Dobrzelecka A., Mazurkiewicz A.: Ocena właściwości materiałów

Agnieszka DOBRZELECKA, Koło Naukowe „Bio-Med”, Wydział Inżynierii
Mechanicznej, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, Bydgoszcz
Adam MAZURKIEWICZ, Zakład Inżynierii Biomedycznej, Instytut Mechaniki i
Konstrukcji Maszyn, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, Bydgoszcz
OCENA WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW STOSOWANYCH DO
PRODUKCJI SZTUCZNYCH ŚCIĘGIEN I WIĘZADEŁ
THE EVALUATION OF CHARACTERISTICS OF MATERIALS
USED FOR ARTIFICIAL TENDONS AND LIGAMENTS
PRODUCTION
Słowa kluczowe:biomateriały, chirurgia narządu ruchu, implanty, polimery, protezy
ścięgien i więzadeł, włókno węglowe
1. WSTĘP
Ścięgna i więzadła w aparacie ruchowym człowieka mają za zadanie utrzymanie kości
w stawie, umożliwiając jednocześnie ich stabilność i ruchomość. Urazy, nadmierne
przeciążanie wysiłkiem fizycznym, spadek właściwości struktur wraz z wiekiem oraz inne
czynniki są przyczyną częstych uszkodzeń ścięgien i więzadeł. Zabiegi rekonstrukcyjne mają
na celu odtworzenie właściwości i funkcji zniszczonej tkanki [4].
Zastąpienie naturalnych włókien sztucznym materiałem stanowi wyzwanie dla lekarza
oraz inżyniera.Istnieje potrzeba szukania nowych rozwiązań i udoskonalania istniejących tak,
aby stosowana proteza mogła jak najlepiej zastąpić uszkodzone struktury w ludzkim
organizmie, przyczyniając się do powrotu pacjenta do pełnej sprawności. Jest to zadanie
trudne ze względu na specyficzne wymaganiaktóre należy spełnić, a które omówiono w
dalszej części pracy.W artykule dokonanoprzeglądu istniejących materiałów do produkcji
protez z podkreśleniem ich właściwości i charakterystyki.
2. WŁAŚCIWOŚCI IDEALNEGO SZTUCZNEGO ŚCIĘGNA I WIĘZADŁA
Aby lepiej zrozumieć trudność, jaka staje przed inżynierem projektującym materiał do
produkcji protez ścięgien i więzadeł, należy poznać warunki i właściwości, które
charakteryzują idealną protezę. Wg Tylickiego powinna ona m.in.: zachowywać się obojętnie
w tkankach, nie wywoływać odczynów alergicznych, nie ulegać zmianom pod wpływem
czasu, działania płynów ustrojowych i czynników mechanicznych, dawać się łatwo zespolić
ze ścięgnem, mięśniem lub kością. Te oraz inne czynniki wpłynęły na wybór poniżej
opisanych materiałów jako tych, które znajdą zastosowanie w rekonstrukcji ścięgien i
więzadeł [5].
XII Konferencja Naukowa Majówka Młodych Biomechaników im. prof. Dagmary Tejszerskiej
s. 28
3.PROTEZY ŚCIĘGIEN I WIĘZADEŁ – PRZEGLĄD ISTNIEJĄCYCH ROZWIĄZAŃ
3.1. Protezy polimerowe
Sztuczne ścięgna i więzadła wyprodukowane z włókienpolimerowych cieszą się obecnie
dużą popularnościąze względu na swą biozgodność w środowisku tkankowym, łatwość
formowania oraz sterylizacji bez zmian własności, odpowiednią trwałość funkcjonalną i nie
zawodność, a także inne czynniki. Najczęściej do produkcji protez używa się
politetrafluoroetylenu (PTFE) oraz politereftalan etylenu (PET) [1,6]
3.2. Protezy z włókna węglowego
Włókna węglowe znajdują swoje zastosowanie w rekonstrukcji ścięgien i więzadeł jako
taśmy łączące (wraz z nićmi chirurgicznymi) zerwane fragmenty tkanek. Doświadczenia
wykazały, że działają one jako podłoże, w obrębie którego narasta gęsta tkanka, mająca
zbliżoną charakterystykę do ścięgna w pełni rozwiniętego [3].
Pomysł użycia włókna węglowego powstał w wyniku analizy budowy chemicznej tkanek,
których dużą część stanowią związki węgla. Badania pokazały doskonałą biologiczną
tolerancję czystych włókien węglowych. Niestety, materiał ten cechuje duża kruchość,
łamliwość i tendencja do fragmentacji. Łatwo ulega także uszkodzeniom na krawędziach
kostnych. Pomimo wielu krytycznych głosów, węglowe protezy ścięgnowo-więzadłowe
znalazły jednak stosunkowo szerokie zastosowanie kliniczne [2].
3.3. Osłonki przeciwzrostowe
Jednym z najczęstszych powikłań po zszyciu ścięgna są jego zrosty z
okolicznymitkankami. By zapobiec ich powstawaniu, w miejsce zrostu wprowadza się
sztuczny materiał w postaci osłonki przeciwzrostowej. Początkowo stosowano osłonki z
celofanu, następnie z kapronu, teflonu, tkanki tłuszczowej, żyły lub powięzi, a także osłonki
dziane z włókien poliestrowych. Skuteczność tych zabiegów wciąż nie jest całkowicie
zadowalająca, gdyż izolacja od otoczenia może wpływać m.in. na martwicę ścięgna [5].
4. PODSUMOWANIE
Ostatnie
lata doświadczeń
przeprowadzanych
w kierunku
poszukiwania
najlepszegomateriałudo rekonstrukcji ścięgien i więzadeł przyniosły znaczny postęp. Cały
czasprowadzone badania w celu znalezienia innowacyjnych rozwiązań, gdyż do tej pory
najlepsze używane materiały nie zastąpiły w pełni naturalnej tkanki.
LITERATURA
[1] Marciniak J.: Biomateriały, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2013
[2] Chirurgia Narządu Ruchu i Ortopedia Polska, supl. 2, Polska, 1994, s. 34-39
[3] Engineering of Biomaterials,vol. 87, Kraków, 2009, s. 13-23
[4] Teoh S. H.: Engineering materials for biomedical aplications, National University of
Singapore, Singapore, 2004
[5] Praca zbiorowa: Tworzywa sztuczne w medycynie, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne,
Warszawa, 1970
[6] Biomaterials and scaffolds for ligament tissue engineering, Wiley InterScience
(www.insterscience.wiley.com), 2006