Aparat Ilizarowa i inne stabilizatory zewnętrzne
Stabilizatory zewnętrzne są to urządzenia medyczne służące do zespolenia kości (złamanej lub przeciętej). Stabilizacji dokonuje się poprzez wprowadzenie do niej stalowych wszczepów (druty Kirschnera, groty Schanza) i ustabilizowanie za ich pomocą odłamów kostnych do sztywnej konstrukcji aparatu pozostającego na zewnątrz ciała. Stabilizatory mające możliwość rozciągania kości oraz zmiany położenia odłamów względem siebie określane są dystraktorami. Stabilizatory zewnętrzne mogą mieć konstrukcję jednopłaszczyznową (ramowe i klamrowe) lub przestrzenną (trójstronne i pierścieniowe). Aparaty jednopłaszczyznowe, klamrowe (monolateralne) mogą być stosunkowo małe i proste w swojej budowie, jednak mają ograniczone możliwości szczególnie w aspekcie korekcji zaburzeń osiowych. Ich wyższością z kolei jest większa wygoda dla chorego w czasie leczenia, co nabiera szczególnego znaczenia przy zastosowaniu w obrębie uda. Z tego powodu idealnym wskazaniem do ich stosowania są proste wydłużenia kończyn. Przy bardziej złożonych deformacjach znacznie większe możliwości zapewniają aparaty pierścieniowe (cyrkularne), a wśród nich aparat Ilizarowa. Ważną zaletą jego konstrukcji jest modularna budowa, która daje możliwość skonstruowania aparatu dostosowanego do każdej deformacji. Cecha ta pozwala również na przebudowę lub rozbudowę aparatu w dowolny sposób i w dowolnym momencie leczenia. Jest to bardzo ważne w czasie prowadzenia leczenia metodą dystrakcyjną z powodu szybko zmieniającej się sytuacji klinicznej. W ostatnich latach w wyniku prób połączenia wszechstronności aparatów pierścieniowych z prostotą monolateralnych powstały tzw. konstrukcje hybrydowe.
Zasady osteogenezy dystrakcyjnej
W procesie wydłużania kości metodą dystrakcyjną wykorzystywane jest zjawisko regeneracji tkanek powszechnie występujące w organizmie w czasie tworzenia się blizny kostnej po złamaniu kości. Dodatkowo, tkanki w czasie wydłużania, poddane powolnemu rozciąganiu stają się bardzo aktywne metabolicznie. Nową tkankę kostną powstałą w miejscu przecięcia kości Ilizarow nazwał regeneratem, a proces jego powstawania - osteogenezą dystrakcyjną.
Aby proces ten mógł przebiegać prawidłowo konieczne jest spełnienie kilku warunków do których należą: odpowiednia technika i miejsce przecięcia kości (osteotomii), stabilność i elastyczność zespolenia odłamów stabilizatorem zewnętrznym, okres opóźnienia dystrakcji, oraz odpowiednia jej prędkość i rytm.
BIOMATERIAŁY, materiały biomedyczne, materiały przeznaczone do wyrobu elementów (np. kształtek, konstrukcji, urządzeń) na stałe lub czasowo zastępujących chore tkanki i narządy albo ich części, pełniące określone funkcje w organizmie; są stosowane przede wszystkim wewnętrznie.
Do biomateriałów należą niektóre naturalne i syntet. polimery, metale i ich stopy oraz ceramika i szkło; biomateriały powinna cechować biokompatybilność polegająca na obojętności chem., immunologicznej i farmakologicznej, a więc bierność w stosunku do tkanek i płynów ustrojowych oraz leków; obojętność farmakologiczna (wobec leków), a także — zwykle — trwałość (brak zmian fizykochem. w przewidzianym czasie) albo rozkład do określonych, także obojętnych biologicznie, produktów; dodatkowymi wymogami stawianymi większości biomateriałów są: sterylność oraz odpowiednie właściwości mechaniczne. Właściwości niektórych biomateriałów (nazywanych biomateriałami inteligentnymi) mogą zmieniać się w pożądany sposób w zależności np. od zmian temperatury lub stężenia określonych związków chem. w płynach w ich otoczeniu. Biomateriały są przeznaczone na: 1) wszczepy biomech. (gł. protezy dużych stawów lub ich części, np. stawu biodrowego, protezy stawów małych, wszczepy stomatologiczne), wszczepy biostatyczne (m.in. zespolenia kości, uzupełnienia ubytków kostnych, protezy powięzi mięśni, protezy wiązadeł i ścięgien), wszczepy bioestet. (np. protezy sutka, jąder); ważną grupę stanowią wszczepy mające kontakt z krwią, np. protezy naczyniowe, zastawki i rozruszniki serca, do których wyrobu poszukuje się tzw. hemozgodnych biomateriałów (nie wywołujących zakrzepów krwi, dezaktywacji enzymów krwi, destrukcji jej składników, jak hemoliza czerwonych ciałek); 2) sztuczne narządy lub ich części; 3) wyroby do zespalania tkanek (nici chirurgiczne, kleje); 4) nośniki leków, w szczególności tzw. nano- i mikrosfery (sferyczne cząstki polimerowe o średnicach od kilkudziesięciu nanometrów do kilkudziesięciu mikrometrów), liposomy (kapsułki o średnicach rzędu mikrometrów i ściankach w postaci membran lipidowych lub pokrewnych), matryce hydrożelowe; 5) inne, np. soczewki kontaktowe, protezy gałki ocznej. Biomateriały stosuje się także na te elementy aparatury, które stykają się z płynami ustrojowymi, np. błony przepuszczalne w aparatach do krążenia pozaustrojowego.
Z metali i stopów wykonuje się wszczepy czasowe: pręty, gwoździe, druty, wkręty i płytki, stosowane do nastawiania złamanych kości, oraz wszczepy trwałe, jak protezy stawów, sztuczne zastawki serca oraz elementy stymulatorów serca, wszczepy stomatologiczne, nici chirurgiczne. Biomateriały metaliczne w środowisku płynów tkankowych ulegają korozji, której szybkość może zwiększać się w wyniku tarcia oraz naprężeń. Szybkość tego procesu zostaje wielokrotnie zmniejszona dzięki wytworzeniu na wyrobie bardzo cienkiej i szczelnie przylegającej pasywnej warstwy tlenków. Do często stosowanych na endoprotezy należą stopy i spieki kobaltowo-chromowe, odznaczające się dobrą odpornością na korozję, dobrymi właściwościami mech. i zgodnością bologiczną. Coraz większe zastosowanie mają tytan i jego stopy, których gęstość i moduł sprężystości są bardziej zbliżone do gęstości i modułu kości niż stopów kobaltowo-chromowych. Stale nierdzewne są wykorzystywane jedynie na wszczepy czasowe. Metale szlachetne (złoto, srebro, platyna) nie znajdują zastosowania na wszczepy, gł. ze względu na właściwości katalityczne. Do wytapiania biomateriałów metalicznych stosuje się specjalne techniki (np. wytapianie w próżni), gwarantujące wysoką czystość.
Materiały ceram. są wykorzystywane gł. w ortopedii i stomatologii; jednym z rodzajów biomateriałów jest ceramika korundowa — jej podstawowym składnikiem (99,5%) jest korund (tlenek glinu, Al2O3), który dzięki takim cechom, jak: duża wytrzymałość mech., duża twardość, odpowiednia gęstość, biozgodność, jest stosowany na endoprotezy stawów; w swym składzie chem. tworzywo korundowe zawiera też tlenki magnezu i wapnia. W stomatologii z ceramiki korundowej wykonuje się wszczepy śródkostne, elementy do odbudowy fragmentów kości twarzowej części czaszki; jest ona także wykorzystywana do powlekania wszczepów metalowych. W implantologii stosuje się też materiały hydroksyapatytowe, oparte na ortofosforanie wapnia będącym gł. składnikiem naturalnych kości; biomateriały te pobudzają tworzenie się kości, mają one największe znaczenie spośród biomateriałów ceramicznych stosowanych w ortopedii.
Materiały węglowe, tj. zawierające gł. atomy węgla połączone wiązaniami chem., dzięki bardzo dobrej tolerancji przez organizm stanowią cenną grupę biomateriałów. Ich właściwości mech. mogą być zmieniane w szerokich granicach i są związane z budową (materiały amorficzne i krystal.) oraz postacią (włókna, cienkie warstwy). Największe zastosowanie znalazły włókna, z których wykonuje się wysokiej klasy nici chirurgiczne oraz tkaniny i plecionki, wykorzystywane np. do rekonstrukcji wiązadeł stawowych; włókna węglowe są też stosowane do wzmacniania kompozytów, z których wykonuje się m.in. trzpienie endoprotez stawu biodrowego. Płytki węglowe doskonale nadają się do zespalania kości. Węgiel amorficzny (szklisty) jest coraz szerzej stosowany do pokrywania powierzchni, m.in. protez naczyniowych, zastawek serca, membran wytwarzanych z polimerów syntet. oraz do stomatologicznych wszczepów śródkostnych.
Opracowywanie technologii nowych biomateriałów wymaga współpracy inżynierów, chemików, biologów i lekarzy. Próby wszczepiania obcych materiałów do tkanek ludzkich były czynione już w starożytności, np. w Egipcie do zębodołów zakładano wszczepy wykonane ze złota, w Chinach uzębienie uzupełniano wszczepami z drewna, kamienia, kości słoniowej, później stosowano złoto i srebro. Dopiero jednak w XX w. (gł. od lat 40.) stan wiedzy i możliwości techn. umożliwiły stosowanie biomateriałów na szeroką skalę.
Problemy biocybernetyki i inżynierii biomedycznej, red. M. Nałęcz, t. 4,
Biomateriały, red. H. Kuś, Warszawa 1990