האם סגסוגות טיטניום מזיקות לגוף האדם? תאימות ביולוגית ותקנים
Nov 16, 2023
סגסוגות טיטניום הן בין המתכות המושתלות ביותר ברפואה המודרנית, ולשאלה האם הן יכולות להזיק לגוף האדם יש תשובה קצרה וארוכה ושימושית יותר. התשובה הקצרה היא שדרגות שתלים מבוססות נחשבות בטוחות כאשר הן מיוצרות לפי המפרט הרפואי הנכון ומסתיימות כראוי.
תאימות ביולוגית: מדוע רקמות סובלות טיטניום
התאמה ביולוגית פירושה שחומר יכול לשבת במגע עם רקמה חיה מבלי לעורר תגובה חיסונית או אלרגית משמעותית. טיטניום משיג זאת באמצעות שכבת תחמוצת דקה, יציבה, -מתקנת בעצמה, שנוצרת תוך אלפיות שניות מחשיפה לאוויר או לנוזל הגוף. שכבה זו אינרטית מבחינה כימית ומבודדת חשמלית, כך שהמתכת שמתחתיה לעולם אינה במגע ישיר עם רקמה. תאי עצם נצמדים אליו, וזו הסיבה שתלי טיטניום יכולים להשתלב באופן מכני עם העצם במקום פשוט לשבת בחלל.
עמידות בפני קורוזיה בנוזל הגוף
נוזל הגוף הוא אלקטרוליט חם, מחומצן, נושא כלוריד, והוא תוקף את רוב המתכות המבניות ברציפות. טיטניום מתנגד לו היטב, וזו הסיבה השנייה שהשתלים נמשכים. סרט התחמוצת מתחדש באופן מיידי אם הוא נשרט במהלך הניתוח או במהלך המיקרו-תנועה בשירות, כך שהתמוטטות מקומית לא הופכת לבור גדל. לפיכך, שחרור מתכת משתל טיטניום נמוך מאוד בהשוואה למכשירי קובלט-כרום או מפלדת אל חלד, וזו אחת הסיבות לכך שהטיטניום מועדף עבור שתלים לטווח ארוך- כגון החלפות מפרקים ואביזרי שיניים.
צפיפות, משקל ונוחות המטופל
| חוֹמֶר | צפיפות (g/cm3) | מודול אלסטי (GPa) |
|---|---|---|
| עצם קליפת המוח | 1.8 עד 2.0 | 10 עד 30 |
| טיטניום ו-Ti-6Al-4V ELI | 4.51 עד 4.43 | בערך 105 עד 110 |
| נירוסטה 316L | בערך 8.0 | בערך 200 |
| קובלט-סגסוגת כרום | בערך 8.3 | בערך 230 |
טיטניום יושב הרבה יותר קרוב לעצם הן בצפיפות והן בקשיחות מאשר פלדה או קובלט-כרום. צפיפות נמוכה יותר פירושה פחות משקל שנשא המטופל, ומודול אלסטי נמוך יותר פירושו פחות מיגון מתח של העצם שמסביב, מה שמפחית את ספיגת העצם סביב השתל. המודולוס עדיין פי כמה מזה של העצם, ולכן מיגון המתח מצטמצם ולא מתבטל.
שאלת הניקל
ניקל הוא האלרגן הנפוץ ביותר למתכת, והוא קיים בפלדת אל-חלד ובחלק מסגסוגות קובלט, לא בטיטניום לא ממוסג או ב-Ti-6Al-4V. תגובות אלרגיות מתועדות לטיטניום הן נדירות. כאשר ידוע כי מטופל רגיש לניקל, זמינות סגסוגות טיטניום ללא-ניקל כגון Ti-6Al-7Nb או Ti-13Nb-13Zr. סגסוגות זיכרון בצורת ניקל-טיטניום, המכילות בערך פרופורציות אטומיות שוות של ניקל וטיטניום, נמצאות בקטגוריה אחרת: הן משמשות עבור סטנטים וחוטים אורתודונטיים, ושחרור הניקל שלהן נמוך מכיוון שאותו סרט תחמוצת פסיבי מכסה את פני השטח, אך הן אינן הבחירה הראשונה עבור חולה ניקל אלרגי ידוע.
אילו תקנים קובעים טיטניום רפואי
| מִפרָט | תְחוּם | מגבלות מפתח |
|---|---|---|
| ASTM F67 | טיטניום לא ממוסג ליישומי שתלים כירורגיים, דרגות 1 עד 4 | חמצן, חנקן, פחמן, מימן וברזל מבוקר; דרגה 4 מספקת את החוזק הגבוה ביותר של המשפחה ללא סגסוגת |
| ASTM F136 | Ti-6Al-4V ELI מחושל לשתלים כירורגיים | אלומיניום 5.50 עד 6.50%, ונדיום 3.50 עד 4.50%, חמצן 0.13% מקסימום, חנקן 0.05% מקסימום, ברזל 0.25% מקסימום, מימן 0.012% מקסימום |
| ASTM F1472 | Ti-6Al-4V מחושלת לשתלים כירורגיים, דרגת ביניים סטנדרטית | כמות חמצן גבוהה יותר מדרגת ELI, בשימוש כאשר הקשיחות הנוספת של ELI אינה נדרשת |
| ASTM B348 | מוט טיטניום, בילט ומלאי פרזול לשימוש תעשייתי כללי | בסיס כימיה ומאפיינים מכניים לצורות הטחנה המעובדות מאוחר יותר למכשירים |
ייעוד ה-ELI ב-ASTM F136 מייצג מידע ביניים נמוך במיוחד. הורדת חמצן וברזל מעלה את קשיחות השבר ואת ביצועי הרגישות לחריצים, שחשובים עבור שתל נושא עומס. מוט רפואי מסופק בדרך כלל ל-F136 ולא לדרגה תעשייתית כללית מסיבה זו.
מה בעצם יכול לגרום לבעיות
הסיכונים הריאליים אינם הסגסוגת עצמה אלא אופן העיבוד שלה. זיהום פני השטח בברזל כתוצאה מכלי עבודה יכול ליצור אתר לקורוזיה מקומית. שאריות של עיבוד שבבי או משטח לא נקי בצורה מספקת יכולים לעורר תגובה דלקתית. עודף מימן שנספג במהלך העיבוד עלול להוביל להיווצרות הידריד ולהתפרקות, וזו הסיבה שגם ASTM F136 וגם ASTM F67 מכסים מימן ב-0.012% ו-0.015% בהתאמה. כבישה נכונה, פסיבציה, אריזה ועקיבות מטפלים בבעיות אלו.
שאלות נפוצות
Q:האם סגסוגות טיטניום בטוחות בדרך כלל לגוף האדם?
ת: כן. ציונים לא משולבים ו-Ti-6Al-4V ELI הם חומרי שתלים מבוססים המשמשים להחלפת מפרקים, אביזרי שיניים, לוחות עצם ומכשירים כירורגיים, בתנאי שהם עומדים ב-ASTM F67 או ASTM F136 ובעלי גימור נכון.
Q:האם מטופל יכול להיות אלרגי לטיטניום?
ת: אלרגיה לטיטניום מתועדת היא נדירה. ניקל, שאינו קיים בטיטניום לא ממוסג או ב-Ti-6Al-4V, הוא האלרגן הנפוץ הרבה יותר, וקיימות חלופות נטולות ניקל עבור חולים רגישים.
Q:מדוע הטיטניום אינו משחית בתוך הגוף?
ת: סרט דק של תחמוצת טיטניום נוצר באופן מיידי בנוכחות חמצן ורפורמות אם ניזוק, מרחיק את נוזלי הגוף מהמתכת ומחזיק את שחרור המתכת לרמות נמוכות מאוד.
Q:מה המשמעות של ELI ב-ASTM F136?
ת: מודעת ביניים נמוכה במיוחד. החמצן מוגבל ל-0.13% וחנקן ב-0.05%, מה שמשפר את קשיחות השברים והתנהגות העייפות בהשוואה לדרגת Ti-6Al-4V הסטנדרטית.
Q:האם הצפיפות הנמוכה של טיטניום חשובה מבחינה רפואית?
ת: כן. ב-4.51 גרם/סמ"ק זה בערך מחצית מצפיפות הפלדה וכרום קובלט-, כך שהשתלים קלים יותר, ומודול האלסטי התחתון שלו מפחית את מיגון המתח של העצם הסמוכה.
