మానవ శరీరంలో ఉపయోగించగల సిమెంట్ - ఎముక సిమెంట్

ఎముక సిమెంట్ అనేది ఎముక సిమెంట్‌కు సాధారణంగా ఉపయోగించే పేరు మరియు ఆర్థోపెడిక్స్‌లో ఉపయోగించే వైద్య పదార్థం. ఘనీభవనం తర్వాత నిర్మాణం మరియు అలంకరణలో ఉపయోగించే తెల్లటి సిమెంట్‌ను పోలి ఉండే దాని రూపాన్ని మరియు భౌతిక లక్షణాల కారణంగా, దీనికి అటువంటి ప్రసిద్ధ పేరు ఉంది. 1970వ దశకంలో, ఎముక సిమెంట్ ఇప్పటికే జాయింట్ ప్రొస్థెసిస్ ఫిక్సేషన్ కోసం ఉపయోగించబడింది మరియు ఇది ఆర్థోపెడిక్స్ మరియు డెంటిస్ట్రీలో టిష్యూ ఫిల్లింగ్ మరియు రిపేర్ మెటీరియల్‌గా కూడా ఉపయోగించవచ్చు.

ఎముక సిమెంట్ యొక్క అతిపెద్ద ప్రయోజనం దాని వేగవంతమైన పటిష్టత, ఇది శస్త్రచికిత్స అనంతర పునరావాస కార్యకలాపాలను ప్రారంభిస్తుంది. వాస్తవానికి, ఎముక సిమెంట్ కూడా కొన్ని లోపాలను కలిగి ఉంది, పూరించే సమయంలో ఎముక మజ్జ కుహరంలో అప్పుడప్పుడు అధిక పీడనం వంటివి, కొవ్వు బిందువులు రక్త నాళాలలోకి ప్రవేశించడానికి మరియు ఎంబోలిజానికి కారణమవుతాయి. అంతేకాకుండా, ఇది మానవ ఎముకల నుండి భిన్నంగా ఉంటుంది మరియు కాలక్రమేణా, కృత్రిమ కీళ్ళు ఇప్పటికీ వదులుగా మారవచ్చు. అందువల్ల, ఎముక సిమెంట్ బయోమెటీరియల్స్‌పై పరిశోధన ఎల్లప్పుడూ పరిశోధకులకు ఆందోళన కలిగించే అంశం.

ప్రస్తుతం, అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే మరియు పరిశోధన చేయబడిన ఎముక సిమెంట్‌లు పాలీమిథైల్ మెథాక్రిలేట్ (PMMA) ఎముక సిమెంట్, కాల్షియం ఫాస్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్ మరియు కాల్షియం సల్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్.
PMMA ఎముక సిమెంట్ అనేది లిక్విడ్ మిథైల్ మెథాక్రిలేట్ మోనోమర్ మరియు డైనమిక్ మిథైల్ మెథాక్రిలేట్ స్టైరీన్ కోపాలిమర్, తక్కువ మోనోమర్ అవశేషాలు, తక్కువ అలసట నిరోధకత మరియు ఒత్తిడి పగుళ్ల నిరోధకత, అలాగే అధిక తన్యత బలం మరియు ప్లాస్టిసిటీని కలపడం ద్వారా ఏర్పడిన యాక్రిలిక్ పాలిమర్. PMMA ఎముక సిమెంట్ వైద్య ప్లాస్టిక్ సర్జరీ రంగంలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడింది మరియు 1940ల నాటికి దంతవైద్యం, పుర్రె మరియు ఇతర ఎముక మరమ్మత్తు రంగాలలో వర్తించబడింది. అక్రిలేట్ ఎముక సిమెంట్ మానవ కణజాల శస్త్రచికిత్సలో ఉపయోగించబడింది మరియు దేశీయంగా మరియు అంతర్జాతీయంగా వందల వేల క్లినికల్ కేసులలో వర్తించబడింది.

PMMA ఎముక సిమెంట్ యొక్క ఘన దశ సాధారణంగా పాక్షికంగా పాలిమరైజ్డ్ ప్రీపాలిమర్ PMMA, మరియు ద్రవ దశ MMA మోనోమర్, కొన్ని పాలిమరైజేషన్ ఇనిషియేటర్లు మరియు స్టెబిలైజర్‌లు జోడించబడ్డాయి. ఘన-దశ ప్రీపాలిమర్ PMMA ద్రవ-దశ MMA మోనోమర్‌తో కలిపినప్పుడు, ఎముక సిమెంట్ యొక్క ఘనీభవనాన్ని సాధించడానికి పాలిమర్ కోపాలిమరైజేషన్ ప్రతిచర్య వెంటనే జరుగుతుంది. అయినప్పటికీ, ఈ ఘనీభవన ప్రక్రియలో, పెద్ద మొత్తంలో వేడి విడుదల చేయబడుతుంది, ఇది చుట్టుపక్కల కణజాలాలకు ఉష్ణ నష్టం కలిగిస్తుంది, ఇది వాపు మరియు కణజాల నెక్రోసిస్కు కూడా దారితీస్తుంది. అందువల్ల, పాలీమిథైల్ మెథాక్రిలేట్ ఎముక సిమెంట్ నాణ్యతను మెరుగుపరచడానికి మరియు PMMA ఎముక సిమెంట్ యొక్క దుష్ప్రభావాలను తగ్గించడానికి లేదా తొలగించడానికి మరింత పరిశోధన తక్షణమే అవసరం.

కాల్షియం ఫాస్ఫేట్ దాని అద్భుతమైన జీవ అనుకూలత మరియు ఎముక పునరుత్పత్తి సామర్థ్యం కారణంగా ఎముక మరమ్మత్తులో వర్తించబడుతుంది. వైద్యపరంగా, ఎముక అంతరాలను పూరించడానికి మరియు ఫ్రాక్చర్ శస్త్రచికిత్సలో హార్డ్‌వేర్ స్థిరీకరణను మెరుగుపరచడానికి ఇది తరచుగా ఇంజెక్షన్ పదార్థంగా ఉపయోగించబడుతుంది. కాల్షియం ఫాస్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్ యొక్క కూర్పు మానవ ఎముకలలోని ఖనిజాల మాదిరిగానే ఉంటుంది, ఇది తిరిగి గ్రహించబడుతుంది మరియు సహజ ఎముకల లోపలి పెరుగుదల మరియు పునర్నిర్మాణాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది. కాల్షియం ఫాస్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్ యొక్క ఘనీభవన విధానం ఒక కరిగిన ఆర్ద్రీకరణ అవక్షేప ప్రతిచర్య. ప్రతిచర్య ప్రక్రియ యొక్క pH విలువను నియంత్రించడం ద్వారా, హైడ్రాక్సీఅపటైట్ (HA) 4.2-11 pH పరిధిలో అవక్షేపించవచ్చు. ప్రారంభ దశలో, HA యొక్క ఉత్పత్తి ప్రధానంగా ఉపరితల ప్రతిచర్యల ద్వారా నియంత్రించబడుతుంది మరియు కణాల మధ్య మరియు కణాల ఉపరితలంపై ఉత్పత్తి చేయబడిన HA కణాల మధ్య కనెక్షన్‌లను బలపరుస్తుంది. HA స్ఫటికాల కంటెంట్ ఎక్కువ, ఎక్కువ కాంటాక్ట్ పాయింట్లు ఉన్నాయి మరియు తదనుగుణంగా సంపీడన బలం కూడా పెరుగుతుంది. ఆర్ద్రీకరణ చర్య యొక్క తరువాతి దశలో, కణ ఉపరితలం HA పొరతో కప్పబడి ఉంటుంది మరియు కాల్షియం ఫాస్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్ యొక్క ఆర్ద్రీకరణ ప్రతిచర్య ఆర్ద్రీకరణ ప్రతిచర్య ద్వారా నియంత్రించబడుతుంది. నిరంతర ఆర్ద్రీకరణ ప్రతిచర్యతో, మరింత ఎక్కువ HA కణాలు ఉత్పత్తి చేయబడతాయి మరియు ఉత్పత్తి చేయబడిన HA స్ఫటికాలు పెరుగుతున్నాయి. హైడ్రేషన్ ఉత్పత్తులు క్రమంగా ప్రతిచర్యలో పాల్గొనే నీటి ఖాళీని నింపుతాయి, తద్వారా గతంలో నీరు ఆక్రమించిన స్థలం HA స్ఫటికాలచే క్రమరహిత కేశనాళిక రంధ్రాలుగా విభజించబడింది.

జెల్ రంధ్రాలు పెరుగుతాయి మరియు రంధ్రాల పరిమాణం నిరంతరం తగ్గుతుంది. HA స్ఫటికాలు అస్థిరంగా మరియు వంతెనగా ఉంటాయి మరియు కణాల మధ్య బంధం బలం పెరుగుతోంది. ఎముక సిమెంట్ పదార్థం పెద్ద సంఖ్యలో రంధ్రాలతో ఘన పోరస్ నిర్మాణంగా పటిష్టం చేయబడుతుంది, తద్వారా స్థూల క్యూరింగ్ బలాన్ని చూపుతుంది.

క్లినికల్ ప్రాక్టీస్‌లో, బాధాకరమైన వెన్నుపూస పేలుడు పగుళ్లు ప్రత్యేక గాయం యంత్రాంగాన్ని కలిగి ఉంటాయి మరియు సాధారణంగా బలమైన ఎముక పునర్నిర్మాణ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్న యువకులలో సంభవిస్తాయి. కాల్షియం ఫాస్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్ అటువంటి పగుళ్లకు చికిత్స చేయడానికి సమర్థవంతంగా ఉపయోగించవచ్చు. ఇంతలో, కాల్షియం ఫాస్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్ కూడా నిరపాయమైన ఎముక కణితి విచ్ఛేదనం శస్త్రచికిత్సకు సమర్థవంతమైన ఎముక ప్రత్యామ్నాయం. అయినప్పటికీ, ఘనీభవన ప్రక్రియలో సుదీర్ఘమైన ఘనీభవన సమయం మరియు సాపేక్షంగా తక్కువ ఉష్ణ విడుదల కారణంగా, కాల్షియం ఫాస్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్ సాపేక్షంగా పేలవమైన సంశ్లేషణ మరియు బలాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు ఎముక నుండి విచ్ఛిన్నమయ్యే అవకాశం ఉంది. అందువల్ల, కాల్షియం ఫాస్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్‌పై పరిశోధనలు ఇంకా కొనసాగుతున్నాయి.

కాల్షియం సల్ఫేట్ ఎముక మరమ్మత్తు కోసం సులభమైన ప్రత్యామ్నాయ పదార్థం మరియు సుదీర్ఘమైన క్లినికల్ అప్లికేషన్ చరిత్రతో 100 సంవత్సరాలకు పైగా ఎముక మరమ్మతు పదార్థాలలో ఉపయోగించబడింది. కాల్షియం సల్ఫేట్ మంచి మానవ సహనం, బయోడిగ్రేడబిలిటీ మరియు ఎముక ప్రసరణ లక్షణాలను కలిగి ఉంది, ఇది ప్రారంభ పరిశోధనలో ఆటోలోగస్ ఎముక మార్పిడికి ముఖ్యమైన ప్రత్యామ్నాయ పదార్థంగా మారింది. కాల్షియం సల్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్ యొక్క ఘన దశ ప్రధాన స్రవంతి అన్‌హైడ్రస్ కాల్షియం సల్ఫేట్ పౌడర్, మరియు ద్రవ దశ ఫిజియోలాజికల్ సెలైన్ మరియు ఇతర సజల ద్రావణాలు. ఘన మరియు ద్రవ దశలు కలిపినప్పుడు, కాల్షియం సల్ఫేట్ హైడ్రేషన్ రియాక్షన్‌కి లోనవుతుంది, సూది ఆకారపు కాల్షియం సల్ఫేట్ డైహైడ్రేట్ మీసాలు ఒకదానికొకటి వంతెన మరియు పేర్చడాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది, తద్వారా నిర్దిష్ట ఆకారం మరియు బలంతో కుప్పగా మారుతుంది. అయినప్పటికీ, పేలవమైన జీవసంబంధ కార్యకలాపాల కారణంగా, కాల్షియం సల్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్ కాల్షియం సల్ఫేట్ గ్రాఫ్ట్‌లు మరియు ఎముక కణజాలం మధ్య రసాయన బంధాలను ఏర్పరచదు మరియు వేగంగా క్షీణిస్తుంది. కాల్షియం సల్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్ ఇంప్లాంటేషన్ తర్వాత ఆరు వారాలలో పూర్తిగా గ్రహించబడుతుంది మరియు ఈ వేగవంతమైన క్షీణత ఎముక ఏర్పడే ప్రక్రియతో సరిపోలడం లేదు. అందువల్ల, కాల్షియం ఫాస్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్‌తో పోలిస్తే, కాల్షియం సల్ఫేట్ ఎముక సిమెంట్ అభివృద్ధి మరియు క్లినికల్ అప్లికేషన్ సాపేక్షంగా పరిమితం.

అదనంగా, అనేక అధ్యయనాలు చిన్న సేంద్రీయ అణువులు, బయోడిగ్రేడబుల్ పాలిమర్‌లు, ప్రోటీన్లు, పాలిసాకరైడ్‌లు, అకర్బన అణువులు, బయోసెరామిక్స్ మరియు బయోగ్లాస్ ఎముక సిమెంట్ పనితీరును సమర్థవంతంగా మెరుగుపరుస్తాయని, కొత్త రకాల ఎముక సిమెంట్ కోసం వినూత్న ఆలోచనలను అందజేస్తాయని చూపించాయి.
సారాంశంలో, ఎముక సిమెంట్ క్లినికల్ డెంటిస్ట్రీ మరియు ఆర్థోపెడిక్స్‌లో ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుంది మరియు అస్థిపంజర వ్యవస్థకు ఆదర్శవంతమైన డ్రగ్ క్యారియర్ మరియు ఎముక ప్రత్యామ్నాయ పదార్థంగా మారుతుందని భావిస్తున్నారు.

సైన్స్, టెక్నాలజీ మరియు మెటీరియల్స్ యొక్క నిరంతర ఆవిష్కరణ మరియు అభివృద్ధితో, భవిష్యత్తులో అధిక-నాణ్యత కలిగిన ఎముక సిమెంట్ పదార్థాలు అభివృద్ధి చేయబడతాయని నమ్ముతారు, అవి అధిక శక్తి, ఇంజెక్షన్, నీటి నిరోధకత మరియు వేగవంతమైన సెట్టింగ్ రకాలు. క్లినికల్ ప్రాక్టీస్‌లో ఎముక సిమెంట్ యొక్క అప్లికేషన్ మరింత విస్తృతంగా మారుతుంది మరియు దాని విలువ కూడా పెరుగుతుంది.