Требования, предъявляемые к эндопротезам

Современные представления о механизме реакций живых тканей на имплантат предполагают, что граница между ними динамична и сложна, рис.3. В результате механической обработки, экспозиции на воздухе, стерилизации и воздействия биологического окружения поверхностный слой имплантата приобретает новую структуру. Его состав всегда отличается от состава материала в объеме имплантата. Поверхность металлических имплантатов покрывается оксидным слоем. Первой в контакт с ним обычно вступает сыворотка крови, белки которой адсорбируются на оксидах.В работе[14] указывается на то, что состав белкового адсорбированного слоя может изменяться в широких пределах в течение длительного времени.

Адсорбированные белковые молекулы вступают в донорно-акцепторное взаимодействие с оксидами имплантата, образуя комплексные химические соединения - лиганды. Рецепторы клеточных мембран избирательно взаимодействуют с этими лигандами. После того, как произойдет образование достаточного количества комплексов рецептор - лиганд, посылаются сигналы в ядро клетки в виде каскадов межклеточных химических реакций. Последние регулируют функции клеток, контактирующих с имплантатом - адгезию, видоизменение, осаждение матрикса (вещества, заполняющего внутриклеточные структуры) и т.п.

Адгезия макрофагов (клеток соединительной ткани) к имплантату и их слияние на его поверхности с образованием гигантских клеток является ответом ткани на инородное тело. Ответ зависит от таких факторов, как ориентация пептидов (веществ, синтезируемых клетками из аминокислот) [15] или длина углеводородных цепей, иммобилизованных на поверхности имплантата. Регулируя ответ ткани, можно предупредить хронические и неблагоприятные реакции заживающей раны, от которых зависит, приживется ли имплантат.

Ответ можно регулировать путем выбора имплантируемых материалов.

Четыре типа реакций на имплантат [16]:

Тип 1. Необходимо, чтобы имплантат не вызывал токсического действия, убивающего клетки тканей или высвобождающего химические соединения, которые могут мигрировать с кровью, лимфой и тканевыми жидкостями и вызывать системные повреждения организма.

Тип 2. Формирование вокруг имплантата фиброзной капсулы, является одной из самых распространенных реакций живой ткани. Капсула образуется для изоляции и последующего вытеснения чужеродного тела из организма. Эта защитная реакция возникает в результате воспалительного процесса, реагирующего на химическую структуру имплантированного материала.

Тип 3. Через границу раздела между имплантатом и тканью образуется связь. Такая структура, называемая «биоактивной» границей раздела, предотвращает массоперенос между тканью и имплантатом. На границе восстанавливается структура исходной ткани. Поскольку система имплантат-ткань находится в состоянии динамического равновесия, этот тип реакции зависит от скорости электрохимических и биологических процессов, протекающих в ней.

Тип 4. Скорость изменения биоактивной границы достаточно быстрая, материал имплантата растворяется (резорбирует) и замещается тканью. Иными словами, резорбируемый материал химически деградирует под действием крови, лимфы, тканевых жидкостей или легко переваривается макрофагами. Продукты деградации нетоксичны и усваиваются клетками.

Биоматериал - нежизнеспособный материал, предназначенный для контакта с живой тканью с целью выполнения функций медицинского назначения. Биоматериал должен быть биосовместимым и может быть биодеградируемым.

Биосовместимость - способность имплантата вызывать адекватную реакцию организма - хозяина в конкретных условиях их взаимодействия. Это - не свойство материала, из которого сделан имплантат, а характеристика системы имплантат-организм, соответствующая определенным условиям их контактирования. Биосовместимость не означает, что имплантант абсолютно не токсичен и не имеет других отрицательных свойств. Это - свойство имплантированного материала вызывать такую реакцию организма, которая позволяет решить поставленную задачу. Биосовместимые материалы взаимодействуют с организмом согласованно и органично, не вызывая заболеваний.

Биодеградируемые материалы при контактировании с живыми организмами частично или полностью растворяются (поглощаются макрофагами, включаются в метаболические или биохимические процессы) и заменяются живой тканью.

Биоустойчивость материалов - свойство, противоположное биодеградируемости - способность материалов противостоять воздействию биологической среды, сохраняя функциональные свойства.

Для характеристики биосовместимых материалов, имплантируемых в костную ткань, используют термины: биотолерантные, биоинертные и биоактивные [29].

Биотолерантные материалы взаимодействуют с костью посредством дальнего остеогенеза, т.е. они отделяются от костной ткани прорастающим фиброзным слоем.

Биоинертные материалы практически не взаимодействуют с тканями, находящимися с ними в контакте, не вызывают образования явно выраженного фиброзного слоя (толщина капсулы не превышает 50 мкм) и не стимулируют остеогенез. Кость может формироваться вблизи поверхности биоинертного имплантата. Последняя, как правило, имеет защитный слой, который препятствует выходу из имплантата ионов и диффузии в него биологической жидкости. Интеграция биоинертных материалов с костью осуществляется путем проникновения соединительной ткани в поры имплантата. Абсолютно биоинертных материалов не существует, т.к. на границе ткань-имплантат всегда регистрируется биологический отклик, интенсивность которого зависит от многих факторов (табл. 7).

Таблица 7. Факторы, влияющие на биологический отклик костной ткани при контактировании с ортопедическим имплантатом [29]

Биоактивные материалы вызывают биологический отклик в организме, обусловливающий интеграцию материала и организма. Они предназначены для связывания с биологическими системами, имея целью повышение эффективности лечения, образование или замещение любой ткани или органа, для выполнения тех или иных функций организма. Все биоактивные имплантаты, применяемые в травматологии и ортопедии, объединяет наличие на их поверхности карбонатного слоя, эквивалентного по составу и структуре минеральной фазе кости. Такой слой имеет структуру поликристаллических агломератов, в состав которых при контактировании с костью включаются коллагеновые фибриллы.