Tribologiczne aspekty doboru materiałów na implanty krążka międzykręgowego kręgosłupa

• Autorzy: Gierzyńska-Dolna M. , Lijewski M. , Mróz A.

Warianty tytułu

EN

Tribological aspects of material selection for intevertebral disc implant

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Endoprotezoplastyka krążka międzykręgowego jest stosunkowo nową procedurą leczenia chorych z przewlekłymi bólami kręgosłupa o charakterze dyskogennym. Niezależnie od doboru materiałów, z których wykonuje się elementy składowe implantu krążka międzykręgowego, wciąż najistotniejszym czynnikiem ograniczającym czas jego użytkowania jest podatność na zużycie wskutek tarcia. W artykule przedstawiono ocenę procesów fizykomechanicznych występujących podczas użytkowaniu implantów, ze szczególnym uwzględnieniem procesów tribologicznych. Uzyskane wyniki wskazują, że za względnie korzystny zestaw materiałów należy uznać parę trącą typu metal–polietylen. Zastosowanie polimerowej wkładki pozwala na uzyskanie stosunkowo niskich oporów tarcia (współczynnik tarcia poniżej 0,1), nawet przy dużym obciążeniu układu (2500źN). W przypadku pary trącej typu metal–metal za najkorzystniejszy materiał należy uznać stop Co28Cr6Mo. W ramach artykuł dokonano oceny mechanizmu zużycia poszczególnych par trących. Przedmiot analiz w przypadku pary trącej typu metal–metal stanowiła także analiza rozkładu wielkości produktów zużycia i stężenie jonów pierwiastków stopowych w cieczy smarującej.

EN

Total disc replacement is a relatively new treatment procedure of patients with chronic back pain. Regardless of the choice of materials from which the disc components are made, the most important factor limiting their service life is susceptibility to wear due to friction. This paper presents an assessment of physico-mechanical processes occurring during the use of implants, with particular emphasis on tribological processes. The results obtained during tribological tests show that the relatively favourable combination of materials is metal-polyethylene articulation. The use of a polymeric insert allows for a relatively low friction resistance (friction coefficient less than 0.1) even for a large load (2500 N). In metal-metal articulation the most favourable material is Co28Cr6Mo alloy. In the frame of this article, the mechanisms of wear for both articulation types were assessed. For metal-on-metal friction pair, wear debris size distribution, as well as metal ion concentration analysis were made.

Słowa kluczowe

PL

implant krążka międzykręgowego; współczynnik tarcia; zużycie; produkty zużycia; jony metali

EN

intervertebral disc implant; friction coefficient; wear; wear debris; metal ions

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 3
• Strony: 59--69
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gierzyńska-Dolna M.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II, 61-139 Poznań, Polska

autor

Lijewski M.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II, 61-139 Poznań, Polska

autor

Mróz A.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II, 61-139 Poznań, Polska

Bibliografia

• 1. Będziński R., Biomechanika inżynierska. Zagadnienia wybrane, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1997.
• 2. Gierzyńska-Dolna M., Biotribologia, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa, 2002.
• 3. Berg S. On total disc replacement; Acta Orthopedica Suplementum, 2011, 343 (83), 1–29.
• 4. Whatley B.R., Wen X., Intervertebral disc (IVD): Structure, degeneration, repair and regeneration, Materials Science and Engineering, 2012, 32, 61–77.
• 5. Skalski K., Skoworodko J., Gierzyńska-Dolna M., Stabilizatory oraz implanty krążka międzykręgowego kręgosłupa – przegląd konstrukcji, Obróbka Plastyczna Metali, 2011, 22, 4, 303–317.
• 6. Delamarter R.B., Bae H. W., Pradhan B.B., Clinical Results of ProDisc-II Lumbar Total Disc Replacement: Report from the United States Clinical Trial, Orthop Clin N Am, 2005, 36, 301–313.
• 7. Geisler F.H., The Charite artifical disc: design history, FDA IDE study results, and the surgical technique, Clinical Neurosurgery, 2006, 53, 223–228.
• 8. Kurtz S.M., van Ooij A., Ross R., de Waal Malefijt J., Peloza J., Ciccarelli L., Villarraga M.L., Polyethylene wear and rim fracture in total disc arthroplasty, The Spine Journal, 2007, 7, 12–21.
• 9. Geisler F.H., The Charite artifical disc: design history, FDA IDE study results, and the surgical technique, Clinical Neurosurgery, 2006, 53, 223–228.
• 10. Kulkarni A.G., Diwan A.D., Prosthetic Lumbar disc replacement for degenerativedisc disease, Neurology India, 2005, 53 (4), 499–505.
• 11. Hähnle U.R., Weinberg I.R., Sliwa K., Sweet B.M., de Villiers M., Kineflex (Centurion) Lumbar Disc Prosthesis: Insertion technique and 2-Year clinical results in 100 patients, SAS Journal., 2007, 1; 28–35.
• 12. Monografia projektu pod red. Konstantego Skalskiego: Endoproteza krążka międzykręgowego kręgosłupa – konstrukcja, badania, technologia wytworzenia i przygotowanie do zastosowań klinicznych, Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań, 2013.
• 13. Gill H.S., Grammatopoulos G., Adshead S., Tsialogiannis E., Tsiridis E., Molecular and immune toxicity of CoCr nanoparticles in MoM hip arthroplasty, Trends in Molecular Medicine, 2012, 18, 3, 145–155.