UHMWPE: अति-उच्च आणविक भार पॉलीइथिलीन

एक्सएलपीई: क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन

इन दोनों सामग्रियों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है जोड़ प्रतिस्थापन घर्षण इंटरफेस के रूप में प्रत्यारोपण। आज मैं आपको इनके भौतिक गुणों, लाभों और हानियों के बारे में विस्तार से बताऊंगा। आइए देखें कि नैदानिक ​​उपयोग में आपने सही चुनाव किया है या नहीं।

• UHMWPE और XLPE क्या हैं?

परंपरागत अल्ट्रा-हाई मॉलिक्यूलर वेट पॉलीइथिलीन (UHMWPE) का उत्पादन एथिलीन को बारीक पाउडर में पॉलीमराइज़ करके और फिर उच्च दबाव और गलनांक तापमान पर कम्प्रेशन मोल्डिंग या रैम एक्सट्रूज़न जैसी प्रक्रियाओं का उपयोग करके किया जाता है। जोड़ों के प्रत्यारोपण में उपयोग होने वाले UHMWPE को अक्सर नसबंदी के लिए कम मात्रा में विकिरणित किया जाता है।

क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन (XLPE) अल्ट्रा-हाई मैटेरियल पॉलीइथिलीन (UHMWPE) का एक संशोधित रूप है। उच्च क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन लाइनर सामग्री के लिए विकिरण खुराक आमतौर पर 50-100 किलोगैलन (kGy) तक होती है। विकिरण के बाद, सामग्री को या तो उसके गलनांक (135°C) से ऊपर गर्म किया जाता है या उसके गलनांक से नीचे एनील किया जाता है। इस लेख में, उच्च क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन से तात्पर्य उन विशिष्ट प्रसंस्करण स्थितियों के तहत उत्पादित XLPE से है।

• यांत्रिक प्रदर्शन: UHMWPE बनाम XLPE

क्रॉस-लिंकिंग से पॉलीइथिलीन का घनत्व बढ़ता है, जिससे इसकी घिसाव प्रतिरोधकता में सुधार होता है। हालांकि, क्रॉस-लिंकिंग घनत्व में वृद्धि के कारण अत्यधिक क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन के यांत्रिक गुणों पर कुछ हद तक प्रभाव पड़ सकता है, और पोस्ट-प्रोसेसिंग से यांत्रिक गुणों/ऑक्सीकरण क्षमता पर और भी अधिक प्रभाव पड़ सकता है।

अर्ध-स्थैतिक तन्यता प्रदर्शन

गोमोल एट अल के शोध में पाया गया कि क्रिस्टलीयता की एक निश्चित डिग्री के लिए, पॉलीइथिलीन में उच्च क्रॉस-लिंकिंग से मापांक, फ्रैक्चर शक्ति और तन्यता में कमी आती है (तन्यता फ्रैक्चर तनाव से संबंधित है) (तालिका 1, नीले रंग से हाइलाइट किया गया)।

तालिका 1: विभिन्न विकिरण खुराकों पर अति-उच्च आणविक भार वाले पॉलीइथिलीन के भौतिक गुण

यांत्रिक गुणधर्म वास्तविक तनाव-विकृति वक्रों से प्राप्त किए जाते हैं, जबकि फ्रैक्चर टफनेस का निर्धारण राइस और सोरेनसन जे-इंटीग्रल विधि का उपयोग करके किया जाता है।

अस्थिभंग बेरहमी

जेनकुर एट अल. [3] द्वारा किए गए शोध से विकिरण खुराक और फ्रैक्चर कठोरता (चित्र 2) के बीच एक रैखिक सहसंबंध प्रदर्शित होता है, जिसमें गामा विकिरण की उच्च खुराक अत्यधिक क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन की फ्रैक्चर कठोरता को काफी कम कर देती है।

गोमोल और सहकर्मियों[2] ने पाया कि कम खुराक (≤50 kGy) पर, क्रॉस-लिंकिंग फ्रैक्चर कठोरता को बढ़ाती है, जबकि अत्यधिक क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन JIC तक पहुंचने के बाद सहज, अस्थिर फ्रैक्चर प्रदर्शित करता है (तालिका 1, लाल रंग में हाइलाइट किया गया)।

थकान दरार वृद्धि प्रतिरोध

बेकर एट अल.[4,5] ने पाया कि प्रारंभिक दरार प्रसार मान, ΔKincep, क्रॉस-लिंकिंग खुराक में वृद्धि के साथ घटता है। 200 kGy की खुराक पर XLPE में, ΔKincep UHMWPE की तुलना में 61% कम हो जाता है, जो दर्शाता है कि उच्च क्रॉस-लिंकिंग थकान दरार वृद्धि प्रतिरोध पर प्रतिकूल प्रभाव डालती है (तालिका 2, नीले रंग में हाइलाइट किया गया)।

तालिका 2: उच्च आणविक भार वाले पॉलीइथिलीन और क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन के लिए थकान दरार वृद्धि डेटा

• UHMWPE और XLPE में से किसे चुनें?

क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन (XLPE) ने कुल हिप रिप्लेसमेंट (THR) सर्जरी में उत्कृष्ट घिसाव प्रतिरोध दिखाया है, जो घर्षण और चिपकने वाले घिसाव के प्रति इसके असाधारण प्रतिरोध के कारण है। इसी वजह से हाल ही में कुल हिप रिप्लेसमेंट सर्जरी में अत्यधिक क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन (XLPE) को अपनाया गया है। नी रिप्लेसमेंट (टीकेआर) सर्जरी।

लेकिन क्या क्रॉस-लिंकिंग की प्रभावशीलता टीकेआर तक पहुँचती है? शोध [6] से पता चलता है कि यह काफी हद तक पॉलीइथिलीन असर में शामिल गति और तनाव के प्रकारों पर निर्भर करता है।

टीएचआर में देखे जाने वाले उच्च अनुरूपता वाले बॉल-एंड-सॉकेट जोड़ (जिसमें अद्वितीय अपघर्षक और चिपकने वाला घिसाव होता है) के विपरीत, टीकेआर में फीमर-टिबिया जोड़ की सतहों की अनुरूपता अपेक्षाकृत कम होती है, जिसमें अधिक फिसलने और लुढ़कने की गति शामिल होती है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है।

ए) जोड़ के भीतर संपर्क क्षेत्र, फीमोरल कोंडाइल इम्प्लांट सतह के लंबवत, इंसर्ट की सतह के साथ संपीड़न तनाव उत्पन्न करता है।

बी) जैसे ही संपर्क बिंदु गति करता है, एक नया संपर्क क्षेत्र बनता है, जिससे एक संगत संपीडन तनाव क्षेत्र उत्पन्न होता है।

C) संपर्क बिंदुओं की प्रत्यावर्ती गति, इंसर्ट जॉइंट सतह के नीचे चक्रीय तन्यता तनाव उत्पन्न करती है।

ऊपर उल्लिखित जैवयांत्रिक सिद्धांतों के आधार पर और सामग्री की विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए, यह देखा जा सकता है कि यदि उच्च क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन (XLPE) का उपयोग टोटल नी आर्थ्रोप्लास्टी (TKA) में इंसर्ट सामग्री के रूप में किया जाता है, तो संभावित समस्याओं में गड्ढे पड़ना, परतें अलग होना और तनाव का संकेंद्रण शामिल हो सकते हैं, जिससे इंसर्ट में फ्रैक्चर हो सकता है।

परिद्रश्य 1:

पॉलीइथिलीन इंसर्ट के किनारे पर तन्य तनाव और जोड़ के संपर्क क्षेत्र में सतही अपरूपण तनाव के कारण इंसर्ट में गड्ढे पड़ सकते हैं और परतें उखड़ सकती हैं। हालांकि, क्रॉस-लिंकिंग दरारों के प्रसार के प्रतिरोध को कम कर सकती है, जिससे इंसर्ट में थकान के कारण होने वाली टूट-फूट का खतरा बढ़ जाता है। यह स्थिति चित्र 4 में दर्शायी गई है।

बायां तीर इंसर्ट की सतह के नीचे दरार और शुरुआती परत-विखंडन को दर्शाता है। दायां तीर इंसर्ट के केंद्र में परत-विखंडन वाले क्षेत्र को दर्शाता है।

परिदृश्य 2:

टिबिअल पोस्ट और इंसर्ट के किनारे पर भार बढ़ने के साथ, उस क्षेत्र में घिसाव होता है। XLPE की कम थकान प्रतिरोध क्षमता और लचीलापन इंसर्ट में इस प्रकार की क्षति के प्रति इसकी संवेदनशीलता को बढ़ा देता है। अत्यधिक गंभीर मामलों में, इससे टिबिअल पोस्ट और इंसर्ट के किनारे का फ्रैक्चर जैसे गंभीर परिणाम हो सकते हैं, जैसा कि चित्र 5 में दर्शाया गया है।

क्रॉस-लिंकिंग उच्च क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन (XLPE) सामग्रियों में घर्षण और आसंजक टूट-फूट को कम करती है। हालांकि, ऐसा प्रतीत होता है कि यह TKR में आमतौर पर देखी जाने वाली दरार प्रसार, विरूपण, गड्ढे बनने और परत उखड़ने के जोखिमों को कम नहीं कर सकती है। उच्च क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन (XLPE) की कम कठोरता, तन्यता और थकान प्रतिरोध क्षमता के कारण अंततः फिक्स्ड-बेयरिंग TKR इंसर्ट विफल हो सकते हैं। इसलिए, TKA में उच्च क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन का उपयोग संदिग्ध बना हुआ है।

तो, इन दोनों सामग्रियों में से किसे चुनना चाहिए? विवरण के लिए नीचे दी गई तालिका देखें।

तालिका 3: विभिन्न परिदृश्यों के लिए अनुशंसित इष्टतम इंसर्ट सामग्री का चयन

गैस नी जॉइंट सिस्टम में विभिन्न प्रकार के पॉलीइथिलीन इंसर्ट उपलब्ध हैं, जिन्हें जर्मनी से आयातित UHMWPE सामग्री से संपीड़न-मोल्डिंग द्वारा तैयार किया जाता है। यह घर्षण और चिपकने से होने वाले घिसाव के प्रति उत्कृष्ट प्रतिरोध सुनिश्चित करता है, साथ ही उच्च स्तर की थकान प्रतिरोध क्षमता भी प्रदान करता है।

संदर्भ