سيمان استخوان و کاربردهای آن در پزشکی

سيمان استخوان و کاربردهای آن در پزشکی
سيمان استخوان و کاربردهای آن در پزشکی
120,000 ریال 
تخفیف 15 تا 30 درصدی برای همکاران، کافی نت ها و مشتریان ویژه _____________________________  
وضعيت موجودي: موجود است
تعداد:  
افزودن به ليست مقايسه | افزودن به محصولات مورد علاقه

تعداد صفحات : 138 صفحه _ فرمت WORD _ دانلود مطالب بلافاصله پس از پرداخت آنلاین


دراين تحقيق برخي مقالات كه از سال 1996 به بعد در ارتباط با سيمان هاي استخوان مختلف ارائه شده است مورد بررسي قرار گرفته اند.
به طور كلي چهار نوع سيمان استخوان براي كاربردهاي ارتوپدي و دندانپزشكي موجود است كه دو تاپايه پليمري و دوتاي ديگر سراميكي دارند كه عبارتند از:
-    سيمان هاي اكريليكي يا سيمان هاي با پايه پلي متيل متاكريلات PMMA))
-    سيمان هاي با پايه پلي پروپيل فومريت (PPF)
-    سيمان هاي فسفات كلسيم (CPBCS)
-    سيمان هاي گلاس يونومر (glass inomer)
هر كدام از اين چهار نوع سيمان خود داراي تركيبات و فرمولاسيونهاي متفاوت بوده كه هر كدام خواص مختلف با يكديگر دارند.
سيمان استخوان PMMA براي كاربردهاي كلينيكي وبه منظور  اطمينان از تثبيت عضو مصنوعي مفصل  در تعويض مفصل ران و زانو مصرف شده است. سيمان استخوان در اصل از پودر پلي متيل متاكريلات و مايع  مونومرمتيل متاكريلات تهيه مي شود.
سیمان استخوان
بخش مايع (20 ميلي ليتر)   
متيل متاكريلات (مونومر)    4/97 درصد حجمي
ان وان دي متيل پلي تولوئيدن    6/2 درصد حجمي
هيدوركئينون    15 75 قسمت در ميليون


بخش پودر جامد (40 گرم)   
پلي متيل متا كريلات    15 درصد وزني
كوپليمر متيل متاكريلات - استيرن    75 درصد وزني
باريم سولفيد    10 درصد وزني
دي بنزوئيل پراكسيد    درحد بسيار اندك
هيدور كئينون از پليمريزاسيون سريع جلوگيري مي كند. پليمريزاسيون سريع تحت شرايط خاصي به وقوع مي پيوندد. مثلاً قرار گرفتن  در معرض نور بالارفتن درجه حرارت و امثال آن مي تواند سبب پليمريزاسيون نابهنگام شود.
ان وان دي متيل- تولوئيدين براي ترويج يا شتاب بخشيدن عمليات اصلاح  سازي سرد به تركيب نهايي اضافه مي شود. (عامل پخت cold curing). واژه اصلاح سازي سرد به اين منظور به كار مي رود كه تفاوت شرايط اجراي عمليات باوضعيت كار در دماي بالا و فشار زياد  (مثل روش قالب گيري تحت فشار و دماي بالا جهت ساخت اجزاء دنداني در دندانسازي ها) مشخص  گردد. قسمت مايع از طريق گذراندن از صافي به خوبي سترون مي شود. بخش جامد ماده نيز پودري سفيد و بسيار ريز است.
هنگامي كه پودر و مايع با يكديگر مخلوط مي شوند مايع مونومر از طريق فرايند پليمريزاسيون اضافي، عمل پليمريزاسيون را انجام مي دهد. دي بنزوئيل پراكسيد كه نقش فعال كننده را به عهده دارد با پودر مخلوط شده و با مونومر واكنش انجام مي دهد تا يك راديكال مونومر را تشكيل دهد. اين راديكال مونومر سپس به مونومر ديگري هجوم مي برد تا يك راديكال ديمر تشكيل دهد. فرايند  ادامه مي يابد  تا مولكولهاي زنجير- طويل توليد شود. مايع مونومر سطح ذرات پودر پليمر را خيس مي كند و آنها را پس از پليمريزاسيون به يكديگر مرتبط و متصل مي سازد و يك حالت خميري به وجود مي آيد كه به حفره تزريق مي شود. و پوتوز روي سيمان همانند شكل (1) جداداده مي شود.
خواص سيمان استخوان مي تواند توسط عوامل داخلي و خارجي تحت تأثير قرار  گيرد كه شامل:
عوامل داخلي :
تركيب مونومر و پليمر
اندازه، شكل و توزيع ذرات پودر : درجه پليمريزاسيون
نسبت مايع به پودر
عوامل خارجي
محيط مخلوط كردن: درجه حرارت ، رطوبت، نوع ظرف
روش مخلوط كردن: آهنگ و تعداد زدن با همزن (كاردك)
محيط اصلاح سازي: درجه حرارت، رطوبت، فشار، سطح تماس، (بافت، هوا، آب و….)
مهمترين عامل تعيين كننده خواص سيمان استخوان اكريليكي را مي توان تخلخل ايجاد شده در خلال عمليات اصلاح سازي دانست، حفره هاي بزرگ (با قطر چند ميليمتر) سبب تضعيف خواص مكانيكي مي شود. بخار مونومر و هواي محبوس شده در خلال مخلوط كردن دو دليل بروز تخلخل در مخلوط است . با استفاده از اعمال خلاء و قرار دادن مخلوط مونومر و پودر تحت نيروي گريز از مركز (سانتريفوژ) خلال مخلوط كردن مي توان تخلخل را كاهش داد. در هر حال هر دو روش مذكور معايبي را مثل دشواري مخلوط كردن هنگامي كه خلاء اعمال مي شود و جدايش اجزاء مخلوط وقتي كه نيروي گريز از مركز به كار مي رود و دربر دارد و گذشته
از آن نياز به تجهيزات اضافي نيز وجود دارد. تخلخل همچنين مي تواند با كاهش دماي توليد شده حين پليمريزاسيون كاهش يابد.(1)
به طور كلي وظيفه اصلي سيمان توزيع تنش روي نواحي تماس بين استخوان و پروتز است در واقع به عنوان يك فاز بينابين پروتز فلزي با مدول بالا و استخوان است. و براي انتقال و توزيع بارهاي وزن بدن و بارهاي سيكلي به خاطر حركت هاي حين راه رفتن از پروتز به استخوان به كار مي رود.(17). مونومرهاي اكريليكي بسيار واكنش پذير بوده و حين پليمريزاسيون گرماي زيادي آزاد مي كند. ميزان آستانه  (حد) براي آسيب حرارتي بافت، در اطلاعات مستند در محدده زير   تا بالاي   براي استخوان  مي باشد. دانسته شده است كه اكريليك  سبب مرگ سلولهاي استخوان در محل كاشت به خاط گرماي پليمريزاسيون يا اثرات موضعي منومر متيل متا كلريلات كه از مواد خارج مي شود، مي شود. سمي بودن اثر ديگر در زمان كاشت مي باشد كه شامل ارگانهاي مثل شش و قلب مي شود. برخي تغييرات تنفسي قلب در بشر و حيوانات آزمايشي تشريح شده و عمدتاً به خاطر اثرات گردش منومر متيل متا كريلات است. (15)
آمين هاي حلقوي نوع سوم خيلي سمي هستند و تركيب سرطانزا محسوب مي شوند، آنها پس از واكنش با بنزوئيل پراكسيد (BPO) اكسيده شده و به آمينهاي نوع دوم و اكسيدهاي آمين بدل مي شود. به علاوه برخي آمينهاي تغير نيافته رها خواهند شد.
مشكل ديگر سيمان هاي اكريليكي لق شدگي در محل فصل مشترك سيمان- پروتز است. همچنين سيمان اتصال خوبي با استخوان نداشته و معمولاً باعث شكست مي شود.  با پوشش دادن پروتز با سيمان استخوان يا پليمر PMMA لق شدگي سيمان- پروتز كاهش مي يابد زيرا پوشش دادن باعث اتصال خوب بين سيمان و پروتز مي شود.
انقباض سيمان حين پليمريزاسيون نيز مي تواند بر لق شدگي پروتز ها تأثير بگذارد. مينيموم كردن فاصله هاي بين بافت سخت و پروتز در تثبيت طويل المدت پروتز ها مهم است. چسبيدن سيمان استخوان به استخوان و پروتزها ممكن است براي حل اين مشكل مهم باشد. (12). براي حل اين مشكلات برخي ذرات استخوان را به سيمان استخوان اكريليكي اضافه كرده اند كه كاهش درتعداد تخلخل را باعث شده اما توليد مجدد استخوان را باعث مي شود. اجزاي ديگر كه فرمولاسيون هاي سيمان استخوان اكريليكي اضافه شده اند، هيدوركسي آپاتيت است كه به صورت ذرات ريز اضافه شده است و از خواص مكانيكي حمايت كرده و ماكزيمم دماي سيمان را كاهش داده و تشكيل بافت استخوان را در اطراف كاشتني با توجه به فرمولاسيون كلاسيك PMMA تسريع مي كند.(16)
سيمان هاي اكريليكي معمولترين كاربرد براي ايمپلنت هاي غير فلزي در ارتوپدي هستند. آنها معمولاً با اضافه كردن يك تركيب غير آلي كه معمولاً باريم سولفات است، راديو اوپك (غير شفاف) مي شوند. اگر چه مقادير كمي از نمك هاي غير آلي كه به طور ظريف در سيمان پخش شده اند با زمينه آلي PMMA سازگار نيستند. مطالعات روي اثر اضافه كردن اين تركيبات كاهش ذاتي خواص مكانيكي را آشكار كرد كه در اين باره تافنس و استحكام كششي به طور قابل توجهي كاهش يافتند. همچنين باريم سولفات مقاومت شكست توده ماده را كاهش مي دهد كه مي توان به عنوان يك چادره از متاكريلات كه  نسبت به نور اشعه X  غير شفاف است. استفاده كرد.
سيمان هاي استخوان فسفات كلسيم (CPBCS) شامل مايع (محلول يا محلول آ‎بي) و يك پودر شامل يك يا بيشتر تركيبات جامد كلسيم و يا نمك هاي فسفات است. در نتيجه اگر پودر و مايع با نسبت مناسب با هم مخلوط شوند خميري تشكيل مي دهند كه با رسوب يك يا بيشتر از تركيبات جامد ديگر كه حداقل يكي از آنها فسفات كلسيم است، همواره بده و در دماي اتاق يا بدن گيرش ايجاد مي كند. آنها نه تنها زيست سازگار هستند بلكه Osteotransductive نيز مي باشند. يعني پس از جايگذاري در عيوب استخوان پس از اينكه به آهستگي جذب شدند و به طور همزمان بايكديگر به بافت استخوان جديد تبديل شدند، باعث كامل شدن استخوان مي شوند. آنها همچنين ممكن است با سيمان هاي PMMA و پوشش هاي آپاتيت براي تثبيت پروتز هاي فلزي در ارتوپدي و ايلپنت شناسي دهاني رقابت مي كنند (2) زيرا آنها اتصال خوبي  با فلز و استخوان برقرار مي كنند. اين سيمان ها به دليل اين كه واكنش پليمريزاسيون ندارند گرمايي توليد نمي كنند بنابراين مشكل مرگ سلولي كه در سيمان هاي PMMA يك مشكل اساسي است. در اين سيمان ها به چشم نمي خورند.
يكي از ويژگيهاي اين سيمان تشكيل هيدروكسي ايپلنت حين گيرش  است كه باعث سخت شدن سيمان مي شود. Chow , Brown (3) سيمان فسفات كلسيم خودگير را گزارش كردند كه شامل مخلوط تتراكلسيم فسفات ريز (TTCP) و دي كلسيم فسفات آبهنيدراس(DCPA) يا كلسيم فسفات دي هيدرات (DCPD) به عنوان فاز جامد است. وقتي اين تركيبات با آب مخلوط مي شوند، سيمان تشكيل هيدوركسي آپاتيت ميدهد. به دليل اينكه سيمان فسفات كلسيم PH خنثي دارد و تنها فسفات كليسم را شامل مي شود، زيست سازگاري بالا و قابليت  تشويق استخوان سازي دارد. اطلاعات مستند نشان مي دهد كه سرعت تشكيل HA  (هيدوركسي آپاتيت) مي تواند با حضور فسفات در محلول افزايش يابد. اخيراً سيمان كلسيم فسفات جديد كه نيازي به TTCP ندارد گزارش شده است. دراين سيمان ها، تشكيل HA بوسيله استفاده از محلول حاوي فسفات يا محلول PH بالا به عنوان فاز مايع بدست مي آيد. (3)
سيمان هاي فسفات كلسيم مي توانند پس از مخلوط شدن يا حين گيرش قالبگيري شوند يا به سادگي به عيوب استخوان تزريق شوند. بعضي سيمان هاي فسفات كليسم وقتي تحت فشار قرار مي گيرند به يك خمير نازك خارج شده  و جرم جامد داخل سرنگ تفكيك مي شوند، بنابراين انتخاب خوب از خمير ضروري است. خواص سيمان ها با استفاده از اضافه شونده ها تغيير مي كند. (5). همچنين مي توان با تغيير  در فرايند ساخت يا مواد اوليه مثلاً ريز كردن دانه هاي پودر، زمان گيرش و خواص مكانيكي سيمان را تغيير مي دهد.(6)
سيمانهاي گلاس يونومر (GIC) و سيمانهاي يونومري (Ic)پ از سيمان هاي پايه سراميكي هستند كه اغلب در دندانپزشكي استفاده مي شوند ولي كاربردهايي نيز در ارتوپدي و اعضاي اسكلتي بدن دارد. اين سيمان ها از تركيب شدن يك اسيد پليمريك غليظ (پلي اكريليك اسيد) با يك شيشه  فلوئورآلومينو- سيليكات تخريب پذير نيز به دست مي آيند.
گرمازايي در اين واكنش وجود نداشته و يا كم است و به علاوه اين سيمان ها اتصال چسبنده بين فلز و استخوان تشكيل مي دهند. (7). اين مواد براي كاربرد به عنوان سيمان ارتوپدي و جانشين استخوان در جراحي دهاني و صورتي ارزيابي شد است كه مزايايي بر سيمان اكريليك و هيدوركسي آپاتيت يا جانشين هاي تري كلسيم فسفات  دارند. پيشنهاد شده است كه اساس خواص Osteotransductive و اتصال با استخوان براي اين سيمان ها تغيير يون ها در تماس  بافتها در محل كاشت ايپلنت است. سيمان هاي يونومري مي توانند آب جذب كنند ولي اين مسأله باعث تغيير خواص آنها مي شود. در ضمن اين سيمانها يونهاي مختلفي مانند كلسيم، پتاسيم، سديم، فلوريد و آلومينيوم از خود آزاد مي كنند كه برخي اثر مثبت دارند و باعث افزايش رشد استخوان در اطراف سيمان مي شوند مانند فلوريد و برخي نيز مانند آلومينيوم اثر منفي داشته و زيست سازگاري را كاهش مي دهند (8). براي غلبه بر برخي مشكلات رايج سيمانهاي PMMA مانند عدم اتصال  به استخوان استحكام مكانيكي نسبتاً پايين و  توليد گرماي بالا طي پليمريزاسيون، سيمانهاي استخوان بيواكتيو (BA) كه اتصال مستقيم با بافت استخوان زنده دارند و استحكام مكانيكي بسيار بيشتري از سيمانهاي PMMA دارند وهنگام سخت شدن گرماي زيادي توليد نمي كنند،  مورد استفاده قرار مي گيرند.
 
خواص سيمان هاي استخوان اكربليكي
خواص مكانيكي
در سال 19995، PASCUAL و همكارانش خواص مكانيكي سيمانهاي اكريليكي را با جايگزين كردن مقادير مختلف منومر متيل متاكريلات (تا 20 درصد) با اتوكسي تري اتيلن گليكول مونومتاكريلات (TEG) اصلاح كردند. خواص مكانيكي با انجام آزمايشات كششي و فشاري انجام شد. به خاطر هيدورفيل بودن واحدهاي اتيلن گليكول موجود در TEG، قبل از آزمايش به منظور شناخت اثر آب روي خواص مكانيكي نمونه ها در محلول نمك NaCl 90% در   به مدت يك هفته غوطه ور شدند. مطابق شكل (2) نمونه هاي متورم شده درجه هيدريداسيون تعادلي بر حسب درصد بين 2/1 تا 5/2 درصد را نشان دادند. اين پارامتر با ارتباط بين وزن جذب آب و وزن نمونه خيس شده در حال تعادل بر حسب درصد تعريف مي شود. استحكام فشاري در تمام مواد، بالاي MPA 70 است كه كمترين مقدار مورد نياز براي استاندارد ASTM است. با افزايش TEG در فاز مايع مدول يانگ كاملاً كاهش يافت در حالي كه استحكام ماكزيموم كششي با افزايش غلظت افزايش مي يابد. و همچنين افزايش كرنش كل و كرنش پلاستيك با غلظت هاي متفاوت TEG صورت مي گيرد. (شكل 20)
تنها اثر قابل توجه نمونه هاي ذخيره شده در محلول نمكي افزايش كرنش كل است كه مربوط به اثر دخول آب به سيمان مي شود يعني اينكه داكتيليته سيمان اصلاح شده بهبود يافته است. مطالعات تصوير برداري از شكست با ميكروسكوپ الكتروني از سطوح شكست كششي سيمان استخوان رايج و سيمان استخوان اصلاح شده با TEG 20% به ترتيب در شكل هاي 24 و 25 نشان داده شده است. سطح شكست مي تواند به يك ناحيه صاف كه ترك شروع مي شود و يك ناحيه خشن كه با گسترش ترك از منبع خشن تر مي شود تقسيم مي شود. ناحيه صاف شامل شروع ترك مي شود كه ترك به آساني در آن رشد مي كند. اين ناحيه ميتواند در سيمان استخوان اصلاح نشده مشاهده شود (شكل a 24) و يك نوع مشخصه ترك در زمينه و دانه هاي PMMA احساس مي شود. در مقابل در سيمان استخوان اصلاح شده، ناحيه صاف به سختي احساس مي شود (شكل a25). در سيمان اصلاح شده ترك برداشتن در زمينه بيشتر از دانه ها مي باشد. ناحيه انتشار ترك (a 24 و a25) در سيمان استخوان اصلاح شده با TEG بيشتر از سيمان اصلاح نشده است. از نتايج چنين بر مي آيد كه سيمان استخوان اصلاح شده، تردي كمتري از سيمان اصلاح نشده دارد. در خشن ترين ناحيه (شكل c25 و c24) انتشار ترك بين زمينه و دانه ها قابل تشخيص نيست.
بنابراين جايگزيني جزئي MMA توسط TEG، داكتيليته بيشتر سيمان استخوان همراه با رفتار چقرمه تر در شكست را باعث مي شود. كه زمان كار پروتز HIP را افزايش مي دهد.(17). (شكل 24 و 25)
 
در سال 1997، Furman و Safa كنترل خواص مكانيكي سيمان استخوان PMMA را با تكنيك هاي تهيه در شرايط مختلف مخلوط كردن بررسي كردند. اين عمل باعث بهبود خواص مكانيكي تا فنس شكست و خستگي مي شود كه به دو دسته تقسيم مي گردند:
1-    آنهايي كه براي رسيدن به بالاترين سطح كيفيت درمواد به كار مي روند.
2-    آنهايي كه براي بهبود خواص با تغيير تركيب شيميايي و فيزيكي مواد پايه انجام مي شوند.
بايد توجه داشت كه سيمان استخوان اكريليكي يك ماده هموژن نيست و از مواد مختلفي تشكيل شده است كه اغلب آنها تخلخل ايجاد مي كند، بنابراين سيمان استخوان يك كامپوزيت است.(13)
Verdonschot و Huiskes رفتار ديناميكي خزش سيمان Simplex- P با دست مخلوط شده را در كشش و فشار سيكلي، تحت بارگذاري مشابه با بارگذاري فيزيولوژيكي بدن بررسي كردند. آنها دريافتند كه خزش سيمان استخوان در كشش بسيار بيشتر از (5 تا 10 مرتبه سريعتر) از فشار است. همچنين در كشش، كرنش  خزش در سيمان استخوان مي تواند بيشتر از فشار از محدوده كرنش الاستيك بحراني تجاوز كند. همچنين ناهمگني هاي نمونه به خاطر تخلخل متغير وزن مولكولي، جهت مندي زنجير پليمر و تنش هاي باقيمانده داخلي، مي تواند يك نقش بزرگ در رفتار خزش در كرنش كم ايفا كند. Topolesky و همكارانش بيان نموده‌اند كه:
تخلخل براي مقاومت خستگي سيمان استخوان تعيين كننده است زيرا  ريز تركها در حفرات جوانه مي زنند. بنابراين بهتراست كه تخلخل را حذف كرده و براي افزايش تافنس شكست مواد از يك تقويت كننده استفاده كنيم. مشكل نمونه هاي مخلوط شده با دست در اتمسفر هوا، حباب هاي هواست كه در سيمان گير مي افتد. همچنين به دليل گرماي واكنش ممكن است برخي منومرهاي پليمريزه نشده به صورت گاز بيرون روند كه باعث ايجاد حفره مي شود. جراح مي تواند گاز را با فشار دست خارج كند. چندين تكنيك اخيراً توسعه يافته اند كه گاز حبس شده را حذف مي كنند. ممكن است اين تكنيك ها به تنهايي و يا به صورت گروهي استفاده شوند و شامل كاربرد خلاء براي مخلوط كردن، سانتريفوژ مخلوط و لرزاندن مخلوط مي شوند. سرعت مخلوط كردن حدود يك هرتز است، سرعت هاي بيشتر باعث گرم شدن مخلوط مي شود. متغيرهاي زيادي مثل زمان و سرعت مخلوط كردن  … وجود دارند كه مي توانند در مخلوط كردن در خلاء تغيير كند. سانتريفوژ، روش ديگر براي خارج كردن حباب هاي گاز از سيمان است كه در آن سيمان چگالتر به سمت بيرون مي رود  و همگني خود را كاهش مي دهد كه در نتيجه اهميت اين اثر واضح نيست. ماشين هاي مخصوصي هستند كه مخلوط كردن و سانتريفوژ را با هم انجام مي دهند. لرزش مكانيكي نيز براي كاهش تخلخل در سيمان استفاده مي شود. (13)
در سال 2000، Mccullough و Buchanan و Walker، تأثيرات دما و شرايط مخلوط كردن در كيفيت و استحكام  (PMMA) سيمان استخوان را بيان نمودند.
چندين تكنيك براي مخلوط كردن سيمان استخوان وجود دارد:
1-    مخلوط كردن دستي سيمان در ظرف روباز كه همزن (Spatula) مورد استفاده قرار مي گيرد.
2-    مخلوط كردن  مكانيكي
3-    مخلوط كردن مكانيكي در خلاء
4-    عمل سانتريفوژ
5-    عمل سانتريفوژ در خلاء
كيفيت سيمان استخوان بعد از مخلوط كردن توسط روشهاي بالا بيان شد. تكنيك دستي سطح بالايي از خلل و فرج را نشان داده است. (%3/2   10). در تكنيك سانتريفوژ، هر چند كه ميزان تخلخل كاهش يافته ولي خلل و فرج ها تمايل به انتشار دارند. مخلوط كردن مكانيكي سيمان در خلاء كمترين تخلخل را نشان مي دهد كه حدود %5/0   5/0 است.
Davies و Josty مطالعاتي را بر روي خواص مكانيكي و سطوح متخلخل سيمان استخوان سانتريفوژي و غير سانتريفوژي انجام دادند. و افزايش 54% در تنش نهايي و افزايش 36% دركشش برگشتي و استحكام خستگي سيمان سانتريفوژ ديده شده است. خصوصيت تر شوندگي پارامتر مهمي در مخلوط كردن سيمان استخواني مي باشد كه نفوذ مايع به وزن مولكولي پليمر حل شده بستگي دارد.  (شكل 2). هر چه دما بيشتر باشد نفوذ مايع افزايش مي يابد. در روش هاي مخلوط كردن با افزايش دما ويسكوزيته مخلوط زياد مي شوند ولي سرعت افزايش ويسكوزيته به دماي اوليه مخلوط بستگي دارد. اگر دماي اوليه زياد باشد سرعت افزايش ويسكوزيته زياد مي شود. اگر ويسكوزيته افزايش يابد، ترشوندگي پودر كاهش مي يابد و اين علتي است كه باعث كاهش سرعت حل شدن PMMA در مونومر مي شود در حاليكه دماي اوليه مخلوط كاهش يابد و اين باعث افزايش زمان مخلوط كردن اجزا PMMA - MMA در ويسكوزيته پايين مي شود. فاكتورهاي اساسي مؤثر در ويسكوزيته مخلوط تورم پودر PMMA توسط مونومر و حل PMMA در مونومر مي باشد وسيكوزيته MMA به قدري كم است كه نمي توان آن را در ظرف چكه كن قرار داد. اما وجود PMMA حل شده، اين مشكل را از بين مي برد ويسكوزيته را افزايش مي دهد. و وقتي حل PMMA در مونومر كاهش يابد، دماي اوليه PMMA - MMA  نيز كاهش مي يابد. بنابراين افزايش زمان مخلوط كردن PMMA - MMA در ويسكوزيته پايين صورت مي گيرد. به طور كلي كاهش دماي مخلوط كردن باعث كاهش ويسكوزيته مايع در حين مخلوط كردن مي شود و همچنين باعث افزايش زمان مي گردد تا مايع نفوذ كند. (18) (شكل 3)
از شكل 4 و 5 مي توان فهميد كه غلظت خلل و فرج ها از قسمت بيروني نمونه هاي ديسكي به مركز آن تغيير مي كند، هر چند در ديسك هاي وكيوم، خلل و فرج زيادي وجود ندارد. علت اصلي اين تفاوت در توزيع تخلخل، انقباض در حين مخلوط كردن مي باشد. مخلوط كردن نمونه در دماي پايين داراي خصوصيات تر شوندگي كافي در پودر است كه براي توليد نمونه كافي است و نمونه داراي پليمريز مرطوب نمي باشد و همچنين ناحيه اي كه نشان دهنده مخلوط كردن ناقص باشد وجود ندارد. (شكل 6 و7) با آزمايشات انجام شده ميتوان فهميد كه با كاهش دما در مخلوط كردن اصلاح در كيفيت سيمان توليد شده صورت مي گيرد. مخلوط كردن ماشيني در دماي پايين (28-) و زمان مخلوط كردن  s7 باعث كاهش تخلخل در پارامترهاي به كاررفته نمي شود. هر چند زمان s2 ماكزيمم زمان مخلوط كردن است
 
تقويت سيمان PMMA و سيمان استخوان (Simplex - P)
نتايج مطالعات Topoleski و همكارانش نشان داد كه هم سانتريفوژ كردن و هم تقويت با رشته Tiعمر خستگي سيمان استخوان را حدود پنج برابر افزايش مي دهد. آنها پيشنهاد كردند كه كاهش تخلخل با سانتريفوژ و تقويت سيمان ممكن است بطور مشترك عمل كرده و بهبود خستگي را باعث شود. كاهش حفره اثر بيشتري روي مقاومت شروع ترك دارد و با تقويت با رشته يا ايجاد انحراف ترك انفصال -رشته زمينه، بيرون كشي رشته و شكست نرم رشته به عنوان مكانيزم جذب كننده انرژي اين مقاومت هميشگي مي شود.(13)
Gilbera و همكارانش بهبود خواص مكانيكي PMMA خود تقويت شده را نسبت به سيمان استخوان PMMA يكدست و Simplex - P كه در خلاء مخلوط شده مشاهده كردند. كامپوزيت PMMA خود تقويت شده از رشته هاي PMMA كشيده شده كه به طور پيوسته به شبكه سيماني PMMA اضافه شده است، تهيه شدند دو نوع سيمان خود تقويت شده با رشته هاي   و   تهيه شدند. كرنش شكست براي سيمان هاي با رشته   بيشرين بود. كه اين مقدار حدود سه برابر سيمان PMMA يكدست است. مدول خمشي براي  مواد خود تقويت شده زياد بهبود نيافت، اما داكتيليته افزايش يافت. تافنس شكست براي سيمان خود تقويت شده بيشتر است. آزمايشات خستگي خمشي آشكار كرد كه مواد خود تقويت شده استحكام شكست بسيار بيشتر (حدود 4 برابر) دارند. اضافه كردن رشته،كامپوزيتي بوجود مي آورد كه مكانيزم آسيب ديدن آن گسترده وسيعي مانند انحراف ترك و بيرون آمدن رشته در مورد مواد همگن و يكپارچه وجود ندارد، دارد.
همانطور كه قبلاً ذكر شد يكي از مشكلات اساسي سيمان هاي استخوان اكريليكي، لق شدگي و انفصال ايمپلنت مي باشند. در سال 1998،Sadao و همكارانش يك سيمان استخوان اكريليكي جديد كه هم مي تواند به استخوان و هم به پروتزها بجسبد را گسترش دادند. اين سيمان با پايه منومر MMA شامل 4-متاكريلوي لوكسي تري مليتيت آنهيدريد (META-4) به عنوان عامل افزايش چسبندگي است. علاوه بر آن ذرات هيدروكسي آپاتيت  به سيمان حاوي META -4 به عنوان پر كننده قابل جذب اضافه شدند. آنها اثرات اين دو ماده را روي ميزان چسبندگي وافزايش استحكام سيمان استخوان بررسي كردند. فاز مايع اين سيمان شامل منومر MMA و META -4 و تري - n-  بوتيل بوران (TBB) به عنوان آغازگر بوده و پودر آن PMMA است يعني سيمان META/ MMA -TTB -4 .


خواص مكانيكي سيمان استخوان شامل پركننده HA :
اثرات ذرات HA را روي برخي خواص مكانيكي سيمان استخوان با META -4 و بدون META -4 مورد بررسي قرار مي گيرد.
در غياب META -4 مقدار حد تناسب فشاري به ميزان HA دو سيمان استخوان بستگي ندارد، در حاليكه مقدار استحكام كششي و حد تناسب خمشي با افزايش درصد HA كاهش مي يابد.  META -4، خواص مكانيكي را به طور قابل توجهب بهبود مي بخشد. همچنين META -4، چسبندگي ذرات HA به شبكه سيمان اكريليكي را باعث مي شود. ذرات HA در صورت نچسبيدن به شبكه عيوبي ايجاد مي كنند . پس ذرات HA اثر منفي روي سيمان ندارند و چونكه META -4  براي اتصال ذرات HA استفاده مي شود. ذرات HA در سطح سيمان جايگزين شده و براي تماس مستقيم با استخوان در (شكل 26-25) دسترس قرار مي گيرند.
 
يكي از راههاي بهبود خواص مكانيكي تقويت سيمان با فيبر در رشته مي باشد. Topolesky و همكارانش دو آزمايش روي سيمانهاي استخوان تقويت شده با رشته هاي تيتانيوم انجام داده و ويژگي هاي فرو رفتن سيمان به شكافها و خواص شكست اين سيمان ها را بررسي كردند.  آزمايشات تافنس شكست و شكست خستگي روي دو نوع نمونه خستگي (نمونه صاف و نمونه ناچ شده) انجام شد. نمونه صاف يا صيقلي، مينيموم ترك را در سطح داشت. عمر نمونه صيقلي به شروع ترك خستگي (FCI) و انتشار ترك خستگي (FCP) بسستگي دارد. دو سيمان استخوان تجاري  دراين آزمايش استفاده شد: نوع A، يك سيمان ويسكوز استاندارد (Simplex - P) و نوع B،سيمان استخوان با ويسكوزيته كم مي باشد. براي هر نوع رشته (هر درصد حجمي) يك افزايش كافي در تافنس شكست بيش از نمونه كنترل وجود داشت. به طور خلاصه اضافه كردن 5% حجمي رشته تيتانيوم منجر به افزايش تا فنس شكست در محدوده 56%- 37% شد. چهار اثر در سطوح شكست با آزمايش SEM مشاهده شده است: سيمان استخوان نوع A تافنس شكست به مراتب بيشتر از سيمان استخوان نوع B داشت. هيچ اختلاف مهمي بين سيمان استخوان نوع A و نوع B تقويت شده  با 5% حجمي وجود نداشت كه نشان مي دهد اثر تقويت بسته به شبكه سيمان دارد. بنابراين شبكه ويس كوزيته كم درصد حجمي رشته بيشتري نياز دارد.
1-    رشته هاي تيتانيوم تغيير شكل پلاستيك دارند و پارگي نرم حين شكست نمونه داشتند.
2-    رشته هاي تيتانيوم كه به آنها تنشي وارد  نشده و زمينه PMMA در تماس مستقيم  با رشته بود.
3-    رشته هاي تيتانيوم كه از زمينه طي شكست نمونه جدا شوند.
4-    رشته هاي تيتانيوم صفحه گسترش ترك را تغيير دادند.
سيكلهاي اصلي تا شكست براي نمونه ناچ نشده درهر سطح تنش خيلي متفاوت بود. براي مطالعات فروروندگي، هشبت فمور از چهار سنگ تهيه شدند. يكي از جفت فمورها با سيمان تقويت نشده و ديگري با سيمان تقويت شده با تيتانيوم پر شدند. ميله فولادزنگ نزن، براي شبيه سازي ساقه مصنوعي به سيمان اضافه شد. به خاطر مورفولوژي نامنظم استخوان، تعيين  كميت عمق فرورفتگي ممكن نبود اما در عوض مشاهدات عمومي و ويژگي هاي فرورفتگي انجام شد. سيمان استخوان تقويت نشده عموماً به شكاف هاي استخوان اسفنجي نفوذ مي كرد. اگر چه براي نفوذ به استخوان اسفنجي موفق نمي شد (شكل a33) ظاهراً سيمان Ti- PMMA به استخوان اسفنجي در فصل مشترك متخلخل استخوان نفوذ مي كند. در اين مورد مشاهده شد كه سيمان استخوان به شكاف فرورفتن سيمان نشدند اما به ندرت خود رشته هادر شكاف ها مشاهده شدند. در آزمايشات خستگي نمونه هاي ناچ شده و ناچ نشده تركيبي از تقويت با رشته و سانتريفوژ منجر به بهبود ذاتي در عمر خستگي سيمان استخوان در هر سطح تنش مي شوند يعني اثرات تقويت با رشته و سانتريفوژ مي توانند با يكديگر جمع شود. ممكن است كاهش تخلخل يا كاهش مكانهاي داراي پتانسيل براي شروع ترك اثر ابتدايي روي شروع ترك و انتشار آن داشته باشد. به  علاوه تقويت سيمان روي زمان مخلوط كردن، زمان پليمريزه شده و گرماي پليمريزاسيون تأثير خواهد گذاشت. مدول الاستيسيته يك پارامتر مهم براي ماده بوده و به سختي به عنوان تابعي از ميزان رشته تغيير مي كند اگر چه مطالعات اوليه پيشنهاد مي كند كه مدول با 5% رشته تغيير نمي كند. رشته ها عموماً به شكاف نفوذ نمي كنند بنابراين قفل شدگي مكانيكي در فصل مشترك (يعني سيمان در داخل شكاف ها) تقويت نشده است و همچنين مهم نيست كه ميزان رشته چقدر باشد، زيرا زمينه، هميشه PMMA خواهد بود و تنها PMMA تقويت نشده در تماس با استخوان خواهد بود بنابراين فصل مشترك سيمان- استخوان هميشه تقويت كننده نشده است. در سيمان تقويت شده، سرعت انتشار ترك كندتر از سميان تقويت نشده است. سانتريفوژ كردن Ti- PMMA هم مقاومت شروع و هم مقاومت انتشار ترك را بهبود مي بخشد و اگر شكست در ناحيه اي از فصل مشترك سيمان- استخوان
 
 شروع شود، سيمان- استخوان تقويت شده مقاومت انتشار ترك بالاتر داشته و رشد  ترك را كند يا متوقف خواهد كرد. (14)
يكي ديگر از خواص مهم سيمانهاي استخواني، خواص برشي آنها مي باشد. از آنجا كه معمولاً مدول الاستيسيته سيمانها بيشتر از مدول استخوان است، اين اختلاف مدول باعث ايجاد تنش هاي برشي در فصل مشترك سيمان- استخوان مي شود كه اين تنش برشي مسئول لق شدگي پروتز است. در سال 1998، Funk و Litsky در مطالعاتي روي خواص برشي فصل مشترك سيمان- استخوان در خارج از بدن با استفاده از دو نوع سيمان استخوان PMMA رايج و دانه هاي پلي بوتيل متاكريلات در زمينه متيل متاكريلات (PBMMA) انجام دادند. تستها در امتداد فصل مشترك انجام شد. آزمايشات خوص برشي روي استخوان اسفنجي و روي هر سيمان به طور جداگانه انجام شد. دانسيته ظاهري سيمان استخوان ارتباط مستقيم با مدول الاستيك و استحكام فشاري و استحكام برشي دارد و مدول الاستيك و استحكام فشاري متناسب با مجذور دانسيته ظاهري است. دماي شيشه اي PMMA ،   است. بنابراين در دماي بدن رفتار ترد دارند. ولي دماي تبديل شيشه اي PBMMA،   است،دانه هاي PBMMA در دماي بدن حالت لاستيكي داشته و مدول الاستيك سيمان را كاهش و انعطاف پذيري آن را افزايش مي دهد. PBMMA در دماي   مدول الاستيك Gpa 27/0 ازدياد طول كششي تنهايي بيش از 40% و كاربيشتر براي شكست نسبت به PMMA دارد. چونكه استخوان و سيمان به يكديگر نفوذ مي كنند، لذا يك فصل مشترك منفرد بين آنها نيست. در واقع يك ناحيه كامپوزيت از استخوان اسفنجي و سيمان كه از يك  طرف با استخوان اسفنجي و از طرف ديگر با سيمان فصل مشترك پيدا مي كنند، ايجاد مي شود. اندازه ناحيه كامپوزيت اثر مستقيم روي استحكام  فصل مشترك سيمان- استخوان دارد. افزايش ميزان نفوذ PMMA به استخوان اسفنجي قفل شدگي مكانيكي را بهبود مي بخشد  كه باعث افزايش استحكام برشي و تانفس شكست فصل مشترك مي شود. يك ارتباط مثبت بين استحكام استخوان و استحكام برشي فصل مشترك وجود دارد. از طرفي با افزايش دانسيته استخوان، نفوذ سيمان مشكل تر مي شود.  Macdonald و همكارانش دريافتند كه دانسيته، فاكتور غالب در تعيين استحكام برشي و فصل مشترك است. يك نمونه با دانسيته استخوان پايين و نفوذ سيمان جذب ممكن است استحكام برشي فصل پايين تر از نمونه اي با دانسيته بالاتر و نفوذ سيمان كمتر داشته باشد. بنابراين  براي يك دانسيته معلوم، افزايش نفوذ سيمان استحكام برش فصل مشترك را افزايش مي دهد. (11) شكل 36
مدول برشي كم همراه با مدول الاستيك كم PBMMA باعث كاهش تنش هاي تماس موضعي مي شود. مقايسه استحكام و مدول برشي در فصل مشترك استخوان- كامپوزيت تفاوت كمي را بين PMMA و PBMMA نشان مي دهد. استحكام برشي نمونه هاي PMMA كمي بيشتر از PBMMA بود. در ناحيه كامپوزيت، استحكام و مدول برشي نمونه هاي PMMA  به مراتب بيشتر از استحكام و سفتي نمونه هاي PBMMA.و  استخوان اسفنجي در ناحيه كامپوزيت خيلي بيشتر از نمونه هاي PBMMA نيست در حالي كه مدول برشي استخوان اسفنجي كمتر از نمونه هاي ناحيه كامپوزيت استخوان- PMMA است. همچنين به نظر مي رسد كه براي ناحيه كامپوزيت استحكام و مدول برشي براي نمونه  هاي PBMMA وابسته به ساختار استخوان اسفنجي باشد. نواحي كامپوزيت PMMA و استحكام  و مدول برشي خيلي بيشتري از PBMMA دارند كه تمايل به خواص سيمان PMMA را دارند. خواص برشي هر ناحيه كامپوزيت با ماده سفت تر مشخص مي شود. براي هر سيمان استحكام و مدول برشي در فصل مشترك هاي هر طرف ناحيه كامپوزيت، با مواد خالص كنترل مي شود بنابراين در فصل مشترك استخوان- كامپوزيت، خواص برشي از خواص استخوان اسفنجي پيروي مي كند و همين طور در فصل مشترك سيمان- كامپوزيت ، خواص سيمانها تعيين كننده خواص است. در ناحيه كامپوزيت، استحكام و مدول برش از ماده سفت تر  اقتباس مي شود كه اين ماده براي كامپوزيت استخوان - PBMMA استخوان اسفنجي و براي كامپوزيت PMMA و PMMA است. طبيعت نرم سيمان استخوان PBMMA يك مزيت است كه تنش هاي تماس زياد را كاهش مي دهد و مانع تشكيل ذرات در فصل مشترك مي شود. PMMA يك ماده ترد است كه در شكست هاي ريز، ذرات سيمان را در فصل مشترك رسوب مي دهد. انعطاف پذيري PBMMA، تافنس افزايش يافته آن در مقايسه با PMMA آن را در برابر شكست مقاوم مي كند.(11)
همانطور كه قبلاً ذكر كرديم، استفاده از سيمان با مدول كاهش يافته باعث كاهش تنش هاي تماسي در فصل مشترك سيمان- استخوان مي شود، در سال 1998، Listsky , yetkinler رفتار ويسكو الاستيك سيمان PBMMA كه مدول كمي دارد را بررسي و با سيمان  PMMA مقايسه كردند. در تنش هاي تماسي موضعي در فصل مشترك سيمان- استخوان را كه نقش مهمي در شروع لق شدگي بازي مي كنند را بررسي مي كردند. يك سيمان استخوان با مدول كاهش يافته مي تواند اين تنش هاي تماسي موضعي را كاهش دهد. در ضمن اينكه خواص و يسكوالاستيك  اين چين سيماني، مشكل نشست طويل المدت را در سيستم ايمپلنت بالا مي برد.(19)

پارامترهاي گيرش و زيست سازگاري
سيمان هاي اكريليكي درحين پليمريزاسيون گرماي زيادي توليد مي كنند. و همچنين به علت وجود منومر متيل متاكريلات سمي هستند. در راستاي رفع اين عيوب در سال 1995، Tanzi و Sket خواص مكانيكي و دماي پليمريزاسيون سيمان اكريليكي  را با جايگزين كردن مقادير مختلف منومر متيل متاكريلات (تا 20 درصد) با توكسي تري اتيلن گليكول مونومتاكريلات (TEG) اصلاح كردند.اضافه كردن TEG به سيمان به طور قابل توجهي ماكزيموم دماي پليمريزاسيون را كاهش داده و زمان گيرش و زمان كاركردن را افزايش مي دهد. شكل 44 نمودارهاي گرمازايي سيمان استخوان اصلاح شده با جايگزين كردن جزئي MMA توسط TEG را نشان مي دهد. افزودن TEG باعث كاهش پيك دما تا   به ازاي TEG 20% در فاز مايع مي شود.عموماً پليمريزاسيون منومرهاي وينيلي رهايش گرماي مشابه با منومرهاي اكريليكي را دارند لذا كاهش پيك دماي پليمريزاسيون سيمان استخوان اصلاح شده به سرعت كمتر پليمريزاسيون TEG ميتواند نسبت داده شود. به عبارت ديگر با افزايش TEG زمان گيرش تا حدود 3 دقيقه افزايش مي يابد. اين افزايش ميتواند مطلوب باشد. زيرا باعث افزايش زمان كار كردن مي شود. منومرهاي باقيمانده در سيمان، تغيير زيادي در پيك دما نمي دهد. و در واقع نه تنها مقادير پيك دما را كاهش مي دهد بكله Tg را نيز كاهش مي دهد.(17)
در سال 1998، Jen - ming و همكارانش  اثر اصلاح تري كليسم فسفات (TCP) هيدروكسي اتيل متاكريلات  (HEMA) و اتيلن گليكول دي متا كريلات (EGDMA) را روي زمان و دماي حين كار سيمان هاي استخوان اكريليكي را بررسي كردند.
با افزايش درصد TCP، دماي تجزيه سيمان افزايش يافت، اما در مورد HEMA و EGDMA چنين اثري مشاهده نشده است.
در ارتباط با بهبود خواص سيمان هاي استخوان اكريليكي در سال 1998 ، ELVIRA و همكارانش اثر افزودن اجزاي فعال پليمري 5-هيدروكسي -2- متاكريلاميد و بنزوئيك اسيد (HMA-5) و 2-هيدوركسي اتيل متاكريلات (HEMA) كه از اسيد ليسييك گرفته مي شود را روي خواص سيمان هاي اكريليكي مانند پارامترهاي گيرش و پارامترهاي سينتيكي بررسي كردند. منومر HEMA توانايي تشكيل تركيبات ملكولي با اتم هاي كلسيم را دارد كه ميتواند توليد مجدد استخوان را در كاربردهاي اين مواد تسهيل كند. منومر HMA- 5 براي حل كردن HMA-5 در فاز مايع به فرمولاسيون اضافه مي شود. زيرا HMA- 5 در منومرMMA غير قابل حل است. منومر  HEMAبه خاطر افزايش ويژگي هيدورفيل بودن  فرمولاسيون ها به منظور افزايش حجم سيمان جهت تسهيل انطباق با سطح  استخوان به فاز مايع اضافه مي شود.  (16) و اصلاح سيمان با HMA- 5 و HEMA موادي ايجاد مي كند كه زيست سازگاري را افزايش مي دهد(16).
 
بررسي  خواص سيمان هاي فسفات كلسيم
اثر افزودني هاي مختلف و دما روي برخي خواص  سيمان فسفات كلسيم آپاتيتي
در سال 1995، GINEBERA و همكارانش اثر مواد مختلف را روي خواص سيمان فسفات كلسيم آپاتيتي بررسي كردند. با افزودن برخي مواد مي توان برخي پارامترها و خواص سيمان را تغيير داد. اثر اضافه شونده هاي متفاوت و دما روي دماي شروع    دماي پايان و استحكام فشاري بررسي كرد.
سيمان مورد آزمايش شامل پودر با تركيبات زير:
(هيدروكسي آپاتيت با كلسيم كم رسوب كرده)PCDHA% و TCP-  15% و TCP- 83% و مايع با تركيب: محلول   مي باشند. اضافه شونده ها هم مي توانند به پودر و هم به مايع اضافه شوند. (5)

نظري براي اين محصول ثبت نشده است.


نوشتن نظر خودتان

براي نوشتن نظر وارد شويد.

محصولات
نظر سنجي
نظرتون در مورد ویکی پروژه چیه؟
  •   مراحل ثبت نام خیلی زیاده!
  •   مطلب درخواستیم رو نداشت!
  •   ایمیل نداشتم که ثبت نام کنم!
  •   مطلبی که میخواستم گرون بود!
نظرنتيجه