Adaptabilidad de los materiales de titanio al ser humano

Para observar la respuesta de los iones metálicos a la adaptabilidad del cuerpo humano, en el laboratorio, se utilizaron células de fibroblastos de pulmón de ratón experimentales de medicina china (células V79) y tejido de células de fibroblastos de ratón (20-ratones postnatales de día) (células I929). ), etc., utilizan células que son sensibles a los iones metálicos para llevar a cabo métodos de evaluación de la adaptabilidad de las células. Los iones de elementos individuales proporcionados por la agencia administrativa independiente Organización Básica de Tecnología de Evaluación de Productos (Comité Técnico para la Estandarización de la Evaluación Biológica de Dispositivos Médicos) son efectivos en el cuerpo humano (cuerpo biológico). ) reacciones y se dividen en 3 grupos como se muestra en la Figura 1.

Los más tóxicos incluyen vanadio (V), níquel (Ni), cobre (Cu), etc. Cuando los elementos anteriores están presentes en partes por millón (×{{0}}), las células morirán en un plazo de un año. corto periodo de tiempo. Tomando como ejemplo el vanadio (V) y el níquel (N), los resultados experimentales en células V79 se muestran en la Figura 2. Los resultados de la prueba de inmersión de una semana mostraron que si la concentración de níquel era de alrededor de 10×10-6 (Nota del traductor pm=partes por millón), todas las células morirían. En comparación, el contenido de vanadio (V) fue dos dígitos menor, 0,6. Alrededor de ×10-6 significa que todas las células están muertas. En segundo lugar, cuando los tejidos duros (huesos) y los tejidos blandos (músculos) de animales pequeños como ratas y conejos fueron enterrados en láminas de metal para realizar pruebas, debe ser que estos metales altamente tóxicos estén en contacto con ambos tejidos duros (huesos). y tejidos blandos (músculos). Algunos causan necrosis.

a-La relación entre la energía de formación de la población de células V79 y la concentración de iones de níquel (Ni);

b-La relación entre la energía de formación de la población de células V79 y la concentración de iones de vanadio (V)

El otro grupo indica lesión. En el estado implantado y adherido se produce una reacción biológica en el tejido fibroso del lugar de contacto que se expulsa del cuerpo. El hierro, el aluminio, el oro, la plata, etc., todos se comportan de esta manera. Los materiales metálicos generales como el acero inoxidable SUS 304L, el acero inoxidable SUS 36L y las aleaciones de cobalto-cromo pertenecen a este tipo. La pieza de metal incrustada en el tejido duro no se fusiona con las células óseas. Cuando se realizó la prueba de extracción unas semanas más tarde, se sacó suavemente y sin resistencia.

El tercer grupo debe tener la menor reacción con los organismos vivos. Cuando se implantan o se fijan, son adecuados el titanio (Ti), el circonio (Zr), el niobio (Nb), el tantalio (Ta) y el platino (Pt). Cuando estos metales se implantan o se adhieren al cuerpo, se integran estrechamente con las células y tejidos de los tejidos duros y blandos, mostrando un fenómeno de somatización.

De esta manera, el titanio es definitivamente menos dañino para los organismos vivos y es un metal seguro. Cuando se utiliza una aleación de titanio, dependiendo de los elementos de aleación utilizados, la resistencia a la corrosión es menor que la del titanio puro. Cuando se produce corrosión, sus elementos pueden disolverse. Es necesario seleccionar elementos de aleación que sean resistentes a la corrosión y no dañinos. Entre las aleaciones de titanio, la aleación Ti-6AI-4V se ha utilizado durante mucho tiempo en la fabricación de aviones y en equipos de ingeniería resistentes al agua de mar, y tiene una gran cantidad de casos de uso. En la industria médica, hace tiempo que se introdujo el uso de aleaciones tipo ELI con excelente resistencia a la corrosión (bajo contenido de hierro, oxígeno e hidrógeno). Sin embargo, en la reciente investigación y desarrollo de aleaciones de titanio para implantes y accesorios, basándose en informes sobre las propiedades de daño de una sola unidad, la aleación Ti-13Nb-13Zr se ha estandarizado reemplazando al vanadio ( V) con niobio (Nb) no lesionante. (ASTM,ISO). También existe una aleación favorable que descarga activamente aluminio y está a punto de ser lanzada.

Como norma americana ASTM (código F) para uso médico, es equivalente a la norma mundial en Europa. La norma ISO y la norma ASTM se consolidaron y fusionaron en una norma europea. Japón está clasificando sus normas nacionales, tomando las normas correspondientes a ASTM e ISO y comenzando a formular normas basadas en las normas ISO.

Los materiales de titanio estipulados en las normas ASTM utilizados en implantes y accesorios representados por articulaciones artificiales de rodilla, articulaciones de cadera (incluidas cabezas femorales), etc. se enumeran en la Tabla 1 según sus formas. Durante mucho tiempo, el titanio puro y las aleaciones de Ti-6AI-4V, incluidos materiales en polvo, se han convertido en componentes y piezas de diversas formas.

Las partes donde se utilizan ampliamente los materiales de titanio son las articulaciones femorales artificiales, las articulaciones de rodilla artificiales, las placas óseas, etc., que son adecuadas para la cirugía ortopédica. inflamación deformante de las articulaciones
El reumatismo [transcrito como "Liumaqizim", que significa dolor intenso en las articulaciones y los músculos, y también es una enfermedad alérgica - nota del traductor] y otras causas de dolor intenso, que provocan dificultad para caminar, los pacientes que padecen esta enfermedad pueden eliminar completamente el dolor. y poder caminar a través de una cirugía de reemplazo de articulación artificial de cadera y rodilla artificial. En Japón, se realizan 80{2}} cirugías de reemplazo de articulaciones artificiales de cadera y 40000 cirugías de reemplazo de articulaciones artificiales de rodilla en un año (estadísticas de 2005). En el futuro, con la llegada de una sociedad que envejece, se puede esperar qué tasa de crecimiento porcentual se utilizará para satisfacer esta demanda.

El titanio no es adecuado para todas las partes de articulaciones artificiales. En las piezas de unión, las piezas que a menudo oscilan no son adecuadas porque el titanio es fácil de desgastar (las cerámicas y las aleaciones de cobalto son adecuadas), y se deben utilizar aleaciones de titanio para las piezas implantadas. Para integrarlo rápidamente con el hueso biológico, la superficie de la aleación de titanio debe hacerse desigual y recubrirse con sensores óseos como apatita (Apatita) y biovidrio. Además, para la fijación de fracturas se utilizan clavos intramedulares de aleación de titanio y placas de aleación de titanio. La Figura 3 muestra varios ejemplos de implantación y fijación.

También existe una tendencia creciente en el campo de la odontología con el uso de implantes y accesorios. La cantidad de titanio utilizada es pequeña y está hecha de titanio puro, aleación de titanio y aleación con memoria de forma TiNi. Sus formas incluyen tipo placa, tipo rosca, tipo manguito y tipo cesta, como se muestra en la Figura 4. Estas piezas y componentes se introducen directamente en la mandíbula para fijarse en la parte de la encía implantada y están recubiertos con apatita que representa la composición ósea. Generalmente, el titanio es muy adecuado para implantes metálicos en los dientes. Hay dos métodos: fundición de precisión y conformado superplástico. En comparación con el uso anterior de aleaciones de cobalto y cromo, es más liviano y no provoca cambios de olor en los alimentos ácidos. Dado que el uso de materiales de titanio está fuera del alcance del diagnóstico y tratamiento del seguro médico, el precio es bastante elevado.

Como implante (enterrado) o accesorio para medicina interna, cuando un paciente sufre de frecuencia cardíaca baja, se puede implantar (enterrar) un marcapasos (Pacemaker--un dispositivo automático de contracción ventricular) para estimular el corazón. Un dispositivo que garantiza el número normal de latidos del corazón (Nota del traductor). Se inserta un cable de electrodo desde la vena subclavia hasta el corazón. Este electrodo envía señales electrónicas al marcapasos, que se convierte en marcapasos. Recientemente, el producto marcapasos tiene una masa de 20 gy un grosor de 6 mm. Es tan pequeño que está conectado con cables de electrodos y se incrusta debajo de la piel. La batería y el circuito de control están empaquetados en un pequeño contenedor (caja), que es un producto de titanio puro que no es dañino para los organismos vivos. La vida útil de la batería debe mantenerse en un mínimo de 6 años, por lo que se requiere que este pequeño contenedor (caja) tenga estabilidad y seguridad a largo plazo. Ahora, casi 5,000 personas en Japón se han beneficiado.

Los resultados del tratamiento con titanio también se pueden observar en los instrumentos quirúrgicos. Especialmente en neurocirugía a largo plazo de más de 10 horas, también se requiere que las pinzas sean livianas y las pinzas hemostáticas y otras pinzas hemostáticas deben estar hechas de titanio. Muchos equipos de tratamiento dental, como implantes, instrumentos quirúrgicos para fijación y vibradores para eliminar el sarro, están hechos de titanio. Además de los implantes (entierros) y los accesorios, también se fabrican de titanio equipos de asistencia y sillas de ruedas. Cuando falta parte de una extremidad debido a una enfermedad o un accidente, se debe fabricar una prótesis para restaurar la función. Dado que la parte principal está hecha de metal, debe ser liviana, duradera (principalmente resistente a la corrosión y al daño por fatiga) y en términos de compatibilidad biológica (Ni, Cr, etc.), se aplica. En cuanto a las sillas de ruedas, el objetivo principal es reducir el peso de toda la silla de ruedas, por lo que algunas utilizan titanio en casi todas las partes metálicas, como marcos y ruedas.