materiale bioinerte

Materialele bioinerte cum ar fi titanul, tantalul, polietilena i alumina, expun o foarte mic interaciune chimic cu esuturile adiacente. esuturile pot adera la suprafaa acestor materiale inerte fie prin creterea acestora n microneregularitile suprafeei(osteointegrare) fie prin folosirea de adeziv special (acrilat). Pe termen lung, acesta din urm nu este modul ideal de fixare a implanturilor, de regul cele ortopedice i stomatologice (uruburi, plci). [5] 3. Materiale bioabsorbante

Materialele bioabsorbante cum ar fi fosfatul tricalcic, acidul copolimeric

polilactic-poliglicolic, chiar i unele metale, sunt astfel concepute nct acestea s poat fi uor absorbite de organism i nlocuite de esuturile adiacente (esutul osos sau pielea). Acest tip de materiale sunt folosite n cazul transportului de medicamente sau n cazul structurilor implantabile biodegradabile cum ar fi aa chirurgical. [2] Dupa natura biomaterialelor se disting:

Biomateriale naturale : organice;

anorganice;

Biomateriale sintetice:

metalele;

polimerii;

ceramicele;

compozitele.

Metalele n stare pur sunt mai rar utilizate, aliajele acestora fiind mai des folosite datorit faptului c mbuntesc unele dintre proprieti, cum ar fi rezistena la coroziune i duritatea. [3] Primul tip de oel inoxidabil folosit n implanturi a fost oelul de vanadiu (18-8Va) , dar rezistena la coroziune a acestuia nu a fost prea bun. Pentru a-i mri rezistena la coroziune , n compoziia acestuia s-a adugat molibden (18-8Mo), care mai trziu a devenit

oelul inoxidabil 316. Stratul pasiv (rezistent la coroziune) al acestor oeluri nu este la fel de robust ca n cazul celor din aliaje de titan. Din aceast cauz , oelurile inoxidabile sunt folosite doar la realizarea implanturilor medicale temporare cum ar fi uruburile de fixare i tijele ortopedice pentru fixarea fracturilor. [6]Biomateriale polimericePolimerii sunt cele mai folosite materiale in cadrul aplicaiilor medicale. Aceste materiale pot fi folosite in realizarea de dispozitive cardiovasculare (grefe vasculare,valve artificiale ale inimii) , implanturi mamare, lentiledecontact , lentileintraoculare ,nveliuri pentru medicamente , ae chirurgicale , adezivi i substitueni pentru snge . Polimerii sunt materiale organice , alctuii dintr-un numr mare de macromolecule , care de faptformeaz legturi covalente ntre atomi. Datorit naturii lor covalente a legturilor intermoleculare , electronii suntlocalizai ntreatomiiconstitueni , ipolimeriiconsecvenitind saib proprietitermice i electrice sczute. Cei mai utilizai polimeri, nc din ani 1960, sunt poliglicoidele(PGA) i polilactidele (PLA).[6]Ceramicele sunt materiale n compoziia crora intr materialele metalice i nemetalice, legate ntre ele prin legturi ionice sau covalente. Ceramicele sunt izolatoare din punct de vedere electric i termic. Legturile ionice sau covalente fac din ceramic un material cu o duritate mare i fragilitate ridicat . Aceste materiale sunt nc sensibile la apariia fisurilor sau a altor defecte.

Ca biomateriale, materialele ceramice se gsesc sub numele de bioceramice i se pot clasifica n:

ceramice bioinerte sau neabsorbabile,

ceramice absorbabile,

ceramice bioactive.[6]Bioceramicele bioinerte nu sunt toxice, cancerigene, alergice, inflamatorii, i prezint o bun comportare la coroziune. Din cadrul acestor ceramice face parte: alumina, zirconia, silicon nitrid i carbonul. Ele sunt de obicei folosite n cazul endoprotezelor de sold i a valvelor artificiale ale inimii.

Bioceramicele absorbabile se folosesc n cazul implanturilor degradabile, acestea fiind absorbite de corp. Din cadrul acestor bioceramice fac parte fosfai (calciu, tricalciu, aluminiu-calciu, zinc sulfat de calciu), oxizii (zinc-calciu-fosforos, feric-calciu-fosforos i coralii (carbonat de calciu).

Bioceramicele bioactive includ: biosticla, hidroxiapatitele i ceravitatul (un amestec de oxid de silicon, calciu, sodiu, fosfor, magneziu si potasiu). O important aplicaie a acestor bioceramice este aceea de mbrcare a protezelor metalice, n special a celor de old, pentru a permite esutului uman s adere la suprafaa protezei. Pe lng acesta utilizare, bioceramicele reactive se mai folosesc i la protezele dentare, tije i uruburi de fixare a fracturilor.[6]

Materialele ceramice nu sunt predispuse la coroziune chimic, ca n cazul

materialelor metalice, dar sunt sensibile la alte forme de degradare, atunci cnd sunt expuse mediului fiziologic. Mecanismul i gradul de degradare depind n principiu de tipul materialului ceramic. Chiar i alumina, care este considerat n general un material bioinert, sufer modificri n cazul rezistenei mecanice, atunci cnd intr n contact cu un mediu salin.

Ceramicele bioactive ct i materialele sticloase sunt degradabile n organismul uman. Chiar dac aceste materiale au o degradare lent, sau rapid, ele pot fi reabsorbite de osteoclaste (celulele ce distrug n permanen esutul osos), datorit asemnrii particulelor de fosfat de calciu cu componentele minerale ale esutului osos.

Proprietile de extensibilitate sczute, precum i o fragilitate mare, fac ca

materialele bioceramice s fie mai puin folosite n aplicaiile medicale. De asemenea, rezistena la ncovoiere, a ceramicelor, este foarte mic. Comportarea lor este mai bun n cazul supunerii la fore de compresiune.Compozitele sunt acele materiale care au n componen dou sau mai multe faze constituente, de obicei o matrice polimeric i o component de armare, la o scar mai mare dect cea atomic. Din punct de vedere structural, materialele biocompozite sunt materiale anizotrope, adic proprietile lor mecanice difer pe toate direciile.

n funcie de modul de biodegradare, compozitele pot fi:

absorbabile n ntregime,

parial absorbabile,

neabsorbabile. [4]

Biocompozitele total absorbabile sunt realizate din fibre i o matrice general, ambele fiind absorbabile. Aceste materiale sunt folosite cu precdere n cazul fixrii fracturilor (uruburi sau tije), fr a fi necesar ca dup vindecarea esutului osos aceste dispozitive de fixare s fie extrase, ele fiind absorbite de organism. Cel mai utilizat material compozit absorbabil este grupul de polimeri ai acidul polilactic (PLA), din mai multe considerente pozitive:

materialul este n totalitate biodegradabil cu o rat de absorie ce poate fi controlat prin modificarea masei moleculare;

produii rezultai n urma degradrii nu sunt toxici pentru organism, sunt

biocompatibili i sunt uor metabolizai.

Principalul dezavantaj al acestor biocompozite este modul de coordonare a procesului de degradare a componentelor.

Biocompozitele parial absorbabile sunt realizate din materiale de rigidizare neabsorbabile i materiale matrice absorbabile.ngeneral,celemaiutilizatecompoziteparialabsorbabile naplicaiilemedicale sunt : polimetilmetacrilat (PMMA) i poli(butilen tereftalat) (PBT) ca matrice neabsorbabile ncombinaie cu hidroxiapatita (HA) sau acidul polilactic (PLA);

n cazul biocompozitelor neabsorbabile, ambele componente, cea general (matricea) i cea de rigidizare (particule sau fibre) sunt neabsorbabile. Acestea sunt n general folosite pentru a asigura proprieti mecanice i clinice care nu pot fi obinute cu biomaterialele tradiionale.[4]uruburile pot fi utilizate singure sau pot fi complementare uneiplci, fiind mijlocul de osteosintez cel mai utilizat. Dup ablaia unui surub, apar condiiile mecanice ale unui defect de material,existnd un risc de fracturare major la nivelul orificiului urubului extras. Acest efect dispare n timp (aproximativ 4 sptmni),deoarece orificiul va fi acoperit de esut osos imatur, care se varemodela ulterior n os matur. [5]n concluzie, materialele ideale pentru realizarea uruburilor ortopedice

biodegradabile sunt biocompozitele total absorbabile, datorit proprietilor specifice, cum ar fi: toxicitate redus, grad ridicat de biocompatibilitate, rat de absorbie controlabil. Acestea sunt imediat urmate de materialele bioceramice datorit riscului de coroziune foarte sczut i a particulelor de fosfat de calciu asemntoare cu componentele minerale ale esutului osos. Referine:

[1] Andreia Ilie , Bogdan Vasile . Laborator tiina materialelor bioceramice Anul II, semestrul I

[2] J. Black and G. Hastings, Handbook of Biomaterial Properties[3] Mihai Tarnoveanu . Aplicatii ale Biomaterialelor Metalice in Chirurgie[4] Mihai Tarnoveanu. Biomateriale si clasificarea lor[5] Lector univ. drd. GabrielaRaveica, Kinetoterapia n afeciunile ortopedico-traumatice ale aparatului locomotor I[6] Biomateriale i biocompatibilitatea acestora cu organismul umanPAGE 1