Металеві імплантати

Метали використовуються в медицині з глибокої давнини. При археологічних розкопках античних міст були знайдені черепи, в яких кісткові дефекти були заміщені золотими пластинами. Відомі численні спроби застосування як благородних металів, так і різних сплавів заліза для лікування захворювань опорно-рухового апарату і в стоматології. Однак серйозне, усвідомлене використання металів як імплантатів, стало можливим лише в XIX-XX століттях, коли поряд з принципами асептики і антисептики були розвинені наукові підходи до проблеми біосумісності імплантуються матеріалів і створення адекватних технологій в металургії (Вільямс, Роуф, 1978- Thull, 1992, 1996). У даній статті основний акцент буде спрямований на розгляд різних аспектів биосовместимости металів при їх імплантації в тканини і органи. Технологічні питання порушуватимуться в найзагальнішому вигляді, необхідному для цілей викладу.

Метали в чистому вигляді є речовинами, що володіють в звичайних умовах високої електро- і теплопровідністю, позитивним температурним коефіцієнтом електроопору, термоелектронної емісією, ковкістю та ін. Ці властивості обумовлені особливістю їх будови. Всі метали і сплави - тіла кристалічні. Їх можна представити у вигляді іонно-кристалічного остова, зануреного в «електронний газ», який компенсує електростатичне відштовхування іонів, пов`язуючи їх в тверде тіло (металевий зв`язок).

З 106 відомих в даний час елементів 83 є металами. Всі метали і сплави підрозділяються на дві групи - чорні і кольорові метали. До чорних металів відноситься залізо і сплави на його основі: стали, які в залежності від вмісту домішок поділяють на вуглецеві і леговані і чавуни. До кольорових металів відносять всі інші метали і їхні сплави (Be, Mg, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Ag, Sn, W, Au, Hg і ін.) .

У травматології і ортопедії найбільш часто використовуються високолеговані, корозійностійкі (нержавіючі) сталі і сплави, що володіють хорошими біомеханічними властивостями і високою стійкістю проти електрохімічної, хімічної, міжкристалітної корозії.

Існує кілька класифікацій кольорових металів за їх властивостями: по вазі - на легкі метали (Be, Mg, Al, Ni), що володіють щільністю менш 3 г / см³, і важкі метали (Pb, W, Au, Hg) з щільністю вище 3 г / см³- по температурі плавлення - на легкоплавкі метали з температурою плавлення до 1500 ° С (Zn, Cd, Sn, Sb, Hg, Hb, Bi) і тугоплавкі метали з температурою плавлення вище 1500 ° С (Ti, Cr, Zr, Nb, Mo, W, V і ін.) - за хімічною активності - на лужні (К, Na, Li і ін) і лужноземельні (Са, Mg, Sr, Ва і ін.) - за поширеністю - рідкоземельні метали, актиноїди, лантоніди і т. д. (Лахтін, Леонтьєв, 1980).

При попаданні в організм метали піддаються різного роду впливам: стисненню, розтягування, кручення, зміщення і вигину. В результаті відбувається їх деформація зі зміною внутрішньої кристалічної структури. При цьому всі процеси протікають в агресивному біологічному середовищі, що представляє собою електроліт з великою кількістю іонів хлору і водню. В результаті, в першу чергу на поверхні металу протікають складні електрохімічні, окислювально-відновні реакції з утворенням різноманітних продуктів і генеруванням гальванічних струмів, які активно впливають на навколишні тканини.


А.В. Карпов, В.П. Шахов
Системи зовнішньої фіксації і регуляторні механізми оптимальної біомеханіки