Сheatsplace.ru

Медицина и лекарственные средства

Материал, используемый в эндопротезах

В эндопротезировании используется множество материалов в зависимости от их биологических и прочностных свойств.

Металлы и их сплавы используют в эндопротезах в виде литых и кованых изделий. Их биомеханические характеристики и химические свойства являются важным фактором, определяющим конструкцию эндопротезов суставов.

Была сделана попытка применить в эндопротезах сплавы на основе меди, никеля, железа и кобальта, используемые для изготовления морского такелажа Их биоинертность, в отличие от благородных металлов, зависела от свойств пассивирующих пленок, которые возникали на поверхности изделий в солевой среде. Эксперименты на лабораторных животных показали, что промышленные латуни, бронзы, хромо-никелевые и углеродистые стали не применимы для имплантации из-за плохой биосовместимости и потери прочности вследствие коррозии.

Литые изделия из сплава CoCrMo под названием Стеллит (Stellite) и кованые - из нержавеющей стали, т.е. из сплава FeCrNi, были применены в качестве имплантатов в 40-е годы ХХ в. В работе автор отмечает, что их биоинертность также определялась свойствами пассивирующей пленки на поверхности изделий. В 50-е годы появились имплантаты на основе титана, циркония и их сплавов.

Литьевые сплавы на основе кобальта происходят из группы материалов, называемых Стеллитами. Самый технологичный метод их переработки в изделия - литье по выплавляемым моделям на воздухе. После того, как кобальт, как компонент сплавов, подвергают исходной промышленной очистке, в нем остается около 1% никеля. Последний оказывает определенное влияние на свойства литьевых сплавов, т.к. кобальт является их основным компонентом, образуя матрицу, в которой располагаются фазы на основе хрома и молибдена. Хром придает сплавам прочность и, что наиболее важно, химическую инертность, благодаря формированию на поверхности имплантатов пассивирующей оксидной пленки. Молибден обеспечивает стойкость к коррозии (сплошной, питтинговой и локальной), а также длительную прочность и надежность имплантатов.

Железо и другие примеси взаимодействуют с основными компонентами кобальтовых сплавов, образуя карбиды и прочие вторичные фазы, придающие матрице стойкость к абразивному изнашиванию. Концентрация углерода в сплаве должна быть низкой, чтобы предотвратить чрезмерный рост карбидной фазы, т.к. это уменьшает прочность и вязкость сплавов. Изделия из литьевых сплавов подвергают отжигу, в результате чего карбидная фаза приобретает сферическую структуру, улучшая упругость сплавов.

Достоинствами кобальтовых сплавов являются высокие жесткость и износостойкость, а также хорошая полируемость, позволяющая получать имплантаты с очень гладкой поверхностью. Поэтому большинство головок, а также сферических и конических чашек эндопротезов тазобедренного сустава изготавливают литьем из сплавов Со (66%) - Cr (27%) - Mo (7%) по стандарту ISO 5832-4. В 1950-60-е годы из этого сплава стали изготавливать ножки эндопротезов Мура, Томпсона и Мюллера, которые часто ломались из-за ограниченной усталостной прочности. Поломки прекратились после перехода на кованые ножки.

Таблица 1. Свойства металлов и сплавов, применяемых для изготовления эндопротезов суставов

Состав материала (% масс.)

Модуль упругости, ГН/м2

Предел прочности при растяжении, МН/м2

Относительное удлинение при разрыве, %

Состав поверхностного слоя образца

Тi (99)

97

240-550

> 15

ТiО2

Ti (90) + Al(6)+V(4) кованый

117

860-896

> 12

ТiО2

Ti (90) + Al(6)+ V(4) литьевой

117

860

> 8

TiO2

Нержавеющая сталь Fe (70)+Cr(18)+Ni(12)

193

480-1000

> 30

Cr2O3

Co(66)+Cr(27)+Mo(7) литьевой

235

655

> 8

Cr2O3

Сo(55)+Cr(20)+W(15)+Ni(10)

235

860

> 30

Cr2O3

Co(45)+Ni(35)+Cr(20)+Mo(10)

235

793-1793

50-8

Cr2O3

Co(52)+Ni(20)+Cr(20)+Mo(4)+W(4)

235

600-1310

50-12

Cr2O3

Zr(99)

97

552

20

ZrO2

Au(99)

97

207-310

> 30

Au Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6