InfoNu.nl > Wetenschap > Techniek > Staal in de operatiekamer

Staal in de operatiekamer

Staal in de operatiekamer In de operatiekamer heeft men te maken met biomaterialen waarvan de implantaten gemaakt zijn en met het metaal van de instrumenten. Een implantaat wordt gemaakt van titaan of een legering uit de “kobald, chroom, molybdeen” groep. Dat is corrosievast metaal, biologisch inert of biotolerant, zodat het niet door het lichaam wordt afgestoten, en zorgt voor opname van de implantaat in het lichaam door deels te integreren in het bot. Voor de instrumenten worden meestal de bekende roestvaste stalen gebruikt.
Heupgewricht met metalen kop en kunststof kap / Bron: Lucien Monfils, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)Heupgewricht met metalen kop en kunststof kap / Bron: Lucien Monfils, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)

Biomaterialen

Biomaterialen worden in de orthopedie en tandartsenij gebruikt voor implantaten, als botvervangend materiaal. Ideaal is dat in het geval van tijdelijke implantatie ter ondersteuning van een genezing proces het biomateriaal door het lichaam afbreekbaar is, naar dit z.g.n. biodegradeerbaar materiaal wordt veel onderzoek gedaan. Corrosievastheid en het accepteren van het materiaal door het lichaam (biocompatiliteit) geldt voor alle biomaterialen.

Biocompatiliteit met het bot

De lichaamsreactie op de implantaat delen we als volgt in: ‘bio-tolerant’, ‘bio-inert’ of ‘bio-actief’.
  • Wordt het biomateriaal gedoogd door het in te kapselen met een bindweefsel dan heet het materiaal bio-tolerant; roestvast staal en chroom-kobaltlegeringen behoren tot deze groep.
  • Is er geen reactie tussen implantaat en bot, spreekt men van bio-inert. Titaan voldoet er aan.
  • Bioactief is een biomateriaal indien gecoat met hydroxylapatiet (calciumfosfaat), omdat deze stof ook in het bot voorkomt hecht het zich aan het bot. De implantaten worden voorzien van een dunne laag hydroxylapatiet

Onderdelen van een kunstheup, de kop is van keramisch materiaal en de kap van kunststof / Bron: Publiek domein, Wikimedia Commons (PD)Onderdelen van een kunstheup, de kop is van keramisch materiaal en de kap van kunststof / Bron: Publiek domein, Wikimedia Commons (PD)

Hydroxlapaytiet

Hydroxlapaytiet is een geschikte implantaat ter vervanging van het menselijk bot. Het is een composietmateriaal dat voor circa 75% bestaat uit een anorganisch stof, een vezelachtige structuur van hoofdzakelijk collageen. De structuur en samenstelling van het anorganische deel wordt benaderd door hydroxylapatiet, een calciumfosfaat {Ca10(PO4)6(OH)2}. Hydroxylapatiet is biocompatibel, het wordt geaccepteerd door het lichaam zonder bijwerkingen. Het materiaal is echter bros, het breekt gemakkelijk. Het is ongeschikt als implantaat. Hydroxylapatiet wordt daarom aangebracht als poreuze coating op een implantaat van titaan. Botweefsel hecht zich aan dit implantaat, doordat het zich prima in/aan de coating van hydroxylapatiet verankert.
Met hydroxylapatiet bekleed titanium is het meest geschikte implantaat ter vervanging van bot.

Kunstgewrichten

Metalen die voor kunstgewrichten worden gebruikt, zijn voornamelijk roestvast staal en legeringen van kobalt, chroom en titanium. De kunstgewrichten zijn gebaseerd op de combinatie van een "kop" met daartegenover een "kom" (in de wertuigbouw spreekt men van een kogelgewricht). Op het botvervangende implantaat wordt een poreuze laag aangebracht waar het bot in groeit, of op het implantaat een calciumfosfaat pasta laag aanbrengen die met het bot integreert. Er zijn biomaterialen in onderzoek die bot vervangen of botgroei stimuleren. Door de juiste diameter van de poriën kan er snel bot(in)groei plaatsvinden. Biomaterialen gaan gemiddeld circa 15 jaar mee, kans op falen door materiaalproblemen wordt in de loop der tijd groter.
Stalen implantaat is geplaatst / Bron: Frank C. Müller, Wikimedia Commons (CC BY-SA-4.0)Stalen implantaat is geplaatst / Bron: Frank C. Müller, Wikimedia Commons (CC BY-SA-4.0)

Metaallegeringen in de operatiekamer

Roestvaststaal algemeen

De in roestvaststaal veel gebruikte legeringselementen zijn: chroom, nikkel, molybdeen, vanadium, kobalt. Chroom verbetert hardheid (slijtvastheid) en corrosie weerstand. Nikkel maakt het ferritische chroomstaal austenitisch. Het verbetert de hardheid en slijtvastheid en corrosievastheid. Molybdeen verhoogt treksterkte en hardheid (slijtvast). De zouten en basen van deze legeringselementen zijn giftig, en kunnen lichaamscellen aantasten. Dat roestvaststaal lang in het lichaam kan blijven komt doordat implantaten door lichaamseigen bindweefsel wordt ingekapseld. Roestvaststaal is biotolerant. Patiënten met contactallergie voor chroom en nikkel is het beter titaan te implanteren.

Roestvast chroomnikkel staal AISI 316L

Veel gebruikt roestvaststaal voor implantaten (platen en schroeven) en instrumenten is het niet magnetische austenitisch AISI 316L. Het bevat ca 18% chroom, ca 10% nikkel, ca 2% molybdeen, max. 2% mangaan, max. 1% silicium, max. 0,03% koolstof. De corrosievastheid ontstaat door een zichzelf herstellend chroomoxide huid. Het austenitisch staal is niet door een warmtebehandeling te harden alleen door kouddeformatie. Roestvaststaal 316L wordt toegepast voor tijdelijke implantaten, dit osteo-synthese materiaal wordt verwijderd als de functie van de implantaten niet meer nodig is.

De kroon is geplaatst op de stalen implantaat / Bron: Frank C. Müller, Wikimedia Commons (CC BY-SA-4.0)De kroon is geplaatst op de stalen implantaat / Bron: Frank C. Müller, Wikimedia Commons (CC BY-SA-4.0)
Chroomstaal AISI 440 B
Een ander veel gebruikt roestvaststaal is het magnetisch martensitisch AISI 440 B. Het chroomstaal kan door warmtebehandeling op veel hogere sterkte en hardheid gebracht worden dan het austenitische CrNi staal AISI 316L. Het bevat 18% chroom, max. 0,75% molybdeen, 0,75 -0,95 % koolstof, max. 1,0% silicium plus mangaan. Ook hier ontstaat corrosievastheid door de chroomoxide huid. Veel OK instrumenten die bij de operaties gebruikt worden bestaan uit martensitisch roestvast staal AISI 440 B omdat de standtijd langer is dan 316L.

Kobald chroom legering CoCr 60-40

Kobald is een legeringelement die de mechanische eigenschappen verbetert. Het wordt redelijk goed door het lichaam verdragen, de legering is bio-tolerant.

Vitallium 2000, kobald chroom molybdeen legering CoCr Mo 60-30-6

Vitallium wordt toegepast voor kunstgewrichten en implantaten in de orthopedische chirurgie. Ook wordt het gebruikt in de tandtechniek voor frameprothesen omdat het metaal geen allergische reacties veroorzaakt en bestand is tegen lichaamsvloeistoffen.

Het metaal heeft een grotere corrosiebestendigheid dan roestvaststaal en de mechanische eigenschappen zijn iets beter. Deze geïmplanteerde CoCr Mo legering laat weinig ionen los en de reactie van het omliggend weefsel is klein. Vitallium heeft een betere biocompatibiliteit dan roestvast staal. Er ontstaat een bindweefsellaag om de implantaat heen. De legering is biotolerant en combineert corrosiebestendigheid, sterkte en biocompatibiliteit en is speciaal voor medische toepassing ontwikkeld. De andere "medische" legeringen zijn later op de markt gekomen.

Protasul® een titaan aluminium legering

De legering Ti Al V is biotolerant. De elementen aluminium en vanadium bevorderen de vorming van bindweefsel rond het Ti Al V implantaat, de legering is lichter, taaier en sterker dan zuiver titanium.

Tivanium® een titaan vanadium legering Ti V

Titaan smelt bij lage temperatuur en legeert gemakkelijk. Gelegeerd met andere metalen is het sterk, slijtbestendig, corrosievast en taai. Er zijn implantaten die van zuiver titaan worden gemaakt, zoals schroeven of de houder voor de kunststof glijlaag in een gewrichtkom. Titaanoxide is stabiel, er vormen zich geen ionen om het weefsel te irriteren, er ontstaat geen bindweefsel tussen titaan en bot, titaan is bio-inert. Titaanlegeringen worden bijvoorbeeld gebruikt als osteosynthese materiaal en als clips voor afbinden van bloedvaten. Tevens toegepast voor instrumenten als hanteerbaarheid (sterkte - gewicht verhouding) van het instrument een grote rol speelt, zoals instrumentarium voor oogchirurgie en microchirurgie. De stijfheid van titaan benaderd die van bot, wat gunstig is voor de levensduur van implantaten en protheses. De titaanprothese is lichter dan een prothese van chroom-nikkel-staal en even sterk.

Geheugenmetaal

Er zijn technieken waarbij men gebruik maakt van ‘geheugenmateriaal’. Dit is metaal dat bijvoorbeeld bij kamertemperatuur koudvervormd wordt (verkleind) waardoor het gemakkelijk in een ader ingebracht kan worden, als het op zijn plaats zit veert het door de lichaamswarmte terug in zijn originele vorm van voor de tijdelijke deformatie, waardoor het zijn functie als ader- openhouder of als bloedstolselfilter kan uitoefenen.

Zilver

Zilver en de meeste zilververbindingen worden door het lichaam verdragen. Door de goede biocompatibiliteit gebruikt men zilver om minder goede biocompatibele materialen te verzilveren. Dit laagje zilver bepaalt de biocompatibiliteit van de implantaat. Door slechte mechanische eigenschappen wordt het echter niet als prothesemateriaal gebruikt.

Nawoord

Men streeft naar verlenging van de standtijd van implantaten. Die is nu gemiddeld circa 15 jaar en een vervelend idee voor vooral jongere mensen, die dus meerdere malen geopereerd moeten worden. Gewrichtsvervangende prothese moet in de toekomst slijtvast zijn en zonder materiaalmoeheid een levenslang sterk wisselende belasting opvangen. Ontwikkeling van biomaterialen richt zich op vermindering van slijtage en verbetering van de slijtvastheid van implantaten en op beïnvloeding van weefsels zodat deze kraakbeen en bot vormen. We zien reeds in dit artikel dat titaanlegeringen steeds meer het roestvaststaal verdringen.

Lees verder

© 2012 - 2019 Custor, het auteursrecht (tenzij anders vermeld) van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Borstvergroting: de behandelingBij een borstvergroting wordt de vorm van de (vrouwelijke) borsten aangepast, gewoonlijk met behulp van siliconen-implan…
Implantaten gebit, hoe worden ze geplaatst?Implantaten gebit, hoe worden ze geplaatst?Implantaten geven u een mooi gebit maar het is geen los kunstgebit. De implantaten worden in de kaak aangebracht met een…
Het maken van een gebitsprotheseHet maken van een gebitsprotheseVroeger waren er enkel losse gebitesprotheses maar tegenwoordig kunt u kiezen voor een gebitsprothese die zit vastgeschr…
Wat is een borstvergroting?Een borstvergroting is tegenwoordig niet meer omstreden. Het is normaal geworden om je borsten te laten vergroten. Toch…
Het stappenplan van een kunstgebitHet is verstandig goed na te denken en te overleggen als u mogelijk op een kunstgebit over wilt gaan. Een gebitsprothese…
Bronnen en referenties
  • Inleidingsfoto: Coronation Dental Specialty Group, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)
  • Dictaten en boeken metaalkunde studie 60-'65.
  • Metaalkunde door prof. Ir. De SY
  • Metaallegeringen door Brick, Gordon en Phillips
  • Kennis der metalen, collegeboek TU delft prof. Dr Ir Brandsma en prof Dr Ir Jongenburger
  • Mechanische technologie door H Felix en Ir JW Niermans
  • Medische litteratuur
  • Afbeeldingen Kaakimplantaat, kaakschroeven uit brochure: Implantologiehoorn.nl Nieuwe steen 24 1625 HV Hoorn
  • Afbeelding Kunstknie uit brochure: Bergman clinics Rijksweg 69 1411GE Naarden
  • Afbeelding bron 1: Lucien Monfils, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)
  • Afbeelding bron 2: Publiek domein, Wikimedia Commons (PD)
  • Afbeelding bron 3: Frank C. Müller, Wikimedia Commons (CC BY-SA-4.0)
  • Afbeelding bron 4: Frank C. Müller, Wikimedia Commons (CC BY-SA-4.0)

Reageer op het artikel "Staal in de operatiekamer"

Plaats een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Ik ga akkoord met de privacyverklaring en ben bekend met de inhoud hiervan
Reacties

M. Heine-Langes, 08-02-2018 11:49 #8
In 1987 heb ik een rugoperatie gehad in verband met een ernstige scoliose, waarvoor een intercorporele spondylodese van Th11 tot en met L4 via een thoracolumbotomie met instrumentatie. Nu is er een mri scan gepland op 13 februari voor mijn knie. Nu is mijn vraag kan dit zonder problemen gebeuren? Weet echter niet wat voor materialen er zijn gebruikt. Navraag bij Radboudziekenhuis umc heeft niets opgeleverd. Geen documentatie meer van mij.

G. Rieder, 10-10-2015 12:14 #7
Vraag: Mijn moeder (95j) heeft al 5 jaar platen en schroeven in haar onderbeen.Zij heeft een zeer dunne huid. Regelmatig open wondjes door de schroeven die tegen de huid prikken. Sinds kort zie ik na het spoelen dat er een zwarte substantie (piepklein) uit een van de wondjes komt. Wat kan dit zijn? Reactie infoteur, 10-10-2015
G.Rieder
Lijkt op "geronnen" bloed! Ik zie geen direct verband met de implantaten die bestaan uit roestvaststaal, vitalum of titanium. Het antwoord op uw vraag moet u zoeken bij medici, een eenvoudige analyse vertelt wat voor substantie er "lekt".
M. Vr. Gr.
Custor

Brigitta van der Beek, 01-07-2015 16:43 #6
Heb een nikkel allergie en in het verleden allergische reacties zoals vochtophoping in de voet gekregen na vastzetten tenen met chirurgische schroeven. Deze moesten toen verwijderd worden. Nu is mijn enkel vastgezet met rvs schroeven en krijg ik een dik pijnlijk rood been. Heb voor de operatie wel aangegeven dat ik een nikkel allergie heb en dus titanium schroeven wil.
zit er nikkel in rvs osteosynthesemateriaal? Reactie infoteur, 03-07-2015
Brigitta van der Beek
Vraag:
Heb een nikkel allergie en in het verleden allergische reacties zoals vochtophoping in de voet gekregen na vastzetten tenen met chirurgische schroeven. Deze moesten toen verwijderd worden. Nu is mijn enkel vastgezet met rvs schroeven en krijg ik een dik pijnlijk rood been. Heb voor de operatie wel aangegeven dat ik een nikkel allergie heb en dus titanium schroeven wil. Zit er nikkel in rvs osteosynthese materiaal?
Komen mijn klachten van mijn implantaat? En kan ik daarvoor allergologisch getest worden? Twee veel gehoorde vragen in de spreekkamer, maar wanneer is testen nou wel of niet zinvol?

Antwoord:
De meeste allergische reacties vinden plaats met nikkel, chromium, kobalt, palladium en soms titanium.
20% van de bevolking is allergisch voor nikkel, chromium of kobalt. Het percentage klachten wegens allergische reacties op orthopedische metalen is echter slechts 0,1% (dat 1 op 1000 patiënten). Patiënten met een overgevoeligheid voor metalen hebben een verhoogd risico op een allergische reactie.
Indien er een hoge verdenking op een allergie is, zal gekeken moet worden of er technische alternatieven Of er nikkel in roestvastaal zit hangt af van de soort. T304 en T316 zijn corrosievaste soorten met circa 12% nikkel, de minder corrosiebestendige T 410 is veel sterker omdat het hardbaar is en bevat geen nikkel. Verder zijn bekende implantaat metalen Vitalium en titanium legeringen, beide vrij van nikkel.
Alleen als de patiënt een duidelijk metaalallergie heeft, of eerder klachten heeft gehad wegens een implantaat, wordt vooraf allergologisch onderzoek door medici overwogen.
M.Vr.Gr.

Mw M. van der Stelt, 17-02-2015 09:26 #5
Sinds 8 oktober heb ik een volledige knieprothese, die voornamelijk bestaat uit kobald-chrome. Nu moet er binnenkort een MRI-scan gemaakt worden van mijn nek- en halswervels.
mijn vraag: kan ik zonder problemen de MRI in? Reactie infoteur, 17-02-2015
Beste Mw M. van der stelt,
Voordat u een MRI krijgt, zal men U vragen geen metalen voorwerpen te dragen. U moet vertellen over eventuele medische implantaten in Uw lichaam. Het krachtige magnetische veld van de MRI-scan beinvloedt ijzer-bevattende metalen en kan letsel veroorzaken. Metalen voorwerpen kunnen ook de MRI beelden verstoren en moeilijker leesbaar maken.
Uit onderzoek is gebleken dat hoewel de kobalt-chroom legering magnetische eigenschappen bezit, de combinatie van een knie prothese gemaakt van kobalt-chroom legering en een MRI scan, geen nadelige gevolgen heeft voor de gezondheid. Met nadruk wijzen wij U er op dat het oordeel van de verantwoordelijke medici uiteraard altijd doorslaggevend is.
M.Vr.Gr. Henk Koster

Custor (infoteur), 13-11-2013 11:13 #4
Attentie fam. Propper
De metaallegering Vitallium is ontwikkeld voor vervaardiging van medische implantaten. Het is bestand tegen lichaamvloeistoffen. Het metaal is bio-tolerant waardoor zich bindweefsel rond een implantaat vormt en het lichaam het metalen voorwerp als "eigen ziet". Het laat weinig metaalionen los in zijn omgeving waardoor geen allergische reacties optreden. Dit is de metaalkundige belichting van het thema. Er kunnen misschien mensen zijn die van de weinig metaalionen toch allergische reacties ondervinden. Gegevens hierover kunnen we vinden in de ziekenhuis statistieken. Van deze uitzonderingen van typisch medische aard heb ik helaas geen kennis.

M.Vr.Gr
Henk koster

D. Proper, 12-11-2013 11:33 #3
Ik heb een prothese frame met 2 kiezen gemaakt van VITALLIUM. Kunnen hierdoor allergische reacties ontstaan, zoals psychische klachten/angsten jeuk over het lichaam, coordinatieprobelemen? Ik ben nogal overgevoelig voor allerlei niet lichaamseigen stoffen, dus ik vroeg mij of dit metaal hiermee te maken kan hebben. Graag hoor ik van u, Vr groet D. Proper

Mevr A. Mondeel, 16-10-2013 17:55 #2
27 aart 20013 heup gebroken. werd 28 maart geopereerd en er werd een mergpen en schroeven (osteosynthese) geplaatst. van af dag een had ik al veel pijn. werd niet naar geluisterd want dat hoorde er bij. 5 augustus opnieuw geopereerd want de mergpen was gebroken. nu wil ik graag weten kan zo'n pen zomaar breken van af dag een had ik pijn. Graag u reactie Reactie infoteur, 17-10-2013
Geachte mevrouw Mondeel,

Ik kan het probleem alleen vanuit de metaalkunde benaderen en dan is het breken van de pen gelijk na het inplanteren niet logisch. Breuk hoeft niet op te treden dat wordt door materiaalkeus, penafmeting en veiligheidscoefficient voorkomen. De inplantaat moet soms na jaren vervangen worden door corrosie of misschien een vermoeidheidsbreuk of een ongeluk. Bij een ongeluk zal eerder vervorming dan breuk optreden. Het antwoord op Uw vraag is dus dat zo'n pen niet zomaar kan breken. Er is waarschijnlijk iets anders aan de hand. De fabrikant van de inplantaat heeft een fout gemaakt, wat overigens onder de metaalmicroscoop vast te stellen is of het verhaal is niet waar en is er wat gebeurd dat om onbekende reden niet zo eenvoudig uit te leggen is. Ik vermoed dat dit laatste waarschijnlijk het geval is.

Met vriendelijke groet,
Henk Koster

Kijne, 11-12-2012 08:03 #1
Ik zou graag weten waar mee de opbouw van de implantaat is, dus dat wat na de tetanium komt b.v goud of zilverof rvs?

Infoteur: Custor
Laatste update: 30-11-2016
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Techniek
Bronnen en referenties: 13
Reacties: 8
Schrijf mee!