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Abstract
Sufficient strength and stiffness, biocompatibility and long-term stability are important
criteria that polymers have to fulfill for successful implant applications in bone
surgery. An additional requirement is sterilization without degradation of the polymer
properties.
Ultra-high molecular weight polyethylene is used as a carrier material in joint replacement
components because of good wear and damping properties. Nevertheless, reduction of
wear is still a major challenge in polyethylene research as wear particles are responsible
for early loosening of prosthetic devices.
Acrylic bone cement is used for the fixation of artificial joints, providing an immediate
and strong fixation of the implant. Possible problems with this bone cement are the
residual (toxic) monomers and the high curing temperature that may cause thermal bone
necrosis.
Polyacetal resins are implantable high performance polymers. Due to their high chemical
and mechanical resistance, they are used in joint replacement components and other
long-term implants. Polyetheretherke- tone is a new and even more stable high performance
polymer. Due to its stability at sterilization temperatures and under irradiation,
PEEK is intended to replace POM in future. PEEK is available in a “medical grade”
quality suitable for long-term implantation.
Zusammenfassung
Genügend Festigkeit und Steifigkeit sowie Biokompatibilität und Alterungsbeständigkeit
während langzeitiger Implantation sind wichtige Kriterien für einen erfolgreichen
Einsatz von Polymeren in der Knochenchirurgie. Eine weitere Anforderung ist die Sterilisier-barkeit
ohne unzulässige Einbusse der Polymereigenschaften.
Ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE) wird in künstlichen Gelenken als Reibpartner
verwendet, da es über sehr gute Gleit- und Dämpfungseigenschaften verfügt. Trotzdem
stellt die Verschleissproblematik noch immer die grösste Herausforderung in der Polyethylenforschung
dar, da die freigesetzten Abriebpartikel für die Lockerung der Prothesen verantwortlich
sind.
PMMA Knochenzement wird für die Fixation von künstlichen Gelenken verwendet, da damit
eine stabile und belastbare Verbindung in kurzer Zeit ermöglicht wird. Probleme mit
diesen Knochenzementen können aufgrund der toxischen Monomere auftreten, oder durch
die Erwärmung während der Aushärtung, die zu thermischer Knochenzerstörung führen
kann.
Polyacetal Harze (POM) sind implantierbare Hochleistungspolymere. Da sie über eine
hohe chemische und mechanische Beständigkeit verfügen, werden sie für Langzeitimplantate
aus dem Bereich Gelenkersatz verwendet. Polyetheretherketon (PEEK) ist ein neues und
noch stabileres Polymer. Es kann problemlos im Heissdampf und mit Gammastrahlung sterilisiert
werden und dürfte daher POM in Zukunft ersetzen. PEEK ist in einer für Langzeitimplantation
geeigneten «medical grade”-Qualität erhältlich.
Résumé
Une résistance et une raideur suffisantes, une biocompatibilité patibilité excellente
et une stabilité à long terme sont des critères essentiels des polymères utilisés
en chirurgie orthopédique. Une bonne tolérance à la stérilisation qui ne doit pas
altérer les propriétés du polymère est une autre exigence.
Le polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé (UHMWPE) est utilisé comme matériau
de support pour des composants articulaires en raison de sa capacitéà résister à l'usure
et à amortir des chocs. La limitation de l'usure reste cependant un problème important
car les débris peuvent provoquer le descellement précoce des prothèses.
Le ciment acrylique, utilisé pour fixer les prothèses articulaires, permet une fixation
immédiate et stable de l'implant. Les problèmes possibles avec ce type de ciment sont
les monomères (toxiques) résiduels et la température de consolidation élevée qui peut
entraîner une thermonécrose osseuse.
Les résines de polyacétal (POM) sont des polymères implantables hautement performants.
Grâce à leur grande résistance chimique et mécanique, ils sont utilisés pour les prothèses
articulaires et d'autres implants nécessitant une longue durée de vie. La polyétheréthercétone
(PEEK) est un nouveau polymère aux propriétés de stabilité encore plus performantes.
Hautement stable aux températures de stérilisation et résistant à l'irradiation, la
PEEK se présente comme un remplaçant du POM intéressant pour l'avenir. Une PEEK de
qualité médicale est actuellement disponible pour l'implantation à long terme.
Resumen
Una rigidez y resistencia suficientes, biocompatibilidad y estabilidad a largo plazo
son criterios importantes que los polímeros han de cumplir para poder ser utilizados
con éxito en implantes óseos quirúrgicos. Otro requisito adicional es que puedan ser
esterilizados sin que se degraden las propiedades de los polímeros.
El polietileno de peso molecular ultra alto se emplea como material portador en los
componentes de las sustituciones de articulaciones debido a sus buenas propiedades
amortiguadoras y antidesgaste. No obstante, la reducción del desgaste sigue siendo
un reto importante en la investigación del polietileno ya que las partículas de desgaste
son las responsables del aflojamiento prematuro de las prótesis.
El cemento óseo acrílico se utiliza para la fijación de articulaciones artificiales
y proporciona una fijación fuerte e inmediata del implante. Los posibles problemas
que puede presentar este cemento óseo son los monómeros residuales (tóxicos) y su
elevada temperatura de endurecimiento que puede causar necrosis ósea por temperatura.
Las resinas de poliacetal son polímeros implantables de alto rendimiento. Debido a
su elevada resistencia química y mecánica, se utilizan en componentes de sustitución
de articulaciones y en otros implantes de larga duración. El poliéter éter cetona
es un nuevo polímero de alto rendimiento con incluso mayor estabilidad. Debido a su
estabilidad a temperaturas de esterilización y bajo radiación, el PEEK pretende ser
el sustituto del POM en el futuro. El PEEK está disponible en ‘calidad médica’ apta
para su implantación a largo plazo.
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