Was sind orthopädische Innenfixierungsmaterialien?

Orthopädische Innenfixierungsmaterialien sind therapeutische Geräte zur Behandlung von Knochenerkrankungen. Orthopädische Innenfixierungsmaterialien können verletztes Knochengewebe effektiv reparieren und auch zur Fixierung von Knochen verwendet werden. Im Allgemeinen werden orthopädische Innenfixierungsmaterialien aus importierten Metallfixierungsgeräten hergestellt und können in menschliche Knochengelenke implantiert werden, um die Wirkung der Behandlung orthopädischer Erkrankungen zu erzielen, ohne dem Körper großen Schaden zuzufügen.

Was sind orthopädische Innenfixierungsmaterialien?

Derzeit spielen metallische interne Fixierungsmaterialien immer noch eine wichtige Rolle bei der Reparatur oder dem Ersatz von erkranktem oder beschädigtem Knochengewebe. Aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit und Bruchzähigkeit eignen sich metallische Materialien zur internen Fixierung gut als Fixierungsvorrichtungen. Zu den häufig verwendeten Materialien für orthopädische Innenfixierungen zählen Edelstahl, Titan, Kobalt-Chrom-Legierungen usw. Diese metallischen Biomaterialien können jedoch bei Korrosion oder Verschleiß giftige Metallionen und/oder Partikel freisetzen, was zu einer Entzündungskaskade, einer Verringerung der Biokompatibilität, Knochenauflösung und sogar zum Versagen des Implantats führen kann. Darüber hinaus passt ihr Elastizitätsmodul nicht gut zum natürlichen Knochengewebe, was zu einem Spannungsabschirmungseffekt führt, die Bildung und Rekonstruktion von neuem Knochen behindert und die Stabilität des Implantats verringert. Wenn sie dauerhaft im Körper verbleiben können, müssen sie durch eine zweite Operation entfernt werden, was die Schmerzen des Patienten und die medizinischen Kosten erhöht. Darüber hinaus ist die Abbaurate schwer zu kontrollieren und die Abbauprodukte können leicht sterile Entzündungen verursachen.

Magnesium ist ein Leichtmetall mit einer Dichte von etwa 1,74 g/cm3 (nur 2/3 einer Aluminiumlegierung und 1/4 einer Stahllegierung). Seine Bruchzähigkeit ist viel größer als die von Keramik. Verglichen mit anderen häufig verwendeten Metallimplantaten liegen sein Elastizitätsmodul und seine spezifische Festigkeit näher an denen von natürlichem Knochen. Magnesiumionen können auch die Bildung von hartem Kallus am Bruchende stimulieren, Osteogenese auslösen, die Bruchheilung fördern und die Knorpelbildung stimulieren. Darüber hinaus ist Magnesium ein Cofaktor für viele Enzyme und stabilisiert die Struktur von DNA und RNA.

Zreiqat et al. stellten fest, dass die Expression von Kollagen Typ I ebenfalls signifikant erhöht war und die Expression von Integrin α5β1 und β1-Ligand ebenfalls signifikant erhöht war, was darauf hindeutet, dass Magnesiumionen die Proliferation und Adhäsion von Osteoblasten fördern können. Mg2+ ist der Schlüssel zum menschlichen Stoffwechsel und kommt im natürlichen Knochengewebe vor. Es ist das viertwichtigste Kation des Menschen. Ein normaler Erwachsener mit 70 kg enthält etwa 1 Mol davon, wovon etwa die Hälfte im Knochengewebe vorhanden ist. Der Magnesiumspiegel in der extrazellulären Flüssigkeit liegt zwischen 0,7 und 1,05 mmol/l und wird durch die Nieren und den Darm im Gleichgewicht gehalten. Wenn der Magnesiumgehalt im Serum 1,05 mmol/l übersteigt, kann es zu Muskellähmung, Hypotonie und Atemnot kommen. Wenn er 6-7 mmol/l erreicht, kann es zu Herzstillstand kommen. Hypermagnesiämie tritt jedoch relativ selten auf, da das Magnesium häufig über den Urin ausgeschieden wird. Magnesium korrodiert in der Elektrolytumgebung des Körpers und bildet ein lösliches, ungiftiges Oxid, das über den Urin ausgeschieden wird.

Daher können Magnesium und seine Legierungen als abbaubare, lasttragende orthopädische Implantate nach einer Knochenheilungsphase von 12 bis 18 Wochen ihre mechanische Integrität bewahren und werden schließlich durch natürliches Gewebe ersetzt. Allerdings sind menschliche Körperflüssigkeiten komplexer als die natürliche Umgebung. Der Chloridgehalt in Körperflüssigkeiten beträgt etwa 150 mmol/l, und auch andere Anionen wirken korrosiv auf Magnesium. Reines Magnesium zersetzt sich schnell und korrodiert in einer Umgebung mit physiologischem pH-Wert (7,4-7,6) und hohem Cl-Gehalt (die Korrosionsreaktion ist: Mg(s)+2H2O→Mg(OH)2(s)+H2(g)(1); Mg(s)+2Cl-(aq)→MgCl2(2); Mg(OH)2(s)+2Cl-→MgCl2(3)). Magnesiumimplantate verlieren ihre mechanische Integrität, bevor der Bruch vollständig verheilt ist, und die Geschwindigkeit, mit der während des Korrosionsprozesses Wasserstoff entsteht, übersteigt die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Wirtsgewebes.

Trotz einiger früher erfolgreicher Versuche hat dieses Metallimplantat in der klinischen Praxis noch keine breite Anwendung gefunden. Es gibt jedoch immer noch einige Methoden, wie das Aufbringen von Legierungselementen und Schutzbeschichtungen, um die Korrosionsrate zu verringern. Natürlich müssen bei diesen Behandlungen auch ungiftige und biokompatible Materialien verwendet werden.