موضوع مقاله: سیمان استخوانی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # سیمان استخوانی | مقدمه: سیمان استخوانی (bone cement) ترکیبی شیمیایی است که در بدن انسان به منظور اتصال استخوان ها یا مفصل های مصنوعی به یک دیگر استفاده می شود. | ## بخش 1: سیمان استخوانی | این ترکیبات که عموما از جنس سرامیک ها و پلیمر ها می باشند به صورت فراوان در عمل های ارتوپدی و استئوتومی(Osteotomy) کاربرد دارند. در این گونه عمل ها مفصل یا استخوان معیوب را برداشته و با اندام جدید جایگزین می کنند، حین جایگزین کردن استخوان یا مفصل در آن حفره هایی ایجاد می کنند که سیمان را درون آن می ریزند و این سیمان بعد از مدتی به مانند چسب سفت شده و باعث جوش خوردن کامل استخوان ها به هم می شود. انواع سیمان استخوانی به طور کلی چهار نوع سیمان استخوان برای کاربرد های ارتوپدی و دندان پزشکی موجود است که دوتای اولی پایه پلیمری و دو تای بعدی پایه سرامیکی دارند. سیمان‌های اکریلیکی یا سیمان‌های با پایه پلی متیل متاکریلات (PMMA) معروف ترین گروه سیمان استخوان و البته قدیمی ترین نوع آن‌ها سیمان استخوان بر پایه پلیمر PMMA است. این سیمان‌ها اساسا از پودر جامد پلیمر PMMA (پلی متیل متاکریلات) و مونومر مایع MMA (متیل متاکریلات) به همراه چند افزودنی دیگر تشکیل می‌ شود. این نوع سیمان استخوان تجاری دارای دو جزء پودر و مایع است که همزمان استفاده می‌شوند. به این صورت که مونومر MMA به صورت مایع و پلیمر PMMA به صورت پودر جامد بوده و هنگام استفاده مونومر روی پلیمر ریخته می‌شود و درمدت کوتاهی واکنش پلیمریزاسیون انجام می‌شود و باعث سفت شدن سیمان می‌شود. سیمان های با پایه پلی پروپیلفومریت (PPF) پلی پروپیلن فمورات، یک پلی استر غیر خطی و اشباع است که برای انواع کاربردهای ارتوپدی تولید شده است. مطالعات نشان داده است که با کراس لینک کردن PPF، سیمانی تولید می‌شود که قابلیت استخوان سازی داشته و تجزیه پذیر، زیست سازگار و دارای مقاومت فشاری کافی برای کاربردهای ارتوپدی است. سیمان های فسفات کلسیم (CPBCS) کلسیم فسفاتها ترکیباتی هستند که توسط بدن در فرآیند استخوان سازی مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد در شکلهای مختلفی نظیر بلوکهای متخلخل یا متراکم، ذرات یا گرانول و سیمان به عنوان جایگزین بافت استخوانی مورد استفاده قرار می گیرند. سیمان های کلسیم فسفاتی از دو قسمت پودری و مایع تشکیل شده اند و پس از اختلاط با یکدیگر به صورت خمیر هموژنی در می آیند که در دمای اتاق و بدن سفت می شوند. | ## بخش 2: سیمان استخوانی | سیمان های گلاس ینومر (Glass ionomer) سیمان‌های گلاس آینومر پایه سرامیکی هستند که اغلب در دندانپزشکی استفاده می‌شوند ولی در ارتوپدی هم کاربردهایی دارند. این سیمان‌ها از ترکیب یک اسید پلیمری غلیظ (پلی اکریلیک اسید) به همراه فلوئور آلومینوسیلیکات تخریب پذیر به دست می‌آیند. مراحل آماده سازی فاز اختلاط این مرحله از زمان ریختن پلیمر در حلال آن اغاز می شود و در نهایت با هم زدن و ترکیب آن ها به پایان می رسد. در این مرحله ویسکوزیته سیمان در حال افزایش است و دانه های پلیمر در حلال شروع به حل شدن می کنند و توده های آن متورم می شوند. فاز کاری در این مرحله سیمان شروع به سفت شدن می کند و ویسکوزیته آن به سرعت افزایش می یابد. اگر سیمان هنوز ویسکوزیته کمی داشته باشد و رقیق باشد و در بدن قرار گیرد خون در آن نفوذ کرده و بافت آن را از نابود می کند. لذا سیمان باید قبل از سفت شدن کامل و درست موقعی که به یک حد مطلوبی از ویسکوزیته رسید در بدن کار گذاشته شود. فاز سخت شدن در این مرحله پروتز قرار داده شده است و سیمان هم به آن اضافه شده است. در طی این مرحله سیمان به آرامی شروع به سرد شدن تا دمای بدن می کند و سفت تر می شود تا کاملا به استحکام لازم برسد. لازم به ذکر است که به علت طولانی بودن زمان سرد شدن احتمال آسیب دیدگی بافت های زنده اطراف سیمان وجود دارد. خواص مکانیکی در مورد سیمان استخوان استحکام خمشی، برشی، کششی و خستگی و تست‌های فشاری محاسبه می شود. ساختار شیمیایی متفاوت، وجود افزودنی‌های مختلف، مواد رادیوگرافی ، شروع کننده‌ها و متوقف کننده‌های مختلف ،میزان تخلخل، روش استریلیزاسیون و روش‌های مخلوط کردن مونومر و پلیمر در خواص مکانیکی تاثیر فراوان دارند. | ## بخش 3: سیمان استخوانی | مهم‌ترین مواردی که باعث تغییرات عمده در خواص سیمان و کاربرد آن‌ها می شود: ویسکوزیته سیمان استخوان خواص ویسکوالاستیک پیچیده‌ای دارد. سیمان ویسکوزیته بالا وقت جراح را در عمل جراحی محدود می‌کند و جراح باید با دقت و سرعت بهترین مکان را برای ایمپلنت تعیین کند قبل از اینکه خیلی دیر شود. سیمان استخوان پروتزها را صرفا با تشکیل یک سیستم قفل مکانیکی بین ایمپلنت فلزی و استخوان طبیعی، در جای مطلوب خود فیکس می‌کند و بار مکانیکی را از ایمپلنت به استخوان و برعکس انتقال می‌دهد. مزایا و معایب مزایا: ایمپلنت های سیمانی، فضاهای خالی را پر می کنند و بنابراین با استفاده از آن ها، انحراف اندکی که ممکن است در هنگام عمل ایجاد شود قابل اغماض هستند. مفصل سیمانی استحکام بیشتری دارد و بیمار زودتر می تواند وزن خود را روی مفصل تازه جراحی شده بیندازد و راه برود. سیمان استخوانی مانند لایه ای محافظ و ضربه گیر بین بخش محکم فلزی ایمنپلنت و استخوان سست بیمار قرار می گیرد. معایب: واکنش پیلمریزاسیون در فصل مشترک استخوان های بدن انجام می شود و حرارت زیادی تولید می کند که دمای آن ناحیه را تقریبا به 80 الی120 درجه سلسیوس می رساند. این دما موجب تخریب بافت نرم اطراف استخوان ها و همچنین نابودی قسمتی از مغز استخوان می شود. این تخریب بافت ها به مرور زمان در عملکرد مکانیک بدن تاثیر گذاشته و باعث می شود فرد حین حرکت اندام های خود احساس درد کند. قرار دادن سیمان استخوانی خمیری داخل حفره مغز استخوان در هنگام جراحی ممکن است باعث اختلال در گردش خون شود. سیمان استخوانی به مرور فرسوده می شود، ترک می خورد و بعد از مدتی ممکن است لایه موجود بین ایمپلنت و استخوان به کلی از بین برود.ترکیب مونومر MMA سمی است و متاسفانه درجه سمیت بالایی نیز دارد. از طرفی در واکنش پلیمریزاسیون تمام مونومر مصرف نمی‌شود و بسته به شرایط مختلف و استوکیومتری واکنش مقداری از واکنش دهنده‌ها باقی می‌مانند. | ## جمع‌بندی | به طور متوسط 2 تا 6 درصد از مونومر MMA بعد از کامل شدن فرایند تشکیل سیمان، داخل سیمان باقی می‌ماند و این مقدار به مرور زمان نشت می‌کند و وارد بافت اطراف می‌شود.