Složení a mechanické vlastnosti kostí, fixace zlomenin ortopedickými náhradami Zdeněk Novotný A13N0173P KMM/BM 27.4.2014.

Prezentace na téma: "Složení a mechanické vlastnosti kostí, fixace zlomenin ortopedickými náhradami Zdeněk Novotný A13N0173P KMM/BM 27.4.2014."— Transkript prezentace:

1 Složení a mechanické vlastnosti kostí, fixace zlomenin ortopedickými náhradami
Zdeněk Novotný A13N0173P KMM/BM

2 Obsah Kost Složení, struktura Biomechanika kostí
Biomateriály pro fixaci zlomenin Kovové materiály Keramika Ostatní (pHDPE, PEEK, PMMA)

3 Složení s struktura kostí

4 Kost Tvrdá mineralizovaná struktura na oporu těla a ochranu orgánů
V lidském těle cca 206 kostí 65% hmotnosti kosti je minerální složka Krystaly fosforečnaun vápenatého, hydroxyapatitu Ty jsou vázány na kolagenní vlákna

5 Kost Makroskopické rozdělení Okostice Kostní dřeň
kompaktní (hutná) a spongiózní (houbovitá - 20% skeletu) Okostice pevná vazivová blána -> výživa kosti, hojení zlomenin,.. Kostní dřeň tvořena hemopoetickou tkání a probíhá v ní krvetvorba (červená, žlutá, šedivá)

6 Kost Funkce kostí mechanická, kdy kosti jsou podpěrný systém těla a zároveň tvoří pákový systém pro přenos sil fyziologická, kdy kosti chrání orgány těla (mozek,..). krvetvorba (hemopoéza) Napomáhají také udržování vnitřní rovnováhy (homeostázy) minerálů (P,Na,K,Zn,Mg,Ca).

7 Biomechanika kostní tkáně

8 Biomechanika kostní tkáně
Mechanický pohled na kost nehomogenní, anizotropní materiál žlutobílé barvy skládající se z organické a anorganické složky (kompositní materiál) Organická složka buňky a matrice - vláknitá část = kolagen a interfibriální část pružnost a odolnost na ohyb Anorganická (minerální ) složka Fosvorečnan váp., hydroxyapatit pevnost a tvrdost

9

10 Mechanická odezva kostní tkáně
Kostní buňky jsou schopné odpovědět na mechanické podráždění změnou tvaru, orientace a velikosti. Takzvaně se remodelují. Při větší zátěží se kosti zhutňují a přestavuje se spongiózní pórovitá struktura. Při nedostatku zátěže (nebo v důsledku stáří) kosti slábnou.

11 Některé materiálové parametry kostí
Pro připomenutí Elastický modul oceli je 21*10^4 MPa.

12 Některé materiálové parametry kostí

13 Biomateriály pro fixaci zlomenin

14 Biomateriály pro fixaci zlomenin
Kovové implantáty materiály na bázi železa, kobaltu, niklu, titanu, tantalu, zirkonu, stříbra, zlata a vzácných kovů. Ale tantal a ušlechtilé kovy (včetně zlata a stříbra) nemají dostatečné mechanické vlastnosti pro účely implantátů a zirkon je příliš drahý .

15 Nerezová ocel 18% chrómu, 8% niklu,
vyžadována odolnost proti korozi implantátu, přidává se molybden (3%). slitiny z nerezové oceli tvoří cca 60% implantátů používaných ve Spojených státech.

16 Slitiny kobaltu Slitiny na bázi kobaltu, mají rovnováhu mezi mechanickými vlastnostmi a biologickou kompatibilitou. Jsou lepší než nerezové oceli v pevnosti a odolnosti proti korozi a abrazi, ale dražší na výrobu. Litá varianta je kobalt-chrom-molybden. Používá se např. pro totální náhrady kyčelního kloubu.

17 Slitiny titanu Jiný referát
Slitiny na bázi titanu jsou materiály pro pacienty s přecitlivělostí na některou ze složek z nerezavějící oceli nebo kobalt-chrom slitiny.

18 Tantal Obr. dole: Lebeční implantát vytisknutý na laserové 3D tiskárně z tantalu

19 Keramika z anorganických nekovových materiálů
obvykle vysokou pevnost v tlaku a nízkou tažnost vysoká odolnost proti deformaci, ale křehké Složení Fosforečnany vápenaté, sírany vápenaté, bioaktivní sklo ve formě pevné předem vytvořené struktury nebo v injekční formě

20 Pevné keramické implantáty
destičky, granule, prášek, nebo třeba se strukturou pórů Obr. napravo: Klínová předpřipravená matrice využita k zaplnění defektu po osteotomii hexagonální keramické destičky, které navzájem Implantáty vytvořené s tímto designem prý urychlují hojení tím, že dovolují krvi a ostatním tělním tekutinám lépe proudit ke tkáním.

21

22 Injekční keramické matrice
schopnost přizpůsobit se a úplně vyplnit poškozenou kost v kapalném stavu nebo v gelové formě tvrdne ve vodném prostředí při teplotě 37°C minimalizace nutného chirurgického zákroku.

23 pHDPE (porous high-density polyethylene)
Výhodou pHDPE je, že okolní tělní tkáň vrůstá do porézní matrice, takže implantát se stává integrovaný.

24 PEEK (polyetheretherketon)
Obr. dole: Lebeční implantát vytisknutý na laserové 3D tiskárně z PEEK

25 Polymethylmetakrylát (PMMA)
"akrylový cement„ pod interní fixace zlomenin, aby pomáhal lépe distribuovat síly podél rozhraní kost-destička při totální náhradě kyčelního kloubu, fixaci zlomeniny páteře a jako pevná náhrada kosti při léčbě patologických zlomenin polymerační proces 6 nebo 7 minut. Reakce je mírně exotermní, teploty až 122˚C Když plně vytvrzený silný ale křehký. má nízkou tažnost a vysokou citlivost na vznik trhlin špatné adhezní vlastnosti, nefunguje jako cement, spíše jako náplň

26

27 Děkuji za pozornost