Aplicații ale Biomaterialelor Metalice în Chirurgie

1. Notiuni introductive

Utilizarea dispozitivelor artificiale în medicina umană îşi găseşte începuturile cu câteva mii de ani în urmă, însă succese importante din punct de vedere clinic au fost obţinute doar în ultimul secol.

Din totdeauna oamenii au fost preocupaţi de restaurarea unor părţi ale corpului, deteriorate sau pierdute datorită unor accidente sau boli. Printre primele griji ale oamenilor a fost restaurarea danturii care, de regulă, se deteriora prima datorită modului de viaţă şi de hrană. Astfel, cele mai vechi exemple de proteze dentare se pare că au fost lucrărilor din aur ale fenicienilor, etruscilor şi, mai târziu, ale grecilor şi romanilor.

Aurul este considerat unul din cele mai vechi materiale utilizate, fiind folosit în scopuri stomatologice de cel puţin 2500 ani De asemenea, babilonienii, asirienii şi egiptenii (4500 – 4000 îen) prelucrau şi utilizau aurul, argintul, cuprul şi plumbul. Hippocrates (născut în 460 îen) utiliza firele din aur şi in în imobilizarea fracturilor osoase.

Secole la rând medicii au utilizat îndepărtarea ţesuturilor afectate de diverse boli sau traumatisme ca ultimă soluţie de menţinere în viaţă a pacienţilor. Cu circa patru decenii în urmă s-a produs prima schimbare majoră în asistenţa medicală prin trecerea de la îndepărtarea ţesuturilor afectate la înlocuirea acestora cu dispozitive artificiale.

Biomaterialele utilizate iniţial pentru fabricarea dispozitivelor implantabile, în contact cu elemente ale sistemelor biologice, au fost materiale de uz general, care au îndeplinit într-o măsură mai mare sau mai mică cerinţele specifice domeniul medical, fiind cunoscute ca biomateriale de primă generaţie. Aceste biomateriale combină capacitatea de a fi tolerate de organism cu unele proprietăţi de material corespunzătoare aplicaţiei medicale. În ultima perioadă au apărut biomaterialele de a doua generaţie, care sunt sintetizate având în vedere existenţa şi controlul proceselor fizice, chimice şi biologice de la interfaţa implant/ţesut, astfel încât procesele celulare normale să fie stimulate.

Metalele sunt unele dintre cele mai folosite biomateriale în cazul implanturilor ortopedice, şi nu numai. Acestea sunt cunoscute pentru rezistenţa mare la uzură, ductibilitate şi duritate ridicată. De-a lungul vremii, metalele au fost folosite, sub diferite forme, în implanturi. Primul metal studiat specific pentru folosirea lui în implanturile în corpul uman a fost vanadiul, care a fost folosit în fabricarea plăcilor şi şuruburilor utilizate la fracturi osoase. Majoritatea metalelor precum Fe, Cr, Co, Ni, Ti, Ta, Mo şi W folosite pentru realizarea implanturilor pot fi acceptate de corpul uman după numai căteva minute.

Cele mai des folosite metale pentru realizarea implanturilor sunt oţelurile inoxidabile, aliajele de cobalt-crom-molibden, titanul şi aliajele de titan. Titanul şi aliajele acestuia sunt folosite cu precădere la realizarea implanturilor ortopedice datorită faptului că proprietăţile mecanice ale acestuia sunt asemănătoare cu cele ale ţesutului osos. Principalele dezavantaje al acestor metale sunt rigiditatea ridicată pe care o au în comparaţie cu ţesuturile gazdă, precum şi tendinţa acestora de a crea artefacte în cazul procedeelor de diagnosticare avansate (investigarea cu computerul tomografic şi rezonanţă magnetică).

2. Caracteristici generale ale biomaterialelor metalice

Biomaterialele metalice sunt utilizate în diverse aplicaţii dintre care mai importante sunt cele ortopedice, dentare şi cardiovasculare. Metalele au fost în mod traditional folosite pentru realizarea implanturilor supuse unor sarcini ridicate în corpul uman.

Metalele în stare pură sunt mai rar utilizate, aliajele acestora fiind mai des folosite datorită faptului că îmbunătăţesc unele dintre proprietăţi, cum ar fi rezistenţa la coroziune şi duritatea. Majoritatea materialelor metalice, Fe, Cr, Co, Ni, Ti, Ta, Mo şi W, sunt tolerate de ţesuturile vii în cantităţi foarte mici, deşi unele elemente metalice sunt esenţiale pentru funcţiile celulare.

Trei grupe de materiale (tabelul 1) domină grupa biomaterialelor metalice: oţelurile inoxidabile 316 L, aliajele de cobalt-crom-molibden şi titanul pur sau aliaje de titan.