Причина такого явления обычно связана с повреждением среднего уха. Результатом часто является разрыв слуховой цепи (рис.1), которая состоит из молоточка, наковальни и стремечка, и которая проводит звуковые волны, проходящие во внутреннее ухо через барабанную перепонку. В течение нескольких десятилетий пациенты с этим недугом оперировались, в процессе чего им обычно вживляли протез (рис.1, внизу справа). Изначально трансплантатами выступали участки тела пациента или донора, но вскоре появились и нашли свое применение имплантаты из аллопластика (небиологический материал). Тем не менее, есть достаточно возможностей для улучшения имплантатов среднего уха. С медицинской точки зрения имплантация будет успешной, если постоперационное снижение слуха в сравнении с нормальным слухом не будет превышать 10 дБ. Однако ухудшение слуха на 10дБ равняется 50% снижению слухового восприятия по сравнению со здоровым ухом. Решающими факторами для успеха такой операции являются опыт лечащего врача, расположение имплантата и его совместимость с костью, т.е. насколько ткань будет с ним совместима. Изучение кости До настоящего момента устоявшиеся типы имплантатов среднего уха в медицине в основном изготовлялись из металлической оксидной керамики, как например, TiO2 и ZiO2, а также из биосовместимых металлов, золота и титана, причем последний широко распространен в Европе. Однако механические характеристики всех этих металлов несколько не соответствуют тем биологическим системам, которые они заменяют, а также слуховой цепи (табл. 1). Более того, существуют ограничения относительно придания формы этим материалам, поэтому предыдущие имплантаты были лишь простых цилиндричесикх форм. Таким образом, существует огромный потенциал развития сферы имплантатов среднего уха. Тем не менее имплантаты, изготовленные из полимеров, все еще не получили широкого распространения. Такие группы полимеров, как полиэфиркетоны (ПЭК) и полисульфоны (ПСУ), в настоящие время нашли применение в медицине в качестве небиологического материала для долгосрочных имплантатов. Их низкая гигроскопичность и отличная биосовместимость делают их универсальными в использовании, даже для сердечно-сосудистых систем. Более того, механические свойства ПЭК и ПСУ являются уникальными в сравнении с другими материалами для имплантатов среднего уха, поскольку они приближаются к свойствам человеческой кости (табл.1). Следовательно, имплантаты, изготовленные из этих полимеров, будут обладать особенно хорошими характеристиками при проведении высокочастотных (от 4 гГц) звуковых волн. Их относительно низкая плотность ведет к снижению нежелательного оглушения при таких частотах. Вследствие низкого веса полимерного имплантата возможен низкий уровень «оглушения» при всех частотах [2]. Таблица 1. Тестируемые материалы для имплантата среднего уха. Только полиэфиркетоны и полисульфоны обладают механическими характеристиками, приближенными к естественной структуре кости [1]. | Плотность (г/см3) | Модуль растяжения (ГПа) | Сила растяжения (МПа) | | Керамика | 4-6 | 210-420 | 350-650 | | Сплавы титана (ASTM F67) | 4,4 | 115 | 850-1120 | | Золото | 19 | 79 | 130 | | Нержавеющая сталь (ASTM 316L, 317L) | 8 | 190-210 | 480-1700 | | Полисульфоны (ПСУ) | 1.24 | 2.5 | 70 | | Полиэфиркетоны (ПЭК) | 1.32 | 3.7 | 100 | | Кость | 1.7-2.0 | 3-30 | 60-160 |
Микролитье под давлением поддерживает микрохирургию Здесь наиболее продуктивным методом представляется метод микролитья под давлением. При нынешнем развитии высоких технологий с помощью этого метода можно изготавливать детали минимальных размеров и структур, что дает возможность производить оптимизированные имплантаты среднего уха. Полимерные материалы могут быть использованы при впрысках, массой 1-3 мг, в зависимости от размера имплантата. Более того, микролитье под давлением дает возможность придавать имплантатам различную форму, например, свободно формирующиеся поверхности и вырезки, что очень дорого при использовании обычных керамических и металлических имплантатов. Так форма имплантата уже не продиктована методом обработки, но ее можно изготовить согласно идеальной физиологической форме. С другой стороны, при использовании нынешних цилиндрических моделей подходящий глушащий элемент в центре имплантата (рис.2, слева) может имитировать вибрации естественных биологических систем [3]. Микро может все Реакция окружающей ткани на имплантат в основном зависит от материала и, более того, от структуры поверхности. Здесь внедрение в кость можно контролировать с помощью структуры поверхности. В микролитье под давлением устойчивые структуры могут быть изготовлены шириной 1 µм при высоте около 5 µм (и более). Тогда они будут на порядок меньше, чем одна красная кровяная клетка (эритроцит), самая маленькая клетка человеческого тела. Участки имплантата среднего уха при непосредственном контакте с тканью могут быть изменены в процессе микролитья под давлением таким образом, что они будут способствовать внедрению в кость отдельных типов клеток. Наиболее важными аспектами выступают текстура поверхности, которая должна быть мельче текстуры клетки, а структура поверхности должна соответствовать размеру индивидуальных клеток. Затем имплантат может быть выпущен, что будет способствовать росту соединительной ткани к барабанной перепонке (рис.3). Сторона стремечка, с другой стороны, может быть оптимизирована для костных соединений, таким образом, улучшая соединение и разъединение звуковой волны от имплантата и в него. В этой точке перехода лежит одна из основных причин уменьшенной проводимости звуковой волны, которое является результатом внедрения протеза среднего уха. Следовательно, здесь также существуют перспективы развития и совершенствования. Более того, полимерный имплантат можно покрыть микрослоем с помощью соответствующих технологий. Титанирование, например, придает структуре после литья под давлением дополнительные характеристики, так чтобы она могла сочетаться с высокой биосовместимостью титана. Имплантат может быть произведен с той целью, чтобы он мог взаимодействовать с тканью как титановый имплантат, но с 50% уменьшением веса. Проект ОТО-µ Основные моменты осуществления такой инновации, как литье под давлением имплантата среднего уха, вырабатываются в рамках проекта ОТО-µ, который поддерживается Немецким регионом Бавария. Весь проект находится под управлением компаний «Horst Scholz GmbH» и «Co. KG», Кронах, Германия, которые проводят экспертизу в области микролитья под давлением, а также обработку ПЭК и ПСУ. Факультет Медицинских Технологий в Мюнхенском Техническом Университете (профессор, доктор Д.Э.Уинтермантель), а также компания «ITEM GmbH», Гаршин, Германия (недалеко от Мюнхена), выполняют эксперименты с клетками и моделирование методом конечных элементов, чтобы выработать необходимые биологические и физиологические основы для определения оптимальной геометрической структуры и структуры поверхности (рис.4). Клиника отоларингологии при Ганноверской Медицинской Школе (профессор доктор T.Lenarz) выступает в качестве научного консультанта по всем медицинским вопросам. Рис.4. Моделирование методом конечных элементов имплантата среднего уха, произведенного с помощью микролитья под давлением, для измерения собственных частот. Изображено при среднем перемещении (рис.: Хофстеттер). Помощь полимеров Хотя с физиологической и технической точки зрения полимер является подходящим материалом для производства имплантата среднего уха, такое его применение является новым. При использовании микролитья под давлением можно выпускать имплантаты с совершенно новой геометрической структурой, а также с оптимизированными зонами контакта для улучшенного внедрения в кость. Таким образом, полимеры могут внести существенный вклад в улучшение имплантатов среднего уха и в повышение уровня жизни людей с подобными проблемами. www.polymery.ru |
