الأسمنت الذي يمكن استخدامه في جسم الإنسان - أسمنت العظام

أسمنت العظام هو اسم شائع الاستخدام لأسمنت العظام وهو مادة طبية تستخدم في جراحة العظام. وبسبب مظهره وخصائصه الفيزيائية التي تشبه الأسمنت الأبيض المستخدم في البناء والديكور بعد تصلبه، فقد أصبح له اسم شعبي. في السبعينيات، تم استخدام الأسمنت العظمي بالفعل لتثبيت الأطراف الاصطناعية المشتركة، ويمكن استخدامه أيضًا كمواد تعبئة وإصلاح الأنسجة في جراحة العظام وطب الأسنان.

أكبر ميزة لأسمنت العظام هو تصلبها السريع، مما يسمح بأنشطة إعادة التأهيل المبكرة بعد العملية الجراحية. وبطبيعة الحال، فإن أسمنت العظام له أيضًا بعض العيوب، مثل ارتفاع الضغط العرضي في تجويف نخاع العظم أثناء الحشو، مما قد يتسبب في دخول قطرات الدهون إلى الأوعية الدموية وتسبب الانسداد. علاوة على ذلك، فهي تختلف عن العظام البشرية، ومع مرور الوقت، قد تصبح المفاصل الاصطناعية غير ثابتة. ولذلك، فإن البحث في المواد الحيوية للأسمنت العظمي كان دائمًا موضوعًا ساخنًا يثير قلق الباحثين.

في الوقت الحاضر، الأسمنت العظمي الأكثر استخدامًا وبحثًا هو أسمنت العظام بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA)، وأسمنت العظام فوسفات الكالسيوم، وأسمنت العظام كبريتات الكالسيوم.
أسمنت العظام PMMA عبارة عن بوليمر أكريليك يتكون من خلط مونومر ميثيل ميثاكريلات السائل وميثيل ميثاكريلات ستيرين كوبوليمر ديناميكي، مع بقايا مونومر منخفضة، ومقاومة منخفضة للتعب ومقاومة تكسير الإجهاد، فضلاً عن قوة الشد العالية واللدونة. تم استخدام أسمنت العظام PMMA على نطاق واسع في مجال الجراحة التجميلية الطبية، وتم تطبيقه في طب الأسنان والجمجمة ومجالات إصلاح العظام الأخرى في وقت مبكر من الأربعينيات. تم استخدام أسمنت العظام الأكريليت في جراحة الأنسجة البشرية وتم تطبيقه في مئات الآلاف من الحالات السريرية محليًا ودوليًا.

الطور الصلب من أسمنت العظم PMMA عبارة عن بوليمر مسبق مبلمر جزئيًا بشكل عام، والطور السائل هو مونومر MMA، مع إضافة بعض بادئات البلمرة والمثبتات. عندما يتم خلط البوليمر المسبق PMMA ذو الطور الصلب مع مونومر MMA ذو الطور السائل، يحدث تفاعل بلمرة مشتركة للبوليمر على الفور لتحقيق تصلب أسمنت العظام. ومع ذلك، خلال عملية التصلب هذه، يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة، مما قد يسبب ضررًا حراريًا للأنسجة المحيطة، مما يؤدي إلى الالتهاب وحتى نخر الأنسجة. لذلك، هناك حاجة ماسة إلى مزيد من الأبحاث لتحسين جودة أسمنت العظام بولي ميثيل ميثاكريلات وتقليل أو القضاء على الآثار الجانبية لأسمنت العظام PMMA.

يتم استخدام فوسفات الكالسيوم في إصلاح العظام بسبب توافقه الحيوي الممتاز وقدرته على تجديد العظام. سريريًا، غالبًا ما يتم استخدامه كمادة قابلة للحقن لملء فجوات العظام وتحسين تثبيت الأجهزة في جراحة الكسور. يشبه تكوين أسمنت العظام من فوسفات الكالسيوم المعادن الموجودة في العظام البشرية، والتي يمكن إعادة امتصاصها وتعزيز النمو الداخلي وإعادة تشكيل العظام الطبيعية. آلية التصلب لأسمنت عظم فوسفات الكالسيوم هي تفاعل ترسيب الترطيب. من خلال التحكم في قيمة الرقم الهيدروجيني لعملية التفاعل، يمكن أن يترسب الهيدروكسيباتيت (HA) ضمن نطاق الرقم الهيدروجيني 4.2-11. في المرحلة الأولية، يتم التحكم في توليد HA بشكل أساسي من خلال التفاعلات السطحية، ويعمل HA المتولد بين الجزيئات وعلى سطح الجزيئات على تقوية الروابط بين الجزيئات. كلما زاد محتوى بلورات HA، زاد عدد نقاط الاتصال، كما تزداد قوة الضغط وفقًا لذلك. في المرحلة اللاحقة من تفاعل الترطيب، يتم طلاء سطح الجسيم بطبقة من HA، ويتم التحكم في تفاعل الترطيب لأسمنت عظم فوسفات الكالسيوم من خلال تفاعل الترطيب. مع تفاعل الترطيب المستمر، يتم إنشاء المزيد والمزيد من جزيئات HA، وتنمو بلورات HA المتولدة. تملأ منتجات الترطيب مساحة الماء المشاركة في التفاعل تدريجيًا، بحيث يتم تقسيم المساحة التي كانت تشغلها المياه سابقًا إلى مسام شعرية غير منتظمة بواسطة بلورات HA.

يتم زيادة المسام الهلامية، ويتم تقليل حجم المسام باستمرار. تكون بلورات HA متداخلة ومتصلة، وتتزايد قوة الترابط بين الجزيئات. يتم تقوية مادة الأسمنت العظمي إلى هيكل مسامي صلب مع عدد كبير من المسام، وبالتالي إظهار قوة المعالجة الكلية.

في الممارسة السريرية، يكون لكسور العمود الفقري المؤلمة آلية إصابة خاصة وعادة ما تحدث عند الشباب الذين لديهم قدرة أقوى على إعادة بناء العظام. يمكن استخدام أسمنت العظام فوسفات الكالسيوم بشكل فعال لعلاج مثل هذه الكسور. وفي الوقت نفسه، يعد أسمنت العظام بفوسفات الكالسيوم أيضًا بديلاً فعالاً للعظام في جراحة استئصال أورام العظام الحميدة. ومع ذلك، نظرًا لوقت التصلب الطويل وإطلاق الحرارة المنخفض نسبيًا أثناء عملية التصلب، فإن أسمنت عظام فوسفات الكالسيوم لديه التصاق وقوة ضعيفين نسبيًا، وهو عرضة للتفكك من العظام. ولذلك، فإن الأبحاث حول أسمنت العظام بفوسفات الكالسيوم لا تزال مستمرة.

كبريتات الكالسيوم هي أبسط مادة بديلة لإصلاح العظام وقد تم استخدامها في مواد إصلاح العظام لأكثر من 100 عام، مع أطول تاريخ للتطبيقات السريرية. تتمتع كبريتات الكالسيوم بقدرة تحمل بشرية جيدة، وقابلية للتحلل الحيوي، وخصائص التوصيل العظمي، مما يجعلها مادة بديلة مهمة لزراعة العظام الذاتية في الأبحاث المبكرة. الطور الصلب الرئيسي لأسمنت عظم كبريتات الكالسيوم هو مسحوق كبريتات الكالسيوم اللامائي، والطور السائل عبارة عن محلول ملحي فسيولوجي ومحاليل مائية أخرى. عندما يتم خلط الطور الصلب والسائل، تخضع كبريتات الكالسيوم لتفاعل ترطيب، مما يؤدي إلى توليد شعيرات ثنائية الهيدرات من كبريتات الكالسيوم على شكل إبرة والتي تتصل وتتكدس مع بعضها البعض، وبالتالي تتصلب في كومة ذات شكل وقوة معينة. ومع ذلك، نظرًا لضعف النشاط البيولوجي، لا يمكن لأسمنت العظام الذي يحتوي على كبريتات الكالسيوم تكوين روابط كيميائية بين ترقيع كبريتات الكالسيوم والأنسجة العظمية، وسوف يتحلل بسرعة. يمكن امتصاص أسمنت العظام الذي يحتوي على كبريتات الكالسيوم بالكامل خلال ستة أسابيع بعد الزرع، وهذا التحلل السريع لا يتوافق مع عملية تكوين العظام. ولذلك، بالمقارنة مع أسمنت العظام فوسفات الكالسيوم، فإن التطوير والتطبيق السريري لأسمنت العظام كبريتات الكالسيوم محدود نسبيا.

بالإضافة إلى ذلك، أظهرت العديد من الدراسات أن الجزيئات العضوية الصغيرة، والبوليمرات القابلة للتحلل الحيوي، والبروتينات، والسكريات، والجزيئات غير العضوية، والسيراميك الحيوي، والزجاج الحيوي يمكن أن تحسن بشكل فعال أداء أسمنت العظام، مما يوفر أفكارًا مبتكرة لأنواع جديدة من أسمنت العظام.
باختصار، يمكن أن يلعب الأسمنت العظمي دورًا مهمًا في طب الأسنان السريري وجراحة العظام، ومن المتوقع أن يصبح حاملًا مثاليًا للأدوية ومادة بديلة للعظام للنظام الهيكلي.

مع الابتكار المستمر وتطوير العلوم والتكنولوجيا والمواد، من المعتقد أنه سيتم تطوير المزيد من مواد أسمنت العظام عالية الجودة في المستقبل، مثل الأنواع عالية القوة والقابلة للحقن والمقاومة للماء وسريعة الإعداد. سوف يصبح استخدام أسمنت العظام في الممارسة السريرية واسع الانتشار بشكل متزايد، كما ستزداد قيمته أيضًا.