Журнал «Травма» Том 12, №3, 2011

Одним из современных методов лечения переломов остается остеосинтез металлическими имплантатами из нержавеющей стали, титана и др. Обладая достаточной механической прочностью, конструкции из указанных сплавов отрицательно влияют как на костную ткань, так и на организм человека в целом. Негативным является и то, что после консолидации перелома необходимо повторное оперативное вмешательство по удалению металлоконструкции.

Полимеры были первыми материалами, которые использовались как биоабсорбируемые [1, 5].

Магний и продукт его коррозии имеют отличную биосовместимость. В результате магний приобрел широкое применение в области биоматериалов как биоразлагаемый и биоабсорбируемый медицинский материал. Были использованы различные методы, чтобы контролировать коррозию магния, такие как очистка, анодирование, легирование (сплавление) металлов и покрытие поверхности различными материалами. Исследования показали, что очистка магния значительно уменьшает коррозию [4, 6]. Но химически чистый магний обладает слабыми механическими свойствами, он очень хрупкий и непрочный на разрыв. Сплавы магния с различными элементами дают нам возможность увеличить механическую пригодность чистого магния, но вещества для сплавов должны выбираться тщательно, чтобы поддерживать биосовместимость и коррозио­устойчивость магния.

Цель исследования — в эксперименте изучить биорезорбтивные свойства промышленных сплавов магния.

Материалы и методы исследования

Первым этапом исследования был анализ литературных источников по применению сплавов магния в медицине. Определено, что использование свойства магния растворяться в организме человека начато с середины XIX столетия. Описаны исследования по использованию сплавов магния в травматологии и ортопедии [1–4]. Однако широкого распространения имплантаты из магниевых сплавов не получили, и в конце 90-х годов ХХ столетия возобновились эксперименты по применению магниевых сплавов в травматологии и ортопедии [3, 5, 6].

Анализ литературных источников позволил выделить ряд преимуществ магниевых сплавов:

— магниевые сплавы легки (по весу). Они на 1/3 так же плотны, как и сплавы, основанные на титане, и на 1/5 — как сплавы из нержавеющей стали и хромокобальтовые сплавы. Большой интерес вызывает эластичность магниевых сплавов. Кость, как живая ткань, постоянно корректируется и приспосабливается под напряжением. Этот процесс коррекции может провести к стрессовой защите, если присутствует имплантат;

— исходная упругость кортикального слоя кости находится в порядке 3–20 ГПа. Для примера: модуль эластичности для безупречных сталей — обычно около 200 ГПа, для хромокобальтовых сплавов — порядка 230 ГПа и для титановых сплавов — почти 115 ГПа. Магниевые сплавы, для сравнения, имеют модуль эластичности около 45 ГПа, который более точно соответствует самой кости, таким образом уменьшается вероятность защиты напряжения и связанной с этим силы самой кости (ее плотности).

Нами было проведено исследование: изготавливали литые образцы из стандартных магниевых сплавов Мл-5 и Мл-10 (табл. 1, 2) в условиях ОАО «Мотор-Сич» для контроля механических свойств, коррозионных испытаний и металлографического анализа.

Механические свойства данных сплавов удовлетворяют требованиям ГОСТ 2856-79 (табл. 2).

Коррозионные испытания проводили на образцах диаметром 10 х 5 мм в 3% водном растворе NaCl в термостате при температуре 38 °С. Образцы взвешивали, помещали в пробирки с раствором на 10, 20 и 30 дней, извлекали и взвешивали. Считали потерю массы (их растворимость) (табл. 3).

Видно, что сплав Мл-5 имеет значительно более высокую растворимость по отношению к Мл-10. Поэтому перспективным в этом направлении является Мл-10. Однако для остеосинтеза его растворимость слишком высока, поэтому было исследовано влияние микродобавок скандия в этот сплав для регулировки его растворимости. Скандий вводили в магниевый сплав в виде присадок лигатуры в количестве 0,1 и 1,0 % мас.

Добавки этого элемента измельчают структуру сплава (рис. 2), повышают механические свойства и коррозионную стойкость (снижают растворимость) (табл. 4).

Результаты и их обсуждение

Результаты проведенных экспериментальных исследований сплавов промышленного магния Мл-5 и Мл-10 подтверждают их достаточную механическую прочность, соответствующую механической прочности кости. Исследования степени растворимости исследуемых сплавов показали, что сплав Мл-5 к концу эксперимента полностью растворился, в то время как сплав Мл-10 потерял всего 4 % своей массы. Учитывая сроки консолидации переломов, более перспективным в качестве материала для имплантатов может быть сплав Мл-10. Исследования, направленные на уменьшение биоабсорбирующих свойств сплава Мл-5 путем введения в качестве присадки Sc, свидетельствуют об улучшении механических и коррозионных свойств.

Выводы

1. Промышленные сплавы Мл-5 и Мл-10 обладают достаточными механическими свойствами, приближенными к механической прочности кости.

2. В исследованиях in vitro сплав Мл-5 показал быструю растворимость.

3. Механическую прочность и коррозионную стойкость сплавов Мл-5 можно корректировать путем введения микроприсадок (скандий).