Εμφυτεύματα και υλικά οστεοσύνθεσης των καταγμάτων Παναγιώτης Κ. Γκιβίσης Αναπληρωτής Καθηγητής Α΄ Ορθοπαιδική Κλινική ΑΠΘ Νοσ. «Γεώργιος Παπανικολάου»

Εμφυτεύματα και υλικά οστεοσύνθεσης των καταγμάτων

ΔΙΑΘΕΣΙΜΑ ΥΛΙΚΑ ΚΕΡΑΜΙΚΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ ΑΝΘΡΑΚΟΣ ΔΙΑΘΕΣΙΜΑ ΥΛΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΑ ΚΕΡΑΜΙΚΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΣΥΝΘΕΣΕΙΣ ΑΝΘΡΑΚΟΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΙΜΑ ΥΛΙΚΑ

ΤΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕΝΑ ΥΛΙΚΑ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΠΛΗΡΟΥΝ ΟΡΙΣΜΕΝΕΣ ΠΡΟΫΠΟΘΕΣΕΙΣ ΤΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕΝΑ ΥΛΙΚΑ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΠΛΗΡΟΥΝ ΟΡΙΣΜΕΝΕΣ ΠΡΟΫΠΟΘΕΣΕΙΣ

ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΡΟΫΠΟΘΕΣΕΙΣ ΧΡΗΣΗΣ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΩΝ ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΡΟΫΠΟΘΕΣΕΙΣ ΧΡΗΣΗΣ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΩΝ Σταθερή συγκράτηση καταγμάτων Αξιόπιστη λειτουργικότητα και διατήρηση των μηχανικών ιδιοτήτων Ελάχιστες αντιδράσεις από τον ξενιστή συστηματικές ή τοπικές Συνεχής βιομηχανική παραγωγή με κορυφαία ποιότητα

ΕΙΔΙΚΕΣ ΠΡΟΫΠΟΘΕΣΕΙΣ ΧΡΗΣΗΣ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΩΝ ΕΙΔΙΚΕΣ ΠΡΟΫΠΟΘΕΣΕΙΣ ΧΡΗΣΗΣ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΩΝ Stiffness - Ακαμψία Strength - Σταθερότητα Ductility - Ελατότητα Corrosion - Διάβρωση Surface - Δομή επιφάνειας

Διάβρωση εμφυτεύματος

ΕΚΛΟΓΗ ΥΛΙΚΟΥ

ΜΕΤΑΛΛΑ Προσφέρουν συγχρόνως ΜΕΤΑΛΛΑ Προσφέρουν συγχρόνως Υψηλή ακαμψία Υψηλή σταθερότητα Καλή ελατότητα Υψηλή αντίσταση στην διάβρωση Καλή βιοσυμβατότητα

ΧΡΗΣΗ ΜΕΤΑΛΛΩΝ μεταλλικά κράματα ΧΡΗΣΗ ΜΕΤΑΛΛΩΝ Σπάνια χρησιμοποιούνται στην καθαρή τους μορφή Συνήθως προστίθενται και άλλα στοιχεία για να σχηματισθούν τα μεταλλικά κράματα

ΧΡΗΣΗ ΜΕΤΑΛΛΩΝ Σήμερα τα μεταλλικά εμφυτεύματα κατασκευάζονται κυρίως από: Ανοξείδωτο χάλυβα (stainless steel) Τιτάνιο (titanium)

ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟΣ ΧΑΛΥΒΑΣ Ορθοπαιδική χειρουργική Υπάρχουν τουλάχιστον 50 κράματα, που έχουν χαρακτηρισθεί ως ανοξείδωτος χάλυβας Ορθοπαιδική χειρουργική Κράμα σιδήρου – χρωμίου – νικελίου Το χρώμιο, προσφέρει ηλεκτρική αντίσταση, άρα ανθεκτικότητα στην διάβρωση Το νικέλιο, προσφέρει καταλληλότητα για κατεργασία

ΤΙΤΑΝΙΟ Καθαρό τιτάνιο (c.p.Ti.) (τιτάνιο + Οξυγόνο) Κράμα τιτανίου (Ti 6Al 4V) Αλουμίνιο 5,5 - 6,5 % Βανάδιο 3,5 - 4,5 % Σίδηρος 0,25 % (μέγιστο) Άζωτο 0,05 % (μέγιστο) Άνθρακας 0,08 % (μέγιστο) Υδρογόνο 0,025% (μέγιστο)

ΕΙΔΙΚΕΣ ΠΡΟΫΠΟΘΕΣΕΙΣ ΧΡΗΣΗΣ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΩΝ ΕΙΔΙΚΕΣ ΠΡΟΫΠΟΘΕΣΕΙΣ ΧΡΗΣΗΣ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΩΝ Stiffness - Ακαμψία Strength - Σταθερότητα Ductility - Ελατότητα Corrosion - Διάβρωση Surface - Δομή επιφάνειας

ΑΚΑΜΨΙΑ (STIFFNESS) Η σχέση ανάμεσα στην παραμόρφωση και την δύναμη, η οποία ασκείται σ’ ένα υλικό

Δοκιμασίες κόπωσης διάφορων υλικών

Παραμόρφωση ανοξείδωτου χάλυβα και τιτανίου user Παραμόρφωση ανοξείδωτου χάλυβα και τιτανίου

Η ακαμψία ενός εμφυτεύματος εξαρτάται από την αλυγισία των υλικών, που είναι κατασκευασμένο. Κυρίως όμως, εξαρτάται από τον σχεδιασμό και τις διαστάσεις του εμφυτεύματος.

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΟΣ Η αύξηση του πάχους μιας πλάκας κατά μερικά δέκατα του χιλιοστού αποκαθιστά την ακαμψία σε σχέση με άλλο υλικό

ΑΚΑΜΨΙΑ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΔΥΝΑΜΕΩΝ (STRESS SHIELDING) ΠΑΡΟΔΙΚΗ ΟΣΤΕΟΠΟΡΩΣΗ

Μεταφορά δύναμης (stress sielding)

Τοπική οστεοπόρωση στα σημεία επαφής του εμφυτεύματος

ΑΚΑΜΨΙΑ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΟΣ H παροδική οστεοπόρωση δεν οφείλεται μόνο στον βαθμό αποφόρτισης, αλλά και στην άμεση αγγειακή βλάβη που προκαλείται από το εμφύτευμα Gautier et al 1984

ΑΚΑΜΨΙΑ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΟΣ ΛΙΓΟΤΕΡΟ ΑΚΑΜΠΤΑ ΥΛΙΚΑ ΜΕΙΩΝΟΥΝ ΤΗΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΔΥΝΑΜΕΩΝ ΧΩΡΙΣ ΟΜΩΣ ΝΑ ΤΗΝ ΕΚΜΗΔΕΝΙΖΟΥΝ

Αντίδραση του φλοιού στην οστεοσύνθεση

ΔΥΝΑΜΗ ΥΛΙΚΟΥ (STRENGTH) Το όριο της καταπόνησης, που μπορεί να ασκηθεί σ’ ένα υλικό, χωρίς να υποστεί θραύση

Ελαστική – Μόνιμη παραμόρφωση εμφυτεύματος

ΔΥΝΑΜΗ ΥΛΙΚΟΥ (STRENGTH) Οι διαστάσεις των εμφυτευμάτων καθορίζουν το όριο θραύσης ανεξαρτήτως υλικού

Αντίσταση θραύσης ανάλογα με το σχήμα και το υλικό του εμφυτεύματος

Η ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΕΝΟΣ ΥΛΙΚΟΥ ΣΤΗΝ ΕΠΑΝΑΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΕΙΝΑΙ ΠΙΟ ΧΡΗΣΙΜΗ ΑΠΟ ΤΗΝ ΔΥΝΑΜΗ ΤΟΥ

ΓΙΑ ΤΗΝ ΟΣΤΕΟΣΥΝΘΕΣΗ ΤΟ ΙΣΧΥΡΟΤΕΡΟ Ή ΤΟ ΠΙΟ ΔΥΣΚΑΜΠΤΟ ΥΛΙΚΟ ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΑ ΚΑΙ ΤΟ ΚΑΛΥΤΕΡΟ

ΕΛΑΤΟΤΗΤΑ (DUCTILITY) Ανεκτικότητα στη πλαστική παραμόρφωση του υλικού Στην πράξη, ο βαθμός διαμόρφωσης των εμφυτευμάτων

ΕΛΑΤΟΤΗΤΑ (DUCTILITY) Μηχανικό χαρακτηριστικό των υλικών,που προσφέρει την δυνατότητα προειδοποίησης για επικείμενη θραύση

Δοκιμασίες ροπής αν. χάλυβα

Δοκιμασίες ροπής τιτανίου

ΔΙΑΒΡΩΣΗ (CORROSION) H ποσότητα του μετάλλου, που απελευθερώνεται στους περιβάλλοντες ιστούς

Διάβρωση εμφυτεύματος

ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟΣ ΧΑΛΥΒΑΣ ΥΨΗΛΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Προϋπόθεση, η διατήρηση του προστατευτικού παθητικού στρώματος στην επιφάνεια του εμφυτεύματος

ΡΩΓΜΩΔΗΣ ΔΙΑΒΡΩΣΗ (CREVICE CORROSION)

Δοκιμασίες κόπωσης ανοξείδωτου χάλυβα σε αέρα – ορό

ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΔΕΝ ΔΙΑΒΡΩΝΕΤΑΙ ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΤΙΤΑΝΙΟ ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΔΕΝ ΔΙΑΒΡΩΝΕΤΑΙ

ΔΟΜΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΟΣ (SURFACE STRUCTURE) Καλή επαφή (σύμφυση) με τους περιβάλλοντες ιστούς Αποφυγή νεκρών χωρών – μόλυνσης

ΔΟΜΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΟΣ (SURFACE STRUCTURE) Επιφάνεια επαφής με το οστούν Τριβή – μεταφορά δυνάμεων Δυνατότητα αφαίρεσης βιδών

ΒΙΟΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑ Πλήρης ανοχή του εμφυτεύματος από τον ξενιστή αυξημένη αντίσταση στην μόλυνση

ΒΙΟΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑ Αλλεργικές αντιδράσεις Ογκογένεση Τοπικές τοξικές αντιδράσεις Αλλεργικές αντιδράσεις Ογκογένεση

ΒΙΟΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑ Παρουσία μεταλλικών ιόντων – ύπαρξη χημικών καταλοίπων, που απελευθερώνονται από το εμφύτευμα, λόγω της διάβρωσης ή της μηχανικής τριβής

ΒΙΟΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑ Φασματοσκοπικές αναλύσεις Καθορισμός συγκέντρωσης προϊόντων της διάλυσης των μετάλλων αύξηση σε ιστούς που περιβάλλουν μεταλλικά εμφυτεύματα αύξηση κυρίως σε: Σπλήνα Πνεύμονες Ήπαρ Νεφρούς

Ιστολογική εικόνα επαφής ανοξείδωτου χάλυβα

Ιστολογική εικόνα επαφής τιτανίου

Βλάστηση οστού σε ίνες τιτανίου

ΒΙΟΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑ Αλλεργικές αντιδράσεις Ογκογένεση Τοπικές τοξικές αντιδράσεις Αλλεργικές αντιδράσεις Ογκογένεση

Symeonides PP et al An allergic reaction after internal fixation of a fracture using a vitallium plate. J. Allergy Clin. Immunol.,1973.

ΒΙΟΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑ Ιστική ευαισθησία Τα μεταλλικά ιόντα συμπεριφέρονται ως απτίνες Σύνδεση με λευκώματα ορού Ανοσοανταπόκριση

ΒΙΟΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑ Αλλεργικές αντιδράσεις Ογκογένεση Τοπικές τοξικές αντιδράσεις Αλλεργικές αντιδράσεις Ογκογένεση

Stevenson et al Fracture associated Sarcoma in the dog J.Am vet med. Assoc., 1982.

Μορφές φόρτισης εμφυτευμάτων

Ανάλυση δυνάμεων κάμψης σε DHS

ΚΑΤΑΓΜΑΤΑ (ΘΡΑΥΣΗ) ΥΛΙΚΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΟΣΤΕΟΣΥΝΘΕΣΗΣ ΚΑΤΑΓΜΑΤΑ (ΘΡΑΥΣΗ) ΥΛΙΚΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΟΣΤΕΟΣΥΝΘΕΣΗΣ Τα εμφυτεύματα δεν έχουν σχεδιασθεί για να αντικαταστήσουν τη λειτουργία φόρτισης του υποκείμενου οστού

ΚΑΤΑΓΜΑΤΑ (ΘΡΑΥΣΗ) ΥΛΙΚΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΟΣΤΕΟΣΥΝΘΕΣΗΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ: Αστοχία υλικού (σπάνια) Καθυστερημένη πώρωση Ψευδάρθρωση Υπερβολική φόρτιση Πρώιμη φόρτιση

Θραύση πλάκας

Θραύση υλικού

Αγώνας αντοχής εμφυτευμάτων Από την πρώτη στιγμή εφαρμογής του το υλικό οστεοσύνθεσης υφίσταται καταπονήσεις. Πρέπει να «αντέξει» μέχρι την πώρωση του κατάγματος.

ΜΕΛΛΟΝ κράματα με φαινόμενο μνήμης απορροφήσιμα υλικά κράματα υψηλής αντοχής κράματα με φαινόμενο μνήμης απορροφήσιμα υλικά υλικά πλήρωσης οστικών κενών κόλλες