Surgical treatment of long bone fractures using ceramic implants (literature review)
DOI:
https://doi.org/10.24144/2415-8127.2019.60.43-49Keywords:
bone tissue, defect, hydroxylapatite ceramics, bisphosphate ceramics, implant.Abstract
The article deals with the historical aspect and current state of the problem of the development and use of implants for bone defect replacement. An important segment of the modern market for science-intensive technologies is the development and production of biomaterials. Creating an "artificial bone" is a primary task of medical materials sci-ence, which can be solved by scientists by developing bioactive vitreous and ceramic materials with high resorption capacity, non-toxicity and biocompatibility. The nature of regenerative processes is largely determined by the proper-ties of the materials used to fill bone defects. It is difficult to imagine the current level of medicine without biological implants, by means of which reconstructive surgical interventions in traumatology-orthopedics, maxillofacial surgery are performed. The most extensive studies have been performed in the field of production and clinical application of hydroxyap-atite-based materials. More dense bone substitutes are needed to increase the ability to perform temporary mechanical function. Among the representatives of ceramics, the advantage in strength is hydroxylapatite (HA). A highly porous bone substitute is required to enhance osteointegrative properties, the ability to tolerate, and the gradual release of osteogenesis stimulators. In this case, bisphosphate ceramics (BF) is based on HA, whose biodegradability is higher than HA, but strength indicators are not sufficient for use in loaded areas of the skeleton. Despite the existence of a significant variety of samples of HA or ceramics, differing in composition and, accordingly, durability, to date, there is no differentiated approach to the choice of bone substitute, depending on the nature and localization of the cavity bone defect, its size and loading conditions. Based on the analytical analysis of the literature on the problem of the use of implant materials for bone plastic cavities in orthopedics and traumatology, we can conclude on the relevance and importance of the chosen direction of scientific research and outline some aspects of the development of this problem, as well as identify issues that need further resolution.
References
Баринов, С. М., & Комлев, В. С. (2005). Биокерамика на основе фосфатов кальция. Наука. 205 с.
Безсмертний, Ю. О. (2013). Структурно-функціональний стан кісткової тканини при порушеннях репа-ративного остеогенезу на фоні гіпергомоцистеїнемії. Український медичний альманах. (16. № 1). 126-128.
Бережной, Е. П. (2010). Гистологическое строение диафиза при имплантации в большеберцовые кости керамического гидроксилапатита и деминерализованного костного матрикса. Український морфологічний альманах, 8(3), 13-16.
Бруско, А. Т., & Гайко, Г. В. (2014). Современные представления о стадиях репаративной регене-рации костной ткани при переломах. Вісник ортопедії, травматології та протезування, (2), 5-8.
Берченко, Г. Н. (2008). Костные трансплантаты в травматологии и ортопедии. В сборнике ра-бот:«Применение искусственного имплантата Коллапан в травматологии и ортопедии». М. 3-8.
Климовицкий, В. Г., Пастернак, В. Н., Оксимец, В. М., Верещагин, С. И., Дмитренко, А. А., & Па-стернак, Д. В. (2007). Влияние этиологического фактора травмы на течение репаративного остеоге-неза. Часть 1. Сращение диафизарных переломов голени при непрямом механизме травмы. Травма, 8(1), 7-11.
Hasan, M. S., Ahmed, I., Parsons, A. J., Rudd, C. D., Walker, G. S., & Scotchford, C. A. (2013). Investi-gating the use of coupling agents to improve the interfacial properties between a resorbable phosphate glass and polylactic acid matrix. Journal of biomaterials applications, 28(3), 354-366.
Климовицкий, В. Г., Оксимец, В. М., Черныш, В. Ю., Попандопуло, А. Г., & Оберемко, А. В. (2008). Влияние механизма травмы на состояние периостальных источников остеорепарации. Травма, 9(4), 390-395.
Klymovytskyi, V. H., Sheviakin, D. V., Lobanov, H. V., Zarytskyi, A. B., & Zoloto, M. S. (2016). Ana-tomical and Surgical Features of Blood Supply to the Femoral Shaft. TRAUMA, 17(1), 24-27.
Гайко, Г. В., & Бруско, А. Т. (2013). Теоретические аспекты физиологической и репаративной регенерации костей с позиций системных представлений. Журнал Національної академії медичних наук України, (19,№ 4), 471-481.
Дедух, Н. В., & Побел, Е. А. (2013). Регенерация кости: основные тенденции развития проблемы. Журнал «Боль. Суставы. Позвоночник, 1, 09.
Eliaz, N., & Metoki, N. (2017). Calcium phosphate bioceramics: a review of their history, structure, properties, coating technologies and biomedical applications. Materials, 10(4), 334.
Кирилова, И. А. (2011). Костная ткань как основа остеопластических материалов для восстанов-ления костной структуры. Хирургия позвоночника, (1), 68-74.
Корж, Н. А., Радченко, В. А., Кладченко, Л. А., & Малышкина, С. В. (2003). Имплантационные материалы и остеогенез. Роль индукции и кондукции в остеогенезе. Ортопед., травматол. и протезир, (2), 150-157.
Омельяненко, Н. П., Малахов, О. А., & Сухих, Г. Т. (2000). Исследование влияния эмбриональ-ной костной ткани на репаративную регенерацию кости. Бюл. эксперимент. биологии и медицины, 10, 469-74.
Корж, М. О., & Безсмертний, Ю. О. (2013). Особливості лікування хворих з несправжніми сугло-бами довгих кісток за умов гіпергомоцистеїнемії та асоційованих станів. Ортопедия, травматология и протезирование, (2), 5-14.
Корж, Н. А., Кладченко, Л. А., & Малышкина, С. В. (2008). Имплантационные материалы и остеогенез. Роль оптимизации и стимуляции в реконструкции кости. Ортопедия, травматология и протезирование, (4), 5-14.
Корж, Н. А., Дедух, Н. В., & Никольченко, О. А. (2006). Репаративная регенерация кости: современ-ный взгляд на проблему. Стадии регенерации. Ортопедия, травматология и протезирование, 1, 77-84.
Мироманов, А. М., Гусев, К. А., & Усков, С. А. (2013). Значение маркеров резорбции костной ткани в прогнозе развития замедленной консолидации переломов длинных костей конечностей. Acta Biomedica Scientifica, (2-1 (90)).
Попсуйшапка, А. К., Ужигова, О. Е., & Литвишко, В. А. (2013). Частота несращения и замедлен-ного сращения отломков при изолированных диафизарных переломах длинных костей конечностей. Ортопедия, травматология и протезирование, (1), 39-43. 21. Резник, Л. Б., Рожков, К. Ю., Ерофеев, С. А., Дзюба, Г. Г., & Котов, Д. В. (2015). Применение физических факторов для оптимизации костной регенерации (обзор литературы). Гений ортопедии, (1), 89-95.
Dorozhkin S.V. Calcium orthophosphates. J.Mater.Sci.2007;42: 1061-95.
Dorozhkin S.V. Calcium orthophosphate-based bioceramics. Materials 2013; 6:3840-942.
Zyman, Z. Z., Tkachenko, M. V., & Polevodin, D. V. (2008). Preparation and characterization of bipha-sic calcium phosphate ceramics of desired composition. Journal of Materials Science: Materials in Medi-cine, 19(8), 2819-2825.
Salinas, A. J., & Vallet-Regí, M. (2013). Bioactive ceramics: from bone grafts to tissue engineering. RSC Advances, 3(28), 11116-11131. 26. Yasukawa, A., Gotoh, K., Tanaka, H., & Kandori, K. (2012). Preparation and structure of calcium hy-droxyapatite substituted with light rare earth ions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineer-ing Aspects, 393, 53-59.
Mestres, G., Le Van, C., & Ginebra, M. P. (2012). Silicon-stabilized α-tricalcium phosphate and its use in a calcium phosphate cement: characterization and cell response. Acta biomaterialia, 8(3), 1169-1179.
Гумінський, Ю. Й., Кореньков, О. В., & Кореньков, А. В. (2009). Сучасні аспекти екоморфології репаративного остеогенезу, (1), 17-23.
Dorozhkin, S. (2013). Self-setting calcium orthophosphate formulations. Journal of functional bio-materials, 4(4), 209-311.
Wang, M. C., Shih, W. J., Hung, I. M., Chen, H. T., Hon, M. H., & Huang, H. H. (2015). Characteriza-tion of calcium phosphate apatite with variable Ca/P ratios sintered at low temperature. Ceramics Interna-tional, 41(1), 1223-1233.
Филиппенко, В.А., Дедух, Н.В., Зыман, З.З., Малышкина, С.В., & Мезенцев В.А. (2004). Клини-ко-экспериментальные аспекты использования бифазной кальцийфосфатной керамики для пластики костных полостей. Проблеми остеологии, 7(3-4), 53-59.
Petrakova, N. V., Lysenkov, A. S., Ashmarin, A. A., Egorov, A. A., Fedotov, A. Y., Shvorneva, L. I.,... & Barinov, S. M. (2013). Effect of hot pressing temperature on the microstructure and strength of hydroxy-apatite ceramic. Inorganic Materials: Applied Research, 4(4), 362-367.
Tomoaia, G., Mocanu, A., Vida-Simiti, I., Jumate, N., Bobos, L. D., Soritau, O., & Tomoaia-Cotisel, M. (2014). Silicon effect on the composition and structure of nanocalcium phosphates: in vitro biocompatibil-ity to human osteoblasts. Materials Science and Engineering: C, 37, 37-47.
Habraken, W., Habibovic, P., Epple, M., & Bohner, M. (2016). Calcium phosphates in biomedical ap-plications: materials for the future?. Materials Today, 19(2), 69-87.
Zanotto, A., Saladino, M. L., Martino, D. C., & Caponetti, E. (2012). Influence of temperature on calci-um hydroxyapatite nanopowders. Advances in Nanoparticles, 1(3), 21-28.
Wang, C. G., Liao, J. W., Gou, B. D., Huang, J., Tang, R. K., Tao, J. H.,... & Wang, K. (2009). Crystal-lization at multiple sites inside particles of amorphous calcium phosphate. Crystal Growth and Design, 9(6), 2620-2626.
Dorozhkin, S. (2015). Calcium orthophosphate-containing biocomposites and hybrid biomaterials for biomedical applications. Journal of functional biomaterials, 6(3), 708-832.
Boanini, E., Gazzano, M., & Bigi, A. (2010). Ionic substitutions in calcium phosphates synthesized at low temperature. Acta biomaterialia, 6(6), 1882-1894.
Duan, R., Barbieri, D., Luo, X., Weng, J., Bao, C., De Bruijn, J. D., & Yuan, H. (2018). Variation of the bone forming ability with the physicochemical properties of calcium phosphate bone substitutes. Bio-materials science, 6(1), 136-145.
Peters, F., & Reif, D. (2004). Functional materials for bone regeneration from beta‐tricalcium phos-phate. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik: Entwicklung, Fertigung, Prüfung, Eigenschaften und Anwendungen technischer Werkstoffe, 35(4), 203-207.
Tanaka, T., Komaki, H., Chazono, M., Kitasato, S., Kakuta, A., Akiyama, S., & Marumo, K. (2017). Basic research and clinical application of beta-tricalcium phosphate (β-TCP). Morphologie, 101(334), 164-172.
Davison, N. L., ten Harkel, B., Schoenmaker, T., Luo, X., Yuan, H., Everts, V.,... & de Bruijn, J. D. (2014). Osteoclast resorption of beta-tricalcium phosphate controlled by surface architecture. Biomaterials, 35(26), 7441-7451.
