چگونه مفصل های اصلاح شده در برابر خرد شدن ایستادگی می کنند؟

خرده های مفصل باعث فرسایش می شوند

در مفصل های مصنوعی ران و زانو، خرده های مفصل در محل برخورد مفصل مصنوعی با استخوان، به فراوانی موجود هستند. اندازه، شکل و توزیع این خرده ها در بافت های اطراف مفصل، یکنواخت نیست. خرده های مفصل باعث ایجاد تغییراتی در بافت اطراف پروتز و در نهایت لق شدن مفصل می شوند. اثرات نامطلوب خرده های مفصل به جنس مفصل نیز بستگی دارد. هر چه اندازه خرده های حاصل از مفصل های پلی اتیلنی، فلزی و سرامیکی کوچکتر باشد، باعث تحریک بیشتر پاسخ التهابی سلول های بدن می شود. سلول های ایمنی بدن تنها قادر هستند ذرات کوچکتر را فاگوسیتوز کنند.

راه هایی که فرسایش ناشی از خرده های مفصل را کاهش می دهند

برای کاهش خرده های مفصل و بهبود ویژگی های سطحی مفصل، کارهای زیر را می توان انجام داد:

جراحی hemi-Surface Replacement به جای آرتروپلاستی کامل مفصل ران

یکی از راه های کاهش خرده های مفصل، انجام عمل مفصل به صورت hemi-Surface Replacement است. در این روش تنها بخش از مفصل که دچار آسیب دیدگی شده است، تعویض شود. برای بیمارانی که دچار نکروز آواسکولار هستند (نکروز یا سیاه شدن سر استخوان ران) و هنوز بخش های سالم در غضروف مفصل آن ها وجود دارد، بهتر است عمل مفصل به صورت hemi-Surface Replacement انجام شود. این روش مشکلات ناشی از خرده های پلی اتیلنی مفصل را برطرف می کند. انجام عمل مفصلhemi-Surface Replacemen با استفاده از آلیاژ تیتانیوم، نتایج قابل قبولی با بیش از شانزده سال ماندگاری در بیمار ایجاد کرده است. پروتزهای جدیدی از جنس کبالت کروم، می توانند حتی طول عمر طولانی تری بدون ایجاد خراشیدگی داشته باشند.

حفظ استخوان با جراحی بازپوشانی مفصل (Surface Replacement)

در جراحی بازپوشانی برخلاف تعویض کامل مفصل، سر استخوان ران باقی می ماند. به این صورت که سر استخوان را اصلاح می کنند و با استفاده از پروتز شکل تازه ای به آن می دهند. بنابراین استخوان ران طبیعی تر است.

بهبود بخشیدن به ویژگی های سطحی پروتزهای مفصل

پوشش دهی سطح پروتزها

برای پوشش دهی سطح پروتزها، اغلب از پوشش های TA (تانتال، عنصر فلزی آبی براق) DLC (کربن شبه الماس) ، GLC (کربن شبه گرافیت) و TiN (تیتانیوم نیترید) استفاده می شود. از بین این مواد پوشش دهنده GLC در عین سختی، انعطاف پذیری نیز دارد. TA متخلخل نیز از نظر ساختاری بیشترین شباهت را با استخوان دارد. ویژگی های زیست سازگاری پروتز های پوشش داده شده با TA، و نیز عدم فرسایش این نوع پوشش باعث شده است این نوع از پوشش ها نسبت به سه نوع دیگر پوشش ذکر شده، برتری پیدا کند. برای تعیین میزان فرسایش ناشی از انواع پوشش ها، کرنش کشسانی (Elastic strain) پارامتر مهمی به شمار می رود. کرنش کشسانی نسبت سختی و مدول الاستیک است. برای انتخاب پوشش مناسب برای پروتز، کرنش کشسانی به عنوان یکم فاکتور در نظر گرفته می شود. پوشش دهی پروتزها باید اتصال محکمی با پروتز برقرار کند و سطح صافی نیز ایجاد نماید. در این صورت، استفاده از پوشش دهنده باعث حمایت از پروتز در برابر استرس تماس، شکستگی و فرسایش می شود و درنتیجه طول عمر مفصل را افزایش می دهد.

اصلاح سطح پروتز

ویژگی های لایه سطحی پروتز را می توان با تکنیک های زیر تغییر داد و باعث بهبود کیفیت پروتز شد:

• Ion implantation
• ذوب با لیزر
• اکسیداسیون شیمیایی
• اکسیداسیون الکتروشیمیایی
• اکسیداسیون گرمایی

بهبود ویژگی های سطحی پروتز، نتایج مفیدی دارد

تغییر در ویژگی های مکانیکی مفصل

میزان استرس در مفصل مصنوعی ران، به برخورد و اصطکاک بین اجزای استابولوم و فمور (استخوان لگن و ران) بستگی دارد. با استفاده از روش های ذکر شده در بالا به خصوص استفاده از پوشش دهنده ها، سطح پروتز صاف می شود. در نتیجه سایش و فرسودگی سطح مخالف کاهش می یابد.

تغییر در تریبولوژی مفصل

پوشش دهی مناسب پروتز نه تنها اصطکاک و سایش مفصل را کاهش می دهد، امکان موفقیت و پذیرش مفصل مصنوعی توسط بیمار را نیز افزایش می دهد. آسیب های فرسایشی سطح پروتز به نیروهای اصطکاک در سطح برخورد وابسته هستند. ضریب اصطکاک نیز به مواد به کار رفته در سطح پروتز و ماده لغزنده بستگی دارد. بنابراین افزایش تر شوندگی (wettability) باعث لغزندگی و در نتیجه کاهش ضریب اصطکاک و در نهایت کاهش فرسایش می شود.

زیست سازگاری مواد پوشش دهنده با بافت های اطراف مفصل

زیست سازگاری یا همان سازگاری بافتی پروتز با بدن، با فاکتورهایی از جمله قابلیت اتصال باکتری ها، ترشوندگی، توانایی رشد سلول ها روی سطح و میزان مرگ سلول ها در اثر فرسایش ناشی از خرده های مفصل تعیین می شود. بنابراین برای هر یک از راهکارها و پوشش های استفاده شده برای بهبود ویژگی های سطحی مفصل، فاکتورهای ذکرشده باید تعیین شوند.

منابع

http://www.jri-docs.com/ http://rp7.ffg.at/upload/medialibrary/FP7NMPP11_TUG_SUMBIR.pdf http://iopscience.iop.org/1468-6996/15/1/014402/article http://www.mdpi.com/1996-1944/7/2/980