XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Качество жизни человека зависит от многих факторов, среди которых не последнее место занимает целостность организма, при этом сохраняется высокий уровень травматизма. Организм человека далек от совершенства и потеря какой-либо его части (конечности или органа) может случиться в любой момент по разным причинам, что, к сожалению, не является редкостью, о чем свидетельствует статистика, согласно которой около 12% людей на планете имеют низкий уровень физической и социальной активности по причине нарушения функциональности организма из-за полученных травм, что в свою очередь отражается на профессиональной деятельности человека. Каждый год становятся инвалидами более 50 миллионов человек, из которых около 300 тысяч по причине потери ног, а около 390 тысяч – рук. Утрата конечности предполагает адаптацию человека к новым условиям, где кроме физической и психологической реабилитации требуется разработка функционального протеза.

Современное развитие травматологии и ортопедии позволяет считать результаты лечения повреждений опорно-двигательной системы во многом удовлетворительными. Разработаны технологии оперативного вмешательства, проведены необходимые исследования биомеханики переломов и свойства имплантатов, получены материалы для их изготовления, обеспечивающие поддержание механических свойств сломанных костей в период заживления. Наиболее надежными в настоящее время являются титановые импланты-фиксаторы, которые обладают необходимой прочностью и, самое главное, высокой степенью безопасности из-за инертности импланта по отношению к тканям организма.

Титановые импланты имеют ряд серьезных недостатков, связанных с адаптивной перестройкой кости, приводящей к разрушению (резорбции) кости и снижению ее прочности, а также с болью, местным раздражением и даже возможным развитием инфекции. Существует еще одна проблема, связанная с необходимостью удаления фиксаторов путем проведения повторной операции.

Поэтому в настоящее время возник интерес к материалам, у которых отсутствуют указанные недостатки и которые способны со временем рассосаться в организме. Разрабатываемые материалы должны быть механически прочными и одновременно пластичными, они не должны раздражать ткани организма и не быть токсичными.

К числу подходящих материалов относятся сплавы магния и фосфатов кальция с различными металлами. Широкое применение получили различные биоматериалы из природных и синтетических полимеров.

Современные биоматериалы, используемые как эндопротезы (имплантаты, заменяющие часть кости) или как наружные фиксаторы для сломанной кости достаточно разнообразны по своему составу и подразделяются на следующие материалы: биотолерантные (содержащие кобальтохромовые сплавы или нержавеющую сталь), биоинертные (содержащие оксиды титана или алюминия), а также биоактивные (содержащие кальций-фосфатную керамику или биостекло на основе кремния).

Материал импланта должен быть биосовместимым и сохранять свои физическо-химические свойства. Для всех металлов, используемых в медицине, существует разделение на три основные группы, в основе этой классификации лежит то, как металл влияет на живые ткани. Первая группа содержит токсичные металлы: ванадий (V), никель (Ni), хром (Cr) и кобальт (Co). Вторая – включает железо (Fe), золото (Au) и алюминий (Al). Третью группу образуют такие инертные металлы, как титан (Ti) и цирконий (Zr).

Наряду с указанными материалами в современной медицине на практике в качестве хирургических имплантатов обычно применяют хромоникелевые и коррозионностойкие стали, а также сплавы кобальта, тантала, титана и такие чистые металлы, как никель, серебро и титан. Выбор материала зависит от назначения и области применения, например, в стоматологии как правило используют зубные имплантаты, изготовленные из титана и его сплавов, что объясняется их биосовместимостью и высокой коррозионной стойкостью.

Лечение повреждений и заболеваний выполняется путем простой замены поврежденного участка кости имплантатом или с помощью имплантата и создания условий, обеспечивающих восстановление (регенерацию) кости в проблемной зоне. Для этой цели применяют биокерамику, разработки которой ведутся в химии за счет внедрения новых и усовершенствования старых технологий с целью получения искусственных материалов со свойствами близкими к свойствам костной ткани.

Одним из перспективных для имплантации синтетических материалов является керамика, полученная на основе фосфатов кальция. Но у нее есть существенный недостаток – это ее хрупкость, что предполагает разработку композитов, содержащих биоинертные металлы и сплавы с кальций-фосфатным покрытием. В настоящее время наметились два перспективных направления, предполагающие проведение исследований и разработок эндопротезов и интрамедуллярных имплантатов.

Помимо рассмотренных направлений в настоящее время разрабатываются нанотехнологии, которые позволят на новом уровне решать проблемы создания имплантов нового поколения, способных улучшить посттравматическое состояние пациентов и обеспечить их функциональную активность.

Список источников

Оксенюк Д.Н., Черноус Д.А. Минимизация сил и моментов в биомеханической модели конечностей человека // Механика. Научные исследования и учебно-методические разработки. 2014. № 8. С. 148-153.

Рубцов В.В., Васина Л.Г., Куравский Л.С., Соколов В.В. Модельный образец специальных образовательных условий для получения высшего образования студентами с инвалидностью: опыт создания и применения // Психологическая наука и образование. 2017. Т. 22. № 1. С. 34-49.

Литвинова Н.Ю., Черняк В.А., Панчук О.В., Плюта И.И. Роль дуплексной флоуметрии в оценке состояния тканей нижней конечности у пациентов с хронической ишемией нижних конечностей // Сердце и сосуды. 2014. № 3. С. 83-88.

Рудьковский Д.Н., Кан Д.В. Анализ рынка современных бионических протезов // Молодежь и современные информационные технологии: сборник трудов XV Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (Томск, 04-07 декабря 2017 г.). Томск: Издательство: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2017. С. 272-273.

Агаджанян В.В. Пронских А.А. Демина В.А. Гомзяк В.И. Седуш Н.Г. Чвалун С.Н.Биодеградируемые импланты в ортопедии и травматологии. Наш первый опыт //Государственное автономное учреждение здравоохранения Кемеровской области «Областной клинический центр охраны здоровья шахтеров».–2016.–С.1–4.

Burkersroda FVon, Schedl L, Göpferich A. Why degradable polymers undergo surface erosion or bulk erosion. Biomaterials. 2002; 2 (21): 4221-4231

Ikada Y, Tsuji H. Biodegradable polyesters for medical and ecological applications. Macromol. Rapid Commun. 2000; 21(3): 117-132.

Lower limb deformities in children: two-stage correction using Taylor spatial frame / M. Sluga, M. Pfeiffer, R. Kotz, S. Nehrer // J. Pediatr. Orthop. 2003. Vol. 12, No 2. P. 123-128.

Попков А.В., Попков Д.А. Биоактивные имплантаты в травматологии и ортопедии. Иркутск : НЦРВХ СО РАМН, 2012. 438 с