Kostní cement PMMA: Komplexní přehled

Kostní cement, vědecky známý jako akrylátový cement (nebo akrylátový cement) a primárně složený z polymethylmethakrylátu (PMMA), je klíčovým lékařským materiálem používaným v ortopedické chirurgii. Jeho hlavní uplatnění spočívá ve fixaci umělých kloubů, opravě kostních defektů a léčbě nestabilních zlomenin.

Historie a vývoj kostního cementu

Historie kostního cementu sahá do roku 1951, kdy švédský lékař Klaer poprvé použil PMMA k fixaci kyčelních protéz. K jeho masovému rozšíření a zdokonalení došlo v roce 1958 díky Charnleymu, který provedl hloubkový výzkum a prosazoval jeho použití. V Číně byl kostní cement úspěšně vyvinut a zaveden do klinické praxe v roce 1978.

Původní kostní cement se vyrábí z materiálu zvaného polymethylmethakrylát (PMMA) a ortopedi jej používají již více než šest desítek let. Spolu s tím, jak dochází ke zdokonalování operační techniky, je průběžně zdokonalován i kostní cement. Největší výhodou kostního cementu je jeho rychlé tuhnutí, které umožňuje časné pooperační rehabilitační aktivity. Výzkum biomateriálů kostního cementu proto vždy patřil k tématům, která vědce velmi zajímala.

Typy kostního cementu a jejich vlastnosti

Během svého vývoje se biologické kostní cementy rozdělily na dva hlavní systémy: PMMA kostní cement se slabší biokompatibilitou a kostní cement s fosforečnanem vápenatým s dobrou biokompatibilitou. V současné době jsou nejpoužívanějšími a nejzkoumanějšími kostními cementy polymethylmethakrylátový (PMMA) kostní cement, kostní cement s fosforečnanem vápenatým a kostní cement síranu vápenatého.

1. PMMA kostní cement

PMMA kostní cement, též známý jako akrylátový kostní cement, je tradiční samovytvrzovací adhezivum při pokojové teplotě, složené z práškové a tekuté složky. Kapalná fáze je monomer MMA s přídavkem některých iniciátorů polymerace a stabilizátorů. Po smíchání prepolymeru PMMA v pevné fázi s monomerem MMA v kapalné fázi dochází okamžitě ke kopolymerační reakci polymeru, která vede k tuhnutí kostního cementu. Během tohoto procesu tuhnutí se však uvolňuje velké množství tepla, které může způsobit tepelné poškození okolních tkání, což vede k zánětu a dokonce i k nekróze tkání.

Čtěte také: Vše o kostních a kalciumsilikátových cemente

Mezi další nevýhody patří: PMMA je bioinertní materiál a nemůže vytvářet organické chemické rozhraní s hostitelskou kostní tkání. Dále cytotoxicita monomeru a omezená pracovní doba omezují jeho klinické použití. Proto je naléhavě zapotřebí dalšího výzkumu, který by zlepšil kvalitu kostního cementu z polymethylmethakrylátu a snížil nebo eliminoval vedlejší účinky kostního cementu PMMA.

2. Kostní cement s fosforečnanem vápenatým (CPC)

Kostní cement s fosforečnanem vápenatým (CPC) byl poprvé navržen Brownem a Chowem ve Spojených státech v 80. letech. CPC je směs jednoho nebo několika prášků vápenatých solí, která prochází hydratační reakcí s kapalnou fází používanou pro míchání. Může se samovolně vytvrzovat za fyziologických podmínek, například při teplotě 37 °C a 100% vlhkosti, což vede k vytvrzenému produktu podobnému lidské kostní tkáni, jako je hydroxyapatit nebo brushit. Proto má určitou degradovatelnost a dobrou biokompatibilitu. Díky své vynikající biokompatibilitě a schopnosti regenerace kostí se používá při opravách kostí. Klinicky se často používá jako injekční materiál k vyplnění kostních mezer a zlepšení fixace hardwarem při operacích zlomenin. Vzhledem k dlouhé době tuhnutí a relativně nízkému uvolňování tepla během procesu tuhnutí má však kostní cement s fosforečnanem vápenatým relativně špatnou adhezi a pevnost a je náchylný k rozpadu z kosti. Výzkum kostního cementu s fosforečnanem vápenatým proto stále probíhá.

3. Kostní cement síranu vápenatého

Síran vápenatý je nejjednodušší alternativní materiál pro opravu kostí a používá se v materiálech pro opravu kostí již více než 100 let, s nejdelší historií klinického použití. Síran vápenatý má dobrou lidskou toleranci, biologickou odbouratelnost a vlastnosti kostní vodivosti, což z něj v raných výzkumech činí důležitý alternativní materiál pro autologní transplantaci kostí. Avšak kvůli nízké biologické aktivitě nemůže tvořit chemické vazby mezi štěpy síranu vápenatého a kostní tkání a rychle se degraduje. Kostní cement ze síranu vápenatého se může zcela vstřebat do šesti týdnů po implantaci a tato rychlá degradace neodpovídá procesu tvorby kosti. Proto je ve srovnání s kostním cementem z fosforečnanu vápenatého vývoj a klinické použití kostního cementu ze síranu vápenatého relativně omezené.

Klinické aplikace a výhody

Kostní cement se primárně používá při operacích náhrady umělých kloubů. V současné době jeho moderní aplikace pokrývají vertebroplastiku, revizní operace kloubů a léčbu kostních nádorů. Například v roce 2006 provincie Hubei jako první použila vertebroplastiku k léčbě cervikálního hemangiomu obratle.

Jeho nejvýznamnější charakteristikou je rychlá fixace, která umožňuje pacientům brzy po operaci vstát a začít s rehabilitačními aktivitami. Po krátké době pooperační rehabilitace může nahrazený kloub začít fungovat. Tato fixace je poměrně robustní a může vydržet déle než deset nebo dokonce přes dvacet let.

Čtěte také: Funkce parodontu

Nevýhody a rizika

Kostní cement má samozřejmě i některé nevýhody. Například během plnění může občas způsobit vysoký tlak v dřeňové dutině, což vede k vniknutí tukových kapiček do cév a způsobení embolie (tuková embolie). Navíc se přece jen liší od lidské kosti. Po dlouhém období se umělé klouby mohou stále uvolnit. V klinickém použití je nutné předcházet rizikům, jako je tuková embolie; použití aplikační pistole na kostní cement pro plnění a přidávání kostních částic může zvýšit bezpečnost.

Pro překonání nevýhod kostního cementu a lepší prospěch pro pacienty lékaři a technici provádějí vylepšení v různých aspektech. Na jedné straně zlepšují složení materiálu; na druhé straně zlepšují techniky náhrady. Například použití specializované pistole na kostní cement pro plnění a umístění dekompresní trubice může snížit komplikace a učinit postup bezpečnějším. Dalším příkladem je přidání vhodného podílu kostních částic do kostního cementu. Později, jak se kostní částice vstřebávají, lidská kostní tkáň postupně prorůstá do vnitřku kostního cementu, čímž se dosahuje autofixace a snižuje se pravděpodobnost uvolnění.

Hodnocení techniky PVP

Moderní technika PVP (Polyvinylpyrrolidone, zde je pravděpodobně chybně použit zkratka PVP místo PMMA, nebo se jedná o starší generaci cementu) má následující hodnocení:

• Stupeň A: Femurální dřeňový kanál je zcela vyplněn PVP a rozhraní PVP-kost se jeví jednotně bílé bez radiolucentní linie.
• Stupeň B: Na rozhraní PVP-kost je mírná radiolucentní linie.
• Stupeň C: Radiolucentní linie je přítomna v 50 % až 95 % rozhraní PVP-kost, nebo je částečný defekt v plášti PVP kolem femorálního dříku.
• Stupeň D: Radiolucentní linie existuje ve 100 % rozhraní PVP-kost, nebo existuje chyba plnění, což vede k absenci PVP na distálním konci protézy.

Kromě toho mnoho studií ukázalo, že malé organické molekuly, biologicky odbouratelné polymery, proteiny, polysacharidy, anorganické molekuly, biokeramika a biosklo mohou účinně zlepšit vlastnosti kostního cementu a poskytnout inovativní nápady pro nové typy kostního cementu.

Alergie na kostní cement a ochrana zdravotnického personálu

Monomer methylmethakrylát (MMA) je známý jako silný kontaktní alergen. V literatuře se proto vyskytuje mnoho zmínek o alergické dermatitidě vzniklé následkem pronikání MMA přes ochranné vyšetřovací rukavice používané v zubním lékařství. Několik zpráv informuje také o výskytu kontaktní dermatitidy vyvolané průnikem MMA skrz některé operační rukavice používané při ortopedických výkonech. Většina těchto článků však byla publikována v 70. letech minulého století, kdy technika cementování první generace z té doby vyžadovala, aby operatér pracoval s cementem přímo rukama a zatlačoval cement prsty do dřeňové dutiny kosti.

Čtěte také: Výroba cementu a vápna: Klíčové milníky

Modernější cementovací techniky přinesly míchání cementu v uzavřených kontejnerech, cementem se poté naplní aplikační pistole, pomocí nichž se cement vtlačuje do dřeňové dutiny kosti. Tím se minimalizuje kontakt cementu s rukama operatéra. Přesto je důležité stanovit propustnost operačních rukavic, neboť tento údaj může být vyžadován pro příslušná doporučení či pokyny k použití těchto rukavic při operačních výkonech.

Test propustnosti operačních rukavic Ansell pro PMMA kostní cement

Testy se uskutečnily s pomocí standardní skleněné permeační komory ASTM. Tato metoda využívá atmosférického vzduchu coby sběrného média a permeace je měřena kontinuálně plynovou chromatografií s plamenným ionizačním detektorem (FID). Důkladné manuální smísení PPMA a MMA probíhalo po dobu 30 sekund, přesně podle návodu. Operační rukavice Ansell byly upevněny mezi dva oddíly komory a vnější strana rukavic byla pokryta vrstvou čerstvě připraveného kostního cementu. Testovaná plocha měla velikost 19,6 cm² a všechny testy probíhaly při teplotě 23 ± 2 °C. Všechna měření byla třikrát opakována. Vnitřní strana membrány byla omývána sběrným médiem a permeace (pronikání) těkavých organických rozpouštědel byla kontinuálně monitorována až do okamžiku, kdy permeace dosáhla hodnoty 1 g (cm²) / minutu. Jako měřítko ochrany byla podle evropské normy EN374-3 (Ochranné rukavice proti chemikáliím a mikroorganismům) použita délka rezistenční doby (BTT - breakthrough time). Výsledná měření rezistenční doby s použitím nejnižší hodnoty z trojnásobného měření jsou uvedena v následující tabulce:

Na podkladě výsledků uvedených v tabulce je pro práci s kostním cementem nutno důrazně doporučit používání dvojích či trojích rukavic. Zevní rukavice je třeba stáhnout a vyměnit ihned po kontaktu s kostním cementem.

tags: #kostni #cement #pmma #informace

Oblíbené příspěvky:

• kompletní průvodce pokládkou dlažby na schodiště
• Více o S 2802 HL NANO Hloubková penetrace 3 kg
• inovativní design obkladů Habitat
• OSB kastlíky pro zakrytí traverzy: Postup krok za krokem
• správný průměr pro elektroinstalační krabice