Металлы прочны, долговечны, пластичны и по многим другим своим свойствам завоевали свое место в медицине, в частности, в ортопедии при изготовлении костных имплантов и иммобилайзеров и, особенно, наборов хирургического инструмента.
Основные ограничители для применения металлических сплавов в медицине – подверженность коррозии при реакции с живыми тканями. Идеальны в этом отношении металлы платиновой группы (золото, платина, иридий, осмий, палладий, родий), но массово, по понятным причинам, их использовать нельзя.
Легированные нержавеющие стали создают прекрасные наборы хирургического инструмента, но конфликтуют с тканями организма, вызывая осложнения. Компромиссом между этими веществами стали металлы титан и тантал: прочные, почти не подверженные коррозии, имеющие высокую температуру плавления, биологически нейтральные - они воспринимаются организмом как собственная ткань. Благодаря эффекту «памяти формы» эти металлы стали широко применяться в сосудистой и нейрохирургии для изготовления шовного материала, наборов хирургического инструмента, сетчатых сосудистых стентов, эндопротезов в офтальмологии и стоматологии. Разберемся в их свойствах.
Титан – серебристый парамагнитный металл, легкий и вдвое прочнее железа, с низким коэффициентом теплового расширения и электропроводности. При температурах до 530-560 °С поверхность металла покрывается прочной абсолютно нейтральной защитной оксидной пленкой TiO2, и сплав становится сравним с платиной. Человеческая лимфа разрушает его со скоростью 0,00003 мм/год. Самыми востребованными медициной марками титана являются технически чистые ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ1-00св. В качестве легирующих добавок используются Та, Al, V, Mo, Mg, Cr, Si, Sn, Zr, Au и металлы платиновой группы.
В имплантологии, ортопедии и хирургии распространен сплав Ti-6Al-4V, механосовместимость которого с костями близка к идеальной - 5¸20 Гпа. Титано-ниобиевые сплавы имеют модуль упругости до 40 ГПа и ниже, и их разработка актуальна, в отличие от биотоксичных алюминия и ванадия, а никелид титана обладает «памятью формы» и незаменим, в частности, при лечении позвоночных травм и дистрофии опорно-двигательного аппарата.
Тантал – тяжелый тугоплавкий металл серебристо-голубоватого «свинцового» оттенка – конструкционный металл, высокопластичен, хорошо обрабатывается любыми способами (штамповка, прокатка, ковка, скручивание, резка). Тантал легко перерабатывается в тонкую проволоку и раскатывается в листы, а также отличается стойкостью к агрессивным средам, поэтому так ценен в производстве наборов хирургического инструмента. Он устойчив к воздействию HNO3, H2SO4, HCl, H3PO4, а также органических кислот любых концентраций. По данному параметру его превосходят лишь благородные металлы, но не во всех случаях., Так же, как и титан, организм воспринимает тантал как собственную ткань.
Тантал входит в число редких металлов: его запасы в земной коре составляют примерно 0,0002%, поэтому в чистом виде его не применяют – только виде пленки на основном металле. Пленка, кстати, в три-четыре раза тверже чистого титана.
Стальные, титановые и другие металлические сплавы с добавлением тантала широко востребованы в химико-медицинском приборостроении. Из них, в частности, изготавливают змеевики, дистилляторы, аэраторы, рентгеновскую аппаратуру, наборы хирургического инструмента, стерилизаторы, сложнейшие устройства для дублирования работы жизненно важных органов типа «искусственное сердце», «искусственное легкое», «искусственная почка» и другое медицинское оборудование. Титановые головки аппаратов для УЗИ имеют самый продолжительный эксплуатационный ресурс из всех материалов, даже под воздействием ультразвуковых колебаний.
В составе обширной номенклатуры титаново-танталовых наборов хирургического инструмента представлены сотни наименований шпателей, клипсов, расширителей, зеркал, зажимов, ножниц, щипцов, скальпелей, стерилизаторов, тубусов, долот и пинцетов. Характеристики легких титановых инструментов имеют огромное значение для военно-полевой хирургии и различных экспедиций, где каждые 5-10 граммов лишнего груза являются существенной обузой. Данные металлы экранируют излучение радиоактивных изотопов, в связи с чем активно применяются в различных защитных устройств и радиологической аппаратуры.
На медицинские нужды расходуется примерно 5% производимого в мире тантала. Из танталовых листов и проволоки изготавливают конструкции для пластической, кардио-, нейро- и остеохирургии для наложения швов, сращивания костных обломков, стентирования и клипирования сосудов. Танталовыми пластинами и сетками челюстно-лицевые хирурги шинируют челюсти, танталовой нитью сшивают мышцы, сухожилия и даже нервы. Танталовые сетки незаменимы в офтальмопротезировании.
Статические электрополя сплава могут активизировать в человеческом организме желательные биопроцессы: покрытия из пентаоксида тантала имеют высокие электретные свойства, поэтому его электретные пленки получили распространение в сосудистой хирургии, эндопротезировании и создании наборов медицинских инструментов.
Эластичные эндопротезы из проволочной титановой сетки распространены в восстановительной хирургии для пластики мягких тканей – они прочны при нулевом риске побочных проявлений. Но основной плюс титана — повышенная прочность в сочетании с небольшим весом.
Разработаны полутысячи разных конструкций сосудистых стентов, различающиеся между собой по сплаву (композиции благородных металлов, а также титановые сплавы ВТ6С, ВТ8, ВТ 14, ВТ23, нитинол), длине, конфигурации отверстий и виду покрытия.
В настоящее время разрабатываются все более совершенные технологии нейро- остео- и вазопластики, однако применяемые для этого титано-танталовые материалы продолжают удерживать пальму первенства перед всеми прочими.
Титано-танталовыми пластинами закрывают дефекты черепа и используют при косметическом восстановлении лица, груди и ягодиц. Клипсами из титана или тантала пережимают артериальные аневризмы. Для изготовления клипсов используют плоскую проволоку из чистого титана или тантала, в некоторых случаях - из серебра. Такие изделия абсолютно биоинертны.
Широкое медицинское применение титан, тантал и их сплавы нашли при протезировании зубов, потому что полость рта — довольно агрессивная среда, и даже драгметаллы в ней подвержены коррозии и отторжению. Большой популярностью пользуются штампованные и цельнолитые титановые коронки, а коронки с плазменным напылением из нитрида титана TiN по внешнему виду и свойствам неотличимы от золотых.
Дентальный имплантат – основа для коронок, а также мостовидных и съемных протезов - представляет собой конусный штифт с резьбой, ввинчиваемый непосредственно в кость челюсти. Чаще всего для изготовления винтовой части имплантата служит чистый медицинский титан с поверхностным тантал-ниобиевым напылением, способствующим активизации процесса остеоинтеграции. Существуют имплантаты из пористого тантала, более гибкого, чем титан, и без риска осложнений. Тантал тяжелее титана, а его пористая структура облегчает имплант, к тому же, напыление на тантал не требуется.
В третьем тысячелетии медицинская наука и техника являются основными движущими силами цивилизации, и значение титана и тантала в современной медицине нельзя переоценить. Несмотря на непродолжительную историю применения, они стали одними из лидирующих по использованию материалами во множестве медицинских отраслей.
Обычная версия
