Заменители хряща

Хрящ - анатомическое образование, состоящее из хрящевой ткани. Хрящевая ткань - соединительная ткань, состоящая из ходндроцитов и хондробластов и большого межклеточного вещества. Она выполняет опорномеханическую функцию.

Хрящевая ткань отличается от всех других разновидностей соединительной ткани двумя весьма существенными особенностями своего коллагенового состава: во-первых, наличием в качестве главного структурного компонента особого, специфического для этой ткани, коллагена, во-вторых, необычным полиморфизмом коллагеновых компонентов. В хрящевой волокнистой ткани в межклеточном веществе содержатся коллагеновые волокна, расположенные между рядами хондроцитов. Из этой ткани состоят, например, межпозвоночные диски.

В хряще трахеи и бронхов хрящевые клетки образуют изогенные клеточные 1руппы, окруженные коллагеновыми волокнами. С возрастом количество хондроцитов в хряще уменьшается.

Межклеточное вещество эластической хрящевой ткани содержит эластиновыс волокна. Эта ткань входит в состав ушной раковины, надгортанника, рожко- и клиновидных хрящей гортани.

При износе естественного хряща (при остеохондрозе) возникает необходимость замены поверхности сустава.

Попытки создать материал, замещающий естественный хрящ, пока не привели к положительному результату. Поэтому при износе естественного хряща весь сустав удаляется и заменяется искусственным [11]. Чаще всего используют металлические изделия со скользящими поверхностями - парами трения по типу металл - полимер, керамика - полимер, металл - металл, керамика - керамика. При этом основное внимание обращают на коэффициент трения, износостойкость и абразивность мелких частиц, возникающих при трении.

Данные о механических свойствах композитов, разработанных для скользящих поверхностей суставов, приведены в табл. 1.21, 1.22.

Таблица 1.21

Данные о механической прочности ПОВММ и композита ПОВММ - углеродное волокно

Биомеханические параметры

ПОВММ

Композит

Предел текучести при растяжении, МПа

20,0±0 ,49

27,6±0,55

Модуль упругости при растяжении (секущий), МПа

602±36

869±46

Предел текучести при сжатии, МПа

17,4±0,76

16,8±0,83

Модуль упругости при сжатии, МПа

590±50

881±69

Напряжение при изгибе (при относительном удлинении 2 %), МПа

13,3±0,30

19,4±0,69

Модуль упругости при изгибе, МПа

656±15

959±34

Таблица 1.22

Сравнительный износ композитов и керамических пар эндопротезов

Биомеханический параметр

Г рафит-карбид кремния

Корундовая

керамика

Коэффициент трения

0.05-0,07 (при 10-40 МПа)

  • 0,2-0,3
  • (при 10-40 МПа)

Износ на 100 км пути скольжения, мкм

2,7

4,2

Износ за 107 циклов движения, мкм

3,7

6,2

Композит из ПОВММ, армированный угольными волокнами, обладает более высокими упругими и прочностными характеристиками по сравнению с ненаполненным полиэтиленом, однако износостойкость его в три раза ниже.

Износостойкость композитов на основе 1рафитовых волокон и волокон из карбида кремния выше, чем у корундовой керамики, и в условиях организма износ поверхности материала составляет только I мкм в год.

При замене только одного суставного конца контакт с твердым и жестким материалом может очень быстро привести к полному износу суставного хряща.

В результате исследований были выявлены следующие механические требования к материалам для замещения хряща: угол механических потерь должен быть не менее 10-11°; порядок величины средней скорости релаксации должен быть близок к таковому для хряща; значение мгновенного модуля упругости не должно превышать 10 МПа, равновесного - 1 МПа; остаточная деформация при 5-8 %-ном статическом сжатии должна составлять около 90- 100 % и накапливаться за 2-4 недели; коэффициент трения хряща по эндопротезу в условиях действия сустава не должен превышать 0,02. На основании этих требований предложены субтотальные эндопротезы коленного сустава, сделанные из прессованного порошка металла. Суставная поверхность покрыта пористым слоем эластомера для заполнения синовиальной жидкостью.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >