Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,114

МЕДИЦИНСКИЙ НИТИНОЛ: ДРУГ ИЛИ ВРАГ? ЕЩЁ РАЗ О БИОСОВМЕСТИМОСТИ НИКЕЛИДА ТИТАНА

Муслов С.А., Шумилина О.А.


Abstract:

Keywords:

Взаимодействие между материалом и биологической средой может происходить по двум направлениям. Одно из них - когда на биологические ткани воздействует материал, а второе - когда сам материал подвергается влиянию биологических тканей. При подборе биомедицинских материалов с точки зрения их биосовместимости важно как влияние материала на окружающие ткани (воспалительные реакции, раздражение, боль, некротические изменения и т.д.), так и возможная нежелательная обратная реакция организма на материал и конструкцию из него. Таким образом, биологически совместимым называется материал, который не обладает отрицательным действием на живые ткани и не деградирует от их обратного действия.

В этом плане, приоритетными являются материалы, которые вызывают минимальную и щадящую реакцию окружающих с ними тканей. Такие материалы должны деформироваться в соответствии закономерностями поведения тканей организма, реагировать на изменение формы тканей органов, обладать высокими и стабильными физико-механическими характеристиками, не разрушаться после многократного механического воздействия и обеспечивать комфортный характер взаимодействия пары "конструкция-организм". Исходя из этого подхода, высокий уровень биомеханической совместимости предполагает максимальную близость физико-механических свойств материала к свойствам тканей организма, с которыми они функционально взаимодействуют. То есть базовые критерии при выборе потенциальных биоматериалов должны содержать требования, прежде всего к их механическому поведению.

В последнее время в медицине все больше применяются многофункциональные материалы, в том числе сплавы с эффектом памяти формы (ЭПФ) и сверхэластичности (СЭ). Эти сплавы по заданной программе способны полностью возвращать необычно большие неупругие деформации (до 11-12 %), проявлять резиноподобное поведение, подобное живым тканям, демпфирующие свойства, генерировать значительные напряжения и т.д. Совпадение деформационных характеристик сверхэластичных сплавов с памятью формы и живых тканей обеспечивают биомеханическую совместимость и делает эти сплавы наиболее подходящими и оптимальными материалами в плане их последующего внедрения в инженерно-медицинские конструкции.

Общепризнано, что единоличным лидером среди материалов с ЭПФ являются сплав на основе никелида титана NiTi - нитинол. Применение сверхэластичных материалов с памятью формы позволило улучшить традиционные и получить совершенно новые функциональные свойства приборов и устройств медицинской техники (МТ). Различные специализированные инструменты и изделия - сосудистые эндопротезы и фильтры, стенты, клапаны, окклюдеры, костные и дентальные имплантаты, брекеты, папиллотомы, экстракторы желчных и мочевых камней, пульпоэкстракторы, устройства для создания анастомоза, сетки для герниопластики, ранорасширители, клипсы, зажимы и т.д. - вот небольшая часть типичных примеров применения этих "умных" и технологичных материалов в современной оперативной хирургии и малоинвазивной медицине.

Тем не менее, существует одно препятствие, которое сдерживает массовое и безоговорочное внедрение никелида титана в серийное производство аппаратов МТ. Выход ионов никеля из сплавов на основе NiTi - самая большая проблема, которая стоит при медицинском внедрении нитинола и которая серьёзно обсуждается в литературе. Она охватывает весь диапазон процентного содержания никеля в организме - от высокого до бедного и анализ клинических перспектив применения никелида титана не был бы полным, если не коснуться сравнительной биосовместимости этого материала. Исследования относительной токсичности и канцерогенности никеля и его соединений противоречивы. В ряде работ его относят к аллерго- и канцерогенным материалам, данные о вредном воздействии которых известны, в других, наоборот, считают приемлемым и биологически реактивным лишь у пациентов с повышенной чувствительностью к никелю.

Огромное число исследований свидетельствует, что вхождение никеля в химический состав никелида титана нельзя считать отрицательной чертой никель-титановых сплавов и некоторым ограничивающим фактором для применения этих сплавов в медицине. Контакт никеля с окружающей средой изолирован благодаря образованию на поверхности NiTi тонкой защитной оксидной пленки TiO2. Таким образом, при малых концентраций никеля в организме никелид титана оказывается "невидимым" для гомеостатических систем организма. Кроме того, атомы Ni в никелиде титана в составе сверхрешетки твердого раствора образуют прочную связь с атомами титана. Это препятствует выходу Ni в окружающие ткани и снижает вероятность нежелательных биологических реакций. Коррозионная стойкость никелида титана в основном подтверждена многочисленными исследованиями, в том числе выполненными в растворах кислот, в таких биологических жидкостях как кровь, желчь, слюна, а также в условиях деформации.

Кроме того, "патологическим" потенциалом обладает широкий круг металлических материалов, то есть практически каждый металл обладает специфической токсичностью, и нет практически значимых биоинертных металлов. Например, известны факты неудачного применения внутриваскулярных стентов и фильтров, выполненные из нержавеющей стали, когда после удаления баллона методами сканирующей электронной микроскопии наблюдали существенные гистопатологические изменения со стороны просвета сосуда, образование воспалений, пристеночных тромбов и острый тромбоз и т.д.

Данные о повреждённых никель-титановых стентах с очагами сквозной коррозии после нескольких месяцев эксплуатации призывают к самому пристальному вниманию проблему поверхностной стабильности нитинола. Эти разрушения конструкций из нитинола in vivo и противоречивые характеристики коррозионной стойкости in vitro указывают на существенные недостатки в понимании химии поверхности NiTi. Результаты исследований коррозионных свойств никелида титана in vitro зачастую противоречивы, хотя в несомненном подавляющем большинстве они дают позитивный результат.

Таким образом, несмотря на пристальный интерес к никелиду титана, нашедший отражение в ряде монографий и огромном количестве статей и его очевидную экспансию в сферу наиболее перспективных медицинских материалов, сведения о его биосовместимости являются неполными. Часть данных содержатся в труднодоступных источниках. Отсутствие специальной справочно-библиографической информации по данной тематике ограничивает возможности медицинских и инженерных работников при решении конкретных клинических задач. В настоящей работе сообщается о восполнении этого пробела на примере создания электронной библиотеки (ЭБ) "Применение сплавов с памятью формы в науке, технике и медицине". Ресурс зарегистрирован в российском реестре проектов создания и использования ЭБ в категории "Создание коллекций информационных ресурсов" и научной сети обмена электронными ресурсами. Большая часть базы данных посвящена изучению биоинертности нитинола, исследованиям его электрохимического поведения, аллерго- и канцерогенности, а также токсичности.

Систематизированные данные могут служить ценной образовательной и информационной поддержкой для широкого круга специалистов, студентов и ординаторов медицинских вузов, ученых медиков и практических врачей.


Работа представлена на IV научную международную конференцию «Современные медицинские технологии (диагностика, терапия, реабилитация и профилактика)», Хорватия (Пула), 7-14 июля 2007 г. Поступила в редакцию 21.06.2007.


Библиографическая ссылка

Муслов С.А., Шумилина О.А. МЕДИЦИНСКИЙ НИТИНОЛ: ДРУГ ИЛИ ВРАГ? ЕЩЁ РАЗ О БИОСОВМЕСТИМОСТИ НИКЕЛИДА ТИТАНА // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 10. – С. 87-89;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=4519 (дата обращения: 29.08.2016).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.061