Сучасні тенденції розробки штучних суглобів людини (огляд літератури)

Abstract

Total hip replacement due to its effectiveness is the most com­mon treatment for patients with severe diseases of the joints. The modern idea of the choice of materials (and methods of their application as a pair of friction) for the replacement of large joints are described, set the scope of the problems and possible their solutions. We characterize some direc­tions of improvement of artificial human joints. It was em­phasized that so far there is no perfect pair of friction in ar­tificial joints, and it determines the choice of the surgeon, taking into account the anatomical and physiological state of the patients joint. The search continues for ways to im­prove the mechanical, tribological and biological proper­ties of friction pairs in artificial joints based on the cre­ation of ceramic, plastic, sapphire and composite materials with new properties. However, the full potential of the developed polymer composites, carbon nanotubes, graphene needs in-depth study of their cytotoxicity, which to date is a matter of debate. Based on the analysis of trends in the field of ma­terials for friction pairs in joint endoprostheses, the authors identified two major technological trends for the near future. First, it is the development of structure-hardened surface layer with a low coefficient of friction (ie. natural oxide films instead of coating) on the metal components. Secondly, it can be the development of new ceramic shock-viscous materi­als with minimized risk for crack formation in the ceramic-ceramic joints.

Тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава благодаря своей эффективности является наиболее распространенным методом лечения больных с тяжелыми формами патологии суставов. Описаны современные представления о выборе материалов (и способов их применения в качестве пары трения) для эндопротезирования крупных суставов, очерчен круг проблем и возможные пути их решения. Охарактеризованы некоторые направления усовершенствования искусственных суставов человека. Подчеркнуто, что до сих пор не существует идеальной пары трения в искусственных суставах, а ее выбор определяет хирург с учетом анатомо-физиологического состояния сустава пациента. Продолжается поиск путей улучшения механических, трибологических и биологических свойств пар трения в искусственных суставах на основе создания керамических, полимерных, сапфировых и композитных материалов с новыми качествами. Однако для полного раскрытия потенциала разработанных полимерных композитов, углеродных нанотрубок, графена нужны углубленные исследования их цитотоксичности, что до настоящего времени является предметом дискуссий. Исходя из анализа направлений в области создания материалов для пар трения в эндопротезах суставов, авторы выделили две основные технологические тенденции на ближайшее будущее. Во-первых, это разработка структурно-упрочненных поверхностных слоев с низким коэффициентом трения (т. е. природных оксидных пленок, а не покрытий) на металлических компонентах. Во-вторых, это может быть разработка новых ударно-вязких керамических материалов с минимизированными рисками трещинообразования для использования в керамо-керамических соединениях.

Тотальне ендопротезування кульшового суглоба завдяки своїй ефективності є найпоширенішим методом лікування хворих із тяжкими формами патології суглобів. Описано сучасні уявлення про вибір матеріалів (і способів їхнього застосування як пари тертя) для ендопротезування великих суглобів, окреслено коло проблем і можливі шляхи вирішення. Охарактеризовано деякі напрями удосконалення штучних суглобів людини. Підкреслено, що дотепер не існує ідеальної пари тертя в штучних суглобах, а її вибір визначає хірург із урахуванням анатомо-фізіологічного стану суглоба пацієнта. Триває пошук шляхів поліпшення механічних, трибологічних і біологічних властивостей пар тертя в штучних суглобах на основі створення керамічних, полімерних, сапфірових і композитних матеріалів із новими якостями. Проте для повного розкриття потенціалу розроблених полімерних композитів, вуглецевих нанотрубок, графену потрібні поглиблені дослідження їхньої цитотоксичності, що й сьогодні є предметом дискусій. Виходячи з аналізу напрямів у галузі створення матеріалів для пар тертя в ендопротезах суглобів, автори виділили дві основні технологічні тенденції на найближче майбутнє. По-перше, це розроблення структурно-зміцнених поверхневих шарів із низьким коефіцієнтом тертя (тобто природних оксидних плівок, а не покриттів) на металевих компонентах. По-друге, це може бути створення нових ударно-в’язких керамічних матеріалів із мінімізованими ризиками тріщиноутворення для використання в керамо-керамічних з’єднаннях.