Да ли су легуре титанијума штетне за људско тело? Биокомпатибилност и стандарди
Nov 16, 2023
Легуре титанијума спадају међу најчешће имплантиране метале у савременој медицини, а на питање да ли могу да нашкоде људском организму има кратак и дужи, кориснији одговор. Кратак одговор је да се утврђени нивои имплантата сматрају безбедним када су произведени према тачним медицинским спецификацијама и правилно завршени.
Биокомпатибилност: Зашто ткиво толерише титанијум
Биокомпатибилност значи да материјал може бити у контакту са живим ткивом без изазивања значајног имунолошког или алергијског одговора. Титанијум то постиже помоћу танког, стабилног,-самопоправљајућег оксидног слоја који се формира у року од милисекунди након излагања ваздуху или телесним течностима. Тај слој је хемијски инертан и електрично изолован, тако да метал испод никада није у директном контакту са ткивом. Коштане ћелије се везују за њу, због чега титанијумски импланти могу постати механички интегрисани са кости, а не једноставно да седе у шупљини.
Отпорност на корозију у телесним течностима
Телесна течност је топао, оксигенисан, електролит који садржи хлорид{0}} и непрекидно напада већину структурних метала. Титан се добро одупире томе, што је други разлог зашто имплантати трају. Оксидни филм се одмах реформише ако се изгребе током операције или током рада са микропокретима, тако да локални квар не постане јама која расте. Отпуштање метала из имплантата од титанијума је стога веома мало у поређењу са уређајима од кобалта-хрома или нерђајућег челика, и то је један од разлога зашто се титанијум даје предност за дуготрајне- имплантате као што су замене зглобова и зубни прибор.
Густина, тежина и удобност пацијента
| Материјал | Густина (г/цм3) | Модул еластичности (ГПа) |
|---|---|---|
| Кортикална кост | 1,8 до 2,0 | 10 до 30 |
| Титанијум и Ти-6Ал-4В ЕЛИ | 4.51 до 4.43 | око 105 до 110 |
| Нерђајући челик 316Л | око 8.0 | око 200 |
| Легура кобалта{0}}хрома | око 8.3 | око 230 |
Титанијум је много ближи костима и по густини и по крутости него челик или кобалт{0}}хром. Мања густина значи мању тежину коју носи пацијент, а нижи модул еластичности значи мању заштиту околне кости од стреса, што смањује ресорпцију кости око имплантата. Модул је и даље неколико пута већи од кости, тако да се заштита од стреса смањује, а не елиминише.
Питање никла
Никл је најчешћи алерген на метал и присутан је у нерђајућем челику и неким легурама кобалта, а не у нелегираном титанијуму или у Ти-6Ал-4В. Документоване алергијске реакције на титанијум су ретке. Тамо где је познато да је пацијент осетљив на никл, доступне су легуре титанијума без никла{11}као што су Ти-6Ал-7Нб или Ти-13Нб-13Зр. Легуре никл-титанијума са меморијом облика, које садрже приближно једнаке атомске пропорције никла и титанијума, спадају у другу категорију: користе се за стентове и ортодонтске жице, а њихово ослобађање никла је мало јер исти слој пасивног оксида покрива површину, али нису први избор за познатог пацијента алергичан на никл.
Који стандарди регулишу медицински титанијум
| Спецификација | Обим | Кључна ограничења |
|---|---|---|
| АСТМ Ф67 | Нелегирани титанијум за примену хируршких имплантата, степена 1 до 4 | Контролисани кисеоник, азот, угљеник, водоник и гвожђе; Оцена 4 доноси највећу снагу нелегиране породице |
| АСТМ Ф136 | Ковани Ти-6Ал-4В ЕЛИ за хируршке импланте | Алуминијум 5,50 до 6,50 %, ванадијум 3,50 до 4,50 %, кисеоник 0,13 % мак, азот 0,05 % мак, гвожђе 0,25 % мак, водоник 0,012 % мак |
| АСТМ Ф1472 | Ковани Ти-6Ал-4В за хируршке импланте, стандардне интерстицијске класе | Већа количина кисеоника од ЕЛИ класе, користи се тамо где није потребна додатна жилавост ЕЛИ |
| АСТМ Б348 | Титанијумска шипка, гредица и материјал за ковање за општу индустријску употребу | Основа хемије и механичких својстава за млинске облике који се касније машински обрађују у уређаје |
Ознака ЕЛИ у АСТМ Ф136 означава екстра ниску међупростору. Смањење кисеоника и гвожђа повећава отпорност на лом и перформансе осетљивости на зарезе, што је битно за имплантат који носи оптерећење. Медицински штап се обично испоручује са Ф136, а не са општом индустријском класом из овог разлога.
Шта заправо може изазвати проблеме
Реални ризици нису сама легура, већ начин на који се обрађује. Површинска контаминација гвожђем од алата може створити место за локализовану корозију. Преостали остаци машинске обраде или неадекватно очишћена површина могу изазвати запаљен одговор. Прекомерна количина водоника апсорбованог током обраде може довести до стварања хидрида и крхкости, због чега и АСТМ Ф136 и АСТМ Ф67 затварају водоник на 0,012 % и 0,015 % респективно. Правилно кисељење, пасивизација, паковање и следљивост решавају ове проблеме.
Често постављана питања
Q:Да ли су легуре титанијума генерално безбедне за људско тело?
О: Да. Нелегирани слојеви и Ти-6Ал-4В ЕЛИ су утврђени материјали за имплантате који се користе за замену зглобова, зубне наставке, коштане плоче и хируршке инструменте, под условом да испуњавају АСТМ Ф67 или АСТМ Ф136 и да су правилно завршени.
Q:Може ли пацијент бити алергичан на титанијум?
О: Документована алергија на титанијум је ретка. Никл, који није присутан у нелегираном титанијуму или Ти-6Ал-4В, је далеко чешћи алерген, а за осетљиве пацијенте постоје алтернативе без никла.
Q:Зашто титанијум не кородира унутар тела?
О: Танак филм титанијум оксида се формира тренутно у присуству кисеоника и реформише се ако је оштећен, држећи телесну течност даље од метала и задржавајући ослобађање метала на веома ниским нивоима.
Q:Шта значи ЕЛИ у АСТМ Ф136?
О: Екстра ниско међупросторно. Кисеоник је ограничен на 0,13 %, а азот на 0,05 %, што побољшава отпорност на лом и понашање на замор у поређењу са стандардним Ти-6Ал-4В разредом.
Q:Да ли је мала густина титанијума медицински важна?
О: Да. Са 4,51 г/цм3, то је отприлике половина густине челика и кобалт-хрома, тако да су имплантати лакши, а његов нижи модул еластичности смањује заштиту од стреса суседне кости.
