КЛИНИКО-БИОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ ИМПЛАНТАТОВ В ОРТОПЕДИИ И ТРАВМАТОЛОГИИ
А.Тяжелов, В.В.Органов, Л.Д.Горидова
Институт патологи позвоночника и суставов им. проф. М.И.Ситенко АМН Украины, Харьков, Украина
Основными требованиями, предъявляемыми к имплантатам из искусственных материалов, являются надежность и безопасность или длительность работы с достаточным запасом прочности и минимальное воздействие имплантата и продуктов его распада на окружающие ткани и организм в целом.
В настоящее время в медицине используют большое количество различных имплантатов. В ортопедии и травматологии наибольшее распространение получило использование металлов, полимеров, керамики, проведено большое количество исследований по медицинскому применению углеродсодержащих имплантатов. Следует отметить, что применение любых инородных тканей - вынужденная мера, и прибегать к ней необходимо в крайних ситуациях, так как любой имплантат обладает своими отрицательными качествами. Так, металлы, обладая хорошей прочностью, имеют свойство коррозировать, выделяют в агрессивных средах ионы и по своим механическим свойствам резко отличаются от тканей организма. Полимерные соединения не столь прочны, продукты их распада могут провоцировать развитие местных воспалительных реакций. В этом отношении углеродные имплантаты выгодно отличается тем, что дисперсные продукты их износа не оказывают отрицательного влияния на окружающие ткани, т.е. не вызывают местной и общей реакции организма (Jenkins G.M., Carvahlo F.X.,1977). Такими же биологически инертными являются и различные виды керамики (на основе алюминия или фосфата кальция), однако высокая хрупкость ограничивает их применение в качестве устройств для остеосинтеза.
Основные характеристики современных углеродных материалов можно проектировать в соответствии с показателями живой кости. Поверхностную структуру и пористость можно обеспечить такую, чтобы имплантат либо прорастал костной тканью (остеокондукция), либо имел гладкую поверхность практически любого класса чистоты, что позволяет максимально снизить коэффициент трения. Остаточная пористость углеродного композиционного материала 7-12% теоретически позволяет насыщать имплантаты различными веществами: антибиотиками, антисептиками или, например, поверхностно-активными веществами на основе фосфата кальция, что обеспечивает остеоиндуктивные качества имплантата. Механические характеристики фиксаторов из углеродного композиционного материала гораздо меньше отличаются от кортикального слоя кости, чем характеристики металлических или полимерных фиксаторов (Лавров Е.И.,1984). Теоретически модуль упругости композиционного углеродного материала можно задавать произвольно. Его значение определяется углом перекреста волокон основы (Булманис В.Н. с соавт.,1985).
Если речь идет о надежности фиксатора - его способности длительное время противодействовать знакопеременным нагрузкам, то углеродный композиционный материал с перекрестным расположением армирующих волокон, показывает повышенное в сравнении с металлом и стеклопластиком сопротивление усталостному разрушению (Хиань Хиньюань с соавт., 1985). Упругость фиксатора, близкая к естественной упругости живой кости, позволяет оптимизировать процесс сращения костных отломков. При этом следует ожидать, что формирование костной мозоли будет проходить по типу вторичного заживления с образованием параоссальной мозоли, обладающей высокими прочностными характеристиками.
20-30 лет тому назад применение углеродных имплантатов пережило своеобразный бум. Не прекращается изучение и перспективы использования этих материалов и сейчас (Belangero W.D. с соавт., 1993; Kettunen J. с соавт., 1999). Огромное количество публикаций посвящено использованию углеродных материалов в медицине и, в частности, в ортопедии и травматологии. Изучалось экспериментальное и клиническое использование различных видов углеродсодержащих имплантатов (Adams D. с соавт., 1978).
В институте им. проф. М. И. Ситенко экспериментально доказана принципиальная возможность использования углеродных имплантатов для замещения костных дефектов. Результаты исследования успешно прошли клиническую апробацию (Ролик А. В., 1987). Предварительные исследования возможностей использования углеродных имплантатов для остеосинтеза длинных костей, проведенные нами, показали, что в ряде случаев он обладает лучшими фиксирующими свойствами, чем металлические фиксаторы.
Таким образом, анализ литературы и собственные исследования возможностей использования углеродных композиционных материалов показывают его едва ли не идеальным имплантатом для использования в практике ортопедии и травматологии.