biomateriales
TRANSCRIPT
BIOMATERIALES
UNIDAD 5
Integrantes
Escalona ClaudiaHuizar AlanMontes CrysOchoa Violeta Reyes AndreaValdez HerolindaVillar Paloma
5.1 Introduccion a los biomateriales
¿Hasta dónde puede llegar la ciencia en la elaboración de prótesis, dispositivos y
cementos óseos?.
¿Se está hablando de ciencia-ficción? ¿Dónde termina la ciencia-
ficción y empieza el hecho científico?
¿Qué son los Biomateriales?
¿Seremos Robots?¿Sirven, Funcionan?
Más de cincuenta millones de personas en todo el mundo tienen implantado algún tipo de prótesis y es un hecho bien conocido en nuestra sociedad la
utilidad y necesidad de todo tipo de implantes, siendo raro que en nuestro entorno próximo no conozcamos algún caso de familiar o amigo que
los necesite.
Una motivación importante para ello ha sido el hecho de que la
esperanza de vida aumente de forma
considerable.
Los biomateriales deben cumplir con las
condiciones de partida de ser biocompatibles
y asegurar una determinada vida media. A su vez,
tienen que aportar las prestaciones
específicas que requiera la aplicación
a que vayan destinados.
En la actualidad, el mundo de los biomateriales se formula tres importantes
cuestiones:¿Qué calidad de vida proporcionarán?
¿Cuánto durarán?¿Cuál es su precio?
Entre sus características no puede faltar la de ser
biocompatibles, esto es, biológicamente aceptables. Factores decisivos a la hora de evaluar los biomateriales son su biocompatibilidad y
su duración.
A los biomateriales, materiales implantables intra-corporalmente, se les exige que lleven a cabo una función adecuada, y no ocasionen
ningún daño al organismo.
5.1.1 Importancia de los biomateriales
Los dispositivos construidos con biomateriales están
cobrando creciente importancia y su número aumenta continuamente.
La prevención, el diagnóstico y el tratamiento de muchos trastornos de la salud se han hecho posibles a
la existencia de nuevos materiales y de formulaciones, y dispositivos que participan en ellos.
En la actualidad, en muchos casos, los biomateriales se han convertido en los factores determinantes de la factibilidad y del éxito de una determinada práctica médica.
5.1.2 Estado del arte
El estado del arte incluyen los avances tecnológicos que se están llevando a cabo en los últimos años para mejorar la apariencia estética
de los biomateriales y poder utilizarlos en diversos ámbitos
industriales y médicos, las mejoras en respuesta al organismo y
adaptabilidad con el mismo, el estudio de sus propiedades y
aplicaciones.
Los experimentos en animales Cangrejo herradura – Endotoxinas Puerco – implantes Bacterias - genotoxicidad
Conejos – Oídos, piel, pirógenos Ratones de guinea– piel, ratones – genotoxicidad
Personas – largo tiempo
Mu
ham
mad
Wasi
m A
khta
r
Manufacturing Of Biomaterials
Roots of manufacturing of materials Fundido Forjado Metalurgia de polvos
Propiedades de los Biomateriales
Propiedades mecanicas
Ductibilidad Elasticidad Dureza Resistencia a la traccion
DUCTILITY ELASTICITY
HARDNESS
TENSILE STRENGTH
Ultimos avances tecnologicos y esteticos en:
Las articulaciones artificiales de cadera
AluminaTi 6Al4V, Co-Cr, 316L acero
inoxidable
Biomateriales para implantes
Lentes intraoculares
3 materiales basicos: - PMMA, acrylico, silicon
Injertos vasculares y protesis
Protesis sensibles
En la forma de la nariz (a la izquierda) es "sembrado" con las células llamadas condrocitos que sustituyen
a los de polímero de cartílago en el tiempo (a la derecha) para hacer una adecuada implantación.
Los andamios de polímeros sintéticos
Diseño Asistido por Computadora de la vasculatura
Necesitamos una estructura que se ahorra espacio, es fuerte pero poroso para permitir el crecimiento de los
vasos sanguíneos ... Aprender de la naturaleza y utilizar una estructura de
panal
3-D
Porque el colageno?
Es el material ideal :
ECM es una molécula importante y es el componente estructural importante en el cuerpo.
poseen superficie ideal para la adhesión de las células en el cuerpo.
biocompatible y se degrada en productos inofensivos, que se metabolizan o excretan.
un antígeno muy pobres, no tóxico.
Valvulas del corazon
Celdas de la valvula
Matriz de colágeno de la
válvula del corazón
Valvula despues de la implantacion
Ortopedia y Odontologia
Piel artificial
5.1.3 Tipos de Biomateriales
Origen
Naturales
Gomas
Fibras proteicas
Metales
SintéticosPolímeros
y plásticos
En función de la respuesta del organismo
Inertes
Interactivos
Viables
Reimplantados
Sin respuesta
Respuesta especifica
“prediseñada”
Respuesta como a tejido
normal
Respuesta armónica
En función de su estructura
Metales y aleaciones
En esta categoría las aleacionesmás importantes son las de:
Acero inoxidable, Cobalto-Cromo, Aluminio-zinc y las de
titanio.
La aplicación principal de estas aleaciones, son remplazar sistemas de unión como la cadera y la rodilla, se utilizan también para realizar placas para huesos, tornillos, clavos, etc., así como en la elaboración de instrumental quirúrgico.
Polímeros
Pueden ser tanto naturales como sintéticos
Los polímeros mas utilizados son: poli (cloruro de vinilo), polipropileno, poli (metacrilato de metilo), poliestireno y
sus copolimeros. Dentro de susaplicaciones más importantes se
encuentran la elaboración de dispositivos para diálisis,
válvulas de corazón, implantes oculares y dispositivos ortopédicos entre otros.
Biodegradable, es aquel, que se descompone después de un cierto período de tiempo dentro del organismo.
Bioabsorbible, es aquel, que el organismo es capaz de metabolizar y resintetizar en compuestos que puedan ser absorbidos, como lo son las proteínas.
Cerámicos
Los cerámicos que se utilizan en la elaboración de biomateriales,
normalmente reciben el nombre de biocerámicos.
biocerámico-absorbible, es aquel, que el organismo es capaz
de metabolizar yresintetizar en compuestos que
puedan ser absorbidos, normalmente son elaborados de
fosfatos, óxidos, etc.
biocerámico-no absorbible o inerte, es aquel, que el organismo no es capaz
demetabolizar y resintetizar en
compuestos que puedan ser absorbidos, estos son no tóxicos,
no producen ninguna alergia ni reacción secundaria, son totalmente
biocompatibles yresistentes a la corrosión.
biocerámico-con superficie de reacción, es aquel, que el
organismo utiliza sólo por un período de tiempo, esto debido a
sus propiedades. Entre estos materiales se encuentran el
Bioglass y el Ceravital, los cuales consisten en una mezcla de
óxidos de silicón, calcio, sodio, fósforo, magnesio y potasio.
Ejemplos de estos tipos de compuestos son los utilizados en el área
médico-dental, tales como: inclusiones inorgánicas de
cuarzo con una matriz acrílico-polímero;
Componentes ortopédicos como pueden ser:
inclusiones de fibra de carbón con una matriz de
polietileno.
Compuestos
Un biomaterial es un compuesto sólido que contiene dos o más componentes unidos para formar una estructura
integra.
Este grupo esta formado por piel natural, arterias, venas y otros componentes que
son utilizados como tejidos. Sus aplicaciones más comunes son en
cirugías plásticas, implantes de piel, reconstrucción de músculos, tendones y ligamentos. Uno de los productos mas comerciales dentro de este grupo es el colágeno, el cual, esta elaborado por celulosa y algunos poli-aminoácidos,
como la glutamina y la lisina.
Material Biológico
5.2 Biomateriales Duros
Definición:Sustancias naturales o sintéticas que se
pueden poner en contacto con los tejidos vivos sin provocar daños o alteraciones mientras mantienen su efectividad física y biológica.
En función de su estructura:
MetalesÁtomos unidos por
enlaces metálicos
CerámicosCompuestos inorgánicos
unidos por enlaces iónicos y covalentes.
Polímeros
BIOMATERIALES
Orthopedic screws/fixation
Implantes Dentales
Implantes Dentales
Válvulas para el Corazón
Reemplazo de huesos
Skin/cartilageDrug Delivery
DevicesImplantes Oculares
CerámicasMetales
5.2.1 Estructura y Propiedades de los materiales
Propiedades de los materiales
1. Dureza2. Tenacidad3. Fragilidad4. Elasticidad5. Plasticidad6. Maleabilid
ad7. Ductilidad
El empleo de un determinado biomaterial en el diseño de un dispositivo biomédico obliga a evaluar su capacidad de
soportar las cargas mecánicas a las que va a estar sometido durante el cumplimiento de su función
específica.
Cualquier estado de carga complejo puede expresarse en función de los siguientes modos de solicitación básicos:
fuerzas axiales (tracción y compresión) fuerza de corte momento de flexión momento de torsión.
Existen otros fenómenos que se manifiestan a más largo plazo y pueden llevar a la falla de los materiales. Entre ellos se pueden mencionar:
1. fatiga2. fluencia3. relajación de tensiones4. desgaste5. sus combinaciones.
Estrucutura
1. Solido cristalino2. Solido amorfo3. Estructura Cristalina Cúbica
Centrada en el Cuerpo BCC4. Estructura Cristalina Cúbica
Centrada en las Caras FCC.5. Estructura Cristalina
Hexagonal Compacta HCP
5.2.2 Materiales metalicos
Acero inoxidable, Cobalto-Cromo, Titanio, aleaciones
con memoria de forma Niobio, Tantalio
En la década de 1920, Reiner Erdle y
Charles Orange, quienes unieron sus
conocimientos de médico dentista y metalurgia
respectivamente, desarrollaron la aleación
Vitallium, que fue el primer biomaterial metálico
aleado con características mecánicas de
biocompatibilidad y de resistencia a la
corrosión, aceptables para aplicaciones en
prótesis quirúrgicas.
Esta aleación de cobalto (65 por ciento de
Co, 30 por ciento de Cr y 5 por ciento de Mo), fue el punto de
partida para una serie de investigaciones
multidisciplinarias en el desarrollo de nuevas
aplicaciones ortopédicas,
como clavos, tornillos y fijadores de huesos
fracturados, además de varios tipos de
implantes de reemplazo articular, como cadera, rodilla, hombro,
codo, entre otras.
Posteriormente, en la década de 1930 se desarrolla el acero inoxidable grado
quirúrgico 316LQ, que es un acero con bajo
contenido de carbono, 18 por ciento de
cromo, 8 por ciento de níquel, y 2 por
ciento de molibdeno.
Otras aleaciones que han tomado gran importancia en aplicaciones aeronáuticas y aeroespaciales, así
como en aplicaciones médicas para implantes quirúrgicos, son las de
base titanio, especialmente la aleación Ti6Al4V,
la cual presenta ventajas superiores en peso, propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión con respecto a las aleaciones base
cobalto y acero inoxidable.
Sin embargo, tiene una resistencia baja aldesgaste, así como un alto costo. Esta
aleación ha sido modificada, intercambiando el Vanadio por el Niobio, lo cual ha dejado una notable mejora en
el índice de biocompatibilidad.
Por otra parte, con el objeto de incrementarla resistencia al desgaste, se ha
implementado el uso de recubrimientosduros en cabezas femorales, aplicados
mediante técnicas de depositación física enfase vapor (PVD), además de utilizar
materiales cerámicos como alúmina (Al2O3)o circonia (ZrO2).
Se buscan nuevas técnicas de procesamiento para
maximizar las propiedades mecánicas de las aleaciones actuales y lograr que sus superficies tengan texturas
adecuadas para inducir la respuesta biológica deseada. Por ejemplo, está en estudio el desarrollo de microelectrodos
para dispositivos
neurológicos que resistan la corrosión y en particular, el fenómeno de tensión-corrosión (stress corrosion cracking)
inducida por el medio biológico.
También se está prestando atención a las propiedades
superelásticas de aleaciones de níquel y titanio, y al fenómeno
de memoria de
forma para "stents". Los "stents" son
dispositivos tubulares expansibles que se usan en medicina para mantener abiertos a conductos
tales como arterias, venas, uretra, tráquea y evitar su
colapso.
El término superelásticos describe la capacidad
de algunas aleaciones metálicas de sufrir
grandes deformaciones y retornar a la forma
original una vez que la fuerza que genera la
deformación desaparece. Por ejemplo, un acero
inoxidable común sufre deformaciones elásticas de
un 0,5%, mientras que las aleaciones utilizadas en
los stents, alcanzan deformaciones de hasta un
11%.
5.2.3 Materiales Cerámicos
CERAMICOS VENTAJAS DESVENTAJASAlumina
HidroxiapatitaZirconia
Biovidrios
Compatibilidad con sistema
musculoesqueleto.Similitud con propiedades
físicas del hueso.Resistencia a la corrosión.
Inertes a los tejidos.Adherencia a los tejidos.
Alta resistencia a la compresión y al desgaste.
Baja resistencia a la tensión, corte e
impacto.Difícil conformación.Falta de elasticidad.
Usos: Ortopedico, revestimiento, odontologico, valvulas
cardiacas
Aunque las cerámicas y los vidrios no sufren corrosión, presentan alguna forma de degradación cuando son expuestas al
medio biológico.
Aunque las cerámicas consideradas inertes químicamente (alúmina, por
ejemplo) experimentan una degradación de sus propiedades mecánicas como
consecuencia del contacto con la solución salina del medio biológico.
Alumina
Es la cerámica bioinerte mas frecuentemente utilizada.
El uso de la alúmina como biomaterial esta motivado por su excelente
biocompatibilidad y su excepcional coeficiente de fricción y baja velocidad de
desgaste.
Debido a su capacidad de ser pulidas con un alto acabado superficial y su excelente resistencia al desgaste, la alúmina se utiliza a menudo para las
superficies de desgaste de las prótesis de sustitución conjunta.
Estas aplicaciones incluyen cabezas femorales para el reemplazo de cadera y placas de desgaste en
reemplazos de rodilla. En sustitución de cadera, la cabeza femoral de alúmina se utiliza en
conjunción con un vástago femoral metálico y una copa acetabular hecho de ultra alto peso
molecular de polietileno para oponerse a la articulación de la superficie
Poroso de alúmina también pueden utilizarse para
sustituir a una gran parte de los huesos
que se han eliminado por razones tales como el cáncer.
Estas pueden adoptar la forma de anillos
concéntricos que son alrededor de un
pasador metálico, añade el centro de sí mismo el resto de los
huesos.
La naturaleza porosa de estos implantes
permitirá al hueso nuevo crecer en los poros, la utilización eficaz de la alúmina
como un andamio para la formación de hueso
nuevo.
Hidroxiapatita
El mineral hidroxiapatita, también llamado hidroxiapatito, está formado por fosfato de calcio
cristalino y representa un depósito del 99% del calcio corporal y 80% del fósforo total.
El hueso desmineralizado es conocido como osteoide. Constituye alrededor del 60-70% del peso seco del
tejido óseo, haciéndolo muy resistente a la compresión.
El esmalte que cubre los dientes contienen el mineral hidroxiapatita. Ese mineral, muy poco soluble, se
disuelve en ácidos.
El Instituto de Investigaciones en Materiales ha desarrollado compuestos terapéuticos a partir de
dos minerales (hidroxiapatita y zeolita enriquecida con calcio y zinc); algunos también
sirven para hacer prótesis oculares.
Se utilizan para tratar, aumentar, completar o reemplazar tejidos vivos y órganos, como hueso, piel, ligamentos, tendones, nariz, orejas, ojos...
El calcio del hueso se presenta en forma de un compuesto denominado HIDROXIAPATITA .
Sirven para reemplazar hueso e incluso piel herida o quemada.
hidroxiapatita (un mineral que, además de encontrarse en la naturaleza,
lo producimos en nuestro cuerpo a 37 °C)
"El hueso es un tejido conjuntivo duro; su parte orgánica está
constituida por colágena, nervios, grasa y vasos
sanguíneos, principalmente; y su parte inorgánica, por
hidroxiapatita", explica la especialista.
En caso de pérdida por accidente, infección u otra
causa, los médicos recurren al llamado homoinjerto: al paciente
le quitan una parte de hueso (generalmente de la cadera) para implantársela en el sitio
afectado. Sin embargo, con los biocerámicos ya se puede evitar
este procedimiento.
"La hidroxiapatita de las minas no sirve para
elaborar implantes óseos porque está muy
contaminada. Por eso se obtiene en laboratorio mediante reacciones
químicas, en forma de polvo cristalino de alta pureza. Posteriormente, éste se compacta y se
somete a altas temperaturas (más de
1200 °C) para sintetizarlo y formar con él piezas
geométricas de gran resistencia y dureza".
Obtención de la
Hidroxiapatita
Tipos de Hidroxiapatita
Fosfato de Calcio Hidratado Ca10[PO4]6[OH]2
La hidroxiapatita también permite elaborar prótesis oculares (han
sido probadas en el Centro Médico Nacional y el Hospital de la Luz). Así, a los tuertos se les puede implantar, en vez de un ojo de vidrio fijo y pesado, una esfera de este mineral ligero y
poroso.
Se usa, además, en implantes dentales, sistemas percutáneos,
tratamientos periodentales, otorrinolaringología y cirugía
maxilofacial y espinal. Inyectada bajo la piel, quita arrugas y
rellena huecos óseos en cara o cabeza.
Cuando el paciente es diabetico, la piel corre el riesgo de sufrir diferentes tipos de heridas o alteraciones como quemaduras, abrasiones, contusiones, laceraciones y punciones. La
Hidroxilopatita , a partir de zeolita enriquecida con calcio y zinc, sirven para regenerar y lograr
una cicatrización más rápida.
Este biomaterial tiene otra ventaja: estimula el crecimiento normal de pelo.
Biovidrios
El vidrio bioactivo es considerado actualmente como el material más biocompatible en el área de regeneración
ósea debido a su bioactividad, osteoconductividad y hasta mismo osteoinductividad.
Ese material, que muestra excelente bioactividad, podrá abrir las puertas para el desarrollo de nuevos materiales de regeneración ósea nanoestructurados para la medicina
regenerativa e ingeniería de los tejidos.
Biovidrios basados en sílice
constituyen la parte esencial de esos materiales
bioactivos, ya han sido usados en
diversas aplicaciones ortopédicas y
dentarias.
ZirconiasTambién es empleada como esfera articular en
reemplazos totales de cadera. Es fundamentalmente ZrO2 con el agregado de algún oxido metálico.
La ventaja potencial de la zirconia en prótesis bajo carga es su bajo modulo de elasticidad, su alta
resistencia mecánica y su buena tenacidad.
Hasta ahora hay insuficiente cantidad de datos para determinar si esas propiedades conducirán a un éxito
clínico luego de varios años de uso.
5.3 Modificacion superficial de implantes
Concepto
La implantación iónica es una técnica de modificación superficial que consiste en la introducción de átomos de un elemento escogido, dentro de las primeras capas superficiales de un material.
Con el tiempo, se han descubierto un buen número de procesos de implantación iónica
capaces de aumentar:
De diferentes aleaciones metálicas, materiales cerámicos y polímeros.
Resistencia al desgaste
La corrosión
La fatiga
Aumentar la vida útil de los
materiales
No produce cambio alguno en
el acabado superficial
No produce cambio alguno en
dimensiones
Ventajas de la implantación iónica
Una de las razones por las que se utiliza la implantación iónica es que puede aplicarse
sobre herramientas ya acabadas, sin riesgos de deformaciones y como último paso antes de su utilización industrial.
Implantación iónica en el sector mecánico
Ejemplos de herramientas tratadas
Cilindros de laminación
Rodillos de acabado
PunzonesHerramientas
de estampado
Aplicaciones en la medicina
Las características particulares de la implantación iónica convierten este proceso como el idóneo para ciertas aplicaciones médicas, sobre todo en prótesis de cadera, rodilla, etc..
Contiene casi la misma cantidad de iones y electrones, pero en el que puede coexistir átomos neutros, con una gran capacidad de neutralizar carga introducida externamente
Aplicación de PLASMA
Plasma: es un gas ionizado (parcial o
totalmente).
Se comprobó que por esta técnica había una elevación sustancial de la dureza superficial de la resistencia al desgaste y a la corrosión, así como
la utilización del proceso en aceros inoxidables que sin estas mejoras no serían potencialmente
útiles para muchas aplicaciones industriales.
Conocido como: Deposición en fase de vapor
Aplicación de PVD
Objetivo
Depositar capas de elevada dureza que mejoraran el rendimiento al desgaste. Estas capas están formadas por compuestos cerámicos.
Su color dorado abrió grandes expectativas en cuanto a su uso en
aplicaciones decorativas: al atractivo del color se suma la
elevada dureza superficial. De este modo se inició la deposición de
capas PVD.
Aplicación decorativa
Posteriormente se realizaron recubrimientos tribológicos, que son los que buscan no sólo mejorar
la dureza de los materiales sino también las características de deslizamiento, rozamiento y
autolubricación en contactos metal-metal
Técnicas de deposición química en fase de vapor.
La técnica de CVD consiste en la reacción de una mezcla de gases en el
interior de una cámara de vacío (reactor) para dar lugar a la formación de un material en forma de capa delgada.
Aplicación de CDV
Los subproductos de la reacción son evacuados hacia el exterior mediante un
sistema de alta velocidad de bombeo (bomba 'roots' apoyada con rotatoria).
Activación de gases:• Térmica.• Plasma.• Fotones
Gases
SubstratoRecubrimie
nto
Subproductos(Sistema de
vacio)
Deposición química en
fase de vapor
La gran gama de posibilidades de aplicación, especialmente en las
herramientas de conformación sometidas a grandes esfuerzos se obtienen
rendimientos muy buenos, alta dureza, excelente resistencia a la adherencia.
El método Sol-Gel es un método donde uno o varios elementos son usados en la forma de sol y/o gel
con el fin de obtener un sólido homogéneo.
Aplicación de Sol-Gel
Es una reacción química, donde un liquido se va condensando hasta formar un sólido.
La química del proceso sol-gel esta basado en la hidrólisis y condensación del precursor molecular, donde primeramente un sistema condensado, llamado sol, se transforma mediante
un proceso de polimerización continua a un gel. Al combinar ambos métodos nos da una nueva técnica que la
denominamos sol gel.
Sistema condensado
sol gel
Sol- Gel
MATERIALES COMPUESTOS RECUBRIMIENTOS CERÁMICA VIDRIOS FIBRAS
Donde los podemos utilizar
Técnica electroquímica se ha
usado para el control o el estudio de procesos donde
tiene lugar una reacción de
transferencia de carga.
Aplicaciones ELECTROQUIMICAS
En la corrosión de los metales, cuyo desarrollo se produce a través de
un proceso electro-químico, y también en la corrosión a altas temperaturas, que transcurre
mediante reacciones químicas, donde las transferencias de materia y de carga son objeto de estudio de la electroquímica del estado sólido.
Estos procesos electro-químicos
han sido empleados en el
campo de la energía, con el
diseño y fabricación de las
pilas, los acumuladores o
las pilas de combustible.
La electroquímica se viene aplicando en la protección ambiental, con métodos electroquímicos de recuperación de metales.
5.4 Biocompatibilidad
La biocompatibilidad se define como la capacidad de un material de generar una respuesta biológica apropiada al ser aplicado sobre un
tejido, ya que no existe un material inerte, dependiendo de la función física y de la respuesta biológica que deseamos de un material. Esta definición implica la interacción entre un huésped, el material y la
función esperada del material
Biocompatibilidad
Imagen 1. ilustra como el color del objeto percibido cambia según la posición del
observador y la fuente de luz.
Por ejemplo, existen muchos materiales utilizados para obturar cavidades retrógradas
en una apexificación, como son el MTA (Mineral Trióxido Agregado), la amalgama y el Super
EBA.
La amalgama es un material que ha mostrado buenos resultados clínicos aunque se ha demostrado que es
corrosivo, tóxico y que libera mercurio.
La bicompatibilidad es un proceso dinámico continuo ya que la respuesta del cuerpo a los materiales sufre cambios con el paso del tiempo, además todos los materiales sufren cambios, ya sea
por procesos de corrosión, fatiga entre otros.
Pruebas de biocompatibilidad
Pruebas In vitro
Se llevan acabo en un tubo de ensayo o en una placa de cultivo, fuera de un organismo vivo.
se realizan colocando el material en contacto directo con poblaciones celulares o bacterias y miden: el grado de citotoxicidad o crecimiento
celular, funciones metabólicas de la célula y el efecto del material sobre el material genético de la célula
Dentro de las ventajas que tienen estas pruebas es que son rápidas, fáciles de realizar y relativamente
menos costosas
Pruebas de citotoxicidad
Estos ensayos evalúan el efecto de los materiales sobre diferentes poblaciones celulares midiendo el número o crecimiento celular luego de la exposición a los materiales. Además estas pruebas determinan daños a
nivel de la membrana celular, biosíntesis o actividad enzimática y el material genético
Pruebas indirectas (uso de barreras)
Un ejemplo de ensayos indirectos es Método de cubierta de Agar. El Agar forma una barrera entre las células y el material, el cual es colocado encima del agar. Nutrientes, gases y sustancias tóxicas
solubles pueden difundirse a traves del agar, si el material es citotóxico, las células serán lesionadas y el rojo neutro será liberado,
dejando así una zona de inhibición de crecimiento celular
Pruebas de Mutagénesis y carcinogénesis
Estas pruebas estudian el efecto de los materiales
sobre el material genético tanto en células como en
bacterias y posteriormente se evalúan los materiales en mamíferos. Se realizan
en un orden específico y se detienen cuando existe
cualquier indicio de mutagenicidad por parte del material o químico.
Pruebas In vivo (en animales)
Se realizan directamente sobre mamíferos como ratones, ratas, hamseters y conejillos de indias, aunque se utilizan muchos otros animales. Se mide la alteración en la fx hepática y el aumento en
en la inducción tumoral por una reacción química.
Prueba de Irritación de mucosas
Determina si un material puede generar
inflamación a nivel de mucosas o piel
erosionada.
Prueba de Sensibilización cutánea
Estos ensayos evalúan si un material genera una respuesta
inflamatoria ya sea con eritema, edema o puede no generar respuesta alguna.
Prueba de Implantación
Estos ensayos sirven para evaluar los materiales que entrarán en contacto con tejidos subcutáneos o hueso, ya que determinan la
alergenicidad, inflamación crónica o formación de tumores.
La toxicidad de un material es la capacidad, real o potencial, que tiene dicho material de actuar como estímulo nocivo en
contacto con un organismo vivo. El material puede lesionar al organismo a dos niveles, local o sistémico.
Toxicidad
Reacción Local
Es la que se produce en la zona de contacto entre el material y los tejidos donde está colocado. La etiología de la reacción local puede ser diversa, fundamentalmente agentes químicos, reacción
inmunológica, agentes infecciosos o mecánicos.
Reacción Sistémica
Es la que se produce de forma generalizada en todo el organismo o bien localizada en tejidos concretos
a distancia.
En función de esto podemos hablar de toxicidad a:
1. corto, 2. medio y 3. largo plazo.
Corto plazo. Es la que suele aparecer en la reacción inflamatoria local. La sintomatología desaparece en cuanto se elimina la causa.
Medio plazo. Aquí se podría englobar las reacciones sistémicas secundarias a la acción cancerígena, alérgica, o a depósitos.
Largo plazo. Como largo plazo consideramos varias décadas. En esta situación es muy difícil establecer la relación causa efecto, ya que incluso pueden aparecer en generaciones posteriores.
Uno de los primeros en proponer una forma estructurada para el estudio de la biocompatibilidad fue Autian, y lo esquematizó en tres niveles
1. Toxicidad Inespecífica (en cultivos celulares o en pequeños animales).
2. Toxicidad Específica (pruebas de uso por ejemplo en primates subhumanos).
3. Pruebas clínicas en humanos.
Langeland propuso otro esquema, el cual fue adoptado como Reporte técnico 7405 en 1984, que consistía de tres etapas (13): 1. Pruebas de inicio o primarias (citotoxicidad, toxicidad sistémica,
mutagénesis). 2. Pruebas secundarias (sensibilidad cutánea, pruebas de implantación,
irritación de mucosas e inflamación). 3. Pruebas de Uso (equivalentes a las pruebas clínicas).
5.5 Biomateriales
Suaves
Sustancias pueden poner en contacto con los tejidos vivos
sin provocar daños o alteraciones mientras
mantienen su efectividad física y biológica.
Biomateriales Suaves
Los materiales suaves son sistemas formados por diversas
componentes que presentan propiedades fluidas.
Estos materiales, aparentemente distintos
entre sí, poseen propiedades estructurales y dinámicas.
Los materiales blandos, algunas veces conocidos como fluidos complejos, incluyen
a los polímeros.
Bioinertes: ausencia de una
respuesta del tejido en el que se
implanta.
Biocompatibles: unión con el tejido
del lugarde implantación
pero con una intercara bien
definida.
Bioactivos: permiten un
crecimiento del tejido es su
interior
Los biopolímeros deben cumplir, como todo
biomaterial,dos restricciones
principales: respuesta mecánica y unaspropiedades de
superficie adaptadas al tejido receptor:
-Mecánica: adaptable mediante elección del polímero y mediante
el diseño.-Propiedades de superficie: impuestas también por la
elección del polímero. Modificables mediante distintos
tratamientos
5.5.1 Biomateriales Poliméricos
Metales CeramicasBIOMATERIALES
Orthopedic screws/fixation
Dental Implants Dental Implants
Heart valves
Bone replacements
Skin/cartilageDrug Delivery Devices
Ocular implants
Biomateriales Poliméricos
Polimeros
El biopolímero es básicamente un implante mecánico con función exclusivamente de relleno permanente. Por lo cual se requiere un buen adiestramiento para su adecuado uso, pues si bien sus resultados positivos son permanentes, también son permanentes los defectos que puedan quedar por el mal uso o abuso del producto.
Tiene una gran ventaja, no produce reacciones alérgicas, y su efecto es prácticamente permanente
Los biopolímeros son implantes que han revolucionado la medicina estética, cuya génesis es el silicio y que guardan analogía con productos orgánicos.
La diferencia estriba en que en los biopolímeros el silicio reemplaza al carbono. Esta analogía, aunado a su inercia y fluidez, contribuye al amplio margen de tolerancia que, como implante facial, tienen los biopolímeros. El silicio orgánico es un protector metabólico y evita la peroxidación lipídica.
Los biopolímeros tienen las siguientes características:
*Ni antigenicidad ni Bio-degradación*Atoxicidad total*Baja tensión superficial*Pureza y esterilidad totales*Estabilidad a varias temperaturas*Buena capacidad dieléctrica*Hidro-repelencia*Capacidad de buen enfibrosamiento*Permanencia indefinida
La gran variedad de fórmulas y la versatilidad de diseño de estos materiales los han convertido en los componentes más frecuentemente utilizados en la fabricación de dispositivos biomédicos.
A continuación veremos algunos de los usos y propiedades de los polímeros empleados en medicina, dividiendo para ello a los polímeros en dos grupos:
Homolímeros
Copolímeros
Los homopolímeros están compuestos por la repetición de un solo tipo de monómero y en la siguiente figura se muestran las estructuras químicas de alguno de ellos.
Homopolímeros
POLIETILENOEn su forma de alta densidad es empleado en tubos para
drenajes y cateteres, hilos de sutura, cirugia plástica, etc. Se emplea como componente acetabular en reemplazos de cadera y en reemplazos de rodillas.
Este material tiene buena tenacidad, resistencia a las grasas y tiene un costo relativamente bajo.
POLIPROPILENOTiene una alta rigidez, buena resistencia química y alta
tensión de ruptura. Su resistencia a la fisuración por tensiones es superior a la del polietileno y es empleado en las mismas aplicaciones.
POLIMETILMETACRILATO (PMMA)
Tienen una muy buena transparencia a la luz, tenacidad y estabilidad, lo que hacen de el un excelente material para lentes ultraoculares y lentes de contactos duras.
CLORURO DE POLIVINILO (PVC)
Es usado principalmente en mangueras y bolsas para transfusiones de sangre , alimentación y diálisis. El PVC puro es un material duro y frágil, pero con la adición de plastificantes, se transforma en flexible y blando.
POLIDIMETILSILOXANO (PDMS)Se emplea en las membrabas oxigenadoras debido a su
alta permeabilidad de oxígeno. Por su excelente flexibilidad y estabilidad es utilizado en una variedad de protesis tales como articulaciones de dedos, válvulas de corazón, implantes de pechos, narices, orejas y barbillas.
Copolímeros
Son otra clase importante de materiales biomédicos.
En la siguiente figura se muestran dos de los copolímeros frecuentemente empleados en dispositivos biomédicos.
POLIGLICOLILACTIDA (PGL)
Es un copolímero empleado para suturas quirúrgicas reabsorbibles (el organismo se encarga de disolverlas). Y retiene su resistencia durante más de 14 días.
POLIURETANOS
Son copolímeros que pueden ser de dos tipos flexibles o rigidos, dependiendo del poliol usado. Son empleados en aislamiento de conductores en marcapasos, injertos vasculares , vejigas artificiales, etc.
5.5.2 Biomateriales para transporte de
drogas
Introduccion
las aplicaciones medicas y farmaceuticas de los biopolimeros constituyen actualmente uno de los campos de mayor interes en los desarrollos de macromoleculas, por su
utilizacion como dispositivos terapeuticos cardiovasculares, ortopedicos, oftalmologicos y dentales, sustitutos de la piel,
sistemas de liberacion de farmacos y sensores para propositos de diagnostico.
Los polimeros fueron incluidos oficialmente en el campo farmaceutico en 1980 en la Farmacopea Americana y desde entonces se han empleado como auxiliares de formulacion en medicamentos y como materiales de
envaces y empaques.
La aplicación de estos materiales en el campo biomedico y en sistemas terapeuticos farmaceuticos conlleva la formacion
de una interface con el sistema biologico.
Los polimeros tambien son materiales ideales
para el transporte y liberacion de drogas
(farmacos) porque son capaces de incorporar grandes cantidades y liberarlos lentamente.
El polimero mas utilizado para este fin ha sido la silicona, la
cual es capaz de transportar, entre otros, benzocaína,
testosterona y difosfato de cloroquina
(antimalaria).
Un “polímero transportador” debe exhibir ciertas propiedades como:
Ser soluble, facil de sintetizar y con una masa molecular precisa.
Debe contener sitios de unión y liberación del fármaco, o la posibilidad de incorporar residuos de unión.
• Ser compatible con el entorno biológico, no tóxico, no antigénico y no alterar propiedades de dicho entorno.
• Debe ser reconocido o dirigirse a un tipo predeterminado de células.
• Debe ser biodegradable o poder ser eliminado por el organismo después de realizada su función.
Liberacion de farmacos de forma controlada
La clave está en el diseño de unos innovadores polímeros, largas cadenas de moléculas
pesadas compuestas por repetidas unidades estructurales
conectadas mediante enlaces químicos. Los polímeros de
Langer son capaces de contener en su interior moléculas de medicamentos que, una vez
introducidos en el riego sanguíneo, se liberan de forma
controlada.
“ Esta tecnica permite atacar
celulas tumorales sin afectar al resto del
organismo.”
Robert Langer
Langer y su equipo ya han realizado con éxito tratamientos contra tumores de
cerebro, próstata y ovarios. Los resultados muestran que los polímeros liberan
lentamente el medicamento de quimioterapia justo en el tumor, es decir,
eliminan las células cancerígenas sin dañar lo más mínimo otros órganos y células
sanas, todo lo contrario de lo que sucede con los actuales tratamientos de
quimioterapia, que no discriminan entre células y afectan a todo el organismo.
Las investigaciones de Langer sobre polímeros no se detienen en la llamada medicación inteligente, sino que han conducido al diseño de biomateriales que permiten crear tejidos artificiales, como piel. La tecnología puede revolucionar el mundo de la medicina. "Es posible --explica Langer-- que con esta técnica podamos crear en el futuro órganos completamente nuevos". Actualmente ya se ha usado con resultados positivos piel artificial generada mediante esta técnica. La idea tras la ingeniería de los tejidos es crear una estructura artificial y temporal de polímeros en la que las células puedan crecer alrededor y en el interior de estos polímeros.
5.5.4 Biocompatibilidad en Biopolimeros
¿y si el cuerpo lo rechaza?.
¿Hacen algún daño?
¿Mi cuerpo lo va a aceptar?
¿Me dañara otros organos?
¿Sirven, Funcionan?
La biocompatibilidad de un material implantado o un dispositivo prostético es un proceso dinámico con dos
vertientes:
La implantación de un dispositivo (bioinerte o biodegradable) en el organismo humano, requiere que se garantice su total reconocimiento por parte del complejo sistema fisiológico.
Una comprende los efectos que provoca el organismo receptor en el material implantado.
Y otra los efectos producidos por el implante o sus productos de degradación en el organismo receptor.
Características de un material Biocompatible
No toxico. Resistencia mecánica. No termoconductor (que no conduzca cambios de
temperatura). Estético (preferentemente que adopte fielmente las diferentes
tonalidades del diente). Nula o baja irritación a tejidos bucales. Hipoalergénico (baja capacidad para desencadenar alergias). Resistencia a la corrosión y pigmentación. Altamente durable sin perder sus características. Indeformable. Fácil de manipular por el operador. Insípido (que no provoque sabores).
Factores que influyen en la compatibilidad de implantes:
Tamaño del implante, Forma, Composición del
material, y La humectación de la
superficie, La aspereza y la carga
5.6 Interacción con proteínas y células
El cuerpo humano está constituido por una
estructura ósea rígida el
esqueleto, siendo éste el
soporte mecánico de los tejidos blandos
Los tejidos blandos son:
Músculos Piel
Órganos
Corazón.Hígado.
Páncreas.Pulmones.
Mucosas
En el interior de los anteriores elementos
se encuentran o circulan numerosos fluidos corporales
como sangre, plasma, jugos gástricos,
saliva, orina, etc.
El cuerpo y
sus tejidos
Fluido extracelular
El fluido extracelular, localizado entre los diferentes tejidos, se mantiene a una temperatura de 37oC, es una solución acuosa, salina, con conductividad eléctrica y pH 7.4, que contiene 1% de cloruro de sodio, así como cantidades menores de otras sales y componentes orgánicos.
La saliva producida por diversas glándulas
bucales es una solución acuosa compuesta por varias sales orgánicas e
inorgánicas, ácidos orgánicos, proteínas,
carbohidratos y lípidos, con una concentración
total de 5 g/L y un pH 7.0. En la boca se produce un
litro de saliva por día, utilizada principalmente
durante la masticación de alimentos.
El compuesto más común dentro del cuerpo humano es el colágeno, y otras
proteínas que incluyen elastina, queratina, reticulita, miosina y actina.
En contraste con las proteínas estructurales, proteínas globulares o
enzimas.
Gracias a la compleja organización el organismo humano tiene capacidad para identificar, rechazar o admitir cualquier cuerpo extraño (implante) introducido en él.
Las interacciones entre el implante o cuerpo extraño y el medio fisiológico
determinan el período de tiempo necesario para su
reconocimiento y la intensidad de la
reacción del organismo para
rechazar o asimilarle, hasta
restablecer el equilibrio interno .
En este sentido ha de considerarse que al introducir un implante en el seno de un tejido, se produce la separación física de los perfiles en contacto con la prótesis, disminuyendo al menos a la mitad las vías de alimentación y oxigenación celular de la interfase tejido-implante .
La implantación de un dispositivo en el organismo humano, requiere que se garantice su total reconocimiento
por parte del complejo sistema fisiológico.
Las superficies de los biomateriales pueden ser:
• propiedad que
condiciona
que las
proteínas sean
absorbidas por la superficie
del material en cuestión, lo
cual está
directamente
relacionado con la tolerancia
del organismo al m
aterial.
Hidrófobos
Hidrófilos
Esquema
Superficie hidrófoba
Superficie cubierta por una matriz
extracelular
Superficie modificada
Los materiales dentales ubicados en la cavidad oral, en contacto con la saliva que contiene
sales, por ejemplo los sulfuros, corroen, manchan o empañan las amalgamas de plata y oro, así como las prótesis dentales; alterando el color natural del esmalte de los dientes.
5.6.1 Respuesta inmunológica
La capacidad del cuerpo humano para reconocer objetos físicos o
sustancias químicas que le son
ajenas, es el principal problema
que enfrenta la ciencia médica. Por
ello, se fabrican con materiales
inertes y sin ningún grado de toxicidad.
Los biomateriales ideales no existen. Es verdad que hay materiales que se adaptan mejor al sistema inmunológico que otros. Pero estos materiales no pueden insertarse en el cuerpo de cualquier manera y no esperar rechazo por parte del sistema inmunológico.
La característica primordial de un biomaterial es que sea
biológicamente inerte, es decir que no presenten respuesta inmunológica o daño celular
donde se aplique, no ser tóxico, ni carcinógeno, ser
químicamente estable (no presentar degradación en el tiempo), tener propiedades
mecánicas adecuadas.Para que un material pueda sustentar el nombre de biomaterial debe pasar
pruebas de bio-compatibilidad
5.6.2 Estudios in-vitro e in- vivo
Estudios in-vitro
Estudio in vitro: es cualquier manipulación que se hace con células o sistemas aislados de células, en equipos de laboratorio con los que se trata de simular las condiciones que tendrían en los organismo de los que fueron aislados.
Las pruebas in- Vitro se realizan fuera del organismo , históricamente, estas pruebas han sido utilizadas como las primeras pruebas de evaluación de un material nuevo. Se pueden realizar en un tubo de ensayo, en una bandeja de cultivo celular, o en otro recipiente pero siempre fuera de un organismo.
Se realizan colocando el material en contacto directo con poblaciones celulares o bacterias y miden: el grado
de citotoxicidad o crecimiento celular, funciones metabólicas de la célula y el efecto del material sobre el
material genético de la célula
Pruebas de citotoxicidad
Estos ensayos evalúan el efecto de los materiales sobre diferentes poblaciones celulares midiendo
el número o crecimiento celular luego de la exposición a los materiales. Además estas
pruebas determinan daños a nivel de la membrana celular, biosíntesis o actividad
enzimática y el material genético
Cuando se evalúa el crecimiento o número celular, el material es colocado directamente en contacto
son un cultivo celular. Si el material no es citotóxico, las células permanecen en contacto con
el material y continúan creciendo normalmente, por otra parte si el material es citotóxico, el
crecimiento celular se detiene y se observará un halo de inhibición alrededor del material.
Número y crecimiento celular
Pruebas de Mutagénesis y carcinogénesis
Estas pruebas estudian el efecto de los materiales
sobre el material genético tanto en células como en
bacterias y posteriormente se evalúan los materiales en mamíferos. Se realizan
en un orden específico y se detienen cuando existe
cualquier indicio de mutagenicidad por parte del material o químico.
Pruebas in vivo
Las pruebas in- vivo ponen en contacto un material con un organismo intacto de algún tipo. En esta se utiliza un animal intacto en vez de células o tejidos. Los animales que mas se utilizan en este tipo de prueba son : ratones, ratas, hurones, conejillos de indias, aunque también se han utilizado otros animales entre los que incluyen: ovejas, monos, cerdos, perros y gatos. Prueba de Irritación de
mucosasDetermina si un material
puede generar inflamación a nivel de
mucosas o piel erosionada.
Prueba de Sensibilización cutánea
Estos ensayos evalúan si un material genera una respuesta inflamatoria
Prueba de ImplantaciónEstos ensayos sirven para evaluar los materiales que entrarán en contacto con tejidos subcutáneos o hueso, ya que determinan la alergenicidad, inflamación crónica o formación de tumores.
5.7 Aplicaciones Biomateriales
La razón principal del empleo de biomateriales se
encuentra en reemplazar físicamente a un tejido blando
o duro, que ha sido dañado o destruido a través de un proceso
patológico (enfermedad) o accidental.
Evolución de los Biomateriales
Estructural
Functional Tissue Engineering Constructs
Reemplazo de
Tejidos
• Implantes “ad hoc”• Ad hoc= son hechos con un solo fin
• Especificados por físicos usando materiales comunes o de ingeniería
• La mayoria de los exitos fueron accidentales más que planificados
Primera Generación de Implantes:
• Rellenos de oro, dientes basados en madera, piezas dentales de PMMA, acero, oro, marfil, etc
1. Implantes desde la ingeniería usando materiales comunes de ingeniería.
2. Desarrollo a través de colaboraciones entre físicos e ingenieros.
3. Construidos a partir de la experiencia previa.
Segunda Generación de Implantes:
• Implantes desde la bioingeniería usando materiales diseñados para este fin.
• Algunos ya disponibles en el mercado• Instrumentos modificados y basados en
polímeros• Todavía sigue en desarrollo
Tercera Generación de Implantes:
Sustituciones para válvulas del corazón
5.7.1 Implantes Ortopédicos
Introduccion
La finalidad de este tema es la exposision y analisis de los metales en implantes ortopedicos, teniendo un especial
cuidado en aludir a los tipos de metales, sus tratamientos, propiedades quimicas y mecanicas asi como tambien sus
fallas y caracteristicas.
ClasificacionSe pueden clasificar segun:
El tiempo de permanencia Material de osteosíntesis: tornillo, clavo, roscados, clavos intra
medulares, placas, clavos-placas, etc. La función de estos implantes es el sostén o soporte interno, intra medular,
transóseo, adosado o fijado al hueso.
En general pueden ser extraídos cuando el proceso biológico reparativo ha terminado, puesto que el hueso es capaz de
soportar las exigencias habituales sin su auxilio.
Prótesis
Se las emplea para reemplazar total o parcialmente un hueso o una articulación irreparablemente dañados en su
morfología, estructura o función.
Colocacion de una protesis
Los materiales utilizados en las prótesis totales están diseñados para permitir una movilidad similar a la de la articulación normal.
Los componentes artificiales suelen estar compuestos por un elemento metálico que encaja exactamente en un elemento de plástico.
Sus principales caracteristicas: Acero inoxidable, aleaciones de cobalto, cromo, ceramicas,
materiales compuestos y titanio. El plastico es polietileno, extremadamente duradero y
resistente al desgaste. Se utiliza cemento para fijar el componente artificial al hueso. Tambien existen protesis no cementadas, que son
directamente encajadas al hueso
Medios en los que se encuentran los implantes
Medio Bioquimico: Las condiciones en las que tienen que actuar los implantes quirúrgicos dentro del cuerpo
humano, son muy severas, ya que se trata de un medio con predisposición a producir corrosion en los
metales de estos dispositivos.
Medio Dinámico:
La perfecta reducción del hueso permite que todo el implante sea soportado por él, restituyendo de nuevo el equilibriode fuerzas. En este caso solo existen sobre los
implantes cargas relativamente pequeñas y no críticas, y las complicaciones relacionadas con los implantes son
mínimas.
Ceramicas en aplicaciones biomedicas
Las ceramicas tambien tienen uso extensivo en el campo biomedico, como en implantes ortopedicos, lentes,
utensilios de laboratorio y de modo mas importante en aplicaciones dentales. Algunos de los factores que hacen de los biomateriales ceramicos excelentes candidatos para sus
aplicaciones son su biocompatibilidad, resistencia a la corrosion, alta dureza, resistencia al desgaste en
aplicaciones donde hay articulacion de superficies (materiales de protesis dentales, de cadera y rodilla) ademas su principal ventaja de algunos biomateriales
ceramicos es que se unen muy bien al hueso, lo cual es importante en aplicaciones ortopedicas y dentales.
Alumina en implantes ortopedicos
La alumina de alta pureza tiene resistecia a la corrosion, al desgaste, alta solidez y es biocompatible, es por eso que ha
aumentado su uso como el material preferido para reemplazos de cadera. Son reemplazos con protesis
artficiales
Requisitos para los implantes
Biocompatibilidad. Resistencia a la corrosión en el medio biológico. Propiedades mecánicas y físicas compatibles con su
función específica en el cuerpo humano. Resistentes a la fatiga para las aplicaciones de cargas
cíclicas. Óseo integración.
Tipos de metales utilizados
Los metales puros no tienen las resistencias, elasticidad, ductilidad y purezas que requieren los distintos tipos de
implantes actualmente utilizados en traumatología y ortopedia. Por esa razón se recurre a la adición de uno o
mas metales al elemento base para modificar su estructura cristalina y por lo tanto sus propiedades físicas.
Cada estructura cristalina se denomina fase; las aleaciones que tienen mas de una fase se llaman alotrópicas o
polimorfas. El numero de fases de una aleación depende del numero y cantidad de elementos de que consta, así
como el tratamiento en que ha sido sometido.Las tres mayores familias de aleaciones empleadas son:
•Aleaciones de Cobalto-Cromo-Molibdeno (Co-Cr-Mo)•Titanio-Aluminio-Vanadio (Ti-Al-V) y Ti casi puro
•Aceros inoxidables tipo AISI 316 (L) (en base a Fe-Ni-Mo)
5.7.2 Aplicaciones dentales
Dentro de la boca, tanto los dientes como lostejidos que los sostienen pueden
deteriorarse acausa de:
Enfermedades bacterianas
Por el paso de tiempo
Causas de la perdida parcial o total de la dentadura
Caries dentales
La desmineralizació
n
Placa dental
Mediante técnicas quirúrgicas especificas es
posible reemplazar pieza dentales perdidas por
otras sintéticas, con las mismas funciones y gran
duración
La prótesis consta de 3 partes fundamentales,
llamadas corona, perno o muñón que soportara
a la corona y el implante propiamente dicho que
reemplazara la raíz del diente.
En la actualidad, existe una gran variedad demateriales que pueden utilizarse para la
fabricación de implantes siendo la mayoría deTitanio o unas de sus aleaciones Ti6AI4V
Asegurarse de que el medio biológico responda
correctamente a los estímulos y disturbios
bioquímicos producidos por el material Implantado
En el caso del titanio, una capa de óxido
superficial se forma espontáneamente, y luego de
muchos años de investigación, se ha comprobado
la biocompatibilidad de dicho óxido.
5.7.3 Aplicaciones cardiovasculares.
Sistema Cardiovascular
Elementos
Corazon Venas
Arterias Valvulas
Vasos sanguineos Sistema linfatico
http://www.anatomiahumana.ucv.cl/efi/modulo24.html
Aplicaciones de biomateriales
Biomateriales cardiovasculares pueden dividirse básicamente en tres catogories amplio: Ellos son:
1. Los polímeros absorbibles 2. Los polímeros no absorbibles 3. Metales
Los polímeros absorbibles se utilizan generalmente en situaciones donde la parte
polimérica del dispositivo ya no es necesario. Por ejemplo en el caso de las suturas quirúrgicas, el
uso de suturas absorbibles elimina la necesidad de que el paciente vaya al cirujano para quitar la
sutura después de una herida se cura
Algunos de los polímeros conocidos y utilizados son en realidad co-polímeros a partir de diferentes tipos de monómeros mezclados en proporciones diferentes. El ácido poliláctico, ácido poliglicólico,
polidioxanona son algunos de los ejemplos.
La mayoría de los dispositivos cardiovasculares utilizar estos tipos de
polímeros.
En el injerto de stent endovascular, el injerto vascular (prótesis), anillo anuloplastia, parche cardíaco, o el anillo en la base de una válvula cardiaca para la colocación de sutura, todos lo
general utilizan el polímero de poliéster.
En el caso de los materiales de sutura no absorbible, nylon y polipropileno son los más
comúnmente utilizados.
El metal más utilizado es 'Nickel Titanium ", que se denomina como' Nitino
Esta es la aleación de memoria de forma. Esto significa que
cuando un stent hecho de este metal se tritura en un catéter (~ 4 mm de diámetro) que no
está pasando por la deformación elástica
permanente. Así, cuando tal stent es desplegada por un catéter en una arteria por la
expansión de globo, que volverá a su forma original.
Cardiovascular SystemVascular implants PET, ePTFE,
autografts, allografts, SIS
Heart Valves xenografts, SS, carbon/PET
Catheters PDMSe, PUR, HDPE, PTFE, Polyamides
Cardiovascular Tissue Stem Cells, autografts, allografts
Caracteristicas requeridas
Interaccion de la sangre con Material
En el caso de aparatos cardiovasculares, se debe considerar
las interacciones no sólo con la sangre, pero también con adyacentes y los
tejidos circundantes, y además en la adhesión y el crecimiento bacterias u otros agentes infecciosos o cerca del
dispositivo.
Angioplastia y colocación de stents
El stent es una malla metálica de forma tubular. Cuando se implanta un stent dentro de una arteria coronaria, éste actúa como un soporte o armazón para mantener abierto el vaso sanguíneo. El stent, al mantener abierto el vaso, contribuye a mejorar el flujo de sangre al músculo cardíaco y a reducir el dolor de la angina de pecho.
1. Poliacrilonitrilo2. polisulfona y 3. poli (metacrilato de
metilo)
Desfibrilador cardioversor implantable (DCI)
Los DCI son para aquellas personas que
han tenido una frecuencia cardíaca alta anormal que
les produjo un desmayo o afectó a la
capacidad de bombeo del
corazón.
corazón.
El DCI es típicamente del tamaño de un buscapersonas (beeper) y consta de dos partes:1. Un generador de impulsos, que incluye la batería y
varios circuitos electrónicos.2. Alambres o cables denominados electrodos. Según
el tipo de DCI, éste puede tener uno o dos electrodos.
MarcapasosEl marcapasos es un pequeño dispositivo alimentado por una batería que ayuda al corazón a latir con un ritmo constante. Los marcapasos pueden
ayudar a regular el ritmo del corazón en casos de frecuencia cardíaca lenta, rápida o irregular, o de bloqueo en el sistema de conducción eléctrica del
corazón.
El marcapasos es aproximadamente del tamaño de una caja de fósforos y consta de dos partes:
1. Un generador de impulsos, que incluye la batería y varios circuitos electrónicos.
2. Alambres o cables denominados electrodos, que se fijan a la pared del corazón. Según las necesidades del paciente, el marcapasos puede tener uno o dos electrodos.
Los electrodos son de tatinum, plata, titanio, acero inoxidable, o aleaciones de cobalto.
La mayoría de los marcapasos utilizar una batería de litio-yodo.
Los aparatos a continuación sí afectan a los marcapasos. Los marcapasos podrían no funcionar correctamente al entrar en contacto con estos dispositivos.
1. Grupos electrógenos2. Equipos para soldar3. Algunos aparatos utilizados por
los dentistas4. Máquinas de resonancia
magnética5. Máquinas de radioterapia para el
tratamiento del cáncer6. Equipos pesados o motores con
imanes potentes
Válvulas cardiacas
Las válvulas mecánicas son de dos tipos: la bola y la inclinación de jaula de disco. Los materiales más utilizados son de elastómero de
silicona, cobalto-cromo-aleaciones basadas en titanio y carbono pirolítico.
De elastómero de silicona se ha utilizado para la de asiento o en las válvulas de bola enjaulada.
Válvulas mecánicas, que normalmente están hechas de materiales tales como el plástico, el carbono o el metal.
Las válvulas mecánicas son resistentes y duraderas. Como la sangre suele adherirse a las válvulas mecánicas y
formar coágulos, los pacientes que tienen estas válvulas deben tomar diluyentes de la sangre (anticoagulantes) el
resto de su vida.
El corazón bombea la sangre en una sola dirección. Las válvulas cardíacas desempeñan un
papel clave en este flujo unidireccional de sangre, al abrirse y cerrarse con cada latido.
Cuando la válvula está gravemente dañada es necesario sustituirla. Se realizan sustituciones valvulares más comúnmente
para tratar la válvula aórtica y la válvula mitral cuando están gravemente dañadas.
Válvulas del corazon
Celdas de la valvula
Matriz de colágeno de la
válvula del corazón
Valvula despues de la implantacion
Injertos vasculares
Estos materiales están constituidos por aproximadamente un 50 por ciento de polímeros sintéticos y un 50 por ciento de proteínas.
La porción de polímero de los materiales es un derivado del polietilenglicol.
Se utiliza para el tratamiento de aneurisma
de aorta abdominal.
Filtros venalesLos filtros se introducen en la vena cava inferior de pacientes que han tenido o están en riesgo de sufrir una embolia pulmonar, pero
en los que el tratamiento anticoagulante para prevenir la recurrencia está contraindicada.
el filtro "paraguas" que se haga de elastómero de silicona recubiertos de acero inoxidable y se pasa como un paraguas
cerrado, bajo anestesia local, a través del cuello la yugular () vena por medio de un catéter,
Anillos de anuloplastía
El anillo Anuloplastia se
utiliza para mantener el
diámetro de la abertura de la
válvula del corazón. Esto es necesario porque si el diámetro es
superior a la medida en que las válvulas se puede cerrar, entonces hay un riesgo de
flujo de retorno de la sangre.
Aparato de Asistencia Ventricular
Ayuda a bombear sangre desde el ventrículo izquierdo a
la aorta.
El procedimiento se utiliza en caso de pacientes con
debilidad de los músculos cardíacos que no pueden proporcionar suficiente
contracción durante la sístole, para bombear la sangre hacia
la aorta.
Este es un dispositivo implantable de forma
permanente, por lo tanto los materiales utilizados para hacer que este dispositivo
tienen que ser bicompatible.
Cateteres
El catéter tiene un papel muy importante en el campo de productos
sanitarios cardiovasculares. Se trata de los primeros dispositivos que hace contacto con el tejido
disesease el interior del cuerpo en caso de
aneurismas. La función más importante de este
dispositivo se va a ofrecer un pasaje ininterrumpido camino para los cirujanos
para poder llegar a la profundidad en el cuerpo,
para tratar las enfermedades por
diferentes tipos de cirugías.
Soporte Cardiaco
El saco cardíaco como se muestra en la figura
anterior se utiliza para proporcionar presión
positiva desde el exterior. Esto ayuda al corazón para
mantener su forma normalmente. Hay otras
aplicaciones de la malla de polímero, tales como un
parche cardíaco.
Esto se utiliza para corregir las condiciones, como un
agujero en el corazón.
Suturas
Las suturas son uno de los dispositivos médicos más
importantes que se utiliza en la cirugía
En los procedimientos cardiovasculares las suturas
se pueden utilizar para la reparación de tejidos con el
tejido, o tejido con un dispositivo implantable.
Estos están disponibles en varios tamaños (diámetro de
sutura) y polímeros (absorbible y no
Corazón artificialEl transplante de corazón se ha convertido en una forma efectiva de tratamiento para los pacientes con insuficiencia cardiaca intratable, 1 en la actualidad y la supervivencia a 5 años son aproximadamente
el 80% y 70%, respectivamente.
5.7.4 Fallas en implantes
Un implante se considera que ha fallado si debe ser extraído prematuramente.
Se asumen dos tipos de fallas:
La segunda por infección, inflamación y
otras reacciones del cuerpo ante la
presencia del implante.
La primera incluye deformaciones permanentes, fracturas por sobrecarga,
fracturas por fatiga, corrosión, desgaste, etc.,
