Материаловедческие аспекты создания эрозионностойких узлов трения искусственных суставов человека

• Автор: Гаврюшенко, Николай Свиридович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 281 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава I. Состояние вопроса
1.1. Исторические вехи эндопротезирования суставов
1.2. Анализ свойств металлических и других конструкционных
материалов и эффективности работы их комбинаций в узлах трения эндопротезов суставов
1.3. Анализ результатов применения полимерных материалов в узлах
трения эндопротезов суставов
1.4. Факторы, влияющие на выбор материалов имплантации
1.4.1. Влияние биологических сред организма на имплантаты
1.4.2. Влияние имплантируемых материалов на организм
Глава II. Исследование механических характеристик костных, хрящевых и
связочных структур тазобедренного и коленного суставов человека
2.1. Определение прочности кортикальной кости бедра в направлении,
перпендикулярном оси бедра
2.2. Определение прочности кортикальной кости бедра в направлении,
параллельном ее оси
2.3. Механические свойства спонгиозной костной ткани дистальной части
бедренной кости и проксимальной части большеберцовой кости
2.4. Прочность субхондральной кости
2.5. Определение механических и деформационных свойств хряща в
коленном суставе
2.6. Исследование прочности трубчатой части бедренной кости на
раскалывание
2.7 Определение несущей способности мыщелков, образующих коленный
сустав
2.8 Прочность шейки бедра
2.9 Изучение прочности капсулы тазобедренного сустава человека

2.10 Определение прочности связки головки бедра человека
2.11 Размерные параметры и механические свойства проксимального
отдела бедра человека
2.12 Толщина и твердость хряща на головке бедра человека
2.13 Определение механических свойств собственной связки надколенника
2.14 Изучение механических характеристик передней крестообразной
связки человека
Глава III. Трибологические исследования суставов
3.1. Исследование трения в тазобедренном суставе человека
3.1.1. Материалы и методы
3.1.2. Результаты испытания узла трения тазобедренных суставов человека
3.2. Источник смазки и пути его транспортировки в межмыщелковое
пространство суставов человека
3.3. Определение износостойкости хряща и коэффициента трения в
суставе при возвратно-поступательном скольжении
3.3.1. Материалы, методы и оборудование
3.3.2. Оборудование
3.3.3. Методика испытания
3.3.4. Результаты испытаний
3.3.5. Выводы
3.4. Исследование смазочной способности косного мозга на модели
сустава с разрушенными суставными хрящами
3.4.1. Материалы
3.4.2. Режим испытания
3.4.3. Результаты испытания
3.4.4. Обсуждение результатов
3.4.5. Вывод

Глава IV. Выбор и исследование материалов для узла трения эндопротезов
суставов
4.1. Оборудование
4.2. Образцы материалов и методика определения коэффициента трения
материалов при возвратно-поступательном движении
4.2.1. Образцы материалов и подготовка к испытанию
4.2.2. Методика определения коэффициента износа материала при возвратно-поступательном движении
4.3 Режимы испытания материалов
4.4. Материалы
4.5. Результаты испытания
4.6. Обсуждение результатов
4.7. Разработка способа изменения поверхностных свойств трущихся
элементов эндопротезов суставов из титановых сплавов с целью улучшения их эксплуатационных характеристик
4.7.1. Метод ионной имплантации
4.7.2. Имплантация серий экспериментальных образцов
4.8. Исследование смачиваемости образцов титанового сплава ВТ6
модифицированной поверхностью
4.8.1. Экспериментальные результаты
4.8.2. Обсуждение экспериментальных результатов
4.8.3. Влияние способа полировки и шероховатости поверхности образцов на смачивание
4.9. Влияние модификации поверхности на износостойкость титанового
сплава ВТ6
4.9.1. Экспериментальные результаты
4.9.2. Обсуждение результатов
4.10. Исследование микротвердости модифицированных образцов из сплава

эндопротезов как цементным, так и бесцементным способом. В частности Me Minn пытается доказать свои взгляды, работая на литейном СоСгМо сплаве и покрывая гидроксиапатитом ацетабулярную чашку. Крепление ножки он осуществляет с помощью акрил-цемента. Wagner же использует сплав Protasul-21 WF и бесцементное крепление.
Несмотря на вновь возникшую волну интереса к металл-металлической паре трения, у многих исследователей остаются сомнения в истинности степени износа металлов и безопасности воздействия ионов металлов и металлических частиц на организм человека.
Приведем некоторые данные из публикации 1982 года английских исследователей Dobbs и Minski, которые подробно обследовали органы и ткани 81-летней женщины, умершей от сердечного приступа [23].
Пациентка дважды подвергалась операции по установке эндопротезов тазобедренного сустава: один из них с металл-металлическим узлом трения прослужил 14 лет, а другой - металлополимерный - 5 лет. Ножки обоих эндопротезов были установлены на акрил-цементе. Ацетабулярный компонент металлополимерного эндопротеза был также установлен с помощью цемента. Металлические части были изготовлены из комохрома, соответствующего британскому стандарту BS3531 1963 и 1968 гг. и содержащего 59% Со, 30% Сг, 9% Mo и 1,5% Ni. Измерения показали, что концентрация кобальта и хрома в легких, почках, печени и селезенке была в 50 раз выше нормы. Ткани, окружавшие металл-металлический сустав, были сильно загрязнены металлическими продуктами износа.
В противоположность им ткани вокруг металлополимерного эндопротеза были практически свободными от продуктов износа.
Количественную сторону загрязнений демонстрирует таблица 1.2.
Таблица
Концентрация металлов в суставной капсуле, мг/г сырой ткани
Элемент Сочетание материалов в узле трения эндопротеза сустава
СоМоСг - СоМоСг СоМоСг - СВМПЭ
Со 62
Сг 327
Mo 6
Ni 2