Il primo utilizzo dell’allumina per la fabbricazione di protesi totali di anca risale al 1970. Da allora, i progressi nella scienza dei materiali hanno permesso di ottenere ceramici dalle prestazioni sempre migliori apportando notevoli vantaggi per il paziente. L’ultima generazione di materiale ceramico per ortopedia è stata introdotta in commercio nel 2000 con il nome di Biolox® delta (CeramTec AG). Questo materiale è un composito costituito principalmente da una matrice di allumina (circa 75% in peso) in cui sono dispersi grani di zirconia tetragonale cristallina stabilizzata con ittria, Y-TZP (circa 24% in peso, 17% in volume). La matrice di allumina conferisce durezza al materiale, mentre l’Y-TZP ne migliora le proprietà meccaniche. Infatti, in condizioni di stress (per esempio in corrispondenza di una crepa che avanza), i grani di Y-TZP vanno incontro ad una trasformazione di fase da tetragonale a monoclino (t-m) che blocca l’avanzamento della crepa in seguito all’aumento di volume dei grani di zirconia. Altri ossidi presenti nel composito (Cr2O3 e SrO) contribuiscono al miglioramento del materiale. La trasformazione t-m nelle Biolox® delta e nelle componenti Y-TZP è un argomento ancora dibattuto, perché vari autori hanno riportato che questa trasformazione comporta una degradazione del materiale che può incidere significativamente sul tempo di vita della protesi. D’altro canto il produttore dichiara che le componenti Biolox® delta sono state sviluppate proprio per evitare fenomeni di degradazione. In questo studio, teste femorali Biolox® delta espiantate per mobilizzazione asettica all’Istituto Ortopedico Rizzoli (follow-up medio 3.2 anni; range 1 mese - 8 anni) sono state analizzate mediante spettroscopia micro-Raman per chiarire questi meccanismi. Gli spettri Raman sono stati utilizzati, in accordo al metodo di Katagiri [1], per valutare la frazione volumetrica di zirconia monoclina (Vm). I dati riportati in Figura 1A (Vm misurati sui bordi delle testine non sottoposte a stress, considerati come controllo) mostrano che il materiale è progressivamente migliorato nel corso degli anni, mostrando una progressiva diminuzione di Vm. L’usura è apparsa il fattore decisivo che in vivo ha determinato la trasformazione t-m (che è innescata anche semplicemente dall’acqua), soprattutto nelle componenti meno recenti (Figura 1B). I dati ottenuti hanno anche permesso di ottenere informazioni sulla cinetica e sul meccanismo di trasformazione e di validare i protocolli di invecchiamento accelerato in vitro che sono stati messi a punto da altri autori per simulare l’effetto in vivo.
Analisi micro-Raman di teste femorali Biolox(R) delta espiantate.
MODENA, ENRICO;TADDEI, PAOLA;
2012
Abstract
Il primo utilizzo dell’allumina per la fabbricazione di protesi totali di anca risale al 1970. Da allora, i progressi nella scienza dei materiali hanno permesso di ottenere ceramici dalle prestazioni sempre migliori apportando notevoli vantaggi per il paziente. L’ultima generazione di materiale ceramico per ortopedia è stata introdotta in commercio nel 2000 con il nome di Biolox® delta (CeramTec AG). Questo materiale è un composito costituito principalmente da una matrice di allumina (circa 75% in peso) in cui sono dispersi grani di zirconia tetragonale cristallina stabilizzata con ittria, Y-TZP (circa 24% in peso, 17% in volume). La matrice di allumina conferisce durezza al materiale, mentre l’Y-TZP ne migliora le proprietà meccaniche. Infatti, in condizioni di stress (per esempio in corrispondenza di una crepa che avanza), i grani di Y-TZP vanno incontro ad una trasformazione di fase da tetragonale a monoclino (t-m) che blocca l’avanzamento della crepa in seguito all’aumento di volume dei grani di zirconia. Altri ossidi presenti nel composito (Cr2O3 e SrO) contribuiscono al miglioramento del materiale. La trasformazione t-m nelle Biolox® delta e nelle componenti Y-TZP è un argomento ancora dibattuto, perché vari autori hanno riportato che questa trasformazione comporta una degradazione del materiale che può incidere significativamente sul tempo di vita della protesi. D’altro canto il produttore dichiara che le componenti Biolox® delta sono state sviluppate proprio per evitare fenomeni di degradazione. In questo studio, teste femorali Biolox® delta espiantate per mobilizzazione asettica all’Istituto Ortopedico Rizzoli (follow-up medio 3.2 anni; range 1 mese - 8 anni) sono state analizzate mediante spettroscopia micro-Raman per chiarire questi meccanismi. Gli spettri Raman sono stati utilizzati, in accordo al metodo di Katagiri [1], per valutare la frazione volumetrica di zirconia monoclina (Vm). I dati riportati in Figura 1A (Vm misurati sui bordi delle testine non sottoposte a stress, considerati come controllo) mostrano che il materiale è progressivamente migliorato nel corso degli anni, mostrando una progressiva diminuzione di Vm. L’usura è apparsa il fattore decisivo che in vivo ha determinato la trasformazione t-m (che è innescata anche semplicemente dall’acqua), soprattutto nelle componenti meno recenti (Figura 1B). I dati ottenuti hanno anche permesso di ottenere informazioni sulla cinetica e sul meccanismo di trasformazione e di validare i protocolli di invecchiamento accelerato in vitro che sono stati messi a punto da altri autori per simulare l’effetto in vivo.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
