チタン素材の人体への適応性

人体の適応性に対する金属イオンの反応を観察するために、実験室で中国医学実験用マウスの肺線維芽細胞（V79細胞）とマウス（生後20-日のマウス）線維芽細胞組織（I929細胞）を採取しました。 ）などでは、金属イオンに感受性のある細胞を用いて細胞の適応性評価手法を行っています。 独立行政法人製品評価技術基盤機構（医療機器の生物学的評価標準化専門委員会）が提供する各元素イオンは、人体（生体）に有効なイオンです。 ) の反応を図 1 に示すように 3 つのグループに分けます。

最も有毒なものには、バナジウム (V)、ニッケル (Ni)、銅 (Cu) などが含まれます。上記の元素が百万分の 1 (×{{0}}) で存在すると、細胞は 1 秒以内に死滅します。短い期間。 バナジウム (V) とニッケル (N) を例として、V79 セルでの実験結果を図 2 に示します。1 週間の浸漬試験の結果は、ニッケル濃度が約 10×10-6 であれば、 (訳者注: pm=parts per million)、すべての細胞が死ぬことになります。 比較すると、バナジウム (V) 含有量は 2 桁低く 0.6 でした。×10-6 付近はすべての細胞が死滅していることを意味します。 第二に、ラットやウサギなどの小動物の硬組織（骨）と軟組織（筋肉）を金属板に埋めて実験したところ、これらの猛毒金属が硬組織（骨）の両方に接触しているはずです。そして軟組織（筋肉）。 壊死を引き起こすものもあります。

a-V79細胞集団形成エネルギーとニッケル（Ni）イオン濃度の関係。

b-V79細胞集団形成エネルギーとバナジウム(V)イオン濃度の関係

もう 1 つのグループは怪我を示します。 植込み装着された状態では、接触部位の線維組織に生体反応が形成され、体外に排出される。 鉄、アルミニウム、金、銀などはすべてこのように動作します。 SUS304Lステンレス鋼、SUS36Lステンレス鋼、コバルトクロム合金などの一般的な金属材料がこれに属します。 硬組織に埋め込まれた金属片は骨細胞と融合しません。 数週間後に抽出テストを行ったところ、抵抗なくスムーズに引き抜くことができました。

3 番目のグループは、生物との反応が最も小さくなければなりません。 埋め込みまたは付着する場合は、チタン (Ti)、ジルコニウム (Zr)、ニオブ (Nb)、タンタル (Ta)、プラチナ (Pt) が適しています。 これらの金属が体内に移植または取り付けられると、硬組織および軟組織の細胞および組織と密接に統合され、体化現象が見られます。

このようにチタンは生体への害が少なく、安全な金属であることは間違いありません。 チタン合金を使用する場合、使用する合金元素によっては純チタンよりも耐食性が劣ります。 腐食が発生すると、その成分が溶解する可能性があります。 耐食性があり、損傷を与えない合金元素を選択する必要があります。 チタン合金の中でも、Ti-6AI-4V 合金は航空機製造や耐海水工学機器に長年使用されており、数多くの使用事例があります。 医療業界では、優れた耐食性（鉄、酸素、水素の含有量が低い）に優れた ELI タイプの合金の使用が長い間導入されてきました。 しかし、近年のインプラントやアタッチメント用のチタン合金の研究開発では、単体の損傷特性の報告に基づき、バナジウムに代わってTi-13Nb-13Zr合金が標準化されています( V) 傷のないニオブ (Nb) を使用。 (ASTM、ISO)。 アルミニウムを積極的に排出する好ましい合金も発売されつつある。

米国の医療用ASTM規格（Fコード）として、欧州の世界規格と同等です。 ISO 規格と ASTM 規格は統合され、欧州規格として統合されました。 日本は国内規格を整理し、ASTMやISOに相当する規格を取り上げ、ISO規格に基づく規格の策定を始めている。

人工膝関節、股関節（大腿骨頭を含む）などに代表されるインプラントやアタッチメントに使用されるASTM規格に規定されているチタン材料を形​​状別に表1に示します。 長い間、粉末材料を含む純チタンおよび Ti-6AI-4V 合金は、さまざまな形状の部品や部品に作られてきました。

チタン素材が広く使用されている部位は、整形外科手術に適した人工大腿関節、人工膝関節、骨プレートなどです。 変形した関節の炎症
リウマチ[「リウマキジム」と訳され、関節や筋肉の激しい痛みを意味し、アレルギー疾患でもある - 訳者注]およびその他の激しい痛みを引き起こし、歩行困難を引き起こすこの病気に苦しむ患者は、痛みを完全に取り除くことができます。人工股関節・人工膝関節置換術を受けて歩けるようになる。 日本では年間80件000件の人工股関節置換術、40件000件の人工膝関節置換術が行われています（2005年の統計）。 今後、高齢化社会の到来に伴い、この需要に何％の成長率で応えられるかが予想されます。

チタンはすべての人工関節部品に適しているわけではありません。 関節部分では、チタンは摩耗しやすいため、揺れの多い部分には不向き（セラミックスやコバルト合金が適しています）、埋入部分にはチタン合金を使用する必要があります。 生体骨と速やかに一体化するためには、チタン合金の表面を凹凸にし、アパタイト（アパタイト）やバイオグラスなどの骨センサーでコーティングする必要があります。 また、骨折の固定にはチタン合金髄内釘やチタン合金プレートが使用されます。 図 3 は、埋め込みと取り付けのさまざまな例を示しています。

歯科分野でもインプラントやアクセサリの使用が増加する傾向にあります。 チタンの使用量が少なく、純チタン、チタン合金、形状記憶合金TiNiで作られています。 その形状には、図4に示すようなプレート型、スレッド型、スリーブ型、バスケット型などがあります。これらの部品は顎の骨に直接打ち込まれてインプラントされた歯肉部分に固定され、骨の組成を表すアパタイトでコーティングされています。 一般に、チタンは歯の金属インプラントに非常に適しています。 精密鋳造と超塑性成形の2つの方法があります。 従来のコバルト・クロム合金に比べて軽量で、酸性の食品でも臭いが変化しません。 チタン素材を使用しているため、健康保険の診断・治療の対象外となるため、価格がかなり高額になります。

インプラント（埋め込み）または内科の付属品として、患者の心拍数が低い場合、ペースメーカー（ペースメーカー{0}}自動心室収縮装置）を埋め込み（埋め込み）、心臓を刺激することができます。{0} 正常な心拍数を保証する装置 - 訳者注）。 鎖骨下静脈から心臓まで電極ワイヤーを埋め込みます。 この電極はペースメーカーに電気信号を入力し、ペースメーカーとなります。 最近のペースメーカー製品は質量20g、厚さ6mmのものが主流です。 非常に小さいため、電極ワイヤーで接続され、皮膚の下に埋め込まれます。 電池と制御回路を小型の容器（箱）に収めており、生体に無害な純チタン製品です。 電池寿命は最低6年維持する必要があり、この小さな容器（箱）には長期安定性と安全性が求められます。 現在、日本の約5,000人が恩恵を受けています。

チタン処理の成果は手術器具にも見られます。 特に10時間以上の長時間にわたる脳神経外科手術では鉗子の軽量化も求められ、止血鉗子などの止血鉗子にはチタン製が求められます。 インプラントや装着用の手術器具、歯石除去用のバイブレーターなどの歯科治療機器の多くはチタンで作られています。 インプラント（埋没物）やアタッチメントだけでなく、福祉用具や車椅子などもチタン製になっています。 病気や事故で手足の一部を失った場合、機能を回復するために義足を作成する必要があります。 主要部品が金属製であるため、軽量性、耐久性（主に耐食性、耐疲労損傷性）、生体適合性（Ni、Cr等）の観点から応用されています。 車椅子の場合、車椅子全体の軽量化を主な目的としており、フレームや車輪などの金属部品のほぼすべてにチタンを使用しているものもあります。