Polimer sebagai Biomaterial dalam Orthopedi

Polimer merupakan molekul-molekul besar terbuat dari kombinasi dari molekul-molekul kecil. Molekul-molekul kecil ini disebut unit-unit “mer” dari kata bahasa Yunani “meros” yang artinya bagian. Di sini akan dibicarakan hanya monomer organik, terutama berbagai molekul dari karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen. Tabel 3 menunjukkan daftar polimer yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi orthopedi.

Definisi dan Sifat-sifat Polimer

Sifat-sifat satu polimer ditandai oleh struktur kimianya (monomer-monomer yang digunakan untuk membuat polimer), berat molekulnya (jumlah monomer dalam polimer), struktur fisiknya (cara dalam mana monomer dilekatkan satu dengan yang lain), isomerisme (orientasi atom yang berbeda-beda dalam beberapa polimer), dan kristalinitas (paketan rantai-rantai polimer ke dalam ordered atomic arrays).

Polietilen merupakan polimer yang paling sederhana, seluruhnya terdiri dari unit-unit monomer etilen. Jumlah unit-unit etilen dalam satu rantai polimer menunjukkan berat molekulnya. Sebagai contoh, setiap monomer etilen memiliki satu berat molekul sebesar 28. Satu polimer yang terbuat dari 1000 unit etilen akan memiliki berat molekul sebesar 28000. Bagaimanapun, selama polimerisasi etilen, tidak semua rantai akan berakhir dengan jumlah unit yang sama; sehingga, tidak semua rantai akan memiliki berat molekul yang sama, yang menjadikannya ke dalam satu distribusi berat molekul. Baik rentangan distribusi dan besarnya berat molekul dapat dengan jelas memengaruhi kekakuan, kekuatan, toughness, dan sifat-sifat wear satu polimer sebagaimana halnya polietilen.

Kopolimer merupakan polimer yang terdiri dari lebih dari satu tipe monomer. Sebagai contoh, polimetilmetakrilat, yang sering disebut ebagai semen tulang atau PMMA, dapat mengandung kopolimer-kopolimer metil metakrilat dan polistirin atau metil metakrilat dan asam metakrilat. Di dalam kopolimer-kopolimer, distribusi monomer-monomer yang berbeda secara potensial dapat memengaruhi sifat-sifat polimer, bergantung dari apakah mereka secara acak terdistribusikan (AABABBBABAAABB...) atau berurutan secara berganti (ABABAB...) atau dalam blok-blok (AAABBBAAABBBAAA...). Lebih lanjut, cara yang mana masing-masing monomer dikaitkan kepada keseluruhan struktur polimer dapat memberikan rangkaian struktural yang berbeda. Pada polimer-polimer linier, monomer-monomer dikaitkan ujung dengan ujung. Pada polimer-polimer yang bercabang, rantai-rantai samping (cabang-cabang) monomer dikaitkan kepada rantai utama, dan panjang dari masing-masing cabang, jumlah cabang, dan distribusi cabang akan memengaruhi sifat-sifat polimer. Pada polimer-polimer cross-linked, rantai-rantainya terikat secara kovalen satu dengan yang lain pada berbagai lokasi sepanjang rentangannya. Kemungkinan-kemungkinan struktural lainnya dapat terjadi di dalam polimer. Sebagai contoh, tiga kemungkinan muncul untuk kelompok CH3 dalam setiap segmen monomer dari polipropilen, yaitu: semua segmen dapat berada pada sisi yang sama dari backbone-nya (isostatik), pada sisi selang-seling (sindiotaktik), atau bertempat secara acak (ataktik). Isomerisme, secara khusus, dapat menjadi penting dalam penentuan aktifitas biologis dan sifat-sifat fisik polimer.

Temperatur juga dapat berpengaruh besar terhadap sifat-sifat polimer. Pada temperatur di bawah temperatur transisi gelas (Tg), satu polimer akan nampak bagai gelas di alam dan adalah secara umumnya kaku, kuat, dan brittle. Di atas Tg, polimer adalah bagai kulit dan tougher dan kurang kaku. Tg dari UHMWPE adalah mendekati -40o; jadi, untuk aplikasi orthopedi, UHMWPE berada dalam tampilan bagai kulit. Sebaliknya, Tg bagi PMMA semen tulang adalah lebih besar dari 60o; jadi, dalam aplikasi orthopedi, aplikasinya adalah dalam tampilan bagai gelas.

Segmen-segmen dari rantai-rantai polimer dapat berangkai dengan sendirinya dalam satu rangakian kristalin yang terstruktur, mirip dengan bidang-bidang atomik dalam alloy metal. Secara maya, semua polimer adalah garis-semikristal dalam mana hanya beberapa area dari struktur adalah terangkai, di bagian lainnya rantainya berorientasi secara acak dalam satu cara seperti amorph (gb.8). Derajat kristalinitas dapat berpengaruh besar terhadap sifat-sifat polimer bergantung pada ukuran, orientasi, dan distribusi area-area kristalin.

Penggunaan Polimer dalam Peralatan Orthopedi

· Penggunaan Polimer dalam Arthroplasti Sendi

1. Semen Tulang PMMA

Semen tulang PMMA telah merupakan polimer pilihan sebagai satu grouting agent untuk menahan komponen-komponen implan ke tulang sejak saat diperkenalkannya oleh Charnley dalam tahun 1970-an. PMMA yang digunakan dalam orthopedi tersedia dalam dua bagian, yaitu: satu cairan dalam satu ampul gelas ukur dan satu bubuk dalam satu kantongan. Sebagian besar cairan tersebut adalah monomer metilmetakrilat, namun juga berisi hidrokuinon dan N,N-dimetil-p-toluidin. Hidrokuinon menghambat polimerisasi, memastikan bahwa cairan tidak terpolimerisasi secara prematur akibat panas atau cahaya; N,N-dimetil-p-toluidin bekerja untuk memercepat polimerisasi dan me-offset efek hidrokuinon saat cairan dan bubuknya dicampur, dan reaksi telah mulai. Proses mulai ketika cairan monomer dituangkan kemudian kontak dengan satu inisiator, dibenzoil peroksida, yang dicampurkan ke dalam bubuk. Sebagai tambahan terhadap inisiator, bubuk dikomposisikan utamanya merupakan PMMA terpolimerisasi atau satu campuran PMMA dengan satu kopolimer dari baik PMMA dan polistirin ataupun PMMA dan asam metakrilat, bergantung pada tingkat dan pembuat semen. Kopolimer berperan meningkatkan toughness. Material radiopak, apakah barium sulfat (BaSO4) ataupun zirkonia (ZrO2) juga dicampurkan ke seluruh bubuk guna memungkinkan semen dapat dipertunjukkan melalui radiograf. Berat molekul rata-rata dari satu campuran semen tulang yang tipikal setelah curing adalah 242000, meski rentangan berat molekuler campuran akhir dan bentuk set-nya adalah besar.

Ketika proses polimerisasi dimulai, ikatan ganda karbon-karbon awal mula dalam metilmetakrilat dipecahkan, dan ikatan tunggal karbon-karbon yang baru kemudian dibentuk dalam rantai polimer. Panas yang dimunculkan selama proses ini adalah mendekati 130 kal/gr monomer metilmetakrilat. Suhu yang meningkat, bagaimanapun, menunjukkan jumlah dan ketebalan gumpalan semen dan perpindahan panas ke struktur-struktur sekitar. Temperatur semen tulang selama polimerisasi in vivo adalah serendah 40oC, di bawah 56oC yang menyebabkan denaturasi protein dan suhu 47 oC dilaporkan dapat menimbulkan nekrosis tulang. Keberhasilan klinis jangka panjang dari implan semen tulang arthroplasti dan aplikasi pengisi tulang seperti vertebroplasti secara kuat menunjukkan bahwa nekrosis termal tidaklah merupakan faktor penting yang memengaruhi tampilan secara keseluruhan.

Antibiotika dapat ditambahkan ke semen tulang yang bertujuan sebagai profilaksis atau pengobatan infeksi. Pelepasan antibiotika dari semen menunjukkan bagaimana teknik preparasi, proses kimiawi, dan area permukaan dari semen. Sebagai contoh, di antara semen-semen yang diperdagangkan, pelepasan gentamisin dari semen Simplex (Stryker Orthopaedics, Mahway, NJ) atau semen CMW (DePuy Orthopaedics, Warsaw, IN) adalah secara bermakna kurang dibandingkan yang dari Palacos (Zimmer, Warsaw, IN). Sifat-sifat semen tulang dapat berubah membahayakan melalui penambahan antibiotika selama proses pencampurannya, di mana hal ini menjadikan satu perhatian klinis yang penting ketika antibiotika dicampurkan ke dalam semen saat pembedahan.

Penampilan semen sebagai satu grout untuk fiksasi komponen-komponen arthroplasti sendi telah diperkuat melalui pengembangan protokol-protokol dalam penanganan semen, preparasi tulang, dan semen delivery (teknik penuangan semen ke dalam tulang). Sebagai contoh, pencampur vakum atau formulasi-formulasi berviskositas rendah dari semen yang kemudian dituangkan ke dalam tulang di bawah tekanan menggunakan satu senapan semen secara bermakna mengurangi porositas semen dibandingkan dengan semen yang dicampur dengan tangan. Mengurangi porositas menghasilkan lebih banyak semen dalam mantel dan meningkatkan kekuatan strukturalnya, meski sifat-sifat semennya sendiri tetap tidak berubah. Meski sulit untuk dibuktikan secara klinis, berkurangnya porositas haruslah mengurangi kesempatan munculnya fraktur mantel semen yang nantinya berlanjut menjadi terlepasnya implan. Sifat-sifat mekanikal khas dari semen tulang adalah termasuk: compressive ultimate strength sebesar 85 hingga 110 Mpa, tensile strength sebesar 25 hingga 45 Mpa, fatigue strength sebesar 10 hingga 15 Mpa, dan dengan modulus elastisitas sebesar 1 hingga 4 Gpa.

2. Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene

Panggul pertama yang menggunakan UHMWPE sebagai satu permukaan penerima beban diimplantasikan dalam tahun-tahun 1960-an. Keluarga UHMWPE tetap merupakan material pilihan sebagai permukaan penerima beban dalam arthroplasti sendi total. Berbagai perbedaan di antara berbagai tipe polietilen merupakan satu hasil dari perbedaan dalam berat molekul dan besar dan tipe percabangannya. UHMWPE, sebagaimana namanya digunakan, memiliki satu berat molekul yang tinggi (secara khas melebihi satu juta), yang membuatnya secara bermakna dengan kekuatan dan strength yang lebih tinggi dan dengan karakteristik abrasive wear yang lebih baik dibandingkan dengan polietilen densitas-tinggi (dengan berat molekul dalam kisaran 500000).

Tiga metode digunakan untuk membuat komponen-komponen orthopedi UHMWPE. Dalam ram extrusion, resin UHMWPE di ekstrusikan melalui satu circular die di bawah panas dan tekanan untuk membentuk satu cylindrical bar yang, sebaliknya, dibentuk menjadi bentukan akhir. Dalam compression molding, resin di molded (lagi dengan panas dan tekanan) ke dalam satu large sheet, yang dipotong-potong menjadi bagian-bagian lebih kecil yang digunakan dalam pembuatan komponen-komponen akhir. Akhirnya, dalam bentuk rata-rata atau direct compression molding, resin secara langsung di molded menjadi bagian terakhir. Dalam proses molding langsung, additional machining biasanya dibutuhkan untuk me-create bentuk-bentuk lebih detil seperti locking mechanisms atau backside profile dari insert-insert acetabular dan tibial; permukaan artikuler tidak di machine.

Metode terbanyak yang digunakan untuk menyeterilisasi komponen-komponen UHMWPE selama ini adalah memakai pemaparannya dengan sterilisasi radiasi gamma. Untuk beberapa waktu lamanya, meskipun telah diketahui bahwa terjadi oksidasi UHMWPE setelah sterilisasi gamma, tindakan sterilisasi tersebut tidaklah membuatnya menjadi satu perhatian besar hingga kemudian ada perkiraan terdapatnya hubungan antara debris polietilen wear dan osteolisis dalam tahun 1980-an. Oksidasi pascaradiasi meningkatkan modulus elastisitas, menurunkan duktilitas, dan meningkatkan fracture toughness UHMWPE. Besarnya oksidasi ditentukan oleh dosis radiasi, lingkungan di mana komponen diradiasi, dan ditambah dengan shelf aging.

Oksidasi pascaradiasi diawali oleh radiasi gamma yang digunakan selama sterilisasi. Sinar gamma dapat memecah baik ikatan karbon-hidrogen mapun ikatan karbon-karbon, membentuk banyak radikal bebas (atom-atom dengan elektronnya yang tidak berpasangan) yang kemudian dapat bereaksi untuk ber-recombine (kembali gabung), untuk menyebabkan pemotongan rantai, atau untuk membentuk cross-links. Rekombinasi secara sederhana adalah membentuk ulang ikatan yang telah terputus dan tidak menimbulkan perubahan kimiawi berarti. Pada pemotongan rantai, satu fragmen dibuang dari rantai polimer asalnya. Pemotongan rantai didorong oleh adanya oksigen, yang siap bereaksi dengan radikal bebas menghasilkan satu berat molekul yang lebih rendah (rantai yang lebih pendek) dan peningkatan densitas (oleh karena rantai-rantai pendek berdekatan secara lebih kuat satu dengan lainnya). Pada cross-linking, radikal-radikal yang berasal dari rantai-rantai polimer yang berbeda berreaksi untuk membentuk ikatan-ikatan kimia (cross-link) antar rantai. Satu cross-linked polymer dapat lebih tahan terhadap abrasi dibanding dengan prekursor non cross-link-nya. Bagaimanapun, level yang tinggi dari bentuk cross-link dapat menyebabkan material menjadi rapuh.

Efek maksimal dari oksidasi pascaradiasi timbul di bawah batas permukaan dari komponen UHMWPE terradiasi. Pada daerah ini, densitasnya adalah sangat tinggi, sebesar 0.007 hingga 0.02 g/mL, lebih tinggi dibandingkan dengan dalam bulk-nya, dan sifat-sifat materialnya adalah sangat buruk, yang pada pemotongan, bagian material yang rapuh dan teroksidasi pada daerah bawah-permukaan akan fraktur dan membentuk satu garis putih (gb.9). Buruknya lagi, oksidasi pada daerah subsurface bekerja bersama-sama dengan daerah di mana stres-stres kontak dapat sangat tinggi dalam peralatan orthopedi seperti pada komponen-komponen tibial sendi lutut yang secara tipikal memiliki permukaan-permukaan artikuler nonconforming. Sebagai hasilnya, satu propensity untuk kerusakan permukaan berjenis wear dalam bentuk pitting dan delamination yang kemudian dapat mengubah fungsi implan dan menyumbang timbulnya osteolisis.

Degradasi pascaradiasi dapat dihindarkan melalui pengubahan metode sterilisasi. Sebagai contoh, beberapa pabrikan produsen telah mengubahnya ke arah metode-metode sterilisasi nonradiasi seperti memaparkan peralatan UHMWPE dengan oksida etilen atau gas plasma. Berbagai metode nonradiasi seperti ini menyeteril permukaan tanpa membentuk radikal bebas yang mengawali timbulnya degradasi oksidatif. Metode-metode nonradiasi tidaklah, bagaimanapun, menimbulkan cross-linking, yang telah diketahui mengurangi wear abrasi dan adesif. Banyak di antara pabrikan lainnya tetap melanjutkan memakai radiasi gamma, namun mengarahkan sterilisasinya dalam satu lingkungan bebas oksigen untuk mengurangi degradasi radikal bebas dan memaksimalkan cross-linking. Berbagai studi klinis akhir-akhir ini pada pasien-pasien dengan ganti sendi panggul total telah menunjukkan satu pengurangan bermakna dalam wear dengan sterilisasi radiasi dalam perbandingannya dengan oksida etilen dan gas plasma.

Penuaan pascaradiasi berlanjut setelah sterilisasi oleh karena keberadaan radikal bebas. Bagi sterilisasi konvensional dalam udara, paparannya dengan lingkungan mengandung oksigen menghasilkan keberlanjutan degradasi sifat-sifat material oleh karena radikal bebas berreaksi dengan oksigen. Degradasi dalam sifat-sifat telah diketahui berhubungan dengan gagal klinis sekunder terhadap wear polietilen berlebih pada pasien-pasien yang dengan ganti sendi lutut total, di mana hasil-hasil ini telah didukung oleh berbagai observasi pada komponen-komponen ganti sendi total yang diambil dari pasien-pasien dan yang melalui studi-studi menggunakan stimulator wear secara invitro dan studi mekanik. Radikal-radikal tersebut, bagaimanapun, dapat ditekan pembentukannya melalui treatment thermal dari polietilen terradiasi, sehingga kelanjutan shelf aging tidak lagi akan terjadi.

Keuntungan dari cross-linking dalam memperbaiki ketahanan komponen-komponen sendi total UHMWPE terhadap wear adhesif dan abrasif telah diketahui sejak pertengahan tahun 1970-an, namun cross-linking telah memberikan tingkat penerimaan klinis yang luas di seluruh dunia hanya dalam beberapa tahun terakhir ini. Penggunaan klinis UHMWPE ter-cross-link tinggi terjadi dalam tahun 1971 dengan implantasi komponen-komponen acetabuler polietilen yang telah diradiasi dengan gamma radiasi sebesar 100 Mrad, yang didasarkan atas hasil-hasil dari reciprocating ball-on-flat laboratory wear tests yang menunjukkan satu penurunan sejumlah besar dalam wear ketika polietilen di cross-link melalui pemaparannya dengan radiasi yang lebih tinggi dari 50 Mrad. Lebih lagi akhir-akhir ini, uji-uji menggunakan simulator panggul telah mengkonfirmasikan bahwa satu penurunan jelas dalam wear rate dengan dosis radiasi serendahnya 5 hingga 10 Mrad (gb.10). Berdasarkan atas hasil-hasil ini, banyak perusahaan telah memperkenalkan banyak versi UHMPWE dengan peningkatan cross-link yang berbeda dalam pemakaian resin, cara di mana resin dibentuk ke dalam peralatan, dan dengan berbagai kondisi radiasi dan pascaradiasi.

Meski cross-link mengurangi wear rate, namun ia dapat memengaruhi fracture & fatigue properties, jadi dalam proses pembuatan finalnya, satu keseimbangan muncul antara wear rendah dan berkurangnya sifat-sifat penting lainnya. Peningkatan perhatian telah terjadi karena berkurangnya toughness dan berkurangnya ketahanan terhadap propagasi fatigue crack, peningkatan komponen polietilen ter-cross-link mungkin rentan terhadap timbulnya gross fraktur dan bentuk-bentuk lain dari wear terkait-fatigue, termasuk pitting dan delaminasi. Berbagai situasi ini dapat timbul kapanpun stres-stres tinggi diperkirakan akan terjadi, seperti halnya dalam insert-insert polietilen yang tipis, dalam insersinya dengan berbagai konsentrasi stres terkait dengan mekanisme locking, atau selama impingiment antara femoral neck dan rim acetabular pada ganti sendi panggul.

Ketahanan terhadap wear terkait-fatigue secara khusus adalah penting dalam ganti sendi lutut dan arthroplasti sendi yang nonconforming, pada mana kebutuhan akan pengurangan conformity sebagai bagian kebutuhan akan fungsi dan kinematik sendi yang appropriate mengawali stres-stres permukaan dan bawah-permukaan yang tinggi, demikian juga pada daerah-daerah kontak bergerak. Meskipun sifat-sifat toughness dan fatigue yang berkurang dapat memberi kecenderungan menjadikan semakin buruknya penampilan UHMPE yang dengan peningkatan cross-link dalam kondisi-kondisi seperti ini, hal itu belumlah terverifikasi melalui uji wear invitro. Pemburukan dalam penampilan ini mungkin sebagai satu hasil dari treatmen-treatment termal pasca-cross-link yang dikembangkan untuk menekan radikal bebas. Berbagai treatment ini termasuk memanaskan polietilen ke temperatur mendekati atau bahkan melebihi titik leburnya; proses stabilisasi disertai oleh satu penurunan dalam modulus elastisitas. Modulus elastisitas yang lebih rendah dikaitkan dengan daerah kontak yang lebih besar dan stres-stres kontak yang lebih kecil dapat memengaruhi ketahanan polietilen dengan peningkatan cross-link terhadap fatigue wear, despite penyerta penurunan dalam sifat-sifat mekanik lainnya.

Dalam arthroplasi sendi, keuntungan klinis dari UHMWPE dengan peningkatan cross-link tetap membutuhkan pembuktian klinis. Hanya melalui studi klinis berjangka panjanglah dapat menunjukkan apakah UHMWPE dengan peningkatan cross-link dapat menyediakan keuntungan bagi pasien penggunanya.

3. Biodegradable Polymers

Biodegradable polymer dapat disintesis untuk berdegradasi secara kimia dan fisik melalui satu cara-cara yang terkontrol untuk setiap waktu. Polimer-polimer yang seperti itu adalah digunakan dalam aplikasi-aplikasi orthopedi untuk menggantikan biomaterial-biomaterial lainnya yang lebih bersifat permanen melalui penyediaannya akan pendukung utama segera, seperti benang jahit, screw, anchor, dan pins, yang kemudian secara perlahan menghilang sebagaimana polimer diserap dan jaringan kemudian menyembuh. Penyerapan memungkinkan jaringan dapat kembali kepada peranan mekanikal normalnya karena kapabilitas load-sharing dari polimer menurun dengan ia diserap. Penyerapan juga menghilangkan kebutuhan akan satu prosedur pembedahan kedua untuk melepas peralatan tersebut. Polimer-polimer yang dapat terserapkan tersebut juga dapat digunakan untuk tujuan-tujuan sebagai pembawa obat, melepaskan obat ketika polimer mengalami degradasinya. Biodegradable scaffold untuk tissue engineering saat ini sedang dalam penelitian dan pengembangan. Aplikasinya yang terakhir ini merupakan satu daunting one. Scaffold ini haruslah dapat menyediakan satu lingkungan biologis yang patut bagi sel-sel yang akan dibawanya menuju ke lokasi defek. Ia juga harus dapat menyediakan satu lingkungan mekanis yang patut sehingga sel-sel didorong untuk membentuk matriks ekstraseluler dengan sifat-sifat biomekanik yang tepat, sementara dalam waktu yang bersamaan degradasinya harus pada satu rate yang adekwat bagi jaringan untuk menggantikan scaffold tanpa menimbulkan pengaruh buruk terhadap sel-sel atau jaringan.

Termasuk ke dalam biodegradable polymers adalah berbagai variasi dari asam polilaktat, asam poliglikolat, polidioksanon, dan polikaprolakton. Sifat-sifat dari polimer-polimer yang dapat terserapkan ini dapat berrentang lebar. Sebagai contoh, nilai-nilai modulus elastik dapat berrentang antara 0.1 hingga 30 Mpa dan nilai-nilai ultimate strength dari 3 hingga 290 Mpa, bergantung dari tipe polimer, penambahan kopolimer, berat molekul, teknik fabrikasinya, dan penambahan material-material penguat seperti serat-serat. Perubahan sifat-sifat akan diikuti oleh perbedaan-perbedaan yang jelas dalam rate degradasinya dan aktifitas biologisnya.

Asam laktat, sebagai contoh, dapat dibuat dari monomer-monomer baik D(poly-D- lactic acid, PDLA) ataupun L(poly-L-lactic acid) dari asam laktat atau sebagai kombinasi terbuat dari kedua monomer tersebut. Poly-L-lactic acid telah lama dipertimbangkan sebagai satu pilihan yan diharapkan bagi satu polimer yang dapat terserapkan secara biologis oleh karena produk degradasinya adalah asam laktat yang merupakan bahan alami. Bagaimanapun, bentuk dari asam laktat (D atau L) dan tingginya konsentrasi asam laktat dilepaskan ke daerah sekitar peralatan dapat menimbulkan permasalahan biokompatibilitas. Meningkatnya berat molekul dalam poly-D- atau L-lactic acid dapat mengubah/memvariasikan biodegradation rate; sebagai contoh, dengan berat molekul sebesar 5200, polimer kehilangan 50% massanya dalam waktu sekitar 8 minggu, pada mana berat molekul sebesar 89000, polimer yang sama memerlukan 45 minggu untuk kehilangan 21% massanya. Buruknya, sifat-sifat mekanik seringkali menurun lebih cepat dibandingkan kehilangan massanya, satu faktor yang membatasi penggunaan material-material ini untuk aplikasi-aplikasi di mana kebutuhan-kebutuhan akan beban adalah rendah.

Kelas lain dari material biodegradable yang mendapat perhatian dalam orthopedi adalah hidrogel. Hidrogel merupakan satu kelompok polimer yang lunak, porous-permiable yang bersifat nontoksik, noniritan, nonmutagenik, nonalergenik, dan biokompatibel. Mereka menyerap air (sehingga memiliki konten air yang tinggi). Mereka memiliki koefisien friksi yang rendah dan sifat-sifat mekanikal bergantung-waktunya yang dapat divariasikan melalui pengubahan komposisi dan struktur materialnya. Hidrogel telah dipertimbangkan penggunaannya dalam satu rentangan luas aplikasi-aplikasi biomedik dan kefarmasian; aplikasi orthopedi termasuk tissue engineering untuk tulang rawan dan bagi pembawaan obat.

Material Metalik sebagai Biomaterial dalam Orthopedi

Alloys merupakan metal yang dikomposisikan dari campuran (mixtures) atau cairan (solutions) elemen-elemen metalik dan nonmetalik yang ditambahkan untuk kebutuhan-kebutuhan workability, kekuatan, ductility, modulus elastisitas, ketahanan terhadap korosi, dan biokompatibilitas yang diperlukan bagi penggunaan-penggunaan penahanan beban yang spesifik. Alloy metalik memiliki satu rentangan fitur-fitur yang membuat mereka menarik untuk digunakan sebagai implan-implan penahan beban struktural; sebagai konsekuensinya, mereka secara luas digunakan dalam bedah orthopedi. Alloy metal dapat diciptakan melalui satu variasi teknik yang nantinya bermuara pada fleksibilitas dalam hal-hal sifat mekaniknya maupun dalam hal bentuknya.

Ikatan metalik

Misalkan ada satu leburan metal yang didinginkan untuk membentuk satu material padat. Ketika suhu menurun, banyak kristal-kristal kecil bernukleasi, yang masing-masingnya tumbuh melalui penambahan atom-atom. Dalam masing-masing kristal, atom-atom secara teratur berjarak satu dengan yang lainnya dan ter-packing bersama dalam konfigurasi spesifik, bergantung dari kondisi-kondisi termodinamik dan campuran atom-atom dari elemen-elemen berbeda yang berada dalam cairan leburan (gb.2). Atom-atom berikatan bersama-sama, berbagi elektron-elektron terluarnya; mobilitas elektron-elektron antar atom ini memberikan panas dan konduktifitas metal yang sempurna. Atom-atom yang terpaket lebih kuat akan memberikan kekuatan ikatan metal yang lebih tinggi. Ikatan-ikatan metalik yang kuat seperti itu menyebabkan meningkatnya kekuatan dan titik lebur metal tersebut.

Struktur mikro

Ketika pendinginan leburan metal dilanjutkan, maka lebih banyak lagi atom-atom yang menempel pada situs-situs nukleasi (gb.3, A & B), dan masing-masing kristal ukurannya bertumbuh. Lengan-lengan kristal yang lebih luar mulai membuat kontak dengan sesama tetangganya, sehingga ketika solidifikasi menjadi penuh, metal padat yang terjadi merupakan satu array dari bentukan tidak beraturan kristal-kristal yang disebut grain-grain (gb.3, D). Seringkali, impurities yang tidak dapat tepat bersesuaian ke dalam konfigurasi kristalin akan tetap berada dalam cairan, yang selanjutnya berakhir dalam ruang-ruang sekitar grain. Struktur mikro dapat ditunjukkan melalui pemolesan/pelicinan satu permukaan metal yang datar, etching permukaan menggunakan satu agen korosif ringan untuk dapat menunjukkan ruang-ruang antar grain, dan mengevaluasi permukaannya melalui visualisasi menggunakan miroskop (gb.4).

Angka kecepatan pada mana satu leburan metal mendingin akan mempengaruhi ukuran kristal yang terbentuk. Penurunan suhu yang lambat merangsang pembentukan relatif sedikit nukleus-nukleus yang dispersed di sekitar mana kristal akan terbentuk, yang kemudian menghasilkan kristal berukuran besar-besar. Pendinginan cepat memungkinkan bagi pembentukan sejumlah besar atom-atom nukleasi sehingga akan didapat sejumlah besar grain-grain kecil atau kristal yang tebentuk.

Sifat-sifat mekanis juga dioptimalkan melalui pembentukan ukuran grain yang uniform dan melalui penghindaran pembentukan void atau impurities dan bergantung pada konfigurasi atomik (gb.2), geometri dan ukuran grain-grain (gb.3), dan isi dari ruang antar grain. Sebagai contoh, deformasi plastik dalam metal terjadi melalui bergesernya barisan-barisan atom melewati satu dengan lainnya dan difasilitasi oleh adanya defek atomik yang disebut dislokasi. Dislokasi bergerak melalui grain, yang akhirnya mencapai ruang antar grain. Oleh karena grain tetangganya memiliki orientasi bidang-bidang atom yang berbeda, dislokasi sementara akan berhenti. Semakin kecil ukuran grain, lebih cepat kecepatan dislokasi dihentikan. Jadi, ukuran grain yang lebih kecil memberi kekuatan yang lebih besar kepada alloy.

Ukuran grain, dan tentunya sifat-sfat mekanik dapat dikontrol selama masa penciptaan. Jadi, langkah-langkah yang digunakan untuk memroduksi satu implan orthopedi dapat dimanipulasi agar mendapatkan sifat-sifat yang diharapkan.

Proses pembuatan alloy metalik

Implan metalurgi secara khas diciptakan melalui proses-proses: casting, forging, atau extrusion, diikuti oleh treatment termal pascaproses seperti kerja mekanikal dan annealing. Casting merupakan satu proses selama mana leburan metal ditaburkan ke dalam satu cetakan (gb.5, A) yang memungkinkan panas dapat dengan cepat ditransfer menjauh dari leburan metal, memfasilitasi pendinginan cepat dan memungkinkan terbentuknya sejumlah besar situs-situs nukleasi dan satu hubungan struktur-struktur grain halus. Kontrol kualitas dapat merupakan satu isu debat selama masa proses casting. Bila solidifikasi berjalan lambat sekali, grain-grain memiliki cukup waktu untuk tumbuh, dan elemen yang meng-alloy cenderung menguatkan material terdistribusikan lewat grain-grain yang dapat bersegregasi ke ruang-ruang antar grain; kedua faktor tersebut jelas sekali akan mengurangi kekuatan metal dan bahkan dapat menurunkan resistensi terhadap korosi. Bila proses solidifikasi berjalan terlalu cepat, gas-gas yang terlepas selama masa proses ini dapat terkurung dalam struktur mikro, yang membentuk void-void yang dapat berperan sebagai penimbul stres, yang kemudian mengurangi fatigue strength.

Forging merupakan satu proses pada mana setengah bagian dari satu die dilekatkan pada satu hammer (palu), dan setengah bagian lainnya dilekatkan pada satu anvil, dan metal yang akan dibentuk dipanaskan dan ditempatkan pada ruang kerja antara kedua bagian tersebut di atas (gb.5, B). Ketika hammer dijatuhkan, ia akan mem-force metal agar tepat bersesuaian dengan bentuk die. Proses-proses forging konvensional sering membutuhkan dua atau tiga pengoperasian forging secara sendiri-sendiri untuk mencapai bentuk akhir yang diharapkan. Extrusion merupakan satu proses pada mana metal dipanaskan dan di-force melalui satu die untuk mendapatkan satu bagian yang unform dalam potongan tegak (gb.5, C). Proses ini adalah sangat baik bagi penciptaan objek silindris seperti wire, pins, dan potongan tegak sirkuler dari mana rod dan screw selanjutnya dapat dibuat.

Kontrol kualitas selama proses penciptaan itu sendiri dapat sulit dilaksanakan. Berbagai defek dalam cast, struktur kristalin yang tidak uniform dalam material forged, dan adanya stres-stres sisa yang besar-besar dalam extrusi adalah sering terjadi. Treatment termal pasca proses (cold dan hot working, annealing, dan hot isostatic pressing) adalah berbagai cara untuk mengurangi permasalahan tersebut. Stainless steel, sebagai contoh, sering diperkuat dengan memeras material antara penggilingan untuk mengurangi ukuran potongan tegaknya atau melewatkan material melalui satu seri die-die untuk mencapai hasil yang sama tersebut. Kedua metode dilaksanakan pada suhu yang benar-benar di bawah titik lebur steel (yang kemudian disebut cold work). Ketika stainless steel dikerjakan melalui cara ini, struktur mikro materialnya diubah dan ukuran grain-nya dikurangi. Sebagai hasil dari proses pengerasan strain ini, maka kekerasan dan kekuatan permukaannya ditingkatkan (gb.6). Hot working, di lain pihak, menyangkut deformasi plastic dari satu metal pada suhu dan strain rate yang cukup tinggi sehingga rekristalisasi terjadi secara simultan dengan deformasi. Sebagai hasilnya, akan didapat satu ukuran grain yang lebih regular, lebih kecil, dan dibuangnya setiap stres-stres sisa dalam material. Treatment seperti itu (baik hot ataupun cold working) terhadap cast alloy seringkali digunakan untuk menutup void antar kristal, mendistribusikan kembali elemen-elemen alloy, dan memperbaiki sifat-sifat mekanikalnya.

Selama proses annealing, sebuah komponen dipanaskan ke satu suhu di bawah titik leburnya, dipertahankan pada suhu tersebut untuk satu waktu yang tetap, kemudian didinginkan pada satu rate yang ditentukan. Ukuran grain akhir dapat diseleksi melalui pemilahan temperatur annealing secara hati-hati, dan cooling rate-nya. Lebih lanjut, annealing dapat mendorong difusi elemen-elemen alloy ke seluruh struktur mikro, menghasilkan distribusi yang lebih homogen dari alloy.

Hot isostatic pressing merupakan satu prosedur treatment panas selama mana panas (hingga ke satu suhu tepat sebelum titik lebur alloy) dan tekanan (pada sedikitnya 1000 atm.) diaplikasikan pada satu lingkungan hampa oksigen untuk mengonsolidasikan masing-masing bagian. Proses ini seringkali digunakan setelah casting untuk mengonsolidasikan void-void. Proses ini menghasilkan aliran plastis dari alloy, menyebabkan menutupnya void (kolaps) dan lobang-lobang dalam material.

Penggunaan metal dalam peralatan orthopedik

Hampir seluruh material metalik yang digunakan dalam peralatan orthopedi adalah alloy, baik steel (suatu alloy berbahan dasar besi), berbahan dasar titanium, atau berbahan dasar kobalt (gb.7). Elemen-elemen meng-alloy yang digunakan, nama generic alloy, dan sebagian besar aplikasi orthopedi khas mereka disimpulkan dalam tabel 1. Sedangkan sifat-sifat mekanikal mereka disimpulkan dalam table 2.

· Stainless steel

Stainless steel digunakan terbanyak sebagai peralatan implan temporer, seperti plat-plat fraktur, screw, dan nail panggul, meski stainless steel juga digunakan dalam beberapa komponen-komponen femoral Charnley-style untuk ganti sendi panggul. Sebagaimana baja lainnya, stainless steel kebanyakan satu alloy besi-karbon. Elemen-elemen lain yang meng-alloy untuk stainless steel termasuk molibdenum, kromium, dan sejumlah sedikit mangan dan silikon (gb.7). Sifat-sifat dari stainless steel medik adalah bahwa ia menyediakan satu keseimbangan antara kekuatan yang tinggi, duktilitas yang baik, dan tampilan fatigue yang baik (table 2). Duktilitas alloy ini adalah penting dalam berbagai aplikasi seperti halnya screw tulang di mana satu yield point yang pasti memungkinkan ahli bedah dapat merasakan onset deformasi plastiknya, sehingga kejadian gagal screw akibat berlebihnya torque dapat dihindarkan.

Penambahan karbon memungkinkan pembentukan karbid metalik di dalam struktur mikro. Karbid adalah lebih keras dibandingkan dengan material sekitarnya, dan satu distribusi karbid yang uniform menyediakan kekuatan bagi steel. Penambahan elemen-elemen meng-alloy lainnya, seperti molibdenum, akan menyetabilisasi karbid. Bila konsentrasi karbon terlalu tinggi, karbid bersegregasi pada ruang antar grain, yang secara bermakna melemahkan steel melaui terpaparnya steel akan fraktur terkait korosi. Guna meyakinkan penggunaan stainless steel dalam bidang kedokteran adalah tahan korosi, maka kandungan karbid dipertahankan rendah (0.03 – 0.08%).

Khromium adalah sebagai penyedia kualitas ke-baja-an dari stainles steel. Ia membentuk ikatan yang kuat dengan oksida (Cr2O2) pada permukaan yang berfungsi menahan korosi melalui pembentukan satu lapisan pasif antara lingkungan dan steel di bawahnya. Khromium juga menyetabilisasi fase body-centered cubic dari stainless steel (gb.2), yang mana adalah lebih malleable dibandingkan fase face-centered cubic-nya. Melalui hal ini, akan mendorong pembentukan stainless steel menuju geometri akhirnya yang dimaksud.

Nikel ditambahkan dengan maksud melawan kecenderungan khromium untuk menimbulkan pertumbuhan grain. Kecenderungan nikel merangsang grafitisasi karbid (yang mengurangi kekuatan dan kekerasannya) adalah, sebaliknya, beradu dengan kekuatan kecenderungan pembentukan karbid oleh kromium. Penambahan kedua material tersebut meningkatkan kekuatan dan ketahanan terhadap korosi. Berbagai screw stainless steel bebas nikel yang baru akhir-akhir ini telah dikembangkan, terutama sekali dibuat untuk melawan isu tentang sensitifitas terhadap nikel.

Oleh karena molibdenum membantu pembentukan karbid yang dapat mengeraskan steel dan membuatnya sulit untuk dibentuk, kandungan molibdenum dipertahankan konsentrasi minimum (2.5 – 3.5%). Molibdenum meningkatkan ketahanan korosi dan memperbaiki kekuatan terhadap benturan. Penambahan sejumlah sedikit vanadium membantu menahan pertumbuhan grain. Sebagaimana halnya molibdenum, vanadium memiliki satu kecenderungan yang kuat untuk membentuk menjadi karbid dan nitrid yang sangat baik berdispersi di dalam struktur mikro.

Stainless steel adalah suseptibel terhadap korosi jenis galvanic dan crevice, meskipun ketahanan korosi dapat diperbaiki melalui peningkatan konsentrasi khromium, molibdenum, dan nitrogen. Untuk meyakinkan pembentukan lapisan oksida, peralatan stainless steel dipasifasi melalui imersinya dalam satu cairan asam nitrat kuat; satu lapisan kobalt, khromium, dan oksida nikel dibentuk pada permukaan satu implan.

Stainless steel dapat di-cast, di-forge, atau di-extrude; bagaimanapun, pendinginan dari steel dengan temperatur ambient harus dikontrol untuk meyakinkan bahwa pendinginan perlahan tidak menyebabkan presipitasi karbid. Aplikasi treatment pascaproses yang terutama adalah cold working. Strain stainless steel menguat dengan sangat cepat dan, dengan demikian, tidak dapat di cold work tanpa treatment intermediet.

· Alloys kobalt

Tiga elemen dasar alloy kobalt adalah kobalt, khromium, dan molibdenum (table 1). Khromium ditambahkan untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan korosi, khususnya ketahanan terhadap korosi crevice. Sebagaimana dengan stainless steel, khromium membentuk satu film perlekatan oksida yang kuat yang berfungsi sebagai satu lapis pasif membentengi material utama di bawahnya dari lingkungan sekitarnya. Penggunaan klinis jangka panjang telah terbukti bahwa alloy ini memiliki biokompatibilitas exceptional dalam bentuk bulk. Molibdenum ditambahkan untuk menghasilkan struktur grain halus dengan kekuatan tinggi setelah casting atau forging.

Alloy kobalt standar mengandung sejumlah karbon secara bermakna, dengan demikian, sejumlah besar karbid keras, yang mengakibatkan proses forging alloy menjadi sulit. Alloy kobalt adalah juga secara khusus suseptibel terhadap pengerasan strain, yang mana hal ini membuat pengolahan alloy ini menjadi sulit. Teknik fabrikasi utama untuk alloy ini, dengan demikian, adalah casting dengan penekanan pada pencapaian ukuran grain yang kecil serta pendistribusian karbid yang merata. Ukuran grain yang besar yang tidak dapat diterima akan mengawali tidak baiknya fatigue strength dan timbulnya gagal klinis (gb.4). Pemrosesan isostatik panas adalah secara khusus baik untuk memperbaiki sifat-sfat mekanikal dari komponen-komponen cast cobalt alloy.

Sejumlah bermakna nikel dapat ditambahkan ke alloy kobalt untuk membentuk satu alloy yang baik untuk forging. Nikel akan menyetabilisasi suhu tinggi, bentuk face-centered cubic dari alloy, menurunkan ketahanan terhadap deformasi dan memacu proses forging. Strain dari alloy kobalt yang di-forge akan mengeras selama proses forging, yang akan mendorong rekristalisasi; jadi mereka haruslah dipanaskan berulangkali untuk menurunkan kebutuhan akan tenaga bagi forging-forging berikutnya.

Treatment termal pascaproses dari alloy kobalt yang telah di-forge adalah termasuk cold working dan annealing. Cold working menyediakan energi tambahan bagi transformasi dari beberapa fase face-centered cubic ke dalam satu fase heksagonal yang emerges sebagai platelet-platelet halus ke keseluruhan struktur mikro. Satu ukuran grain yang sangat halus (grain-grain face-centered cubic adalah kurang dari 0.1μm dalam semua dimensi) berkombinasi dengan platelet-platelet yang ber-dispers ke dalam deformasi plastik, akan menguatkan material. Tungsten ditambahkan untuk memperbaiki pembentukan dan fabrikasinya melalui cold working. Tambahannya, material dapat di-treat secara termal untuk membentuk satu distribusi kobalt molibdenum (Co3Mo) sangat halus yang merata (uniform) yang merupakan presipitat bagi penguatan material lebih lanjut. Hasil akhir alloy yang didapat merupakan salah satu biomaterial implant orthopedik yang terkuat (table 2). Fatigue strength yang lebih baik dan dengan tensile strength yang ultima dari alloy yang di-forge membuatnya cocok untuk keperluan-keperluan bagi penahanan pembebanan yang besar yang dibutuhkan sepanjang usia pemakainya. Sebagaimana dengan alloy lainnya, bagimanapun, meningkatnya kekuatan adalah berteman dengan menurunnya duktilitas.

· Alloy titanium

Dalam beberapa hal, titanium murni memiliki karakteristik perlekatan dengan jaringan dan tulang yang unik yang dapat di-attribute-kan dengan satu lapisan pasif adherent dari titanium oksid (TiO2) yang menyediakan ketahanan korosi yang secara bermakna melebihi kemampuan stainless steel dan alloy kobalt. Korosi yang uniform, bahkan dalam cairan salin, adalah sangat terbatas, dan ketahanan terhadap korosi-korosi jenis pitting, intergranuler, dan crevice adalah sangat baik. Titanium tak ter-alloy adalah secara tipikal digunakan untuk peralatan fiksasi fraktur di mana pembebanan yang besar tidaklah akan diperkirakan (fraktur maksilofasial, falang, dan pergelangan tangan). Bagaimanapun, titanium murni adalah kurang duktil dibanding stainless steel, dan satu peningkatan insiden patahnya screw titanium selama pengimplantasian dan pengambilannya telah dihubungkan dengan lebih rendahnya duktilitas ini. Pemberian tanda bahaya secara taktil saat screw titanium dieratkan secara berlebihan adalah lebih kecil dibandingkan yang diberikan oleh screw stainless steel.

Kekurangan utama dari titanium tak ter-alloy adalah rendahnya kekuatan regangnya sehingga, untuk mendapatkan kekuatan regang yang lebih tinggi, maka harus dalam bentuk ter-alloy-kan. Alloy-nya yang tersering digunakan dalam aplikasi orthopedik adalah alloy titanium-aluminium-vanadium. Melalui pengembangannya oleh industri luar angkasa, alloy ini memiliki satu rasio kekuatan terhadap berat bernilai tinggi. Elemen-elemen utama yang meng-alloy, aluminium dan vanadium, secara berurutan dibatasi hingga 3.5 - 5% dan 3.5 – 4.5%, sehingga alloy-nya sering disebut Ti-6Al-4V atau secara sederhananya Ti-6-4. Titanium memiliki kemampuan mempasifikasi diri, membentuk oksidnya sendiri yang memiliki tingkat ketahanan korosi dan terhadap gangguan kimiawi yang tinggi. Oksigen, bagaimanapun, langsung bercampur di dalam titanium dan menyebabkannya menjadi rapuh; sehingga konsentrasi oksigen dipertahankan sangat rendah untuk meningkatkan kekuatan dan duktilitasnya. Struktur mikro Ti-6Al-4V adalah satu struktur fine-grained two-phase, terdiri dari satu hexagonal closed-packed phase yang distabilisasi oleh aluminium dan satu body-centered cubic phase yang distabilisasi oleh vanadium. Manipulasi dari kedua kristalografi tersebut melalui tindakan penambahan alloy dan thermal-mechanical processing treatment mampu menyediakan satu rentangan sifat-sifat yang lebar (wide range properties).

Forging merupakan satu metoda yang sering untuk memroduksi komponen-komponen wrought alloy titanium. Alloy titanium dapat di-strain-hard melalui cold working, meningkatkan kekuatan regang dan yield strength dan sedikit mengurangi duktilitas. Alloy titanium adalah secara khusus cocok untuk casting dan, tidak seperti casting bagi metals lainnya, mungkin juga memiliki ketahanan terhadap fracture tensile, kekuatan, dan creep-rupture strength yang sama atau hampir sama dengan wrought metal pembandingnya tersebut. Meskipun fatigue strength-nya lebih rendah bagi cast alloy titanium, ia dapat diperkuat melalui heat treatment seperti high isostatic pressing.

Alloy titanium secara kasar memiliki satu modulus elastisitas sebesar setengah dari yang dimiliki stainless steel dan alloy kobalt (table 2). Jadi, kekakuan struktural dari satu peralatan, yang mana adalah proporsional dengan modulus elastisitas sumber material dari mana ia dibuat, dapat dikurangi tanpa melakukan pengubahan bentuknya. Sebagai contoh, kekakuan aksial, bending, dan torsional satu plat tulang yang dibuat dari bahan alloy titanium akanlah setengah dari satu plat tulang yang bentuk dan berukuran sama yang terbuat dari stainless steel atau alloy kobalt. Jadi, severity of stress shielding (tingkat keberbahayaan menerima stres geser) ketika plat secara kaku di lekatkan pada tulang (hingga tulang dan plat membagi beban) akanlah menjadi kurang bagi plat alloy titanium. Pertimbangan inilah yang menentukan akan penggunaan alloy titanium pada fraktur dan peralatan fiksasi spinal, termasuk plat, nails, dan screws.

Alloy Ti-6Al-4V adalah notch sensitive; sudut-sudut yang tajam, lobang-lobang, notches, dan berbagai konsentrasi stress lainnya akan menurunkan usia fatigue peralatannya secara bermakna. Memasang satu porous coating pada satu komponen arthroplasti sendi agar memungkinkan adanya fiksasi melalui adanya pertumbuhan tulang ke dalamnya akan menimbulkan efek bahaya yang sama. Berbagai observasi klinis telah menunjukkan adanya goresan dan wear bermakna pada kaput femur dari peralatan total hip yang terbuat dari alloy titanium, khususnya di mana ada bukti-bukti dari third body wear yang disebabkan oleh debris akan terperangkap (entrapped) antara kedua permukaan artikuler. Di samping bukti-bukti klinis jangka panjang dari biokompatibilitas alloy titanium yang sangat baik, perhatian tetap masih ada terhadap bahwa lepasnya elemen-elemen sitotoksik seperti vanadium sebagai bagia dari proses wear dapat menyebabkan berbagai masalah sistemik. Sebagai respon terhadap perhatian akan hal ini, alloy titanium lainnya yang mana vanadium digantikan dengan elemen-elemen yang lebih inert seperti niobium telah diperkenalkan ke pasar-pasar orthopedi

· Tantalum

Sebagaimana halnya titanium, tantalum memiliki satu biokompatibilitas tinggi, demikian juga ketahanan korosinya, juga merupakan material osteokonduktif. Akhir-akhir ini, bentuk-bentuk porous-nya yang didepositkan pada pyrolytic carbon back-bone telah dipromosikan sebagai struktur yang lebih superior bagi pertumbuhan tulang ke dalamnya. Berbagai aplikasi orthopedi yang mungkin adalah termasuk coating bagi berbagai komponen arthroplasti sendi (acetabular cups dan tibial trays) dan spinal cages. Penelitian eksperimental pada model-model binatang dan berbagai percobaan acak pada manusia menyarankan bahwa bahan ini mungkin menjadi satu material yang berguna bagi tujuan-tujuan fiksasi ke tulang.

Strategi Biologis dalam Preservasi Tulang

Pengembalian dari keadaan kehilangan tulang (baik dari akibat cedera maupun penyakit) dan pencegahan komplikasinya merupakan dua isu penting yang harus mendapat perhatian. Meskipun penggunaan sulihan tulang otogenik merupakan baku emas bagi pembentukan tulang, namun memiliki kekurangan karena sumbernya yang terbatas dan akibat dari pengambilannya yang dapat menimbulkan morbiditas yang berarti.

Proses pembentukan tulang diatur melalui satu kaskade dari serangkaian bekerjanya faktor-faktor biologis dan mekanik yang terorientasikan. Remodeling dimulai ketika osteoklas menarget satu ”henti permukaan (resting surface)” dari tulang dan menyerapnya. Tulang kemudian dibentuk oleh osteoblas. Selama proses perbaikan dan regenerasi, pembentukan tulang – awalnya modeling kemudian diikuti remodeling – adalah dipacu. Banyak faktor yang mengatur berbagai proses khusus pada perbaikan tulang dan remodeling. Beberapa di antara faktor-faktor tersebut adalah faktor-faktor klinis – tingkat parah trauma, lokasi anatomi, tekanan oksigen, asupan vaskuler.Luasnya kerusakan jaringan lunak yang timbul selama proses perbaikan juga memengaruhi jalur-jalur pembentukan tulang. Faktor-faktor mekanikal merupakan juga pengaturan penting perbaikan tulang. Dalam keadaan adanya pergeseran tulang yang besar, perbaikan tulang akan terjadi melalui proses pembentukan endokhondral (pembentukan kartilago dan kalsifikasi diikuti oleh remodeling). Pergeseran tingkat rendah secara khas menghasilkan pembentukan tulang langsung (tanpa pembentukan jiplakan sela kartilago). Secara alami, material-material pendukung yang timbul selama proses pembentukan tulang adalah osteogenik. Berbagai metoda osteokonduktif adalah merupakan teknik pada mana digunakannya berbagai material pendukung pertumbuhan ongrowth sel-sel osteoprogenitor ke daerah permukaan, mendorong pembentukan tulang secara langsung pada permukan material. Berbagai material atau faktor yang mendorong pembentukan tulang secara de novo, bahkan di mana tulang secara normalnya tidak terbentuk, adalah merupakan teknik osteoinduktif.

Tidak dijumpai indikasi yang benar-benar tertentukan dalam hal penggunaan satu tipe khusus dari penggantian sulihan tulang ataupun satu faktor induktif dalam situasi fraktur yang kompleks. Sebagai hasilnya, klinisi haruslah mendasarkan putusan mereka pada prinsip-prinsip penanganan fraktur kontemporer dan tingkat-tingkat terkini akan bukti-bukti dari pemakaian berbagai material tersebut. Kalsium keramik (kalsium sulfat dan kalsium fosfat) adalah merupakan dua pilihan terkini bagi penanganan defek-defek metafiseal dengan satu rongga (void) kanselus yang sederhana. Kalsium sulfat berfungsi sebagai pengisi (filler) rongga dan kalsium fosfat sebagai penyedia sokongan struktural. Keduanya menyediakan remodeling progresif, aktif dari satu defek subkhondral, bergantung dari indikasi pembedahan dan tipe dari keramik yang diimplantasikan. Keramik kalsium sulfat menyediakan kekuatan kompresif awal yang dengan cepat kemudian berdegradasi. Material ini utamanya bertugas sebagai pengisi dan juga telah digunakan bagi wahana pembawa antibiotika menuju defek-defek skelet terinfeksi. Keramik fosfat berlobang-lobang (porous) menyediakan satu daerah permukaan yang luas bagi tempat perlekatan seluler. Substansi-substansi ini diosteointegrasikan oleh satu kejadian bermediasi-seluler. Bergantung dari tingkat porositas materialnya, mereka mungkin membutuhkan waktu penyatuan yang lebih panjang. Mereka bekerja, bagaimanapun, menyediakan kekuatan kompresif yang lebih dibandingkan keramik sulfat. Berbagai tipe baru keramik fosfat biasanya terosteointegrasikan sepenuhnya dalam 18 bulan dan mempertahankan kongruensi permukaan sendi yang direkonstruksi. Material ini berkemampuan buruk dalam hal menahan gaya regang (tension) dan memiliki tingkat penyatuan terbaik pada daerah-daerah dengan remodeling tulang aktif. Oleh karena mereka lemah bila ditempatkan di bawah stres geser (shear stress), mereka tidak diindikasikan bagi penggunaan sebagai satu suplemen sulihan tulang soliter dalam satu lokasi diafiseal atau bagi penggantian diafiseal.

Ketika mengevaluasi kebutuhan akan sulihan tulang bagi arthroplasti sendi total, ahli bedah perlu menentukan luasnya kehilangan tulang dan keadaan kualitas tulang inang. Dua pertanyaan harus diajukan sebelum pembedahan. Apakah komponen memerlukan tindakan revisi? Apakah yang diperlukan adalah sulihan struktural ataukah nonstruktural? Ketika satu defek tulang memerlukan satu sulihan struktural, kita dapat menggunakan baik tulang kadaver (sulihan tulang femur distal atau kaput femur alogenik) ataupun menggunakan penguat (augments) metal berlobang-lobang (porous) yang baru. Metal yang berlobang memfasilitasi pertumbuhan tulang ingrowth ke dalam komponen pengganti sendi. Berbagai penguat metal berlobang dapat secara nyata mengganti satu sulihan struktural. Untuk menangani lesi-lesi osteolitik pada pelvis, tercatat bahwa pentingnya dalam menyeleksi material-material sulihan yang cocok dan memaksimalkan potensi bagi penyatuan untuk masing-masing kasus. Semua ini adalah bertujuan bagi penyediaan stok tulang bila komponen asetabuler harus dibuang di belakang hari nanti. Di masa datang, perlu dicarikan pemenuhan segera kebutuhan akan ”bioimplant” yang menggunakan material-material berlobang sebagai wahana pembawa sel-sel stem dan scaffold. Metal-metal berlobang berselubungkan polimer yang dapat diserap yang membawa obat atau faktor pertumbuhan untuk meningkatkan pertumbuhan tulang ingrowth saat revisi dilakukan dapat juga merupakan satu kemungkinan lainnya.

Dalam onkologi orthopedi, bagaimanapun, pilihan bagi usaha pembentukan tulang adalah lebih terbatas. Akan dijumpai banyak obstacle dalam menangani populasi pasien-pasien ini – defek-defek kaviter, osteoartikuler, interkalari segmental, dan defek tipe besar. Kadangkala perlu untuk mengganti keseluruhan tulang atau untuk merekonstruksi defek-defek sakral atau vertebral. Kebanyakan rekonstruksi onkologi adalah berdasar sulihan tulang alogenik untuk menghindarkan morbiditas terkait pengambilan tulang sendiri bila menggunakan sulihan tulang otogenik. Rekomendasinya adalah, pemakain sulihan tulang alogenik khusus untuk lobang-lobang defek besar oleh karena penyatuan sulihan adalah ”sangat dapat diramalkan”. Produk-produk sulihan alogenik struktural mampu memberikan tingkat kepemakaian (utility) terbesar bagi ahli bedah untuk mengganti segmen tulang yang besar. Berbagai defek dapat direkonstruksi dengan tulang yang dapat sangat bersesuaian dengan anatomi yang dihilangkan. Penyembuhan yang lambat dan tak dapat diramalkan merupakan kekurangan utama cara rekonstruksi versatile ini. Sulihan tulang fibula lepas merupakan alternatif bagi sulihan tulang alogenik, namun indikasi bagi pemakaiannya adalah lebih terbatas. Berbagai indikasi bagi pemakaian sulihan tulang fibula adalah, dalam hal menguatkan sulihan tulang alogenik segmental atau pada pelaksanaan rekonstruksi oseous ekstremitas, rekonstitusi cincin pelvis, atau pada berbagai prosedur bagi mempertahankan fisis atau preservasi fisis. Mereka dapat juga digunakan pada berbagai fraktur terkait-radiasi oleh karena tingkat penyatuan mereka lebih cepat dibandingkan sulihan alogenik karena viabilitasnya yang masih dipreservasi

Keahlian Bedah dan Lanjut Usia

Kapan dikatakan seorang ahli bedah disebut lansia untuk melaksanakan kegiatan operasi bedah/pembedahan? Pertanyaan ini sulit untuk dijawab karena menyangkut perasaan atas rasa mampu diri, berbagai kebutuhan dan harapan masyarakat, dan banyak isu hukum kompleks lainnya.

Beberapa ahli bedah dengan sukses melakukan praktik medik dan bedah mereka hingga usia 80-an atau lebih. Di lain pihak, kita semua tahu bahwa tingkat kemampuan memutuskan sesuatu hal penting mulai menurun dalam usia pertengahan 60-an.

Di Amerika, meskipun di semua negara bagiannya telah memiliki batasan usia minimal untuk dapat melaksanakan praktik medik, namun tidak satupun di antaranya yang memiliki batasan usia maksimalnya. Kecuali keinginan yang kuat untuk kembali menimbang berbagai permasalahan sekitar ahli bedah usia lanjut, literatur ilmiah di seputaran subjek ini masih terbatas. Tidak seorangpun yang telah melakukan satu studi definitif membandingkan hasil luaran tindakan bedah dengan usia ahli bedah.

Sejumlah literatur telah ada, bagaimanapun, yang membandingkan, masih di seputaran masalah ini, hasil-hasil klinis dengan usia klinisi. Satu analisis literatur terkait masalah pengalaman klinis dan kualitas rawatan menemukan bahwa usia kronologis dan pengalaman klinis adalah terkait erat (untuk beberapa alasan). Dari 62 artikel yang diteliti ulang, dilaporkan beberapa hal berikut.

1. Sekitar setengah dari jumlah artikel melaporkan satu penurunan dalam performance dengan meningkatnya pengalaman (=dokter lansia).
2. 21% menunjukkan satu penurunan yang sama, namun tidak seluruhnya, kriteria hasil luaran layanan.
3. 3% mula-mula menunjukkan terdapat peningkatan dan kemudian penurunan hasil luaran layanan dengan meningkatnya pengalaman.
4. 21% menunjukkan tidak terdapat hubungan antara usia dan hasil luaran layanan.
5. 2% menunjukkan beberapa perbaikan hasil luaran layanan melalui pengalaman.
6. 2% menunjukkan perbaikan dalam seluruh hasil luaran layanan melalui pengalaman.
   

Para peneliti dalam semua literatur di atas menggunakan kriteria berbeda untuk mengukur hasil luaran, namun secara umum adalah tertuju pada kegagalan dalam memegang (atau ”memercayai”) rekomendasi-rekimendasi terkini untuk hal-hal tertentu, seperti kriteria transfusi darah atau penggunaan beta-blocker, aspirin, agen thrombolitik, dan banyak hal lainnya. Artikel yang diteliti ulang si atas tidaklah menunjukkan pada hasil luaran pembedahan dikaitkan dengan usia atau pengalaman.

Mirip mengemudikan mobil?

Dengan tanpa tersedianya literatur memadai yang membandingkan usia sang ahli bedah dengan hasil luaran pembedahannya, bagaimana kita dapat memulai untuk membuat rekomendasi yang memiliki suatu validitas? Penelitian tentang tingkat kebugaran untuk dapat menyetir sebuah mobil mungkin memiliki beberapa hal yang dapat diaplikasikan. Pada tahun 2001, satu battrey pendek uji psikologi baku dikembangkan sebagai satu panel untuk saringan bugar-untuk-menyetir. Para peneliti membandingkan hasil dari uji tertulis ini dengan satu uji battrey yang lebih komprehensif, dan dengan bantuan komputer dan keduanya di validasi dengan laporan-laporan dua instruktur mengemudi yang secara independen menilai subjek di lapangan, yaitu saat mengemudikan mobil.

Uji tertulis, yang mengukur beberapa fungsi kognitif yang diperkirakan sebagai hal penting untuk mengemudi yang aman, adalah reliable secara fair, apalagi melalui bantuan komputer sehingga menghasilkan akaurasi yang lebih baik. Berdasarkan peneliti tersebut, ”pada kebanyakan dari waktu, kompleksitas dari menyetirnya adalah tidak dialami oleh karena banyak aspek menyetir sangat otomatik”.

”Bilamana satu masalah kognitif muncul, bagaimanapun, satu distorsi dari sistim pemrosesan informasi yang kompleks dapat menghasilkan satu situasi yang sangat berbahaya. Hal ini mungkin sebagai alasan mengapa beberapa peneliti dapat menunjukkan bahwa variabel-variabel kognitif adalah merupakan satu faktor penyebab penting kecelakaan yang dialami penyetir-penyetir tua”. Perkataan-perkataan tersebut dapat dengan mudah diaplikasikan juga pada berbagai situsasi pembedahan.

Para peneliti memilih uji yang mengukur ”visuo-sensory, visio perceptual, dan fungsi-fungsi visuospatial, perbedaan berbagai fungsi atensi dasar, luas lapagan pandang berbagai proses otomatik/terkontrol, fleksibilitas kognitif, sistim psikomotor, dan fungsi-fungsi perencanaan eksekutif. Mereka merasa puas bhawa battery penyaring pendek mereka dapat bekerja sebagai satu langkah awal yang bermanfaat dalam menentukan kemampuan menyetir seseorang yang masuk dalam kelompok populasi usia tua. Secara bersama mereka menunjukkan bahwa, pada sebagian besar wilayah hukum, penentuan menyetir dimulai dengan satu perintah pengadilan, biayanya setelah kecelakaan atau hal lain yang bertentangan dengan penguasa. Para peneliti menyebutkan bahwa hal ini tidaklah cukup baik dalam melindungi masyarakat.

Penentuan kemampuan fisik teknik bedah

Akankah satu jenis uji saring untuk pembedahan dikembangkan yang akan berlaku sama sebagaimana halnya dengan battrey bugar-untuk-menyetir? Diperkirakan jawabannya, ya. Faktanya, aslinya pertanyaan itu, bahwa kelompok yang akan diuji adalah identik. Secara umum, screening battrey di atas tidak mencakup peertanyaan-pertanyaan yang terkait secara khusus untuk menyetir sebuah mobil; isntead, uji tersebut menggunakan uji psikologis terstandarisasi yang mengukur satu variasi fungsi-fungsi dari kognitif, motor, dan visual.

Pengujian nyata kemampuan fisik teknik bedah – sebagaimana terhadap fungsi kognitif yang harus diaplikasikan pada kemampuan fisik bedah – mungkin menjadi lebih trickie untuk dilaksanakan. Meskipun beberapa keahlian bedah dan program residensi orthopedi memiliki laboratorium kemampuan fungsi motor dan tugas-tugas terstandarisasi untuk pelatihan dan pengambilan keputusan, validitas pengukuran-pengukuran seperti itu haruslah dibuktikan. Berbagai hal itu akan juga menjadi jauh lebih sulit dilaksanakan dibandingkan diputuskan secara tertulis atau berbasis komputer.

Sebagaimana halnya dengan analisis bugar-untuk-menyetir, satu penentuan kemampuan fisik motor mungkin terbatas ditujukan kepada mereka yang gagal lulus dalam satu uji saring awal tertulis atau berbasis komputer. Sebagai alternatif , satu penentuan kemampuan fisik motor dapat dilakukan bilamana beberapa entitas memunculkan satu pertanyaan disputed dari kompetensi.

Sebelum mulai menghakimi kompetensi sejawat ahli bedah orthopedi kita, bagaimanapun, keberadaan isu tentang kompetensi terkait usia haruslah nyata ada. Meskipun literatur ilmiah sekarang berisi penuh dengan volume yang terkait studi hasil luaran pembedahan termasuk berbagai prosedur pembedahan, analisis terkait usia dari hasil luaran pembedahan tidaklah ada. Melaksanakan satu studi seperti itu, bagaimanapun, tidaklah akan menjadi lebih menantang dibandingkan mengerjakan studi sekitaran hasi luaran. Data medicare yang melihat pada indikator-indikator rawatan yang ”good” dan ”bad”, seperti angka infeksi operasi bersih, mortalitas perioperatif, angka kembali MRS (readmission), LOS, dll dapat digunakan dalam membandingkan kelompok ahli bedah berdasar pada usia.

Apakah usia merupakan isu?

Sebelum membuat satu rekomendasi mengenai pengujian kompetensi, pertama-tama yang harus dilakukan adalah menentukan masalah dan besaran gaung masalahnya. Meskipun beberapa anggota perkumpulan ahli bedah orthopedi mungkin akan mendebat bahwa satu laporan yang tidak enak akan menyakitkan keanggotaannya – dan bahkan mungkin memulai adanya tuntutan hukum melawan para ahli bedah orthopedi yang lebih tua – bila kita sendiri tidak melaksanakan satu proyek seperti itu, maka tidak diragukan lagi para ahli biostatistik dari kesehatan masyarakat universitaslah yang akan melakukannya.

Dalam satu survei akhir-akhir ini, lebih dari 500 ahli bedah orthopedi yang pensiun ditanyakan kenapa mereka pensiun, responnya: ”Saya tidak lagi merasa kompeten” tidak dicatat oleh seorangpun. Hal ini mungkin merupakan satu hasil dari self-selection bias, namun setidaknya hasil-hasil survei tersebut bersifat instruktif. Usia sendiri tidaklah merupakan isu penting. Instead, masalahnya hanya satu, yaitu kompetensi dan efeknya pada hasil luaran klinis dan pembedahan.

Surat ijin melakukan praktek kedokteran dan pembedahan adalah merupakan bailiwick eksklusif dari pemberi ijin sah negara bagian di Amerika. Bila kita perhatikan cara-cara di masing-masing negara bagian di Amerika mengelola perhatian mengenai penyetir-penyetir usia tua untuk gain insight menjadi bagaimana entitas yang sama tersebut dapat berrespon untuk mendorong perubahan dalam pemberian ijin medikal bagi dokter-dokter usia tua, ditemukan satu variasi astounding di antara negara-negara bagian. Tingkat sebaran dari leniency berrentang dari Tennessee, di mana pengemudi usia 65 ke atas tidak harus terganggu untuk memperbaharui perijinan mereka, hingga Illinois, di mana yang biasanya pembaharuan perijinan dilakukan tiap empat tahun diperpendek menjadi tiap dua tahun bagi pengemudi usia 81 hingga 85, dan setiap satu tahun bagi pengemudi usia 87 ke atas.

Banyak negara bagian di Amerika tidak membedakan di antara pengemudi-pengemudi dengan usia berbeda; beberapa di antaranya dengan pertimbangan, hal tersebut tidak sesuai dengan perundang-undangan meskipun diketahui bahwa satu perbedaan dalam usia untuk mengemudi yang aman mungkin ada. Sehingga, setiap usulan menyangkut ahli bedah usia tua sepertinya akan berdampak kecil atau tidak samasekali pada penentu kebijakan seperti itu.

Dengan tanpa memperhatikan isu spesifik tentang ahli bedah usia tua, setidaknya dipertimbangkan persoalan kompetensi dokter sebagaimana termaktub dalam garis-garis besar tuntunan etik dalam lingkup ini yang sebagai berikut:

”Untuk mempertahankan kualitas tampilan (performance) mereka, dokter memiliki satu tanggung jawab untuk memelihara kesehatan dan kebugarannya, construed secara luas sebagaimana mencegah atau mengobati penyakit-penyakitakut atau kronis, termasuk penyakit mental, ketunaan, dan tekanan pekerjaan. Bila kesehatan dan kebugarannya terganggu, maka mungkin keselamatan dan keefektifan layanan medis di provide. Bila kegagalan kesehatan fisik atau mental mencapai titik yang mengganggu kemampuan seorang dokter untuk mengisi aktifitas profesionalnya dengan aman, maka dokter tersebut dikatakan berada dalam keadaan terganggu (impaired)”

Sebagai tambahan dalam mempertahankan kebiasaan gaya hidup sehat, setiap dokter harus memiliki seorang dokter pribadi yang secara objektif tidak sedang dalam keadaan terganggu. Dokter yang kesehatan atau kebugarannya terganggu harus melakukan pemeriksaan untuk mitigate masalahnya, bila perlu mencari bantuan secara benar, dan berpartisipasi dalam satu penilaian diri yang bersahabat dari kemampuan mereka untuk melanjutkan prakteknya. Dokter-dokter yang merawat koleganya haruslah tidak disclose dengan tanpa physician’s-patient consent setiap aspek dari rawatan medis mereka, kecuali sebagaimana diperlukan oleh hukum, oleh obligasi etik dan profesional, atau bila untuk kepentingan melindungi pasien dari bahaya. Melalui cara-cara seperti itu, hanya sejuimlah sedikit informasi saja dibutuhkan oleh hukum atau untuk mempertahankan keselamatan pasien harus di disclose.

Tanggung jawab profesi

Profesi medis memiliki satu obligasi untuk meyakinkan bahwa keanggotaannya adalah mampu untuk menyediakan rawatan yang aman dan efektif. Obligasi ini di discharge melalui langkah-langkah berikut:

• Mempromosikan kesehatan dan kebugaran di antara para dokter.
• Mendukung peers dalam mengidentifikasi dokter-dokter yang membutuhkan bantuan
• Mengintervensi secara prompt saat kesehatan atau kebugaran seorang kolega menunjukkan adanya gangguan, termasuk mendorong agar tetap tabah, membantu semua keperluan, atau merujuk ke satu program kesehatan dokter.
• Establishing program-program kesehatan dokter yang menyediakan satu lingkungan yang mendukung untuk mempertahankan dan me-restore kesehatan dan kebugaran.
• Establishing berbagai mekanisme untuk membenarkan bahwa dokter-dokter yang mengalami gangguan, segera mengurangi kegiatan praktik mereka.
• Membantu kolega recovered ketika membuat laporan akhir rawatan pasien.
• Melaporkan dokter-dokter yang mengalami gangguan yang melanjutkan kegiatan praktik mereka, kecuali adanya bantuan asisten yang reasonable, ke badan-badan yang sesuai sebagaimana dibutuhkan menurut hukum dan/atau obligasi etikal.

Sebelum mengambil posisi pada permasalahan mengenai ahli bedah usia tua, perkumpulan ahli bedah orthopedi mungkin berkeinginan untuk memasukkan beberapa pertanyaan dalam survey tahunan mereka untuk memperjelas permasalahan. Likewise, mungkin a query liabilitas karier dokter dapat menyediakan informasi sekitaran seberapa sering litigasi malpraktik yang melawan ahli bedah orthopedi yang bergantung pada usia sang dokter saat satu alleged tort.

Beberapa ahli bedah, mungkin bertanya-tanya apakah mereka, sebagai fakta, merasa ”kehilangan sesuatu” yang berkaitan dengan kemampuan bedah mereka, ataukah mungkin berkeinginan akan tersedianya satu mekanisme untuk menentukan kemampuan fisik visual-motor mereka sendiri. Kemungkinan perkumpulan ahli bedah orthopedi dapat menelusuri arah seperti ini, lalu kemudian membentuk satu program berdasar komputer yang mana para ahli bedah dapat mengaksesnya dari kantor mereka sendiri (gratis, mungkin) atau melalui pertemuan tahunan untuk melihat apakah mereka masih memiliki hal-hal yang dibutuhkan untuk melaksanakan tugas sesuai latihan yang mereka dapatkan untuk bertahun-tahun sebelumnya.

Sebagai alternatif, mungkin seorang ahli bedah yang menghadapi satu klaim malpraktik dapat menggunakan satu program seperti itu untuk mengonfirmasi bahwa ia masih memiliki satu officially sanctioned skill set yang cukup untuk menjalankan prosedur-prosedur bedah. Telah dikatakan bahwa, ahli-ahli hukum malpraktik menikmati dalam menuntut ahli bedah berusia lebih dari 75 tahun, oleh karena kemenangan dalam ruang pengadilan adalah seringkali merupakan satu slam-dunk, tidak bergantung dari pola fakta sebenarnya dalam kasus.

Biomaterial Dalam Bidang Orthopedi

Istilah biomaterial adalah dimaksudkan bagi semua material sintetik maupun alami yang digunakan dalam praktek klinik yang bertujuan sebagai pengganti, penyetabil, ataupun penguat jaringan tubuh yang rusak. Dalam bidang bedah orthopedi, berbagai biomaterial digunakan untuk mendapatkan berbagai peralatan guna fiksasi fraktur, osteotomi dan arthrodesis, penutupan luka, penggantian jaringan, dan penggantian sendi total. Guna memastikan bahwa tingkat keamanan dan fungsi mereka di bawah kondisi yang bervariasi adalah baik, maka biomaterial orthopedi haruslah bersifat biokompatibel (mampu berfungsi dalam in vivo tanpa menimbulkan respon buruk lokal maupun sistemik dalam tubuh), tahan terhadap korosi dan degradasi (mampu bertahan tidak merapuh dalam lingkungan in vivo tanpa memberikan reaksi buruk), dan memiliki property wear dan mekanikal yang adekuat. Kriteria terrsebut menjadi penting khususnya pada keadaan penggantian atau pengutan dalam penahanan beban struktur tulang seperti tulang panjang dan sendi. Tambahannya, biomaterial harus memperlihatkan standar kualitas yang tinggi dengan harga yang rasional. Mengerti akan hubungan antara struktur dan komposisi biomaterial orthopedi (metal, polimer, keramik) yang sering digunakan dan kemampuan mereka dalam memenuhi berbagai kriteria di atas adalah sangat utama guna memahami efikasinya dalam praktik klinis.

BIOKOMPATIBILITAS

Sebagai benda asing dalam lingkungan in vivo, biomaterial orthopedi memicu satu rangkaian kejadian yang bilamana diimplantasikan dapat membahayakan dalam hal ini meracuni jaringan tubuh. Biokompatibilitas, dengan demikian, didefinisikan berdasarkan tingkatan reaksi buruk yang ditimbulkan saat diimplantasikan. Sebagai contoh, biomaterial yang hanya menimbulkan sedikit atau tidak samasekali respon inang (seperti cobalt chromium metallic alloy) dapat disebut sebagai inert. Biomaterial interaktif, di lain pihak, didisain untuk menimbulkan berbagai respon khusus yang menguntungkan seperti pertumbuhan jaringan (misalnya porous tantalum). Biomaterial yang berikatan atau merangsang sel yang kemudian diserap atau remodel (misalnya, pemakaian polimer yang dapat hancur dalam jaringan yang digunakan dalam pelipatgandaan jaringan fungsional). Akhirnya, material replant, terdiri dari jaringan asli yang telah dikultur secara in vitro dari sel-sel yang didapat dari seorang pasien khusus (contoh, khondroplasti untuk pengobatan defek kartilago fokal). Material yang menimbulkan reaksi biologis yang lebih parah dari apa yang tercakup dalam definisi tersebut di atas harus dipertimbangkan sebagai yang bersifat tidak biokompatibel.

Satu tingkat penerimaan biokompatibilitas telah ditetapkan bagi sebagian besar biomaterial orthopedi yang biasa dipakai. Namun biokompatibilitas menjadi isu penting, khususnya bagi peralatan multikomponen seperti satu kombinasi plat tulang atau peralatan dengan artikulasi sebagaimana dalam arthroplasti sendi. Berbagai peralatan tersebut mudah melepaskan partikel-partikel debris yang telah diketahui dapat berakumulasi baik secara lokal maupun sistemik. Meskipun biomaterial yang dalam bentuk utuhnya adalah bersifat biokompatibel (seperti ultra high molecular weight polyethylene/UHMWPE), namun dalam bentuk partikelnya dapat menimbulkan reaksi jaringan yang merusak seperti osteolisis yang mengawali destruksi jaringan dan gagalnya pengobatan.

KETAHANAN TERHADAP KOROSI DAN DEGRADASI

Lingkungan in vivo tubuh manusia dapat sangat korosif. Korosi menimbulkan dua masalah yaitu meninggalkan bagian rusak pada daerah yang bersinggungan dengan implan orthopedi yang nantinya sebagai sumber penimbul stress yang dengan jelas akan menurunkan kekuatan implan, dan melepaskan produk korosi ke dalam lingkungan sekitar yang dapat berefek buruk dari segi biokompatibilitas, menimbulkan nyeri, pembengkakan, dan kerusakan jaringan sekitar. Berbagai implan orthopedi dapat terpapar terhadap beberapa modus korosi bergantung dari geometri dan riwayat pembuatannya, kondisi in vivo di mana ia diperuntukkan, dan adanya defek-defek permukaan.

Korosi galvanik terjadi sebagai satu hasil dari potensial elektrokimia yang ditimbulkan antara dua metal yang berkontak fisik dan immersed dalam satu medium konduktif seperti misalnya serum atau cairan interstisil. Korosi galvanik adalah secara khas diperlihatkan pada fraktur yang difiksasi dengan plat pada lokasi antarmuka plat dan screw yang menahannya ke tulang. Meskipun plat dan screw tersebut pembuatannya dari campuran metal yang sama, namun perbedaan dalam metode pembuatan antara kedua komponen tersebut dapat menimbulkan beberapa variasi lokal dalam struktur mikro dan komposisi kimianya, yang merangsang satu respon galvanik selama kontak keduanya. Korosi galvanik juga dapat disebabkan oleh impurities dalam satu implan (juga disebut korosi intergranuler). Meski jarang, korosi intergranuler telah pernah dijumpai pada prostesis panggul yang diambil dari pasien di mana adanya cracks yang dipropagasi antara beberapa pits, mengarahkan ke fraktur katastrofik. Korosi galvanik paling baik dihindarkan melalui penggunaan bahan mentah dengan tingkat kemurnian setinggi-tingginya, pengurangan tambahan impurities yang dapat masuk ke dalam material selama pembuatannya, dan keyakinan bahwa digunakannya prosedur-prosedur pemanasan yang konsisten pada berbagai komponen yang berbeda dari peralatan jenis multikomponen.

Korosi fretting timbul pada lokasi kontak antarmaterial dengan terdapatnya gerakan mikro relatif di antara keduanya ketika menerima beban. Diperkenalkannya teknik modularitas pada peralatan arthroplasti sendi telah meningkatkan kejadian korosi fretting oleh pemakaian tapered junction, sebagai contoh penggantian kaput femur dan stem leher femur. Korosi fretting dapat juga menjadi masalah dalam sistim plat-screw stainless melalui satu kombinasi kerusakan mekanis yang ditimbulkan oleh pemasangan screw dan gerakan mikro tambahan dalam pengimplantasiannya, di mana keduanya tersebut menyebabkan destruksi mekanis bagi lapis pelindung oksidanya. Cara korosi ini dapat dihindarkan melalui pemasangan screw yang tidak terlalu tight, mempertahankan alur taper tulang bebas dari debris, dan optimalisasi disain taper yang mengurangi gerakan mikro relatif.

Korosi crevice timbul oleh karena perbedaan tekanan oksigen di dalam dan di luar satu crevice dengan satu ikutan perubahan-perubahan dalam konsentrasi elektrolit dan pH. Beberapa crevice dan, dengan demikian, potensial timbulnya korosi crevice adalah sering terjadi dalam implan orthopedi, terbanyak dijumpai antar lokasi countersunk lobang-lobang screw dalam peralatan seperti plat, dan komponen acetabuler tanpa semen dan kepala screw yang digunakan untuk menahan peralatan ke tulang di dekatnya. Sebagai contoh, korosi crevice dan fretting dijumpai pada sedikitnya 90% plat tulang berbahan stainless steel yang diambil dari pasien-pasien. Korosi crevice dapat dihindarkan melalui pengurangan defek permukaan yang dapat timbul saat pembuatannya dan selama dalam masa pemasangannya saat operasi.

Degradasi biomaterial orthopedi seperti misalnya polimer adalah juga merupakan satu bentuk korosi sebagai hasil dari paparan lingkungan yang merusak. Dalam beberapa situasi, degradasi diprogramkan ke dalam material, seperti polimer yang dapat didegradasi (biodegradable) yang ditujukan untuk menurunkan kekuatannya ataupun untuk melepaskan obat-obatan tertentu dalam satu waktu tertentu. Pada situasi tertentu, bagaimanapun, degradasi dapat detrimental terhadap sifat-sifat implan. Mungkin komplikasi yang palaing dikenal luas yang dikaitkan dengan degradasi dalam implan-implan orthopedi adalah degradasi oksidatif dari komponen UHMWPE untuk ganti sendi total. Paparan terhadap radiasi dalam satu lingkungan ambient menyebabkan scission dari rantai polimer dan mengkreasi adanya radikal bebas yang sebaliknya akan berreaksi dengan oksigen. Sebagai hasilnya, akan menimbulkan satu penurunan berat molekul dan satu peningkatan dalam kristalinitas dan densitas. Berbagai perubahan ini, sebaliknya menyebabkan satu penurunan kekerasan polietilen tersebut dan resisten terhadap propagasi crack dan peningkatan dalam modulus elastisitasnya. Dengan demikian, implan polietilen yang terdegradasi

SIFAT-SIFAT MEKANIK BIOMATERIAL

Menciptakan satu peralatan (device) untuk satu kebutuhan orthopedi memerlukan kemampuan memerkirakan bagaimana sifat-sifat mekanik yang dimilikinya melalui pertimbangan geometri dan sumber/bahan material yang akan digunakannya. Memerkirakan sifat-sifat mekanik yang dimiliki satu jenis peralatan adalah bergantung pada beberapa faktor: gaya-gaya yang nantinya akan bekerja padanya, burdens mekanik pada mana gaya-gaya tadi akan bekerja secara internal dalam material tersebut, dan kemampuan yang dimiliki material untuk menahan burdens tersebut dalam rentang waktu usia yang dimiliki peralatan tersebut.

Stress & Strain

Aggaplah ada satu ciptaan plat tulang metalik dari bahan stainless yang kedua ujungnya dijepitkan pada satu jepitan. Satu pembebanan regang diberikan melalui jepitan yang menyebabkan plat menjadi memanjang. Beban eksternal ditahan oleh satu beban internal yang bekerja tegak lurus terhadap potongan tegak plat dan dengan terdistribusikan pada area potongan tegak tersebut. Hasil dari stress regang dalam plat tulang memiliki satu besaran yang sama dengan besarnya beban yang diberikan dibagi dengan luasnya area potongan tegak (F/A). Pemanjangan dijelaskan sebagai strain regang dengan membagi besarnya pemanjangan yang terjadi antara kedua jepitan dengan panjang awal regio tersebut saat sebelum pembebanan (ΔL/L).

Bila beban dihilangkan selama bagian garis lurus awal dari hasil kurva stress-strain (gb.1), kedua stress dan strain akan kembali nol (yang artinya, kurva stress-strain berretraksi dengan sendirinya kembali ke posisi semula). Sifat stress strain yang sepenuhnya kembali seperti itu menunjukkan tidak adanya perubahan dalam bentuk plat dan, dengan demikian, tidak terjadi kerusakan metal; stainless steel memiliki sifat elastis. Ratio stress terhadap strain disebut modulus elastisitas (E) dan merupakan satu sifat material stainless steel dan bukan plat tulang itu. Sebagai contoh, pengulangan pembebanan pada satu plat stainless steel dalam eksperimen dengan digandakannya luas area potongan tegak akan juga membutuhkan penggandaan pembebanan untuk mencapai pemanjangan yang sama, namun modulusnya tetap tidak berubah karena stress (F/A) yang diperlukan untuk mencapai pemanjangan tersebut akan sama besarnya. Modulus elastisitas, dengan demikian, adalah satu pengukuran dari kemampuan satu material untuk mempertahankan bentuknya di bawah pemberian beban eksternal. Satu materi yang memiliki modulus elastisitas yang lebih besar disebut sebagai lebih kaku dan akan lebih tahan terdahadap perubahan bentuk pada beberapa bentuk dan pembebanan tertentu dibandingkan dengan satu material dengan modulus elastisitas yang lebih rendah.

Yield dan ultimate stress

Bila beban regang kembali diberikan pada plat tulang dan dibiarkan besarannya terus meningkat, maka kurva stress-strain kemudian menjadi nonlinier. Penghilangan beban saat ini memberikan pemanjangan yang menetap (atau deformasi plastik) dari plat stainless steel (gb.1). Stress pada mana deformasi plastik dimulai disebut yield stress (atau juga disebut yield strength). Dengan berlanjutnya peningkatan pembebanan, kerusakan plastis berakumulasi dalam stainless steel, selanjutnya plat tulang ruptur. Stress maksimum yang tercapai setelah yield namun sebelum ruptur terjadi disebut ultimate stress (atau ultimate strength).

Yield strength merupakan satu kriteria kegagalan yang penting. Sebagai contoh, pembebanan maksimum dapat di impose pada satu nail plate panggul sebelum kemudian secara permanen berubah bentuk (yield strength nya) menunjukkan apakah peralatan tersebut dapat tetap menahan fragmen fraktur dalam satu posisi yang relatif terfiksir untuk merangsang penyembuhan. Spesifikasi material dan geometri plat haruslah sebagaimana halnya bahwa stres-stres yang diterima plat adalah lebih rendah dibandingkan dengan yield strength nya.

Material yang dapat memberikan gambaran yang jelas akan yield point nya diikuti dengan permanent strain nya sebelum menjadi gagal adalah didefinisikan sebagai material ductile, pada mana yang lainnya yang memiliki deformasi yang kecil atau tidak samasekali sebelum fraktur disebut material brittle. Duktilitas dapat menguntungkan, misalnya, dalam hal membiarkannya satu energi diserap tanpa menimbulkan kegagalan katastrofik sebagaimana halnya yang mungkin terjadi dalam satu struktur terbuat dari satu material brittle (sperti satu kaput femoral terbuat dari keramik untuk satu penggantian sendi total panggul). Duktilitas tingkat sedang juga adalah berguna dalam plat-plat tulang tertentu, yang memungkinkan mereka dapat dibentuk di kamar operasi.

Fatigue

Kegagalan yang didasarkan pada yield strength adalah pertinent terhadap trauma atau situasi lainnya termasuk satu pemberian tunggal dari satu beban yang sangat besar. Kebanyakan implan orthopedi, bagaimanapun, akan menerima pembebanan berulang dan siklik. Berulang-ulangnya antara siklus beban dan tanpa beban dapat menyebabkan kegagalan, meskipun masing-masing beban tersebut secara sendiri-sendiri mengkreasi stres-stres dalam implan yang lebih rendah dari ultimate strength nya. Kegagalan fatigue merupakan kejadian tersering jenis kegagalan mekanis yang dialami peralatan orthopedi. Berbagai plat tulang, komponen femoral penggantian sendi panggul total, tray tibia penggantian sendi lutut, berbagai nail intrameduler, dan berbagai peralatan lainnya yang dibuat dari campuran metal telah diketahui mengalami kegagalan fatigue dalam penggunaan klinisnya. Bahkan permukaan artikuler polietilen komponen tibia gagal oleh adanya fatigue terkait mekanisme wear karena adanya siklus alami pembebanan kontak pada peralatan tersebut.

Di bawah kondisi fatigue, sejumlah siklus stres yang dapat ditahan oleh material adalah berbanding terbalik secara proporsional dengan besarnya stres yang diberikan; artinya, banyaknya jumlah siklus stress yang dapat ditahan material akan meningkat sebagaimana intensitas stres semakin dikurangi. Secara khasnya, stres pada mana material dapat menahan 10 juta siklus stres tanpa mengalami patah disebut sebagai endurance limit (atau fatigue strength). Pasien tersebut yang dengan memberikan jutaan siklus stres tiap tahun pada sistim muskuloskeletalnya, implan orthopedi seperti pengganti sendi total yang diperuntukkan sebagai implan permanen haruslah memenuhi satu kombinasi yang adekuat dalam hal-hal ukuran, bentuk/rupa, dan pilihan materialnya guna meyakinkan bahwa stres-stres yang akan diterimanya akan lebih rendah dari limit endurance nya.

Fatigue terdiri dari tiga langkah, yaitu: dimulai dengan adanya satu crack dalam material, kemudian propagasi crack keseluruh material, dan akhirnya kegagalan saat crack mencapai satu panjang di mana sisa material tidak mampu lagi menahan stres yang diterimanya. Beberapa faktor yang mendorong diawalinya crack akan secara jelas dapat mengurangi usia fatigue material. Sebagai contoh, adanya goresan atau nicking pada permukaan satu metal orthopedi akan mengkreasi kerusakan yang di bawah pembebanan siklik dapat secara cepat menjadi satu crack, yang kemudian dengan kuat menurunkan usia pakai peralatan. Sebaliknya, setiap faktor yang bekerja untuk menghentikan atau memperlambat propagasi crack akan meningkatkan usia fatigue. Satu crack yang tumbuh melalui satu matriks yang berbentuk serat akan menghentikan pertumbuhannya ketika crack mencapai ikatan satu serat yang kuat dalam matriks. Crack akan tetap stagnant hingga terakumulasinya kerusakan yang cukup untuk menggerakkan crack melewati serat.

Sifat isotropik dan anisotropik

Material yang memiliki sifat mekanik yang sama dalam segala arah disebut sebagai isotropik. Material metal dan keramik yang digunakan dalam ranah orthopedi secara umumnya isotropik. Jaringan muskuloskeletal (tulang, kartilago, otot, ligamen, dan tendon) dan komposit (fiberglass dan carbon fiber reinforced resin) memiliki sifat-sifat yang bergantung arah dan disebut anisotropik. Jaringan tulang kortikal dari tulang apendikular, sebagai contoh, menunjukkan sifat-sifat stress-strain dan fatigue yang sangat berbeda bila diberi pembebaban dalam arah longitudinal dibandingkan pada arah tranversal. Ketika dibebani dalam arah tranversal, jaringannya lebih banyak lemahnya dalam hal yield dan ultimate strength nya, juga banyak kurangnya dalam hal ductile, dan memiliki modulus elatik yang jauh lebih rendah. Sifat-sifat anisotropik merupakan penunjuk bagaimana sebenarnya struktur yang dimiliki tulang, yang mana ia merupakan bahan komposit baik dari level ultrastrukturalnya, di mana baik serat kolagen maupun kristal hidroksiapatitnya secara umum berada dalam satu arah longitudinal; maupun pada satu skala mikrostrukturalnya, di mana osteon secara umum juga berada dalam arah longitudinal.

Material komposit yang dibuat manusia adalah seringkali bersifat anisotropik. Sebagai contoh, serat-serat yang kuat dapat diposisikan dalam arah yang diinginkan dan kemudian diisikan dengan bahan matriks yang lemah. Sebagai hasilnya, material menunjukkan sifat-sifat mekanik yang bergantung dari sifat-sifat material dari serat dan matriks yang digunakan, jumlah relatif serat dan matriks, ikatan di antara serat dan matriks, dan geometri dan orientasi dari serat. Material komposit telah dikembangkan untuk berbagai ligamen artifisial, peralatan fiksasi fraktur yang dapat diserap tubuh, engineering scaffolds jaringan, dan bahkan komponen sendi total. Sifat anisotropik dari material meng-underscores kepentingan berbagai peralatan uji dalam lebih dari hanya satu arah pembebanan guna evaluasi yang adekuat akan penampilan klinis potensial mereka.

Combined stress state

Meskipun rejimen pembebanan sederhana adalah berguna bagi pengukuran sifat-sifat mekanik (gb.1), namun kebanyakan peralatan orthopaedi biasanya akan mengalami kombinasi pembebanan baik aksial, bending, dan torsi yang akan menghasilkan distribusi stres yang kompleks dalam material dari mana peralatan tersebut dibuat. Bahkan di bawah ketegangan yang sederhana, stres kombinasi muncul pada banyak bidang yang tidak hanya pada satu bidang tegak lurus saja terhadap pemberian pembebanan. Menghadapi situasi pembebanan yang lebih realistik dalam sistim muskuloskeletal, penghitungan tipe, besaran, dan distribusi stres dalam material dapat menjadi sulit, akibat dari kompleksnya bentuk implan dan berbagai struktur skeletal. Berbagai teknik komputer, seperti analisis elemen yang rinci, seringkali digunakan untuk menentukan stres-stres dan untuk memperkirakan kegagalan melalui membandingkan besaran perkiraan stres dengan kriteria kegagalan untuk material.

Viscoelasticity

Bila uji regang dari plat tulang berbahan stainless steel dilakukan pada banyak tingkat pembebanan yang berbeda, hasil dari sifat stress-strain adalah akan sama (gb.1). Pernyataan ini adalah benar bagi campuran metal material lainnya dan keramik. Bagaimanapun, untuk banyak material lainnya seperti polimer, tingkat pembebanan berpengaruh besar pada sifat-sifat mekanik material. Suatu material yang dengan sifat bergantung pembebanan disebut bersifat viscoelastik.

Anggaplah ada satu material viscoelatik yang diberikan strain secara tiba-tiba. Stres akan secara instantaneous timbul dalam material itu, namun stres dibutuhkan untuk mempertahankan strain yang berkurang dengan berjalannya waktu; material mengalami adanya relaksasi stres. Bila material diberikan instead dengan satu pembebanan mendadak, stres dan strain kembali akan terjadi secara instantaneous dalam material. Bagaimanapun, meski stres tetap konstan dengan berjalannya waktu, strain yang timbul dalam material viscoelatik berlanjut meningkat dengan berjalannya waktu, yang merupakan satu fenomena disebut creep.

Karakteristik material viscoelastik lainnya adalah histeresis. Sebagai contoh, anggaplah, ada satu uji regang yang sama seperti halnya pada plat tulang stainless steel (gb.1), namun dilaksanakan pada satu jenis plat yang diciptakan dari satu bahan material viscoelastik. Ketika spesimen di berikan pembebanan, daerah di bawah kurva stress-strain menunjukkan energi strain tersimpan dalam material. Ketika beban dihilangkan, kurva mengikuti satu alur yang berbeda, less steep. Rantai tertutup dibentuk antara plot-plot loading dan unloading menunjukkan hilangnya energi dalam material sebagai hasil dari ketidakefisienan dalam proses penyimpanan dan pelepasan energi (sebagai contoh, melalui friksi internal dalam struktur mikro). Polimer, sebagai contoh, adalah sering viscoelatik, dengan energi terdisipasi melalui friksi antara rantai-rantai polimer bersamaan dengan material mengalami deformasi. Ketika secara siklik pembebanan dan tanpa pembebanan, material-material viscoelastik seperti itu, kenyataannya menimbulkan panas sebagai hasil dari friksi. Material metalik, di lain pihak, memiliki struktur kristalin, material yang dibuat sedemikian rupa agar mengurangi timbulnya mekanisme friksi internal dan secara khas tidak menunjukkan satu lingkaran histeresis sebagai bagian dari sifat stress-strain mereka.

WEAR RESISTANCE

Partikel-partikel metalik, polimerik, dan keramik sebagai produk samping dari akibat wear-nya implant orthopedi, adalah bersifat takterdegradasikan. Reaksi ikutannya, khususnya terhadap partikel yang sangat kecil, dapat menginisiasi satu rangkaian kejadian biologik, mengawali timbulnya destruksi jaringan dan kegagalan terapi.

Pengetahuan akan hubungan pasti antara sifat-sifat material dan wear resistance adalah masih sangat kurang; namun, wear resistance seringkali ditunjukkan secara empiris melalui uji penyaringan seperti simulator sendi dan berbagai uji wear yang disederhanakan (seperti pin-on-disk test). Kemampuan berbagai uji tersebut untuk dapat menyediakan hasil yang bermanfaat adalah bergantung pada kemampuan mengkreasi ulang kondisi-kondisi pembebanan, kinematik, dan berbagai kondisi lingkungan. Uji validasi akhir-akhir ini adalah berdasarkan atas kemampuan untuk mengkreasi wear rate yang sama seperti yang didapatkan pada rata-rata pasien (berdasarkan atas perkiraan dari hasil radiografi berseri/serial) dan debris partikel bersesuaian dengan ukuran dan bentuknya yang diambilkan dari jaringan periprostetik saat operasi revisi.

Secara umum, material dengan kekerasan tinggi, seperti keramik, menunjukkan wear resistance yang lebih baik dibandingkan dengan permukaan yang berbahan metalik atau polimerik. Keramik mungkin memiliki wear resistance yang lebih baik oleh karena mereka dapat dilicinkan yang menjadikan permukaannya lebih halus dan karena mereka memiliki kemampuan berbasahnya (wettability) yang lebih besar yang mengkreasikan kemungkinan pembentukan lapisan film pelindung lubrikasi antara kedua permukaan sendi. Material yang lebih lunak dan, sehingga, lebih mudah tergores, seperti campuran titanium, terbukti lebih mudah wear. UHMWPE wear telah dikaitkan dengan osteolisis berdasarkan atas volume dari partikel submikron kecil-kecil yang berasal dari permukaan artikuler polietilen. Dengan demikian, dibutuhkan beberapa hal yang perlu untuk memperbaiki wear resistance UHMWPE.

DAFTAR ISTILAH YANG DIGUNAKAN
A
alloys (steel, titanium, cobalt)
anisotrophic property
annealing
atactic
atomic dislocation

B
biocompatibility (inert, interactive, absorbed/remodel, replant)
biomaterial (degraded
body-centered cubic phase

C
carbide grafitisation
carbide segregation
casting
ceramic covalent bond
ceramic elcetrovalent/ionic bond
cold and hot workingclosed-packed phase
combine stress state
corrosion (galvanic, intergranular, fretting, crevice
corrosive resistance
crack
crack length limit
creep phenomenon
creep rupture strength
crystallinity
cyclic loading

D
debris particle
deformation (plastic,

E
elastic modulus
endurance limit
extrusion

F
failure
failure criteria
fatigue failure
fatigue strength
fatigue age
fine-grained two-phase
forging

G
grain
grain-grain face-centered cubic
grain growth tendency

H
heating treatment
histeresis
hot isostatic pressing

I
implant (multicomponent, articulated)
impurity
interfacial strength
isomerism
isostatic
isotrophic property

L
load-bearing implant

M
material (ductile, brittle, composite, viscoelastic
matrix fibre
mechanical and wear property
metal plastic deformity
metallic alloy mechanical property
metalic bound
minimum molibdenum concentration stainless steel
modularity technique
monoclinic content of ziconia surface

N
nickle-free stainless steel
non-structural application of material (coating, filler)

O
osteoconductive material

P
pits
permanent strain
polymer cross-link level
polymer post irradiation aging
polymer post irradiation degradation
pyrolitic carbone back-bone

R
rapid cooling

S
secondary periprosthetic osteolysis
self pasification
sementing (bone preparation, semen delivery
shelf aging
sindiotactic
stainless steel body-centered cubic phase
stainless steel face-centered cubic phase
sterlization methode (radiation, non radiation
strain
stress
stress cycle
stress relaxation
stress-strain curve

T
tappered junction
tensile strength
torque

U
ultimate strength
ultimate stress
unalloyed titanium (pure titanium)

V
viscoelasticity
void

W
wear (pitting, delamination)
wear rate
wear resistance (hardness, surface smoothness and hydrophylic
workability
wettability

Y
yield point
yield strength
yield stress