الإسمنت العظمي الأكريلي
اسمنت عظمي اكريلي
Bone cement, acrylic - Ciment osseux,acrylique
عبد المنعم رزوق
تركيب إسمنت الأكريلات العظمي acrylic bone cement
تطبيقات الإسمنت العظمي الأكريلي
استُخدم البولي ميثيل ميتاكريلات (PMMA)، مادة أساسية في الإسمنت العظمي في العام 1934. حيث استعمل هذا البوليمر أول مرة في أواخر ثلاثينيات القرن العشرين لترميم العيوب القحفية cranial defects عند القرود.
دخل إسمنت الأكريليك حيز التطبيق في الجراحة العظمية في العام 1951، واستُخدم أول مرة طبقة بديلة لرأس عظم الفخذ بعد إزالة الطبقة الغضروفية عنه.
يُعدّ إسمنت الأكريليك من أكثر المواد القابلة للحقن، والأكثر استعمالاً في عمليات رأب المفاصل arthroplasties إلى العظام القريبة منها. لكن نظراً للمساوئ التي تتصف بها بوليمرات الميثيل ميتاكريلات، كدرجة حرارة التصالب العالية high cross linking temperature، وعدم قابليته للتدرّك non-degradable والتحلل الحيوي non-bioactive، وقابلية التصاقه وخواصه الميكانيكية المنخفضتين، إضافةً إلى تحرر مونومير الميثيل ميتاكريلات إلى نسج المضيف والتسبب بنخر العظم الكيميائي chemical necrosis؛ توجهت الدراسات نحو الاستعاضة منه بمواد قابلة للتدرك الحيوي كمزيج النشاء مع خلات السلولوز، أو تعديله بإضافة مواد محسّنة على الصعيد العلاجي وتحسين خواصه الميكانيكية.
تركيب إسمنت الأكريلات العظمي acrylic bone cement
يأخذ الإسمنت العظمي تسميات تجارية مختلفة ومتوفرة جميعها في الأسواق. ويتركّب عموماً من طورين - أحدهما سائل والآخر مسحوق صلب - يُمزجان معاً لتشكيل عجينة قابلة للحقن، تُحقن في المكان المراد تثبيت الزرعة البديلة prosthetic implant فيه. تتركب معظم أصناف إسمنت الأكريليك العظمية المتوفرة تجارياً من المكوِّنات نفسها ما عدا الاختلاف في نسبة كل منها في الخلطة.
المكوِّن الرئيسي في إسمنت الأكريليك العظمي هو الميثيل ميتاكريلات methylmethacrylate الذي يُظهر انكماشاً قدره نحو 12% في أثناء عملية البلمرة، وترتفع درجة حرارة البلمرة إلى نحو 100 - o120س، وهي خاصة غير مقبولة في تطبيقات الإسمنت العظمي. لهذا يُطرح الإسمنت العظمي تجارياً كرزمة set تضم مكوّنين: طليعة البوليمير pre-polymer على شكل مسحوق ومونومير الميتيل ميتاكريلات على شكل سائل. يمكن بسهولة بلمرة معلّق الميتيل ميتاكريلات بوسط مائي في الدرجة العادية من الحرارة إلى طليعة بوليمير يجري تشكيله على هيئة كريات صغيرة (أقل من 150 ميكرومتراً)، يمكن حلها بسهولة في الميتيل ميتا كريلات السائل. ويمكِّن استعمال مسحوق طليعة البوليمير من التغلب على خاصية الانكماش وارتفاع درجة حرارة التفاعل في العيّنة إلى حدّ مقبول. وفي معظم أصناف الإسمنت العظمي المتوفرة تجارياً، يُمزج (2 - 3) أجزاء من المسحوق مع جزء واحد من المونومير السائل لاستخدامه في تثبيت الزرعات العظمية. وهذا ما يخفّض نسبة الانكماش وتوليد الحرارة على الأقل إلى الثلثين؛ لأن المونومير هو المسؤول الرئيسي عن مثل هذه العوارض. يحتوي الإسمنت العظمي عموماً على ~ 10-15 % وزناً من كبريتات الباريوم barium sulfate وأكسيد الزركونيوم Zirconia، أو إضافات أخرى additive. ويُعد وجود كبريتات الباريوم أو ثنائي أكسيد الزركونيوم في المسحوق ضرورياً لأسباب سريرية، إذ يعملان كعوامل تعتيم غير نفوذة للأشعة radio pacifiers تساعد على إظهار الإسمنت العظمي في الصور الشعاعية radiographs. يعدّ الميتيل ميتاكريلات المكوّن الرئيس في الطور السائل.
يحتوي بعض أنواع الإسمنت على اليخضور (الكلوروفيل) لإكسابه اللون الأخضر، وهذا ما يسمح بتمييزه من أنسجة الجسم في أثناء الجراحة. تُعدّ العدوى من أخطر أسباب الفشل في الزرعات البديلة التي تقود غالباً إلى فشل في وظيفة الزرعة البديلة وزيادة الألم عند المريض. لهذا توجهت دراسات عدة إلى إدخال مضادات حيوية في تركيبة الإسمنت العظمي.
يُعدّ تشقق الإسمنت العظمي عاملاً رئيسياً من أسباب الفشل الميكانيكي لتثبيت الزرعات العظمية. لذلك حاولت بعض الدراسات دمج مواد أخرى معه لتحسين خواصه الميكانيكية، خصوصاً على السطح البيني للإسمنت والعظم bone cement fracture. ومن هذه التعديلات: إدخال زمر عطرية أو أليفاتية aliphatic إلى الميتيل ميتاكريلات، وتقوية الإسمنت بالستانلس ستيل والكيفلر kevlar وأسلاك التيتانيوم.
تطبيقات الإسمنت العظمي الأكريلي
إن أهم التطبيقات الواسعة الانتشار للإسمنت العظمي هي تثبيت البدائل المفصلية نظراً لتمتعه بخواص سطحية وميكانيكية تتناسب مع مثل هذه التطبيقات. ولتحسين الخواص الميكانيكية والسطحية يُمزج البولي ميتيل ميتاكريلات مع مركبات أخرى، فمثلاً: لزيادة تثبيت رأس عظم الفخذ وتحسين خواص التعرية wearing يمكن تحضير تركيبة متدرجة من البولي إيتلين الفائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) والبولي ميتيل ميتاكريلات، كما يوضح الشكل(1) .
 |
|
الشكل:(1) (أ) بنية الفنجان المركبة من البولي ميتيل ميتاكريلات مع البولي إيتلين الفائق الوزن الجزيئي لتحسين خواص التثبيت والتعرية. (ب) شكل توضيحي يبين توضع الإسمنت حول مفصل فخذي بديل ضمن القناة الفخذية. |
يُستعمل إسمنت الأكريليك على نطاق واسع في الجراحة العظمية orthopedic surgery، إلا أن هذا لا يعني خلوه من المخاطر الجانبية على صحة المريض. لذا ينبغي تركيز جهود البحث على صياغة تركيبة جديدة للإسمنت العظمي ترتكز على المصادر الحيوية، والابتعاد ما أمكن عن كل ما هو صنعي المنشأ وخصوصاً البوليمرات. تركّز البحوث الأخيرة على ما يسمى بالإسمنت الحيوي الذي يرتكز على أملاح الكلسيوم: الفسفات والكربونات والكبريتات التي تشكل المكونات الرئيسية في بنية العظم مضافاً إليها الكولاجين collagen. وتشكل هذه التركيبة وأمثالها الحل الأمثل في الوصول إلى توافقية ميكانيكية وحيوية من دون أي أعراض جانبية، لأنها مستوحاة ببساطة من الطبيعة.
|
مراجع للاستزادة: - Chih-Hung Chang, Tai-Chieh Liao, Yuan-Ming Hsu, Hsu-Wei Fang, Chia-Chun Chen, Feng-Huei Lin. A poly (propylene fumarate) - Calcium phosphate based angiogenic injectable bone cement for femoral head osteonecrosis, Biomaterials 31: 2010. - Chaodi Li and Yan Zhou, Bone cement, acrylic in ,The Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation, Edition Vol. 1, Edited by John G. Webster, John Wiley & Sons, Inc. 2006. -J. M. Cervantes-Uc, Humberto Vázquez-Torres, Juan Valerio Cauich-Rodrguez, Blanca Vázquez-Lasa, Julio San Román del Barrio. Comparative study on the properties of acrylic bone cements prepared with either aliphatic or aromatic functionalized methacrylates, Biomaterials 26, 2005. - S. R. Ramakrishna, J. Mayer, E. Wintermantel, K. W. Leong, Biomedical applications of polymer-composite materials: a review, Comp. Sci. Tech. 2001. |
- التصنيف : الهندسة الطبية - النوع : الهندسة الطبية - المجلد : المجلد الثاني مشاركة :
اخترنا لكم
المجلدات الصادرة عن موسوعة العلوم والتقانات
