МОДИФИКАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ ПРИ АРТРОПЛАСТИКЕ СУСТАВОВ

В обзоре описаны известные и наиболее распространенные модификации различных полимеров для применения в хирургии. Краткая история пластмасс, используемых в качестве скользящих материалов в эндопротезах. Проанализированы неудачные попытки использования в соединении аллопластических материалов, таких как PMMA, POM, PTFE и PEEK, а также их модификаций. Многие полимеры с отличными скользящими свойствами не могут быть использованы при эндопротезировании суставов из-за аллергических, токсикологических реакций или технологических проблем. Внимание было сосредоточено на полиэтилене PE-UHMW, а также его модификациях, повышающих износостойкость и механическую прочность. В статье приводится краткая информация об интенсивности износа полиэтилена, подвергнутого различным видам модификации, таким как пластическая обработка, сшивание или армирование углеродными волокнами. Также описаны последние тенденции в области совершенствования полиэтилена. Модификация полимеров в артропластике суставов. Значительным достижением было бы получение PEEK, пригодного для использования в эндопротезировании без негативных последствий. Важное направление развития в области биоматериалов скольжения может также касаться материалов, полученных поэтапными методами (3D-печать).

1. Bedzinski R., Biomechanika inzynierska: Zagadnienia wybrane. Oficyne Wydawnictwo Politechiki Wroclawskiej / R. Bedzinski. – Wroclaw, 1997. – 330 p.

2. Fatigue crack propagation resistance of highly crosslinked polyethylene / L. Bradford, D. Baker, M.D. Ries, L.A. Pruitt // Clinical prthopaedics and related research. – 2004. – Vol. 429. – P. 68-72. DOI: 10.1097/01.blo.0000150124.34906.34.

3. Capanidis D. Assessment of polyoxymethylene (POM) degradation occurring during its friction again steel / D. Capanidis // Tribologia. – 2002. – P. 801-809.

4. Charnley J. The optimum size of prosthetic heads in relation to the wear of plastic sockets in total replacement of the hip / J. Charnley, A. Kamangar, M.D. Longfield // Medical and biological engineering. – 1969. – Vol. 7. – P. 31-39. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02474667.

5. Ciuprina F. Polyethylene crosslinking and water treeing / F. Ciuprina, G. Teissèdre, J.C. Filippini // Polymer. – 2001. – Vol.42. – P. 7841-7846. DOI: 10.1016/S0032-3861(01)00264-6.

6. Electrophoretic deposition of PEEK-nano alumina composite coatings on stainless steel / I. Corni, N. Neumann, S. Novak et al // Surface and coatings technology. – 2009. – Vol. 203. – P. 1349-1359. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2008.11.005.

7. Gierzyńska-Dolna M. Biotribologia / M. Gierzyńska-Dolna. – Wroclaw, 2002. – 156 p.

8. Judet J. The use of an artificial femoral head for arthroplasty of the hip joint / J. Judet, R. Judet // The journal of bone and joint surgery british. – 1950. – Vol.32-B. – P. 166-173. DOI: 10.1302/0301-620X.32B2.166.

9. Measurement of polyethylene wear in total hip arthroplasty: accuracy versus ease of use / J.S. Kang, S.R. Park, E. Ebramzadeh, L.D. Dorr // Yonsei medical journal. – 2003. – Vol. 44(3). – P. 473-478. DOI: 10.3349/ymj.2003.44.3.473.

10. Kowalewski P. Sliding polymers in the joint alloplastic / P. Kowalewski, W. Wieleba // Archives of civil and mechanical engineering. – 2007. – Vol. 7(4). – P. 107-119. DOI: https://doi.org/10.1016/S1644-9665(12)60229-5.

11. Li S. Ultra-high molecular weight polyethylene: from charnley to cross-linked / S. Li // Operative techniques in orthopedics. – 2001. – Vol. 11(4). – P. 288-295. DOI: https://doi.org/10.1016/S1048-6666(01)80044-6.

12. Complications of total hip arthroplasty associated with the use of an acetabular component with a Hylamer liner / B.J. Livingston, M.J. Chmell, M. Spector, R. Poss // The Journal of Bone and Joint Surgery. – 1997. – Vol. 79(10). – P. 1529-1538. DOI: 10.2106/00004623-199710000-00010.

13. Lu Z.P. On sliding friction and wear of PEEK and its composites / Z.P. Lu, K. Friedrich // Wear. – 1995. – Vol. 181-183(2). – P. 624-631. DOI: https://doi.org/10.1016/0043-1648(95)90178-7.

14. Markut-Kohi R. Structure-properties correlations in PE-UNMW: influence of consolidation, crosslinking, sterilization and in vivo use on hip implants / R. Markut-Kohi // Dissertation. – 2001. https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-47578.

15. Characterization of carbon fiber-reinforced peek composite for use as a bearing material in total hip replacements, alternative bearing surfaces in total joint replacement / V. Polineni, A. Wang, A. Essner et al // West Conshohocken. – 1998. – Vol. 8. – P. 266-268. DOI:10.1520/STP12844S.

16. Ptak A. Numerical and experimental analysis of polyethylene material compositions for use in joint endoprosthesis / A. Ptak, P. Kowalewski, Z. Michalska // In book: Proceedings of the 14th International Scientific Conference: Computer Aided Engineering. – 2019. – P. 556-564. DOI: 10.1007/978-3-030-04975-1_64.

17. Pytko A. A. Human hip implants / A. Pytko, A. Kowal // Materials of the 4th symposium on mechanics in medicine. – 1998. – Vol. 1. – P. 197-209.

18. Materials in total joint replacement / S. Santavirta, Y. Konttinen, R. Lappalainen et al // Current orthopaedics. – 1998. – Vol. 12. – P. 51-57.

19. Singh A. Irradiation of polyethylene: Some aspects of crosslinking and oxidative degradation / A. Singh // Radiation physics and chemistry. – 1999. – Vol. 56. – P. 375-380. DOI: https://doi.org/10.1016/S0969-806X(99)00328-X.

20. Smith-Petersen M. Arthroplasty of the hip / M. Smith-Petersen // Journal of bone joint surgery. – 1939. – Vol. 21. – P. 269-288.

21. Sobieraj M.C. Ultra-high molecular weight polyethylene: Mechanics, morphology and clinical behavior / M.C. Sobieraj, C.M. Rimnac // Journal of the mechanical behavior of biomedical materials. – 2009. – Vol. 2. – P. 433-443. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2008.12.006.

22. The biologic response to polyetheretherketone (PEEK) wear particles in total joint replacement: a systematic review / A.A. Stratto-Powell, K.M. Pasko, C.L. Brockett, J.L. Tripper // Clinical orthopedics and related research. – 2016. – Vol. 474. – P. 2394-2404. DOI: 10.1007/s11999-016-4976-z.

23. Application of novel polymetric materials supporting 3D printing technology in the development of anatomical models and regenerative medicine / A.S. Swinarew, J. Paluch, K. Kubik et al // In book: Innovations in Biomedical Engineering. – 2019. – P. 293-300. DOI: 10.1007/978-3-030-15472-1_31.

24. Voss H., Friedrich K. On the wear behavior of short-fibre-reinforced peek composites / H. Voss, K. Friedrich // Wear. – 1987. – Vol. 116. – P. 1-18. DOI: https://doi.org/10.1016/0043-1648(87)90262-6.

25. Suitability and limitations of carbon fiber reinforced PEEK composites as bearing surfaces for total joint replacements / A. Wang, R. Lin, C. Stak, J. Dumbleton // Wear. – 1999. – Vol. 225-229(2). – P. 724-727. DOI: https://doi.org/10.1016/S0043-1648(99)00026-5.

26. Wang Y., Terrell E.J. Influence of coating thickness and substrate elasticity on the tribological performance of PEEK coatings / Y. Wang, E.J. Terrell // Wear. – 2013. – Vol. 303. – P. 255-261. DOI: 10.1016/j.wear.2013.03.036.

27. Warren N. A short history of total hip replacement, joint replacement / N. Warren // Mosby year book, London. – 1990.

28. Zenkiewicz M. Comparison of some oxidation effects in polyethylene film irradiated with electron beam or gamma rays / M. Zenkiewicz, M. Rauchfleisz, J. Czuprynska // Radiation physics and chemistry. – 2003. – Vol. 68. – P. 799-809. DOI: https://doi.org/10.1016/S0969-806X(03)00368-2.

29. Effects of electron-beam irradiation on surface oxidation of polymer composites / M. Zenkiewicz, M. Rauchfleisz, J. Czuprynska et al // Applied surface science. – 2007. – Vol. 253. – P. 8992-8999.