Současné poznatky o vlivu technologie výroby a sterilizace na strukturu, vlastnosti a životnost UHMWPE v kloubních náhradách
Abstrakt
Polyetylén s ultravysokou molekulovou hmotností (UHMWPE) je nejčastěji používaným nosným povrchem v současné době používané celkové náhrady kloubů (TJR). Podle dostupné literatury je UHMWPE nejlepším polymerním materiálem, pokud jde o biokompatibilitu, mechanické vlastnosti a odolnost proti opotřebení, pro tuto aplikaci.
Přes tuto skutečnost zůstává opotřebení UHMWPE (tj. Uvolňování mikroskopických částic z povrchu polymeru) jedním z hlavních důvodů selhání TJR.
V důsledku toho je opotřebení UHMWPE předmětem intenzivního studia vědců materiálů i ortopedických chirurgů. Struktura a vlastnosti UHMWPE silně závisí na způsobu zpracování a následných úprav.
Zpracování zahrnuje přípravu polymerní pryskyřice (mikročástice o velikosti asi 100 um) a konsolidaci pryskyřice (vytvoření sypkého materiálu). Cílem úprav po zpracování je zvýšení odolnosti proti opotřebení a oxidační stabilitě, které jsou považovány za hlavní faktory podílející se na selhání TJR.
Za účelem udržení materiálů o vysoké čistotě pro lékařské použití není během modifikačních procesů dovoleno používat další chemikálie. Jedinou výjimkou je použití vitamínu E, přírodního stabilizátoru a antioxidantu.
Vzhledem ke všem výše uvedeným skutečnostem mohou být modifikace založeny na (I) ionizujícím záření, jako jsou gama paprsky nebo zrychlené elektrony, (II) tepelné modifikaci, (III) dodatečné stabilizaci vitaminem E a (IV) sterilizaci. Podle úprav obvykle rozlišujeme tři generace UHMWPE.
UHMWPE 1. generace se nemění, s výjimkou povinné sterilizace. Sterilizační postupy založené na chemických postupech (výpary formaldehydu, horká voda) byly v poslední době zakázány, opuštěny a nahrazeny gama zářením dávkami 25-45 kGy.
V průběhu času se sterilizace gama zářením ukázala jako nevhodná v důsledku oxidační degradace UHMWPE, která vedla k nižší odolnosti proti opotřebení, horším materiálovým vlastnostem a snížení životnosti náhrad kloubů. UHMWPE 2. generace nebo vysoce zesítěný UHMWPE je materiál ošetřený ionizujícím zářením (gama paprsky nebo zrychlené elektrony) ve vyšších dávkách (obvykle 50 až 100 kGy).
Po ozáření následuje tepelné zpracování, aby se odstranily zbytkové radikály a omezila oxidační degradace, ke které dochází u typů UHMWPE 1. generace. Nakonec je materiál sterilizován obvykle moderními postupy za použití ethylenoxidu nebo plynné plazmy, z nichž žádný nezpůsobuje oxidační degradaci (na rozdíl od sterilizace gama zářením).
UHMWPE 3. generace je v podstatě stejný jako u 2. generace. Hlavní rozdíl spočívá v mírně lepších mechanických vlastnostech (pevnost, únava) a další stabilizaci na oxidační degradaci.
Toho je dosaženo zvláštními postupy, z nichž některé jsou buď kontroverzní (sekvenční ozařování), nebo jsou dobře přijímány velkou většinou ortopedické komunity (stabilizace vitaminu E). Pouze budoucnost ukáže, zda rozdíl mezi 2. a 3. generací UHMWPE bude hrát nějakou roli při zvyšování životnosti TJR, a tím i kvalitě jeho výkonu.
Konečným cílem všech úprav UHMWPE je, jak již bylo uvedeno, zvýšení odolnosti proti opotřebení, oxidační odolnosti a mechanické výkonnosti polymeru. Bylo potvrzeno, že tyto změny, zejména zvýšení odolnosti proti opotřebení, prodlužují životnost celkových náhrad kloubů na základě UHMWPE.