整形外科用内部固定材料とは何ですか?

整形外科用内部固定材料は、骨疾患の治療に使用される治療機器です。整形外科用内部固定材料は、損傷した骨組織を効果的に修復し、骨を固定するためにも使用できます。一般的に、整形外科用内部固定材料は輸入された金属固定装置で作られており、人体の骨関節に埋め込まれ、身体に大きな害を与えることなく整形外科疾患の治療効果を達成できます。

整形外科用内部固定材料とは何ですか?

現在でも、金属内部固定材料は、病気や損傷を受けた骨組織の修復や置換を支援する上で重要な役割を果たしています。金属内部固定材料は比強度と破壊靭性が高く、固定装置として適しています。整形外科用内部固定材として一般的に使用される材料には、ステンレス鋼、チタン、コバルトクロム合金などがあります。しかし、これらの金属生体材料は、腐食や摩耗の際に有毒な金属イオンや粒子を放出し、炎症連鎖、生体適合性の低下、骨溶解、さらにはインプラントの故障につながる可能性があります。さらに、弾性係数が天然の骨組織とうまく適合しないため、応力遮蔽効果が生じ、新しい骨の形成と再構築が阻害され、インプラントの安定性が低下します。体内に永久に存在する可能性がある場合、二次手術で除去する必要があり、患者の痛みと医療費が増加します。さらに、分解速度を制御することが難しく、分解生成物が無菌性炎症を引き起こしやすくなります。

マグネシウムは、密度が約 1.74g/cm3 の軽金属です (アルミニウム合金の 2/3、鋼鉄の 1/4 に過ぎません)。その破壊靭性はセラミックよりもはるかに高く、他の一般的な金属インプラントと比較して、その弾性係数と比強度は天然骨に近いです。マグネシウムイオンは、骨折端の硬い仮骨の形成を刺激し、骨形成を誘発し、骨折治癒を促進し、軟骨形成を刺激することもできます。さらに、マグネシウムは多くの酵素の補因子であり、DNAとRNAの構造を安定させます。

Zreiqat らは、I 型コラーゲンの発現も有意に増加し、インテグリン α5β1 および β1 リガンドの発現も有意に増加したことを発見し、マグネシウムイオンが骨芽細胞の増殖と接着を促進できることを示唆しました。 Mg2+ は人間の代謝に重要で、天然の骨組織に存在します。人間の陽イオンの中では 4 番目にランクされています。通常の 70kg の成人には約 1 モル含まれており、そのうち約半分が骨組織に存在します。細胞外液中のマグネシウム濃度は 0.7 ～ 1.05 mmol/L の範囲で、腎臓と腸によってバランスが維持されます。血清マグネシウム濃度が1.05mmol/Lを超えると、筋肉麻痺、低血圧、呼吸困難を引き起こす可能性があります。6〜7mmol/Lまで高くなると、心停止を引き起こす可能性があります。ただし、マグネシウムは尿中に排泄されることが多いため、高マグネシウム血症の発症は比較的まれです。マグネシウムは体内の電解質環境で腐食し、尿中に排出される可溶性の無毒の酸化物を形成します。

したがって、マグネシウムとその合金は、分解性で荷重を支える整形外科用インプラントとして、12～18 週間の骨治癒期間を経ても機械的完全性を維持でき、最終的には天然組織に置き換えられます。しかし、人体の体液は自然環境よりも複雑です。体液中の塩化物含有量は約 150 mmol/L で、​​他の陰イオンもマグネシウムに対して腐食作用があります。純粋なマグネシウムは、生理学的 pH (7.4-7.6) および高 Cl- 環境では急速に劣化し、腐食します (腐食反応は、Mg(s)+2H2O→Mg(OH)2(s)+H2(g)(1); Mg(s)+2Cl-(aq)→MgCl2(2); Mg(OH)2(s)+2Cl-→MgCl2(3) です)。マグネシウムインプラントは、骨折が完全に治癒する前に機械的完全性を失い、腐食プロセス中に生成される水素の速度は、ホスト組織の処理速度を超えます。

初期のいくつかの試みは成功したものの、この金属インプラントはまだ臨床現場で広く使用されていません。しかし、合金元素や保護コーティングの適用など、腐食速度を下げるための方法はまだいくつかあります。もちろん、これらの処理には無毒で生体適合性のある材料を使用する必要があります。