Mikroskopická analýza oxidativní degradace polyethylenových komponent kloubních náhrad

0444990 - ÚMCH 2016 RIV CZ cze J - Journal Article
Nevoralová, Martina - Šlouf, Miroslav - Dybal, Jiří - Kredatusová, Jana - Fulín, P. - Pokorný, D.
Mikroskopická analýza oxidativní degradace polyethylenových komponent kloubních náhrad.
[Microscopic analysis of oxidative degradation of polyethylene components of total joint replacements.]
Chemické listy. Roč. 109, č. 5 (2015), s. 395-400. ISSN 0009-2770. E-ISSN 1213-7103
R&D Projects: GA TA ČR TA01011406; GA MZd NT12229; GA ČR(CZ) GA14-17921S
Institutional support: RVO:61389013
Keywords : ultrahigh molecular weight polyethylene * joint replacements * oxidative degradation
Subject RIV: FI - Traumatology, Orthopedics
Impact factor: 0.279, year: 2015
http://www.chemicke-listy.cz/ojs3/index.php/chemicke-listy/article/view/376

Ultravysokomolekulární polyethylen (UHMWPE) se pro výrobu kloubních komponent totálních kloubních náhrad (TJR) používá od 70. let 20. století. Z důvodu oxidativní degradace UHMWPE dané štěpením polymerních řetězců a následného zhoršení mechanických vlastností komponent polyethylenových náhrad včetně velmi důležité odolnosti vůči otěru, je oxidativní stabilita UHMWPE komponent jedním z hlavních faktorů, který v současné době jejich celkovou životnost limituje. S cílem zvýšit oxidativní a otěrovou odolnost UHMWPE komponent, používají výrobci různé modifikační postupy, jako je síťování UHMWPE pomocí ionizujícího záření s následným tepelným zpracováním či stabilizace přídavkem biokompatibilního antioxidantu. Na trhu je dnes mnoho rozdílných typů UHMWPE náhrad, neboť každý výrobce používá vlastní modifikační postup. Z klinické praxe vyplývá, že je potřeba objektivního srovnání jednotlivých typů náhrad a vlivu jejich oxidativního poškození na celkovou životnost TJR. Z důvodu malých rozměrů a nepravidelného tvaru komponent, jsou ke studiu jejich oxidativní degradace in vivo potřeba mikroskopické metody. Zkoumali jsme citlivost a přesnost dvou mikroskopických metod: infračervené mikroskopie (IR) a mikrotvrdosti (MH) podpořené metodou DSC. Zvolené metody pomáhají analyzovat příčiny selhání TJR na základě detekce rozdílů v molekulární a nadmolekulární struktuře a vlastnostech různých typů UHMWPE a charakterizovat stárnutí různých typů UHMWPE komponent in vitro.

Ultrahigh-molecular-weight polyethylene (UHMWPE) has been used as a liner in total joint replacements (TJR) since the 1970’s. One of the main lifetime-limiting factors of contemporary TJRs is the long-term oxidative stability of UHMWPE, as the oxidative degradation results in chain scissions and deterioration of mechanical properties, including the most important one – wear resistance. In order to maximize the oxidation and wear resistance of UHMWPE components, the manufacturers apply various procedures, such as crosslinking by ionizing radiation, thermal treatment and stabilization. Almost each manufacturer uses its own UHMWPE modification procedure and there is a number of different types of UHMWPEs on the market. Clinical practice stressed the need for an objective comparison of different UHMWPE types and the influence of oxidative damage on the lifetime of TJR. Due to the small size and irregular shape of UHMWPE components and inhomogeneous nature of oxidative degradation in vivo, their properties should be studied by microscopic methods. We tested the sensitivity and accuracy of two microscopic methods – IR spectrometry and microhardness (MH) measurements supplemented by DSC in relation to UHMWPE characteristics. The methods help to analyze reasons for TJR failures, to detect differences in molecular and supramolecular structures and properties of various UHMWPE types, and to characterize aging of various UHMWPE components in vitro.
Permanent Link: http://hdl.handle.net/11104/0248058