Bone cement and applications

1. POLYME Y SINH
Bone cement and applications
GV: Hà Thúc Huy
1Bone cement and applicationsNhóm 4

2. Thị trường y học tái tạo
Bone cement and applications 3Nhóm 4

3. Thị trường vật liệu sinh học
Bone cement and applications 4Nhóm 4

4. Bone cement and applications 5Nhóm 4

5. Nội dung
Giới thiệu
Polymethymethacrylate
Ứng dụng
Tổng kết
6Bone cement and applications
1
2
3
4
Nhóm 4

6. I. Mở đầu
Nhu cầu ngày càng tăng của con người trong lĩnh
vực chỉnh hình đã cho ra đời một loại vật liệu có khả năng
tái tạo, kết nối với những bề mặt bị khiếm khuyết, sai hỏng
mà ở đây là các mô xương trong cơ thể.
• Vật liệu đang được nhắc tới đó là Bone Cement.
Các loại Bone Cement đã phát triển mạnh mẽ trong
thế kỷ qua, nhưng việc nghiên cứu sâu hơn vẫn còn tiếp
tục trong các ứng dụng lâm sàng để làm giảm tác dụng
phụ liên quan đến việc sử dụng của Bone Cement.
7Bone cement and applicationsNhóm 4

7. II. Khái niệm, vai trò và tính chất
• Bone cement là vật liệu 2 thành phần (mà thành phần chủ yếu
của nó là PMMA/MMA-styren copolymer, MMA dạng lỏng) có
khả năng tương thích với mô sinh học.
• Khi trộn 2 thành phần với nhau sẽ xảy ra quá trình trùng hợp
gốc tự do và có khả năng đông cứng rắn do quá trình polymer
hóa (phản ứng tỏa nhiều nhiệt).
8Bone cement and applicationsNhóm 4

8. Vai trò
• Bone Cement lấp đầy khoảng không gian giữa các bộ
phận giả và các xương, vai trò quan trọng như vùng đàn
hồi.
→ Giúp hông người chịu tác động lực khoảng 10-12 lần so
với trọng lượng cơ thể. Do đó Bone Cement phải hấp thụ
lực tác dụng lên hông để đảm bảo rằng việc cấy ghép nhân
tạo vẫn được cố định trong thời gian dài.
• Trên thực tế, thuật ngữ "xi măng" nên được hiểu như là
“vữa xương”. Và hoạt động như một chất kết nối hay cố
định để giữ implant nằm trong xương.
• Bone cement không có đặc tính kết dính nội tại, nhưng
chúng dựa trên tính chất cơ học để gắn kết chặt chẽ giữa
bề mặt xương (mô sinh học) và các bộ phận giả.
Bone cement and applications 9Nhóm 4

9. III. Lịch sử phát triển
1870
• Themistokles Gluck
• Xi măng làm bằng thạch cao và nhựa thông
1930
• Otto Rohm
• Tổng hợp (PMMA) polymethylmethacrylate
1936
• Công ty KULZER
• Trộn (MMA) monomer methylmethacrylate dạng lỏng
với bột polymethylmethacrylate và một chất khơi mào
10Bone cement and applicationsNhóm 4

10. III. Lịch sử phát triển
1950
• John Charnley
• Phổ biến sử dụng xương xi
măng
1958
• John Charnley
• Đưa ra công thức hoàn chỉnh
Bone cement and applications 11Nhóm 4

11. IV. Thành phần
1980 1993 2005
Hỗn hợp (copolyme
PMMA 15%, MMA 75%
theo khối lượng và một
số phụ gia) thu được 90
- 99% bột có kích thước
hạt 10-200 micromet và
khoảng 1 - 10% của các
loại sợi khoáng thủy tinh
thể có chiều dài nhỏ hơn
20 mm.
→ làm cho xương mềm
dẻo hơn, giảm độ giòn
của xương xuống thấp,
cải thiện được các đặc
tính cơ học.
Bổ sung thêm thành
phần hydroxyapatite
(Ca5(PO4)3OH) phủ lên
bề mặt.
→ dễ liên kết với xương
tự nhiên do ái lực mạnh
của calcium phosphate
với xương tự nhiên.
Để chắn các bức xạ và
tăng tính tương thích
sinh học
→ZrO2 hay BaSO4 và
TiO2 thêm vào trong
thành phần bone
cement.
12Bone cement and applicationsNhóm 4

12. Thành phần Vai trò
Thành phần bột
Polymer Polymethylmethacrylate
Co-polymer (ví dụ: MA-MMA) Làm thay đổi tính chất vật lý của xi măng
Bari sulfat hoặc Zirconium dioxide Chắn bức xạ
Kháng sinh * Kháng sinh dự phòng
Dye (ví dụ như chất diệp lục) Phân biệt xi măng từ xương
Thành phần chất lỏng
Monomer Methylmethacrylate monomer
N, N-dimethyl-p-toluidine (DMPT) Ðồng tu bảo dưỡng lạnh của polymer
Benzoyl peroxide
Phản ứng với DMPT để xúc tác cho phản
ứng trùng
Hydroquinone Chất ổn định ngăn chặn trùng hợp quá sớm
Dye (ví dụ như chất diệp lục) Phân biệt xi măng từ xương
Nhóm 4 Bone cement and applications 13

13. Bone cement and applications 14
Ví dụ
Nhóm 4

14. Các xương xi măng trên thị trường
Nhóm 4 Bone cement and applications 15

15. Tỉ lệ thành phần chất chắn bức xạ
Nhóm 4 Bone cement and applications 16

16. Kháng sinh
Vancomycin Gentamicin
Cả hai loại thuốc
kháng sinh
Độ xốp * (%) 5,8 ± 2,6 16,8 ± 1,9 22,4 ± 3,4
Cường độ nén
(MPa)
79,69 ± 6.2 57,99 ± 1,5 50,32 ± 4,9
Nhóm 4 Bone cement and applications 17

17. V. (PMMA) Polymethylmethacrylate
• PMMA là loại nhựa nhiệt dẻo rất bền ,
cứng, trong suốt, do đó nó được gọi là
thuỷ tinh hữu cơ.
• PMMA không tan trong nước, axit, bazơ,
xăng, ancol nhưng tan trong benzen, đồng
đẳng của benzen, este, xeton.
• PMMA có khối lượng riêng nhỏ hơn silicat,
dễ pha màu và dễ tạo dáng ở nhiệt độ
cao.
18Bone cement and applicationsNhóm 4
=> Chính vì vậy nó được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh
vực như: khoa học, công nghiệp, nghệ thuật, y học…

18. Tính chất Polymethylmethacrylate
• Nhiệt độ hóa thủy tinh: 30oC
• Tỷ trọng ở 25oC: 1,18g/cm3
• Hệ số giản nở nhiệt: (5 – 10) 10-5/K
• Tỷ lệ hấp thụ nước tối đa: 0,3 – 0,4% theo khối
lượng
Nhóm 4 Bone cement and applications 19

19. Cấu tạo MMA
• PMMA là loại polymer được tổng hợp từ MMA (methyl
methacrylat).
• MMA là chất lỏng ở nhiệt độ phòng
Nhóm 4 Bone cement and applications 20

20. (PMMA) Polymethylmethacrylate
21Bone cement and applicationsNhóm 4

21. Quá trình Polyme hóa
• Chất khơi mào: (BPO) di-benzoyl peroxide
• Tiền PMMA (MMA-stirene copolymer) là một chuỗi
polymer sống vẫn còn tâm hoạt tính, đồng thời là một
diblock copolymer tồn tại ở dạng bột (living
polymerization)
Nhóm 4 Bone cement and applications 22

22. Quá trình Polyme hóa
• Khơi mào
23Bone cement and applicationsNhóm 4

23. Polyme hóa
• Phát triển
24Bone cement and applicationsNhóm 4

24. Polyme hóa
• Tắt mạch
25Bone cement and applicationsNhóm 4

25. VI. Các yếu tố ảnh hưởng
• Nhiêt độ: cao thì pha ngắn hơn và ngược lại.
• Quy trình trộn: trộn cement quá nhanh hay quá
mạnh sẽ làm quá trình polymer hóa diễn ra
nhanh hơn.
• Loại cement: loại cement khác nhau làm thời
gian polymer hóa cũng khác nhau.
• Tỉ lệ (bột : chất lỏng): 1g:0.5ml
26Bone cement and applicationsNhóm 4

26. VII. Quy trình xử lí xương xi măng trước
khi đưa vào cơ thể
27Bone cement and applicationsNhóm 4
Trộn
• (lên đến 1 phút)
• Là thời gian mà
các bột và chất
lỏng được đồng
nhất triệt để.
Chờ
• (lên đến vài phút)
• Là khoảng thời
gian để đạt được
một trạng thái
không nhầy dính
của xi măng
Hoạt động
• (2-4 phút)
• Là thời gian mà
các bác sĩ phẫu
thuật có thể
tiêm xi măng và
lắp bộ phận giả.
Hóa rắn
• 1-2 phút
• Là giai đoạn của
quá trình thiết lập
cuối cùng và sự
tăng của nhiệt
polyme hóa.

27. Sau khi đưa vào cơ thể xương xi măng
sẽ như thế nào?
28Bone cement and applicationsNhóm 4

28. Tác dụng phụ
Biến chứng tim phổi
Mẫn cảm với thành phần
Hiện diện thành phần trong huyết
thanh và sữa
Nhóm 4 Bone cement and applications 29

29. VIII. Ứng dụng
ỨNG DỤNG
Tạo hình xương
vùng mặt
Sửa chữa khớp
háng (xương
hông)
Phục hồi gãy
xương nén

30. Tạo hình vùng xương mặt
- Mục tiêu: phục hồi đường nét tự nhiên của khuôn mặt
bằng cách bổ sung vật liệu vào mô xương giúp lấp đầy
những khiếm khuyết.
- Sự phát triển:
+ Năm 1958: xương xi măng được dùng trong lĩnh vực
chấn thương chỉnh hình
+ Năm 1973: dùng trong tạo hình xương sọ
 là vật liệu tạo hình đáng tin cậy.

31. Tiếp xúc với vết thương Trộn xương xi măng
Đặt xương xi măng vào Sau phẫu thuật

32. Phục hồi gãy xương nén
- Gãy xương nén là hiện tượng gãy xương phổ biến do
chứng loãng xương gây ra, xương cột sống bị suy nhược
không chịu nổi sức căng và áp suất cơ thể  giòn, dễ gãy.

33. Kĩ thuật Kyphoplasty
Đưa quả bóng cầu vào chỗ
vết thương
Nén bóng được bơm
căng, và xương cột sống
bị sụp đổ được khôi phục
trở lại chiều cao bình
thường của nó về hình
dạng.

34. Các khoang được tạo ra
bởi các bong bóng thổi
phồng chứa đầy xi măng
xương
Đốt sống được lắp đầy
xương xi măng
Các biến chứng có thể xảy ra: vấn đề với gây mê, viêm
tắc tĩnh mạch, nhiễm trùng, rò rỉ xi măng, đau liên tục…

35. Ưu điểm Nhược điểm
+Bột dạng nhão có thể dựng hình
một cách dễ dàng.
+Được cơ thể dung nạp tốt nhờ tính -
tương thích sinh học.
+Có độ cứng, chịu lực tốt, cố định ở
một vị trí.
+Chi phí thấp hơn so với titanium.
+Đạt hiệu quả thẩm mỹ cao.
-Nếu không được làm lạnh trước, khi
đông cứng bone cement sẽ tỏa nhiệt
với nhiệt độ khá cao, từ 850C đến
105oC, có thể làm rối loạn đông máu
tại chỗ.
-Ngoài ra các phẫu thuật viên cũng e
ngại một đặc tính khác của bone
cement là đông cứng nhanh, chỉ trong
vòng 6 phút.
→ phẫu thuật viên phải có nhiều kinh
nghiệm lâm sàng, có óc thẩm mỹ,
khéo tay, thao tác nhanh, khéo léo và
chính xác, và chuẩn bị thật tốt nơi sẽ
được ghép cho việc tái tạo.
36Bone cement and applicationsNhóm 4

36. X. Tổng kết
• Bone cement được ứng dụng rộng rãi ngày càng phổ
biến trong y học nhờ vào tính chất cơ lý đặc biệt của nó.
Giúp hồi phục các khiếm khuyết về xương, từ đó nâng
cao sức khỏe cũng như nhu cầu làm đẹp ngày càng tăng
của con người.
37Bone cement and applicationsNhóm 4