Implanty
Wykład 1
28.02.2011

Inżynieria biomedyczna – biomedical

Biomateriał

– substancja inna niż lek lub kombinacja substancji syntetycznych lub

naturalnych, która może być użyta w dowolnym czasie jako część lub całość systemu, który
zastępuje tkankę lub organ lub pełni jego funkcję.
Wyróżnia się następujące grupy biomateriałów:

•

metalowe

- stal Cr-Ni-Mo
- stopy Co (Co-Cr-Mo, Co-Cr-Ni-Mo, Co-Cr-Ni-Mo-V);
- Ti oraz stopy Ti (Ti-Al-V, Ti-Al-Nb, Ti-Al-Nb-Ta, Ti-Mo-Zr-Fe);
- stopy z pamięcią kształtu np. Ni-Ti ←równowagowy (Nitinol)

•

ceramiczne

- bioceramika obojętna (Al

2

O

3

- biokorund, ZrO

2

) →elementy endoprotez (główki)

- bioceramika resorbowalna(HA → hydroksyapatyty →uwodnione fosforany
wapniowe→ materiały porowate, β – TCP)
- bioszkła (SiO

2

-CaO-Na

2

O-P

2

O

3

) (powłoki na implanty)

•

polimerowe → pod wpływem promieni rentgenowskich struktura może ulec zmianie

* polimetakrylan metylu,
* wysokocząsteczkowy polietylen o dużej gęstości

•

węglowe → włókna węglowe → odtwarza się zerwane ścięgno Achillesa (do 24/48h)

•

kompozytowe

Podstawowe definicje i pojęcia

Biomateriały powinien się cechować wymaganą biotolerancją, ( biokompatybilnością ).
Biotolerancji ≠ Biozgodność (raczej implant nie jest biozgodny)

Biotolerancja oznacza:

•

nie wywoływanie ostrych lub chronicznych reakcji

•

brak odczynów zapalnych

•

nieinicjowanie reakcji toksycznych, immunologicznych i alergicznych

•

brak efektu drażnienia tkanek

Z biomateriałów wytwarzane są implanty

Implanty – wszelkie wyroby medyczne wykonywane z jednego lub większej ilości
biomateriałów, które mogą być umieszczone wewnątrz organizmu, jak również umieszczone,
częściowo lub całkowicie pod powierzchnią naskórka i które mogą pozostać przez dłuższy
okres czasu w organizmie.

interdyscyplinarna

Medycyna

Technika

Proteza implantowana (PROTEZA WEWNETRZNĄ ENDOPROTEZĄ) → przyrząd, który
fizycznie zastępuje organ lub tkankę.

Bioproteza – implantowana proteza wykonywana w całości lub części z tkanki dawcy.

Sztuczny organ

– materiał medyczny, który zastępuje w całości lub częściowo funkcję

jednego z głównych organów ciała. Sztuczne organy zastępują funkcję chorych, często w
nieanatomiczny sposób narządów.

Stosowane nazwy implantów nawiązują również do dziedziny medycznej ich zastosowania:

•

implant ortopedyczny

•

implant ustny

•

implant dentystyczny

•

implant czaszkowo-twarzowy

Kryteria jakości implantów

Etapy kwalifikacji jakości biomateriałów

•

określenie struktury chemicznej i fazowej – skład chemiczny i fazowy, stopień
zanieczyszczenia wtrąceniami niemetalicznymi, wielkość ziarna.

•

ocena własności mechanicznych

•

badania własności fizykochemicznych – odporność korozyjna biomateriału, własności
elektryczne, magnetyczne, odporność na korozję wżerową, badania potencjo-
dynamiczne i statyczne

•

badania biologiczne biomateriału – ocena biotolerancji w tkankach dwóch gatunków
zwierząt doświadczalnych (szczury, króliki, psy, barany, świnki morskie)

* ujawnienie reakcji toksykologicznych, alergicznych, efektów drażnienia
* do badań wykorzystuje się następujące tkanki:

- skórę,
- krążącą i pobraną krew,
- kości,
- zębinę,
- tkankę twardą i miękką,
- tkanki organów detoksykacyjnych

•

ocena jakości implantów – np. próba skręcania dla wkrętów kostnych, próba zginania
dla płytek stabilizujących

•

badania kliniczne – akceptacja Komisji Etycznej, jasno sprecyzowane cele badań,
metodyka, zgoda pacjentów, wyczerpująca informacja o możliwości negatywnych
skutków realizowanych badań.

•

ostateczna kwalifikacja jakości i przydatności klinicznej implantów od danego
wytwórcy – pozytywne opinie kilku ośrodków klinicznych

Klasyfikacja urządzeń medycznych

Dyrektywy Unii Europejskiej wprowadzających implanty do grupy urządzeń medycznych ze
względu na:

•

stopień inwazyjności

•

czas ich użytkowania

•

reguły ich zastosowania

Ze względu na czas użytkowania wyróżniamy urządzenia

•

przejściowe → t < 60 minut

•

krótkoterminowe → t ≤ 30 dni

•

długoterminowe → t > 30 dni

Jakość produktów medycznych to przede wszystkim bezpieczeństwo ich stosowania.

Wyróżniamy następujące klasy ryzyka:



klasa I → produkty z niskim stopniem ryzyka, które podczas odpowiedniego użycia
nie powodują żadnych, przewidzianych chorób



klasa II → sprzęt chirurgiczny, materiały dentystyczne
◦

klasa II a – sprzęt elektromedyczny

◦

klasa II b – aktywne



klasa III

Wykład 2
07.03.2011

Historia rozwoju implantów metalowych

1. Charakterystyczne okresy rozwoju implantologii:

•

I okres – do 1870r. – brak znajomości zasad aseptyki

•

II okres – 1870 – 1925 – rozwój nowożytnej chirurgii i pierwsze próby
stosowania biomateriałów metalowych

•

III okres – od 1925 do teraz – intensywny rozwój nowych technik
implantologii

2. XVI wiek

– pierwsze doniesienia literatury na temat stosowania implantów

metalowych – Petronicus zastosował złotą (bardzo duża odporność na korozję,
metal plastyczny płytkę do przykrycia podniebienia wady podniebienia u
dziecka (1565 r.)

3. XVII wiek

- druty z żelaza(tragiczne konsekwencje - infekcje), złota i brązu do

zszywania ran przez Fabritiusa

4. XVIII wiek

– wprowadzenie zszywania (drutowanie) złamanych kości (złoto,

srebro)

5. XIX wiek

- pierwsze zespolenie kości z zastosowaniem ściegu drucianego
(drut ze srebra) – 1827 r.

- kolejne lata przynoszą informację o niepowodzeniu w
implantologii materiałów metali (Barton – 1834 r., Dieffenbach
– 1846 r., Hansmann – 1865 r.)
- zespolenie kości za pomocą trzpieni srebrnych i zszycie rzepki
(Listers - 1877 r.) - zwrócenie uwagi na konieczność
zachowania aseptyczności
- zespolenie szyjki kości udowej śrubą metalową (1875 r.)
- płytki do zespoleń kostnych ( Al, srebro, mosiądz) (1886 r.)

6. XX wiek

– rozwój techniki łączenia złamań za pomocą płytek

kontaktowych (Lambotte – 1987 r., Sherman – 1912 r., Lane – 1914 r.)

- zwrócenie po raz pierwszy uwagi na problem metalozy przy
zespalaniu kości za pomocą śrub, wchłanianie metali do tkanek
okołowszczepowych
- 1940 – 1949 r. - wprowadzenie do praktyki klinicznej płytki
dociskowej płytka dociskowa Danisa → regulacja odległości
- otwory okrągłe, podłużne i eliptyczne
- małe płytki kątowe
- płytki rynnowe
- śródszpikowe metody zespalania odłamów kostnych

•

wprowadzenie przez Rusha (1939 r.) parami prętów do
jamy śródszpikowej od strony nasady w kierunku trzonu

•

wprowadzenie prętów rurowych w kształcie litery „C”
lub „liścia koniczyny”

•

wprowadzenie ryglowania pręta wkrętami lub bolcami
przechodzącymi poprzecznie przez kość i otwory w
pręcie (Klintscher – 1968 r. oraz Klemm i Schelmann –
1979 r.)

•

kolejny sposób stabilizacji z wykorzystaniem gwoździ
śródszpikowych

•

pręty rurowe

•

druty

7. Postęp w dziedzinie inżynierii biomateriałów:

endoproteza – lata XX ubiegłego wieku

•

1920 r. - poprawa biotolerancji poprzez zastosowanie stali kwasowo –
odpornych Cr – Ni ← struktura austenityczna

•

1926 r. - Lange wprowadza w Niemczech udoskonalony gatunek stali
austenitycznej V2A (konsekwencje prowadzenia badań w tkankach
zwierząt doświadczalnych)

•

modyfikacja stali V4A pod kątem składu chemicznego

•

wprowadzenie do powszechnego stosowania stali 316 L (1972 r. - 1974
r.) Cr – Ni –Mo na implanty

* Mo – odporność na korozję wżerową

•

1929 r. – opracowano w Laboratorium Austenal (USA) odlewniczy
stop Co – Ni – Mo (Vitallium) – możliwość otrzymywania złożonych
kształtów endoprotez (zapoczątkowanie rozwoju alloplastyki stawowej)

•

wprowadzenie przez firmę Sulzer stopu Protasul – 2 (1972 r.) oraz
koncern Kruppa stopu Endocast (1977 r.)

•

1972 r.

•

gromadzenie doświadczeń klinicznych wynikających z użytkowania
implantów oraz wyniki badań z zakresu biomechaniki i biotolerancji
tworzyw metalicznych generowało postęp w dziedzinie inżynierii
biomateriałów

•

stopy Co przerabiane plastycznie

•

1940 r. (USA) i 1955 r. (Europa) – zastosowanie Ti (żarowytrzymałość)
i jego stopy (znakomita odporność korozyjna (HF reaguje) kwas
fluorowodorowy) do wytwarzania implantów w chirurgii kostnej –
początkowo niezadowalające własności mechaniczne

•

1980 r. – wzrost zainteresowania stopami Ti, opracowanie dla potrzeb
chirurgi kostnej stopu Ti – 6 Al – 4 V

•

1976 r. – wprowadzenie przez Castlemana do wytwarzania implantów
stopy z pamięcią kształtu (Ni – Ti)

Implanty stosowane w osteosyntezie

Osteosynteza – uzyskanie zrostu kostnego

Układ kostny człowieka

Kości długie – 80% naszego układu kostnego
Pozostałe kości – 20%

Budowa kości (elementy budulcowe):

•

Osteon – najmniejsza jednostka tkanki kostnej

•

Kość korowa (2)= kość zbita = kość twarda = kość beleczkowa (przenoszenie
obciążeń, najbardziej wytrzymała)

•

Okostna (1) – zewnętrzna tkanka (silnie unaczyniona i unerwiona)

•

Kość gąbczasta (3)

•

Jama szpikowa (4) w środku kości gąbczastej

(Numerowane od warstwy zewnętrznej)

Budowa osteonu (kość beleczkowa) – najmniejsza część budulcowa kości twardej

−

Blaszki

−

Osteocyt

−

Kanał osteonu (Kanał Haversa)

−

Żyła

−

Nerw

−

Tętnica

−

Naczynia krwionośne

Kolejne etapy procesów w obszarze złamania

1. Przerwanie ciągłości tkanki twardej kostnej
2. Przerwanie ciągłości naczyń (występuje ogromny krwiak w

obszarze złamania)

3. Opatrunek gipsowy
4. Odtworzenie struktury naczyń krwionośnych, (które dostarczają

środki budulcowe do kości)

5. Odbudowywanie tkanki twardej
6. Kość zrośnięta

OSTEOSYNTEZA – zespolenie i stabilizowanie odłamów kostnych do momentu powstania
zrostu kości.
Stosowane są następujące grupy osteosyntezy stabiln.:

•

OSTEOSYNTEZA NAKOSTNA PŁYTKAMI I WKRĘTAMI

•

OSTEOSYNTEZA STABILIZATORAMI PŁYTKOWYMI – STABILIZATOR
ZESPOL I POLFIX

•

OSTEOSYNTEZA STABILIZATORAMI ZEWNĘTRZNYMI

•

OSTEOSYNTEZA GWOŹDZIAMI ŚRÓDSZPIKOWYMI

Płytki kostne – implanty stosowane w osteosyntezie nakostnej są płytki kostne.

Ze względu na typ implantu można wyróżnić płytki kostne

•

ZWYKŁE

•

SAMODOCISKOWE – docisk odłamów kostnych

Ze względu na cechy charakterystyczne rozróżniamy płytki kostne

•

PROSTE (wąskie, szerokie)

•

KĄTOWE

•

KSZTAŁTOWE

•

REKONSTRUKCYJNE (proste, wygięte)

Przykład

Płytki proste wąskie

•

szerokość – 11 – 12 mm

•

płytki wielootworowe – możliwość wyboru odpowiedniego otworu do wkrętu

•

występują w całym typoszeregu długości – 40 - 260 mm

•

wkręty o średnicy Ø 4,5

5 otworów / 4 otwory niesymetryczna przymocowana za pomocą wkrętów
Płytka prosta wąska z otworami stożkowymi pod wkręty Ø 4,5 wraz z typoszeregiem

Płytki proste szerokie

•

szerokość - 16 mm

•

cały typoszereg długości – 70 – 300 mm

•

średnica wkrętów Ø 4,5

•

wielootworowe

Płytka prosta szeroka z otworami stożkowatymi pod wkręty Ø 4,5 wraz z typoszeregiem
wymiarowym

Płytki kątowe:

•

Płytka do zespoleń szyjki kości udowej 16 x 130

o

L [mm] = 50,60,70,80,90,100,110
Płytka kątowa międzykrętarzowa 16x6

Międzykrętarzowa [M=20

o

]

K [

o

]=105, 110, 115, 120

L [mm]= 50, 60, 70
Płytka przekrętarzowa

Płytki kształtowe

– kość ramienna, kość piętowa

Płytka ukośna „T” do kości ramiennej prawa pod wkręty Ø 4,5

Płytka do kości piętowej (5 – otworowa)

Płytki rekonstrukcyjne

– złamanie dolnej części miednicy

Płytka prosta z typoszeregiem 11 x 2,5 pod wkręty 4,5

Wkręty kostne –

Ze względu na cechy charakterystyczne wkręty kostne dzielimy na:

•

wkręty z gwintem płytkim

•

wkręty z gwintem głębokim

W zależności od rodzaju kości wyróżniamy:

•

wkręt gąbczasty

•

wkręt korowy

•

wkręty do kości strzałkowej i piszczelowej

•

wkręty do kości łódkowatych

•

wkręty do kości drobnych

stal – jeżeli nie na stałe
tytan – na stałe

Wkręt korowy – wprowadzany do tkanki kostnej korowej

Wkręt gąbczasty – wprowadzany do tkanki kostnej gąbczastej większy skok gwintu
W zależności od jego przeznaczania można wyróżnić dwa sposoby gwintowania
(wprowadzania)

•

na całej długości

•

gwintowany w części końcowej

Zalety osteosyntezy nakostnej:

•

prosta technika operacyjna

•

szeroki zakres stosowania

Wady osteosyntezy nakostnej:

•

upośledzenie ukrwienia (małe)

•

przesztywniony sposobem stabilizacji (największa wada) nie może ściśle przylegać do
kości

•

odłuszczanie okostnej

OSTEOSYNTEZA STABILIZATORAMI PŁYTKOWYMI

Stabilizatory płytkowe- uzyskanie elastyczności konstrukcji, jaką tworzy stabilizator z
odłamami kostnymi, wyeliminowanie bezpośredniego nacisku płytki na kość

Metody osteosyntezy stabilizatorami płytkowymi

•

zespolenia bez osiowego docisku (ZESPOL)


neutralizujące (śruba ciągnąca)



kontaktowe



mostujące – zbieranie elementów kości i ułożeniu ich w przestrzeni złamania.

Na tych elementach odbudowuje się struktura kostna

•

zespolenia dociskowe – ułożenie stabilizatora:

* przed dokręceniem nakrętek
* po dokręceniu nakrętek

Stabilizator płytkowy ZESPOL składa się z trzech elementów :

•

wkrętu kostnego

mającego postać tzw. śrubowkręta

•

płytka nośna





kość

Po skosie wkręcona

•

nakrętki

Wykład 3
14.03.2011

Stabilizator płytkowy

Polfix

składa się z następujących elementów:

•

wkrętów kostnych

* wkręt do kości korowej

* wkręt do kości gąbczastej →

•

płytki nośnej

* 2-otworowa
* 4-otworowa
* asymetryczna

Przykłady płytek nośnych stabilizator:

•

płytki klamrujące

* 2-otworowe
* 3-otworowe

•

śruby łączące

→ łączą płytkę nośną z płytkami klamrującymi

Posiadają przewężenie –

otwory regulacyjne

•

zatyczki

Dodatkowo do użytku klinicznego wprowadzono płytki łączące proste i wygięte
umożliwiające szereg połączeń dwóch stabilizatorów do łączenia załamań dwu i
trójpoziomowych.

Szeregowe połączenie płytek nośnych z wykorzystaniem płytki łączącej (inna postać płytki
klamrującej).

Zarówno na bazie stabilizatora ZESPOL jaki i POLFIX zbudowano

aparat

kompresyjno - dystrakcyjny KoD

służący do:

•

dystrakcji kości

•

wytworzenia kompresji niszczącej nieprawidłowy zrost kostny

Budowa aparatu typu KoD systemu ZESPOL:

•

stała t aparatu

•

prowadnica gwintowana

•

prowadnica gładka z naniesioną skalą odległości

•

nakrętka dystrakcyjna

•

ruchoma część aparatu

•

nakrętka kompensacyjna

Osteosynteza stabilizatorami zewnętrznymi

Stabilizator

Ilizanowa

:

•

zbudowany z półokręgów, które łączy się śrubami w pełne kręgi stanowiące
poszczególne bazy aparatu

•

bazy aparatu łączy się prętami gwintowanymi

•

druty Kirschnera prowadzone przez tkanki miękkie i kość

Stabilizator BHH Mikromed:

•

stabilizator mały – L=150mm

•

stabilizator średni I - L=300mm

prosta

wygięta

•

stabilizator średni II L=350mm

•

duży - L=400mm

Stabilizator Dynastab

•

stabilizator stawu skokowego (złamań kości w obszarze okołostawowej)

•

zastosowanie: załamanie kości okołostawowych

•

zamiast unieruchomienia stawu opatrunkiem gipsowym

•

stabilizator stawu łokciowego

•

stabilizator miednicy

•

stabilizator do złamań trzonów kości długich

•

stabilizator nadgarstka

Implanty stosowane w osteosyntezie śródszpikowej

Gwoździowanie śródszpikowe w osteosyntezie

1. Charakterystyka metody

•

Elastyczna metoda stabilizacji odłamów kości długich

•

Zapewnia utrzymanie odłamów kostnych w anatomicznej pozycji we wszystkich
etapach gojenia

•

Cel:

zapewnienie mikroruchów odłamów kostnych (lepsze pompowanie substancji

odżywczych do miejsca złamania → szybszy zrost odłamów)

•

Następuje stymulacja powstawania regenerującej się tkanki kostnej

•

Zachodzi odkształcenie tkanki w zakresie sprężystym – uruchamia się mechanizm
generujący potencjał. elektromechaniczne w kości

•

Różnicuje się struktura kości, począwszy od ziarniny przez tkankę włóknistą i
chrzestną, aż po odtworzenie struktury kości pierwotnej.

2. Rodzaje złamań kości długich

gwoźdź (pusty w środku,
zawiera otwory na śruby , go
stabilizujące

Ogólnie złamania trzonów kości długich można podzielić na:

•

złamania zamknięte i otwarte

•

z przemieszczeniem i bez przemieszczenia

Ogólna charakterystyka gwoździ śródszpikowych

Zalety:

•

umiejscowienie gwoździa w osi anatomicznej kości

•

dobra fiksacja w kanale szpikowym

•

gwóźdź przechodzi przez oś obojętną obciążenia są przenoszone równomiernie,
wzdłuż kości w sposób zbliżony do naturalnego

•

gwóźdź przenosi naprężenia ściskające i skrętne

•

zminimalizowanie naprężeń zginających – proporcjonalne

•

do odległości pomiędzy implantem a osią kości

Schemat porównania naprężeń

Wady:

•

upośledzenie ukrwienia

•

konieczna rekonwalescencja:

•

około 3 tygodni, gdy kanał nie jest rozwiercany

•

około 6 tygodni, gdy kanał jest rozwiercany

Cechy geometryczne gwoździ

1. Przekrój poprzeczny

•

kształt

* okrągły
* rurowy
* pełny
* przekrój w kształcie gwiazdy, wielokątów lub trójlistnej kończyny

•

zamknięty

•

otwarty – gwóźdź jest nacięty na całej długości

2. Zakres średnic i długości

•

średnice – 10 – 15 mm

•

długość – 260 – 500 mm

Ryglowane gwoździowanie dynamiczne
Wprowadzanie rygli tylko do jednego z odłamów kostnych pozwala na wzajemne nieznaczne
przemieszczanie się odłamów kostnych → aktywizacja zrostu kostnego w wyniku procesów
elektrokinetycznych

Statyczne ryglowanie (utwierdzanie gwoździ) kości

•

Gwóźdź jest zablokowany w obu końcach

•

brak możliwości wzajemnego przemieszczania się odłamów względem siebie

Dynamizacja statycznego systemu

•

usuwa się śruby po jednej stronie złamania generacja naprężeń ściskających kości →
szybszy zrost

Wykład 4
21.03.2011

Implanty stosowane w alloplastyce stawowej

Stawy → skomplikowane struktury stanowiące połączenie kości, które pozwala na
wykonywanie ruchów, zmniejszając w znacznym stopniu tarcie.

Rodzaje:



biodrowy



kolanowy



skokowy



barkowy



łokciowy

Alloplastyka stawowa – staw biodrowy

Staw biodrowy

→ kulisty staw panewkowy o dużym zakresie ruchu. Najbardziej

eksploatowany staw nośny → przystosowany do przenoszenia dużych obciążeń statycznych i
dynamicznych.

Ruchy:

•

w płaszczyźnie czołowej → zgięcie i wyprost

•

w płaszczyźnie strzałkowej → odwodzenie, przywodzenie kończyn

•

w osi pionowej → obrót na zewnątrz i do wewnątrz

Budowa kości udowej:

•

głowa kości

•

krętacz większy

•

szyjka kości

•

trzon kości

•

krętacz mniejszy

Należy do najbardziej narażonych na zmiany przeciążeniowo – zwyrodnieniowe elementów
układu kostno-stawowego z uwagi na:

•

wielkość przenoszonych obciążeń

Nieprawidłowy rozkład obciążeń w stawie biodrowym sprzyja szybkiemu postępowi zmian
zwyrodnieniowych polegających na wadliwym rozwoju panewki (odchylenia w budowie
bliższej części kości udowej). Od wielu lat skuteczną metodą leczenia zmian
zwyrodnieniowych jest ALLOPLASTYKA STAWU BIODROWEGO.

Celem zabiegu alloplastyki stawu biodrowego jest:

•

odtworzenie uszkodzonego stawu

•

umożliwienie wykonywania podstawowych ruchów

•

zapewnienie prawidłowego funkcjonowania endoprotezy → trwałość endoprotezy

W świecie rocznie przeprowadza się ponad 1 mln zabiegów alloplastyki stawu biodrowego →
ok. 6 – 25 % kończy się niepowodzeniem.

Przyczyny niepowodzeń:

•

zmiany zapalne

•

niestabilność

•

obluzowanie trzpienia lub panewki

•

zużycie powierzchni nośnej endoprotezy

Klasyfikacja endoprotez stawu biodrowego



ze względu na zakres implantacji w stawie

* całkowita alloplastyka stawu biodrowego → wymianie podlega panewka oraz głowa
kości udowej
* częściowa alloplastyka stawu biodrowego

→ wymianie podlega tylko głowa

(KAPOPLASTYKA)



ze względu na konstrukcję

* endoprotezy jednolite → z kołnierzem lub bezkołnierzowe
* endoprotezy dzielone → z kołnierzem lub bezkołnierzowe



ze względu na sposób mocowania
endoprotezy cementowe (powierzchnia gładka)
endoprotezy bezcementowe (powierzchnia porowata)

Materiały stosowane w endoprotezoplastyce stawu:

Trzpień

Główka



stopy Co



stopy Ti



tworzywa polimerowe



ceramika korundowa (Al

2

0

3

)



ceramika cyrkonowa

•

Panewka w obudowie metalowej z wkładką:

- polietylenową
- ceramiczną Al

2

0

3

•

Główka:

- stop Co – Cr - Mo
- ceramika Al

2

O

3

lub ZrO

2

•

Trzpień:

- stop Co
- stop Ti

Elementy endoprotez – panewka

Zalety polietylenu jako materiału implantacyjnego:

•

duża wytrzymałość mechaniczna

•

mały współczynnik tarcia

•

elastyczność

•

dobre własności dielektryczne

Wady polietylenu:

•

mała wartość granicy plastyczności

•

podatność na pełzanie i starzenie

•

mała odporność na zużycie

•

zmiana własności mechanicznych w wyniku wielokrotnego naświetlania promieniami
RTG

•

niemożność sterylizacji w wysokich temperaturach

Elementy zużywania się panewek polietylenowych jest:

•

zmiana zabarwienia i jakości powierzchni

•

ubytki cierne

•

mikropęknięcia na powierzchni

•

wykruszenia cząstek polietylenu

Metody uszlachetniania powierzchni endoprotez stawu biodrowego:

•

polerowanie elektrochemiczne oraz pasywacja

•

powłoki nanoszone metodą CVD i PVD

•

implantowanie jonowe

•

napylanie plazmowe

•

powłoki bioceramiczne nanoszone przez:

* elektroforezę
* metodę zol-żel

Zmiany rozwiązań konstrukcyjnych endoprotez dotyczą:

•

kształtu trzpieni

•

materiałów, z których wykonywane są poszczególne elementy

•

techniki implantacji

Czynniki wpływające na dobór endoprotezy stawu biodrowego:

•

wiek kalendarzowy i biologiczny pacjenta

•

jakość tkanki kostnej

•

aktywność życiowa

•

warunki anatomiczne chorego stawu biodrowego

Rozwiązania konstrukcyjne panewek

Gdy panewka stawu naturalnego ( u młodych ludzi) nie jest nadmiernie zniszczona
Starsze typy endoprotez stawu biodrowego – przykłady rozwiązań

Przykłady endoprotez stawu biodrowego:

•

endoproteza bezcementowa Mittelmeiera

* trzpień żeberkowy z kołnierzem (Co – Cr – Mo)
* Panewka → Al

2

O

3

•

endoproteza bezcementowa Parchofera – Möncha

*trzpień → Ti – 6 Al – 4 V

•

endoproteza bezcementowa Bicontact

* główka → Al

2

O

3

Bidox

•

endoproteza bezcementowa Coreil

* trzpień pokryty hydroksyapatytem
* główka → Al

2

O

3

•

endoproteza ABG ceramika – ceramika

* trzpień hydroksyapatytowy (Ti – 6 Al – V)
•

główka → Al

2

O

3

- Al

2

O

3

Problemy przy alloplastyce stawu biodrowego:

•

obluzowanie panewki

•

przemieszczenie trzpienia (siatka wzmacniająca)

•

wykruszenie cementu kostnego

•

pęknięcie kości

•

deformacja, doluzowanie i pęknięcie trzpienia

•

pęknięcie panewki polietylenowej

•

resorpcja kości

•

zmiana grubości kory kostnej

Wykład 5
04.04.2011

Implanty stosowane w chirurgii naczyniowej i rekonstrukcyjnej

Stenty – nowoczesna technika w leczeniu choroby miażdżycowej złogi cholesterolowe
powodują zwężanie
wcześniej stosowana metoda → zabieg wszczepiania bypassów → bardzo długi okres
rekonwalescencji

Balonikowanie → wprowadzanie przez tętnicę (najczęściej udową) cewnika zakończonym
balonikiem (stąd nazwa) → nie zapewnia długotrwałych efektów
metalowy stent osadzony w ściankach śródbłonka

Stentowanie – prosta i szybka metoda
Jeżeli zwężeniem jest objęta znaczna długość wtedy dokonuje się bypassy, a stentowanie
Ciśnienie powodujące rozprężenie stentu 10-15 atmosfer

Problematyka stosowania stentów w chirurgii wewnątrznaczyniowej i rekonstrukcyjnej.

Stosowanie stentów stało się przyjętym sposobem leczenia wielu schorzeń powodujących
zwężanie narządów o kształcie rurowym w obranym układzie krążenia, pokarmowego,
oddechowego i moczowego. Pomijając naczynia wieńcowe serca dotyczy to:

•

zwężeń dużych tętnic i aorty spowodowanych procesem miażdżycowym

•

zwężeń przełyku spowodowanych procesem nowotworowym, bliznowatym, w
sytuacjach wymagających ochrony w przypadku rozdarcia przełyku

•

zwężeń oskrzeli i tchawicy zamykanych przez proces nowotworowy i bliznowaty

•

zwężeń cewki moczowej i moczowodu w wyniku procesu nowotworowego i
bliznowatego lub w sytuacjach wymagających ochrony ( przypadku rozdarcia)

Stenty wszczepiane są w pracowniach hemodynamicznych. Nie wymaga to obecności
kardiochirurga!

Stenty urologiczne

Poszczególne rodzaje stentów muszą mieć zróżnicowane cechy użytkowe:

•

cechy geometryczne

•

własności mechaniczne dostosowania do elastycznej współpracy z określonym
rodzajem tkanek rekonstruowanych narządów

•

własności mechaniczne uwzględnienie stosowaną techniką operacyjną (głównie
małoinwazyjnością)

•

odpowiednie własności fizykochemiczne ograniczające reaktywność (odczyny
okołowszczepowe) i powikłania pooperacyjne

Implanty stosowane w kardiologii interwencyjnej

Grupy niepełnosprawnych w zależności od poszczególnych rodzajów schorzeń

1. Etapy rozwoju miażdżycy wieńcowej

A) Zdrowa tętnica
B) Wczesne stadium odkładania się cholesterolu
C) Blaszka miażdżycowa
D) Blaszka miażdżycowa + skrzep

2. Techniki przezskórnego poszerzania naczyń wieńcowych – PCI

(Percutaneous Coronary Intervensions)

•

brak istotnej zmiany objętości miażdżycowej (non debulking
techniques)

* przezskórna angioplastyka wieńcowa– PTCA (Percutaneous
Transluminal Coronary Angioplasty)
* wszczepianie implantów – stenty wieńcowe

•

zmniejszanie objętości blaszki miażdżycowej (debulking
techniques)

* aterektomia kierunkowa – skrawanie nożykiem złogów
miażdżycowych (cholesterolowych)
* ateroktomia wysokoobrotowa (rotablatory) – wywiercanie
złogów
* angioplastyka laserowa (lasery eksinerowski i)
* trombektory

3. Stent – wszczepialna, rozszczepialna konstrukcja rurowa podtrzymująca
drożność naczynia.
4. Stentgraft

– połączenie jednego lub większej ilości stentów z rurową protezą

naczyniową

Stenty mają małą średnicę.

5.

Klasyfikacja stentów wieńcowych

A) Ze względu na postać konstrukcyjną

•

stenty rurkowe z nacięciami (slotted tube)

* grubość ścianki 0,1 mm

•

stenty w kształcie zwoju (coil)

•

stenty siateczkowe (mesh stent)

•

stenty pierścieniowe (ring)

•

stenty kombinowane

B) ze względu na sposób implantacji

•

stenty samorozprężalne (stopy z pamięcią kształtu Ni Ti –

Nitinol)

•

stenty rozprężalne na baloniku (stenty wszczepiane na zawsze

tytan odpada ze względu na trudność otrzymania drutu w ramach
procesów technologicznych (stopy kobaltu Co, stale Cr – Ni – Mo
także stosowany wolfram i tantal)

Ilość zabiegów wszczepiania stentów wieńcowych w Polsce w latach 2001-2006.

Implantowanie stentu wieńcowego z wykorzystaniem technologii
wysokociśnieniowego rozprężania

Problemy z implantowaniem stentów:

•

Wykrzepianie krwi

•

Restenoza –zapadanie się naczynia

Implantowanie stentu – prawa tętnica wieńcowa

•

Wprowadzanie stentu przy chwilowym niedokrwieniu

•

Badanie stentów wieńcowych w warunkach in vivo – 3 dni po implantacji.

•

Ścianka tętnicy wieńcowej po implantacji stentu widoczne uszkodzenia śródbłonka.

•

Skrzepy powstałe na powierzchni stentu.

•

Stenty DES - warstwa polimerowa nasączona lekami, miejscowo uwalnianymi w

zmianach chorobowych

Własności charakteryzujące prawidłowy stent:

1.

Dotyczy konstrukcji i materiału:
•

Dobra sprężystość

•

Niezawodna rozprężalność

•

Mała stopień skrócenia implantu

•

Mała powierzchnia metalu – stopień ostentowania

•

Dobra widzialność fluroskopowa

•

Dobre własności reologiczne

2.

Dotyczy warstwy powierzchniowej materiału (→ WAŻNE odpowiednia obróbka
powierzchni stentu):

•

Atrombogenność (wykrzepianie płytek krwi na powierzchni stentu)

•

Biotolerancja w środowisku tkanek układu krwionośnego ( hemokompatybilność )

Ø 5 – 5,5 mm → do tętnic szyjnych

3.

Zakres wymaganych badań stentów

według (PN – EN 12006 – 3 :1989) (2010

uaktualnienie) obejmuje ocenę:

•

własności funkcjonalne

•

cech konstrukcyjnych

•

materiału – uwzględnienie właściwości wymaganych do osiągnięcia
zaplanowanego celu

•

sterylizacja

•

pakowanie

4.

Metody ograniczania procesu wykrzepiania i restenozy

A) Polerowanie powierzchni implantów

•

atrombogenność (+)

•

restenoza (±)

B) Wytwarzanie powłok polimerowych

•

niebiodegradowane
* poliuretan
* polisiloksan
* politeraftalon etylenu
* atrombogenność (+)
* restenoza (±)

•

pochodzenia naturalnego
* polilaktyd (PLA)
* polisacharyd
* fibryna
* heparyna
* atrombogenność (+)
* restenoza (±)

C) Wytwarzanie powłok nieorganicznych

•

warstwy Au
* atrombogenność (+)
* restenoza (±)

•

amorficzny Si C
* ograniczenie konwersji fibrynogenu do fibryny
* atrombogenność (+)
* restenoza (+)

D) Stenty uwalniające leki (DES Drug Eluting Stents)

•

rapanacyna

•

paclitaxel

•

atrombogenność (+)

•

restenoza (+)

5. Problematyka kształtowania własności użytkowych stentów powinna obejmować

A. Dobór materiału metalowego z uwzględnieniem



Miniaturyzacji implantów



Techniki implantacji

Stenty rozszerzalne na baloniki

niskie własności wytrzymałościowe, wysokie

plastyczności

B. Ukształtowanie własności fizykochemicznych warstwy

powierzchniowej z uwzględnieniem

•

Uwarunkowań biofizycznych układu serce – naczynia wieńcowe

•

Reaktywności chemicznej układu krwionośnego

•

Techniki implantacji

9. Odczyn kwasowości krwi

•

Osocze krwi tętniczej → pH =7,39 ± 0,02

•

Osocze krwi żylnej 7,34 ± 0,02

10. Uwarunkowania biofizyczne układu serce - naczynia wieńcowe:

Własności fizykochemiczne

Dodatkowe kryteria jakości stentów:

A) Dostosowywanie własności magnetycznych biomateriału

metalowego – PARAMAGNETYK

B) Dostosowanie własności elektrycznych biomateriału

metalowego – DIELEKTRYK

C) Odporność korozyjna

implantu w środowisku krwi w

warunkach angioplastyki wieńcowej

Wykład 6
11.04.2011 r.

Stenty przełykowe

1. Podstawowym wskazaniem do ich zastosowania są nieoperacyjne nowotwory

przełyku i jego łagodne zwężenia.

2. Technika stentowania jest stosunkowo prosta, nie obciąża nadmierną traumatyzacją

stanu ogólnego pacjenta.

3. Zastosowania znalazły dwa rodzaje stentów:

•

stenty polimerowe → konwencjonalne
◦

konieczność wcześniejszego poszerzania światła przełyku, gdyż średnica
stentu jest stała

◦

wadą jest konieczność przeprowadzenia zabiegu w znieczuleniu ogólnym

•

stenty metalowe → samorozprężalne
◦

zaletą metalowych stentów jest fakt, że do ich założenia wymagana jest
mniejsza średnica wprowadzanego stentu niż polimerowego

◦

nie jest wymagane znaczne poszerzanie światła przełyku, przez co
wydatnie redukuje się ryzyko uszkodzenia ściany przełyk

◦

mała średnica pozwala na stosunkowo łatwe wprowadzanie stentu w
miejsce zwężenia

◦

po rozprężeniu stentu niemożliwe jest jego usunięcie lub przesunięcie →
niemożliwa repozycja

◦

zastosowanie stentów samorozprężalnych powoduje jedynie 16% powikłań

◦

implantacja tych stentów stała się uznanym, bezpiecznym i autentycznym
sposobem przywrócenia drożności przełyku

◦

wadą jest możliwość przerastanie przez ściany stenty zmian
nowotworowych powodującą nawrót zwężenia

◦

w nowej generacji stosuje się pokrycia metalowego szkieletu cienką
warstwą silikonu

4. Przykłady stentów przełykowych:

•

Z – Stent (Wilson – Cook) → wykonany ze stali Cr-Ni-Mo
◦

średnica części środkowej = 18 mm, średnica rozszerzonego końca = 25
mm, długość → 60 – 140 mm

◦

wprowadzany jest na cewniku o średnicy = 31 Fr (10 mm)

•

Wallstent → stent siatkowy (Mesh stent)
◦

średnica części środkowej = 19mm, średnica rozszerzonych końców → 18
– 20 mm

•

Ultraflex → stop z pamięcią kształtu (Nitinol)
◦

wprowadzany na cewniku o średnicy = 20 Fr

◦

kielichowa konstrukcja w górnej części

◦

stosowany w chorobie refluksowej

◦

długości stentu → 70, 100, 120 oraz 150 mm

◦

średnica części środkowej = 18 i 23 mm

•

Escopha coil → wykonany z płaskiego drutu nawiniętego na walec, z
rozszerzonymi końcami przeciwdziałającymi przemieszczaniu:
◦

cecha charakterystyczna → najwyższa wartość siły promieniowej podczas
rozprężania, największe skrócenie po implantowaniu

Stenty tchawicowe

1. Budowa układu oddechowego:

•

krtań

•

chrząstka promieniowa

•

tchawica

•

chrząstki tchawicze

•

prawe i lewe oskrzele główne

•

ostroga tchawicy

2. Stosowane w niedrożności górnych dróg oddechowych → z powodu łagodnego lub

złośliwego procesu nowotworowego.

3. Leczenie operacyjne przynosi zadowalający efekt tylko w niewielkiej ilości

pacjentów, będących w dobrym stanie ogólnym.

4. Istnieją anatomiczne ograniczenia dotyczące długości odcinka tchawicy, który może

być usunięty → leczenie z wykorzystaniem stentów.

5. Upowszechnienie intensywnej terapii z wykorzystaniem przedłużonej intubacji lub

tracheotomii stwarza dodatkową, dość liczną grupę pacjentów wymagających leczenie
operacyjnego względnie założenia stentu w miejsce zwężenia pointubacyjnego lub
potracheotomijnego.

6. Rodzaje stentów:

•

Sztywne stenty silikonowe
◦

hamują ruch rzęsek, dając zastój wydzieliny drzewa oskrzelowego w
świetle i postępującą okluzję

◦

wadą jest duża skłonność do przemieszczania się

◦

przykłady:
▪

Montgomery w kształcie T

▪

Hood Westaby T- Y

▪

typu Dumon → do ich wprowadzania służy sztywny bronchoskop
•

tchawicze

•

oskrzelowe

•

umiejscawiane w pobliżu ostrogi tchawicy

•

typu Y

•

Stenty metalowe → Implantacja stentu samorozprężalnego z użyciem
bronchoskopu giętkiego
◦

wytwarzane ze stali Cr – Ni – Mo, stopów Ni – Ti, Co – Cr i Ta

◦

pokrywane silikonem lub poliuretanem o średnicach 8 – 16 mm i długości
26 – 49 mm

◦

łatwość implantowania w znieczuleniu miejscowym

◦

nie upośledzenie drenażu wydzieliny drzewa oskrzelowego

◦

elastyczność umożliwiająca dostosowanie stentu do kształtu oskrzela

◦

dobra tolerancja przez pacjentów, dająca zdecydowaną poprawę komfortu
życia pacjentów → 85 – 90 %

◦

Endoskopowa technika implantacji
▪

zwężenie lewego oskrzela

▪

prowadnik z balonikiem

▪

prowadnik ze stentem przez rozprężaniem

▪

sten po rozprężeniu

◦

Przykłady:
▪

Z – stent → stal Cr – Ni – Mo
•

średnica → 15 – 35 mm

•

długość → 50 mm

▪

Flexstent → mesh stent, stop Ni – Ti
•

stent oskrzelowy

•

stent tchawiczy

▪

Stent TracheobronxaneSimet → Ni – Ti, powłoka poliestrowa

▪

Stent Ultraflex TM Tracheobronchial → Ni – Ti, powłoka z poliuretanu
lub bez powłoki

Stenty urologiczne

1. Stosowane przy udrażnianiu zwężeń cewki moczowej, spowodowanych łagodnym

przerostem stercza → można uniknąć konieczności niewygodnego dla pacjenta
cewnikowania

2. Przydatne u dzieci w zwężeniach cewki moczowej, występujących po operacjach jej

rekonstrukcji

3. Leczenie łagodnych lub nowotworowych zwężeń moczowodów
4. Niwelowanie zwężeń moczowodowych → stenty poliuretanowe
5. Klasyfiakcja:

•

Zakładane na stałe → o konstrukcji siatkowej, metalowe lub poliuretanowe,
implantacja prowadzona jest pod kontrolą fluoroskopową lub endoskopową
◦

stent UroLume → ASI (Advanced Surgical Intervention)

•

Zakładane czasowo → mniejsza średnica, można je usunąć, nie rozprężają się
◦

Stent Prostakath → śródsterczowa spirala wykonana ze stali Cr – Ni – Mo

◦

Stent Memokath

IMPLANTY STOSOWANE W ALLOPLASTYCE STAWU KOLANOWEGO

1. Staw kolanowy

•

największy staw

•

stawo zawiasowo – obrotowy o budowie bardziej złożonej do biodrowego

•

najbardziej obciążony staw

•

Ruchy:
◦

zginanie

◦

prostowanie

◦

obrotowe → przy zgiętej kończynie

•

Budowa:
◦

dwa kłykcie udowe

◦

dwa kłykcie piszczelowe

◦

rzepka

•

Najważniejsze elementy:
◦

części kostne oraz powierzchnie stawowe pokryte są chrząstką

◦

łąkotki

◦

więzadła

◦

mięśnie działające na staw

◦

torebka i jama stawowa wraz z wypełniającym ją płynem umożliwiającym
ruchy stawu (maź synowialna)

2. Zmiany stawu kolanowego od zdrowego do protezy:

•

zdrowe kolano

•

zwyrodnienie

•

endoproteza stawu kolanowego

3. Endoprotezy stawu kolanowego:

•

Obszar wymiany stawu
◦

jednoprzedziałowe

◦

dwuprzedziałowe

◦

trójprzedziałowe

•

Stopień swobodnego ruchu stawu
◦

niezwiązane

◦

częściowo związane

◦

całkowicie związane

•

Sposób zamocowania elementów endoprotezy
◦

cementowe

◦

bezcementowe

◦

hybrydowe

4. Endoprotezy częściowe stawu kolanowego

•

zmiana chorobowa dotyczy tylko jednego z kłykci stawu kolanowego

•

endoproteza typu saneczkowego (płoza) → płoza ślizga się po polietylenowej
wkładce

•

Endo – Modell (W – Link)

•

Oxford

•

Smith & Nephew typu
Accuris

•

Smith & Nephew typu Journey
Deuce

5. Endoprotezy całkowite stawu kolanowego

•

zwyrodnienie w obszarze dwóch kłykci

•

komponent udowy i piszczelowy z polietylenową wkładką

•

typu Journey

•

typu Gemini firmy W. Link

•

Endo – Modell firmy W. Link
◦

z rzepką lub bez rzepki

◦

element centrujący

◦

złączka

◦

stworzeń

◦

otwór na śrubę

•

Legion firmy Smith & Nephew
◦

element piszczelowy → stopy Ti

•

AGC DA

•

Genesis II
◦

z rzepką lub bez rzepki

6. Endoprotezy całkowite stawu kolanowego i biodrowego
7. Materiały na endoprotezy stawu kolanowego:

•

Stopy Co, np. Co – Cr – Mo, Co – Ni – Cr – Mo

•

Polietylen o dużej gęstości

•

Stopy Ti, np. Ti – 6Al – 4V, Ti – Nb – Zr

•

Stopy cyrkonu, np. Zr – 2,5Nb (Oxinium) → NOWOŚĆ!!! → dobra odporność
na ścieranie, większa twardość niż stopy kobaltu

Część udowa wykonywana jest
najczęściej ze stopów Co

•

dobra odporność na ścieranie