NL193558C - Twee-fasencementmengsel, in het bijzonder geschikt voor orthopaedie. - Google Patents

Description

1 193558

Twee-fasencementmengsel, in het bijzonder geschikt voor orthopedie

De uitvinding heeft betrekking op een twee-fasencementmengsel, dat bijzonder geschikt is voor orthopedische toepassingen, en een vaste fase (a) uit polymethylmethacrylaat en, als katalysator, benzoylperoxide en 5 een vloeibare fase (b) uit methylmethacryiaat als monomeer, Ν,Ν-dimethyl-p-toluïdine als versneller en hydrochinon als stabilisator, en een extra vast toevoegsel omvat. Een dergelijk mengsel blijkt uit de Britse octrooiaanvrage GB 2.069.517A.

Genoemde fasen worden op het moment van gebruik bij elkaar gevoegd en vormen een hars met plastische consistentie die na verloop van tijd verhardt.

10 Het is bekend dat genoemd mengsel, dat algemeen bekend is als botcement, in orthopedische chirurgie wordt toegepast en een stevige bevestiging van prothesen van verschillende typen aan diverse punten van het menselijk skelet leveren. De term "cement” geeft de onjuiste suggestie van een kleefstof. In feite is de functie daarvan de ruimtes die tussen de prothese, die in het algemeen van metaal is bestaan en de holte in het bot dat voor implantatie is geprepareerd op te vullen.

15 Dit vuleffect verbonden met een minimale fysische uitzetting van de hars gedurende polymerisatie levert een mechanische verankering en een perfecte passing tussen het implantaat en het bot. De best bekende toepassing van dit botcement, zoals dat zonder enige beperking van het kader van de uitvinding steeds genoemd zal worden, is die voor heupprothesen.

Deze chirurgische techniek wordt hierna voor een beter begrip van de uitvinding in hoofdlijnen beschre-20 ven.

Wanneer eenmaal de diagnose is gesteld dat het nodig is de kop van het dijbeen door een prothese te vervangen wordt door chirurgie de kop blootgelegd zodat deze kan worden ingesneden. De botholte wordt uitgeboord zodat de holte de vorm krijgt van de prothese.

Het cement wordt daarna klaargemaakt door de vloeibare fase met de vaste fase te combineren en deze 25 twee te mengen tot een plastische pasta is verkregen. Het aldus verkregen cement wordt in de botholte gebracht en terwijl het nog steeds plastisch is wordt de prothese daarin ingebed en nauwkeurig op zijn plaats gebracht. Men wacht dan 10 tot 15 minuten om de cement te laten verharden waarna het dijbeen met de nieuwe kop op de juiste plaats wordt gebracht.

Er wordt een soortgelijke procedure toegepast om een komprothese bevestigd aan de gewrichts-30 component van het bekken aan te brengen. De kom die chirurgisch is aangebracht wordt dan gesloten en de operatie voltooid.

Omdat het orthopedische cement in direct contact met botweefse! wordt gebracht wordt nu de chemische samenstelling van dit laatste beschreven.

Botweefsel heeft twee componenten: een anorganische component, tevens bekend als de minerale 35 component, die het harde netwerk van het weefsel vormt en een organische component, tevens bekend als de biologische component, die het "levende” deel van de structuur voorstelt.

De minerale component bestaat uit calciumhydroxyapatiet dat in het weefsel in de vorm van kristallen neerslaat, gevolgd door een biochemische reactie die in de organische matrix van het weefsel onder bepaalde omgevingsomstandigheden (pH, concentratie enz.) en in aanwezigheid van enzymen plaatsvindt. 40 De organische component van de structuur kan als verbindingsweefsel worden beschouwd, dat wil zeggen een stel actieve cellen die in meer of mindere mate zijn gespecialiseerd en ondergedompeld in een matrix die door de cellen zelf is geproduceerd. Het is juist in deze matrix, die door de osteoblasten, dat wil zeggen de cellen die zich specialiseren in de vorming van het botweefsel wordt geproduceerd, dat de minerale kristallen die het hydroxyapatiet vormen neerslaan.

45 In volwassen toestand is het op deze wijze opgebouwde botweefsel in lagen georganiseerd die botachtige trabeculae of meer compact botweefsel kunnen vormen, tevens bekend als corticaal weefsel.

De binnen het metabolische botweefsel opgenomen cellen zijn de osteocyten, terwijl de cellen die verantwoordelijk zijn voor de afbouw en herabsorptie van het weefsel de osteoclasten zijn.

Zowel de osteoblasten als de osteoclasten zijn metabolisch actieve cellen en onderworpen aan vele 50 regelingen van zowel fysiologische als kunstmatig geïnduceerde aard, waarbij de laatste van het chemische, biologische of fysische type is wat aan de bovengenoemde cellen wordt overgebracht door chemische stoffen zoals hormonen of geneesmiddelen, of door fysieke inspanningen van hetzij een mechanisch of elektrisch of elektromagnetisch type. Er is klinisch na orthopedische implantatieprothesen gecementeerd met acrylharsen gevonden dat de toepassing van bekende botcementen de volgende nadelen heeft.

55 In bepaalde gevallen kan na een variabele tijdsperiode een losmaking of aseptische mobilisatie van het implantaat plaatsvinden.

Dit verschijnsel is de belangrijkste complicatie van deze chirurgische techniek en is ongetwijfeld de factor 193558 2 die het succes van de gehele operatie bepaalt.

Dit losmaken vindt bij het bot-cementgrensvlak plaats en neemt de vorm aan van gelokaliseerde herabsorptie van het botweefsel rond het implantaat, terwijl de vervanging van dit weefsel door een reactief vezelachtig weefsel, dat zelfs een bepaalde dikte kan hebben, aanleiding geeft tot het mobiel worden van 5 het implantaat.

In de wereldliteratuur wordt een hoofdrol in het mechanisme dat aanleiding geeft tot losmaking toegeschreven aan de hoge temperatuur die door de pasta wordt bereikt wanneer deze verhardt als gevolg van exotherme reacties geproduceerd door polymerisatie. De temperatuur die door de pasta gedurende de polymerisatie wordt bereikt varieert bij klinisch gebruik van 70 tot 90°C afhankelijk van de gebruikte cement, 10 als beschreven door B. Mjoberg, A. Rydholm et al. in het artikel "Low versus high viscosity bone cement” gepubliceerd in Acta Ortop Scand. 58,106-108 in 1987.

De pasta bij hoge temperatuur die in contact is met het inwendige botoppervlak van de holte produceert als schroeiing van het botweefsel hetgeen op zijn beurt aanleiding geeft tot de vorming van een necrotisch-vezelachtig membraan dat bestaat uit dode cellen die de in het bot ingevoerde cementmassa omringt.

15 Dit membraan neemt na verloop van tijd steeds verder toe.

Na herhaalde spanningen van de prothese veroorzaakt door de daarop overgebrachte belasting, wordt dit membraan samengeperst en geplet en dit geeft aldus aanleiding tot speling tussen het cement-prothese-implantaat en het bot. Door deze speling kan de gecementeerde prothese steeds grotere bewegingen uitvoeren hetgeen de slijtage van het materiaal inleidt en versterkt tot de opgebouwde bot faalt.

20 In dergelijke gevallen vindt onmiddellijk nadat het cement in de botholte is ingevoerd een cardio- respiratoire depressie plaats vanwege de overmaat hoeveelheid vloeibaar monomeer die met het botweefsel in contact komt.

Deze depressie maakt het noodzakelijk geschikte geneesmiddelen aan de patiënt die onder operatie is toe te dienen teneinde eventuele cardio-respiratoire instorting te voorkomen. Dit effect kan enigszins worden 25 verminderd door de hoeveelheid vloeibaar monomeer die nodig is ter vorming van de juiste pasta te verminderen.

Het gebruik van fluoridezouten in osteoporotische syndromen, dat wil zeggen de pathologische verdunning van de botstructuur is gebaseerd op waarnemingen van Dr. Rotholm aan werknemers die zo nu en dan zijn blootgesteld aan de inademing of inneming van grote hoeveelheden fluorverbindingen.

30 Het mechanisme van de werking van de fluoriden op botweefsel kan worden ingesteld en gereproduceerd, als blijkt uit het werk van verschillende auteurs in het overzicht ’’Fluoride in medicine”, uitg. T.L. Vischer van 1970.

De werking van fluoride wordt door een dubbel mechanisme, een van biochemische en de ander van biologische aard verklaard.

35 In het biochemische mechanisme vindt het opnemen van het fluoride-ion in de minerale structuur van het bot plaats, met een daarmee gepaard gaande vergroting van de afmetingen van het hydroxyapatietkristal. Hierdoor wordt het hydroxyapatiet minder water-oplosbaar en wordt de bindingskracht tussen de organische matrix en deze kristallen versterkt met een daarmee gepaard gaande verbetering in de meer mechanische eigenschappen van de botstructuur. Er is experimenteel een verhoging in de kristallijnheidsindex vastgesteld 40 door metingen met een infrarood-spectrometer.

Daarentegen is er in het biologische mechanisme een directe stimulering van de osteoblasten, hetgeen als een vermeerdering van hun aantal en activiteit kan worden gedetecteerd en door voorbijgaande morfologische veranderingen daarin, met derhalve de nieuwe vorming van niet gecalcificeerde botmatrix. De histomorfometrische consequentie van deze opeenvolging is een verhoging van het volume van de 45 trabeculae dat 20% in het eerste jaar van de behandeling kan bereiken.

Met betrekking tot het biochemische mechanisme wordt opgemerkt dat de fluoride-ionen snel door het botweefsel worden ingevangen en opgenomen in de minerale structuur van het hydroxyapatiet waar het de hydroxylgroep (-OH) vormende fluorhydroxyapatiet (FAP) vervangt. Fluoride-ionen kunnen tot 25% van hydroxylgroepen in het hydroxyapatiet vervangen bij een maximale verzadigingsconcentratie in het bot van 50 20.000 tot 35.000 d.p.m., equivalent aan 40-70 mg natriumfluoride (NaF) per gram botweefsel. Deze waarde stelt echter het theoretische maximum voor dat overeenkomt met de chemische verzadiging van het bot.

De actuele waarden die tijdens een orale behandeling of in het geval van beroepsfluorose kunnen worden gemeten zijn uiteraard veel lager in verband met de evenwichtstoestand die tussen de opgenomen 55 hoeveelheid, de hoeveelheid verwijderd door afscheiding uit de nieren, de hoeveelheid ingevangen door het bot en de hoeveelheid via het effect van de halveringstijd van het fluor in het bot afgegeven, die ongeveer twee jaar is.

3 193558

Deze systemische of orale toediening van het fluoride heeft de volgende nadelen.

Wanneer de geneesmiddelen in hoge doseringen worden ingenomen kan dit tot overmatige ophoping in het skelet leiden, met een daarmee gepaard gaande pathologische fluorose van het bot en toxische effecten in sommige van de organen van de patiënt, waardoor het noodzakelijk wordt de dosering van het genees-5 middel te verlagen, en waardoor tevens een niet aanvaardbaar niveau van lokale ophoping op de implantatieplaats kan ontstaan.

Het doel van de uitvinding is het ten minste miniseren van de hierboven vermelde nadelen.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt voorzien in een twee-fasencementmengsel volgens de aanhef, dat bijzonder geschikt is voor orthopedische toepassingen, met het kenmerk, dat de vaste fase (a) uit 97% 10 polymethylmethacrylaat en 3% benzoylperoxide en uit alleen bolvormige deeltjes bestaat die alle een diameter tot ten hoogte 87 pm hebben en waarvan de korrelverdeling als volgt is: diameter (pm) gehalte (%) tot ten hoogste 0,90 0,60 t/m 2,00 15 0,91 t/m 3,70 0,80 t/m 2,00 3,71 t/m 10,50 3,00 t/m 5,00 10,51 t/m 25,00 15,00 t/m 19,00 25.01 t/m 51,00 45,00 t/m 55,00 51.01 t/m 87,00 22,00 t/m 28,00 20 - waarbij het totaal van de percentages van de zes gehalten gelijk is aan 100, de vloeibare fase (b) uit 99,10% methylmethacrylaat, 0,89% N,N-dimethyl-p-toluïdine, en 20 dpm hydrochinon bestaat, er op 40 g vaste fase (a) 14 ml vloeibare fase (b) in het twee-fasencementmengsel aanwezig is en het extra vaste 25 toevoegsel een fluorzout is, dat geleidelijk fluoride-ionen in een hoeveelheid van 3,0 tot 9,0% berekend als fluor en betrokken op het totale mengsel uit de vaste fase (a) en de vloeibare fase (b), kan vrijmaken.

Bij voorkeur bestaat het poedervormige polymethylmethacrylaat in deeltjes met bolvorm alleen uit: - bolletjes met een diameter tot ten hoogste 0,90 pm, in een percentage tussen 0,60 en 2,00%, - bolletjes met een diameter van 0,91 pm tot 3,70 pm, in een percentage tussen 0,80 en 2,00%, waarbij de 30 bolletjes met een diameter die door de 1,10 pm-zeef passeert ten minste 30% van de totale genoemde bolletjes voorstellen en de bolletjes met een diameter die passeren door de 2,20 pm-zeef ten minste 97% van alle genoemde bolletjes voorstellen, - bolletjes met een diameter van 3,71 pm tot 10,50 pm, in een percentage tussen 3,00 en 5,00%, waarbij de bolletjes met een diameter die passeren door de 9,00 en 10,50 pm-zeven ten minste 25 en 27% van alle 35 genoemde bolletjes voorstellen, - bolletjes met een diameter van 10,51 pm tot 25,00 pm, in een percentage tussen 15,00 en 19,00%, waarbij de bolletjes met een diameter die passeren door de 21,00 en 25,00 pm-zeven ten minste 21 en 29% van alle genoemde bolletjes voorstellen, - bolletjes met een diameter van 25,01 pm tot 51,00 pm, in een percentage tussen 45,00 en 55,00%, 40 waarbij de bolletjes met een diameter die passeren door de 51,00 en 43,00 pm-zeven ten minste 28% van alle genoemde bolletjes voorstellen, - bolletjes met een diameter van 51,01 pm tot 87,00 pm, in een percentage tussen 22,00 en 28,00%, waarbij de bolletjes met een diameter die passeren door de 61,00 en 73,00 pm-zeven ten minste 50 en 33% van alle genoemde bolletjes voorstellen, 45 waarbij het totale percentage polymeer in het poeder dat door de 87,00 pm-zeef passeert gelijk is aan 100%.

Voorkeurs-fluoridezouten zijn: natriumfluoride (NaF), ammoniumfluoride (NH4F), natriummonofluoridefosfaat (Na2P03F), tinfluoride <SnF2), kaliumfluoride (KF), magnesiumfluoride (MgF2), lithiumfluoride (LiF), zinkfluoride (ZnF2), kaliumhexafluorfos-50 faat (KPF6), ammoniumhexafluorfosfaat (NH4PF6), natriumhexafluorsilicaat (Na2SiF6). De meeste voorkeur wordt aan natriumfluoride (NaF) gegeven.

De vaste fase en het fluoridezout kunnen in gescheiden verpakkingen of samen worden gevoegd in dezelfde verpakkingen worden verhandeld.

Onderzoek naar het verschijnsel van losmaking heeft geleid tot identificatie van de volgende factoren die 55 aanleiding geven tot het losmaken: - chronische ontstekingsreacties die worden ingezet door de overblijfsels van de materialen toegepast voor de prothese, 193558 4 - mechanische vloei van het cement en andere toegepaste materialen in verband met de aanzienlijke en cyclische variabele belastingen waaraan de materialen bij dagelijks gebruik van de prothese zijn onderworpen, - lesie van het botweefsel veroorzaakt door direct contact met de acrylhars gedurende polymerisatie, 5 veroorzaakt door de grote hoeveelheid warmte die door de hars na een exotherme polymerisatiereactie wordt afgegeven; als beschreven in de literatuur is de drempel voor de warmtebeschadiging voor biologische structuren omstreeks 70°C, boven deze drempel wordt de structuur onomkeerbaar gedenatureerd, - biologische reactie van het botweefsel van een zelfdestructieve of catabolische aard veroorzaakt door abnormale biomechanische prikkels in verband met de belasting op de geïmplanteerde prothese die werkt 10 bij het cementbotgrensvlak.

Na identificatie van de bovenvermelde oorzaken voor losraken zijn pogingen ondernomen om deze verschijnselen te voorkomen of ten minste te beperken door de ontwikkeling van een botcement met betere mechanische sterkte, een lagere polymerisatiewarmte, onder de drempel voor warmtebeschadiging aan biologische structuren, en gekoppeld met fluoridezouten die fluoride-ionen lokaal in een voldoende en 15 onschadelijke concentratie op geleidelijke wijze gedurende een lange tijdsperiode kunnen afgeven.

Het hoofdvoordeel dat door de uitvinding wordt geboden bestaat uit het feit dat als gevolg van een nauwkeurige selectie van de deeltjesafmeting en vorm van de deeltjes die de vaste fase van het botcement vormen, de hoeveelheid vloeibaar monomeer dat nodig is om een volledige dosis cementpoeder volledig te laten reageren en aldus een nauwkeurige en homogene menging te bereiken enorm wordt verminderd in 20 vergelijking met de gewone toegepaste hoeveelheden.

Wanneer men in gedachten houdt dat de hoeveelheid warmte die in de polymerisatiereactie wordt geproduceerd evenredig is met de hoeveelheid vloeistof, polymeriseert deze verlaging in de hoeveelheid vloeistof een evenredige verlaging in de hoeveelheid warmte afgegeven door de polymerisatiereactie, hetgeen voor een bepaalde massa cement wordt weerspiegeld in een daling in de absolute polymerisatie-25 temperatuur.

Deze temperatuur wordt dus beneden 55°C gehouden in vergelijking met de 70/90°C bereikt bij de klinische toepassing van bekende cementsoorten, zonder enig nadelig effect op de mechanische sterkte-eigenschappen van het product.

Een verder voordeel dat opnieuw is te danken aan de vermindering van de hoeveelheid vloeibare fase 30 toegepast voor het verkrijgen van de cementpasta, ontstaat uit het feit dat de waarschijnlijkheid van het risico van cardiorespiratoire instorting bij de patiënt na toediening van het vloeibare monomeer wordt verminderd.

Een ander voordeel dat is bevestigd door proeven uitgevoerd aan monsters cement volgens de uitvinding in een laboratorium, werkende volgens de Britse standaard ISO/DP 5833/1, is te danken aan de verbetering 35 van de mechanische eigenschappen van het cement zelf in vergelijking met de overeenkomstige eigenschappen van bekende cementsoorten verkregen in dezelfde proeven en weergegeven in tabel B.

Nog een ander voordeel wordt door de directe toevoeging van fluor in de vorm van een zout in het botcement verkregen. De toediening van fluor in situ in contact met het bot dat dit moet opnemen, onder eliminatie van de nadelen van systemische toediening, verbetert in feite aanzienlijk de beschikbaarheid van 40 het fluor voor het bot, waardoor dit gedurende een langere tijdsperiode beschikbaar is. Het is in feite bekend dat de hoeveelheid afgifte is verbonden met verschillende factoren zoals; de grootte van het molecuul van het toevoegsel, de temperatuur en hydratatie van de omgeving en de mate van het oppervlaktecontact tussen het cement en de omgeving.

Er is tevens gevonden dat de hoeveelheid afgifte groter is in aanwezigheid van: 45 - weinig of geen chemische binding tussen het toevoegsel en het polymeer dat het cement vormt, - kleine afmeting van het toevoegselmolecuul, - hoge temperatuur, - groot contactgebied tussen het polymeer en het botweefsel, - biologische vloeistoffen in contact met het polymeer.

50 In het licht van deze studies en buiten het beperkte gebied van antibioticatoepassïng, is vastgesteld dat natriumfluoride een bijzonder geschikte stof voor lokale afgifte op een langzame en beheerste wijze is. Natriumfluoride heeft in feite de volgende eigenschappen; - het bevat de grootste hoeveelheid fluoride per gewichtseenheid, - het molecuul is eenvoudig en van betrekkelijk kleine afmeting, 55 - het is niet mogelijk dat een chemische binding zich vormt tussen koolstofatomen en fluoride-ionen en derhalve tussen het polymeer en het toegevoegde fluoride, - de diffusie van het fluor in ionische vorm uit het cement in de uitwendige omgeving wordt veroorzaakt 5 193558 door contacterosie van het wateroppervlak in de omgeving die het natriumfluoride oplost, onder extractie van Na+ en F', - er is geen bewijs van chemische binding tussen het hydroxyapatiet van het weefsel en het polymethylme-thacrylaat van het cement, terwijl daarentegen het fluoride-ion een aanmerkelijk tropisme voor deze 5 minerale structuur blijkt te bezitten en het wordt preferentieel daardoor ingevangen via de verplaatsing of vervanging van de hydroxyl (-OH')groepen.

Met het oog op het feit dat het percentage droog gewicht fluor dat in het botweefsel aanwezig is fysiologisch schommelt tussen het niveau van 0,06 en 0,10% en dat het veilige therapeutische traject tussen 0,21 en 0,4% ligt volgt dat men bij doseren met fluoridezout tracht de lokale F'-concentratie binnen dit 10 traject te houden.

Als gevolg is de verandering in de mechanische sterkte-eigenschappen van het cement na de toevoeging van fluoridezouten in een percentage voldoende om de bovenvermelde omstandigheden te bereiken verwaarloosbaar, zoals in de laboratoriumproeven is gedemonstreerd.

In feite ligt het traject van variatie in sterkte-eigenschappen (5-10%) duidelijk binnen de grenzen van de 15 aanvaardbare variatie in de genoemde waarden voor deze eigenschappen, welke variaties bijvoorbeeld zijn veroorzaakt door de verschillende samenstellingen van de polymeren, of de viscositeit gedurende de polymerisatietrap of opnieuw de verschillende toegepaste technieken van bereiding en cementering.

Andere voordelen zullen uit de volgende beschrijving van een aantal voorbeelden van de uitvinding duidelijk worden.

20 Onder verwijzing naar de orthopedische dosis van cement die nodig is om een prothese aan de heup te bevestigen bestaat de vaste fase van het botcement volgens de uitvinding uit 40 g poeder met de volgende samenstelling: - polymethylmethacrylaat (-(C5H802)n-) 97% - benzoylperoxide (C14H10O4) 3% 25

De vloeibare fase bestaat daarentegen uit 14 ml van de volgende samenstelling: - monomethylmethacrylaat (C5H802) 99,10% - N,N-dimethyl-p-toluïdine (CgH13N) 0,89% - hydrochinon ca. 20 dpm.

30

In het tweede voorbeeld bevat het botcement een fluoridezout en in dit geval is de samenstelling van de vaste fase als volgt: - natriumfluoride (NaF) 5% - polymethylmethacrylaat (-(C5H802)n-) 92,3% 35 - benzoylperoxide (C14H1004) 2,7%.

De samenstelling van de vloeibare fase daarentegen is identiek aan die van het vorige voorbeeld.

De in het laboratorium uitgevoerde experimentele proeven zijn uitgegaan van de verschillende typen botcement die in de handel verkrijgbaar zijn, naast uiteraard het cement van de uitvinding.

40 De instrumenten waarmee de onderstaande gegevens in de overeenkomstige tabellen zijn verkregen waren de volgende: - voor fotografische documentatie een OPTIPHOT-M microscoop voorzien van een NICON MICROFLEX FX fotografisch systeem, - voor deeltjesgroottedocumentatie een SYMPATEX laser granulometer.

45 De typen toegepast orthopedisch cementpoeder waren de volgende: monster Nr. 1 van de CMW 1 firma, monster Nr. 2 van de SYMPLEX firma, monster Nr. 3 volgens de uitvinding, monster Nrs. 4 en 5 verkregen in het laboratorium door de deeltjesafmeting van de poeders te variëren.

Uit een onderzoek met de microscoop en de laser granulometer alsmede laboratoriumproeven aan standaard 40 g doses poeder werd gevonden dat: 50 - Monster Nr. 1 bestond morfologisch uit een poeder bevattende enkele bolletjes, een bepaald aantal sferoïden met onregelmatige vorm met afmetingen gelijk aan genoemde bolletjes en amorf poeder.

22 ml vloeibaar monomeer waren noodzakelijk teneinde een pasta met een bepaalde graad van bewerkbaarheid te verkrijgen.

Uit oogpunt van mechanische sterkte-eigenschappen demonstreerden de standaardproeven uitgevoerd 55 volgens de Britse standaard BS 3531 (deel 7) dat dit monster volgens de proeven aan de waarden voldeed. Wat de deeltjesgrootte betreft wordt opgemerkt dat het percentage dat passeert door de 0,90 pm-optische zeef 3,10% was, de 10,50 μ-zeef 16,87% was, de 103,00 pm-zeef 100% was. Het berekende 193558 6 specifieke oppervlak was 0,127 m2/cm3.

- Monster Nr. 2 was uit morfologisch oogpunt in de vorm van het poeder bestaande uit een aantal bolletjes met amorf poeder, waarbij er in het geheel geen sferoïden aanwezig waren.

De hoeveelheid geabsorbeerd vloeibaar monomeer was 20 ml.

5 De mechanische sterkte-eigenschappen van genoemd monster waren in overeenstemming met de waarden vereist door de vermelde standaarden.

Uit de deeltjesgrootte-analysegegevens werd gevonden, dat het percentage dat door de 0,90 pm-optische zeef passeerde 2,38% was, de 10,50 pm-zeef 25,23%, de 103,00 pm-zeef 100%.

Het specifieke oppervlak was 0,122 m2/cm3.

10 - Monster Nr. 3 dat een uitvoeringsvorm van deze uitvinding is, bleek uit morfologisch standpunt een poeder te zijn dat in wezen bestond uit volkomen bolvormige deeltjes met verschillende afmeting, die absoluut vrij waren van deeltjes geproduceerd door het malen van het polymeer.

De hoeveelheid geabsorbeerde vloeibare fase was 14 ml.

De mechanische sterkte-eigenschappen van het monster van botcement volgens de uitvinding waren in 15 overeenstemming met de waarden vereist volgens de BS-standaarden.

Uit de deeltjesgrootte-analysegegevens werd gevonden, dat het percentage dat door de 0,90 pm-zeef passeerde 1,2% was, dat de deeltjesgrootteklassen van 2,60, 3,10 en 3,70 pm volledig ontbraken, het percentage dat door de 10,50 pm-zeef passeerde 6,68% was, terwijl het percentage dat door de 87,00 pm-zeef passeerde 100% was. Het specifieke oppervlak was 0,061 m2/cm3.

20 - Monster Nr. 4 bleek uit morfologisch standpunt een poeder te zijn dat volledig bestond uit bolletjes, waarbij amorf poeder en sferoïden volkomen ontbraken.

De hoeveelheid geabsorbeerde vloeibare fase was 13 ml.

De mechanische sterkte-eigenschappen van dit monster bereikten de minima als aangegeven door de proef.

25 Uit de deeltjesgrootte-gegevens ziet men dat de deeltjesgrootteklassen tot aan de 5,00 pm-zeef volledig ontbreken, het percentage dat door de 10,50 pm-zeef passeerde slechts 0,51% was, terwijl 100% door de 103,00 pm-zeef passeerde. Het specifieke oppervlak was 0,022 m2/cm3.

- Monster Nr. 5 bleek uit morfologisch oogpunt een poeder te zijn dat alleen uit bolletjes bestond, waarbij amorf poeder en sferoïden aldus volledig ontbraken.

30 De hoeveelheid geabsorbeerde vloeibare fase was 13 ml.

De mechanische sterkte-eigenschappen van dit monster bereikten niet de door de proef aangegeven minima. Uit de deeltjesgrootte-analysegegevens ziet men dat de vorm van de verdeling gelijk is aan die van monster Nr. 4, in feite waren de deeltjesgrootteklassen met tot de 4,30 pm-zeef volledig afwezig, het percentage dat door de 10,50 pm-zeef passeerde was slechts 1,31%, terwijl 100% door de 103,00 pm-zeef 35 passeerde. Het specifieke oppervlak was 0,025 m2/cm3.

Voor een gemakkelijke vergelijking worden de meer significante gegevens betreffende de deeltjesgrootte-analyse gemaakt aan de vijf onderzochte monsters weergegeven in tabel A.

TABEL A

40 -

Monster Nr. 1 2 3 4 5

ZEEF

van 0,90 pm 3,40% 2,38% 1,13% 0,00% 0,00% 45 0,91 +2,20 pm 4,84% 3,71% 1,13% 0,00% 0,00% 2,21+3,70 pm 1,92% 2,71% 0,03% 0,00% 0,00% 3,71+10,50 pm 6,71% 16,43% 4,39% 0,55% 1,31% 10,51 + 25,0 pm 15,85% 24,00% 17,64% 4,75% 9,32% 25,01+51,0 pm 42,66% 27,87% 49,76% 39,59% 42,66% 50 51,01 +73,0 pm 20,09% 16,88% 22,10% 38,13% 34,85% 73,01 + 87,0 pm 4,28% 4,82% 3,82% 12,42% 9,66% boven 87,01 pm 0,26% 1,21% 0,00% 4,55% 2,20% SPECIFIEK OPPERVLAK 0,12749 0,12246 0,05935 0,021894 0,02552 m2/cm3 55 GEABSORBEERD 22 20 14 13 13 MONOMEER per dosis ml 7 193558

Zoals eerder vermeld werden alle vijf typen cement onderworpen aan persproeven onder toepassing van proefmonsters die onder dezelfde omgevingsomstandigheden waren bereid en onder toepassing van een geschikte cilindrische pers met een diameter van 25 mm en een hoogte van 10 mm als aangegeven in de vermelde Britse standaard.

5 Alle hoofdmonsters werden op de dag voor de proef bereid en de proefprocedures waren in overeenstemming met de eisen van de gespecificeerde standaarden.

In de onderstaande tabel B worden de gemiddelde waarden voor de compressiesterkte, elk met betrekking tot 20 proefmonsters, verkregen als de verhouding van de vloeisterkte tot het dwarsdoorsnede-oppervlak van het proefmonster aangegeven.

10

TABEL B

Monster Nr. 1 2 3 4 5 15 COMPRESSIESTERKTE 84,5 89,0 106,0 65,0 60,0 MPa MINIMUM COMPRESSIESTERKTE: 70,0 MPa (overeenkomend met standaard BS 3531) 20 -

Uit een vergelijking van de bovenstaande monsters is het duidelijk dat een juiste keuze van het polymeer-poeder dat gebruikt moet worden om het botcement te verkrijgen uit het oogpunt van zowel morfologie als deeltjesgrootte dient te worden gemaakt.

25 Indien in feite de keuze zoals in het geval van monsters 1 en 2 valt op een type poeder bestaande uit een mengsel van polymeer in de vorm van bolletjes met verschillende afmetingen gemengd met amorf poeder en/of onregelmatige sferoïden, dan zullen er twee hoofdgevolgen uit een dergelijke keuze optreden: a. het poeder dient een aanzienlijke hoeveelheid vloeibaar monomeer te absorberen teneinde een standaard bewerkbaarheid te bereiken, 30 b. men zal orthopedische cementsoorten met mechanische sterkte-eigenschappen verkrijgen groter dan de grenzen die zijn opgelegd door de BS-acceptatiestandaarden.

Indien daarentegen de keuze valt op het type poeder dat alleen uit bolletjes met bijna gelijke diameter bestaat, zoals in het geval van monsters 4 en 5, of die in elk geval niet de bepaalde eigenschappen tussen de percentages die door de verschillende optische zeven passeren bezit, zullen de gevolgen van deze 35 keuze de volgende zijn: a. het poeder zal een minimale hoeveelheid vloeibaar monomeer moeten absorberen teneinde een bepaalde standaardbewerkbaarheid te bereiken, b. men verkrijgt orthopedische cementsoorten met mechanische sterkte-eigenschappen onder de grenzen als gespecificeerd door de BS-acceptatiestandaarden.

40 Men ziet derhalve dat in het eerste geval voordelen worden ontleend aan de bevredigende mechanische eigenschap van het cement maar niet alle nadelen die ontstaan door de aanwezigheid van een overmaat hoeveelheid vloeibaar monomeer, dat wil zeggen hoge polymerisatietemperatuur en cardiorespiratoire schok zullen niet geëlimineerd zijn.

In het tweede geval echter worden de nadelen te wijten aan de overmaat hoeveelheid vloeibaar 45 monomeer vermeden maar de mechanische sterkte-eigenschappen zijn niet voldoende om ervoor te zorgen dat de kunstmatige prothese-implantatie uiteindelijk bevredigend zal blijken te zijn.

In het geval van monster 3, dat wil zeggen in het geval van het cement volgens de uitvinding, worden door de keuze van een bepaald type pf-poeder met de genoemde morfologische en deeltjesafmetings-eigenschappen beide voordelen tezamen bereikt, zowel die welke resulteren uit de gemiddelde hoeveelheid 50 vloeibaar monomeer en die uit de optimale mechanische sterkte-eigenschappen.

Uit wat tot dusver is gesteld is het duidelijk dat de keuze van een polymeer poeder dat alleen uit bolletjes bestaat alleen geldig is indien aandacht wordt geschonken aan zowel de deeltjesafmetingen als de relatieve percentages van de verschillende fracties die door de zeef passeren.

In feite is de aanwezigheid van een fractie van 1,13% die passeert door de 0,90 pm-zeef een zeer 55 belangrijke factor, dat wil zeggen voor het vullen van de lege ruimtes die door de grotere deeltjes waarmee zij in contact zijn worden opengelaten. Dit maakt het mogelijk een meer compact en derhalve sterker cement te bereiken dat derhalve geschikt is voor orthopedische toepassingen.

Claims (4)

193558 8 Indien deze fractie groter is, bijvoorbeeld groter dan 2,00%, zoals in het geval van monster 1 en 2, overwegen oppervlakte-effecten en zou de hoeveelheid vloeibaar monomeer moeten worden verhoogd om de totale pasta te laten reageren en teneinde de vereiste graad van bewerkbaarheid te bereiken. Dit verschijnsel is zelfs nog meer opvallend indien de deeltjes niet langer bolvormig zijn en derhalve een hoog 5 specifiek oppervlak hebben. Indien de genoemde fractie volledig afwezig is, zoals in het geval van monster 4 en 5 zullen de ruimtes tussen de grotere deeltjes alleen door monomeer worden opgevuld en zal het eindresultaat een verpoeder-baar cement zijn dat niet geschikt is voor orthopedische toepassing, ongeacht het feit dat de polymerisatie-temperatuur binnen onschadelijke grenzen zal liggen. 10

1. Twee-fasencementmengsel, dat bijzonder geschikt is voor orthopedische toepassingen, en een vaste fase (a) uit polymethylmethacrylaat en, als katalysator, benzoylperoxide en een vloeibare fase (b) uit methylmethacrylaat als monomeer, N,N-dimethyl-p-toluïdine als versneller en hydrochinon als stabilisator en een extra vast toevoegsel omvat, met het kenmerk, dat de vaste fase (a) uit 97% polymethylmethacrylaat en 3% benzoylperoxide en uit alleen bolvormige deeltjes bestaat die alle een diameter tot ten hoogste 87 pm 20 hebben en waarvan de korrelverdeling als volgt is: diameter (pm) gehalte (%) tot ten hoogste 0,90 0,60 t/m 2,00 0,91 t/m 3,70 0,80 t/m 2,00 3,71 t/m 10,50 3,00 t/m 5,00 25 10,51 t/m 25,00 15,00 t/m 19,00 25.01 t/m 51,00 45,00 t/m 55,00 51.01 t/m 87,00 22,00 t/m 28,00 waarbij het totaal van de percentages van de zes gehalten gelijk is aan 100, de vloeibare fase (b) uit 30 99,10% methylmethacrylaat, 0,89% N,N-dimethyl-p-toluïdine, en 20 dpm hydrochinon bestaat, er op 40 g vaste fase (a) 14 ml vloeibare fase (b) in het twee-fasencementmengsel aanwezig is en het extra vaste toevoegsel een fluorzout is, dat geleidelijk fluoride-ionen in een hoeveelheid van 3,0 tot 9,0% berekend als fluor en betrokken op het totale mengsel uit de vaste fase (a) en de vloeibare fase (b), kan vrijmaken.

2. Twee-fasencementmengsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat ten minste één van de volgende 35 zouten in de aangegeven hoeveelheden aan de vaste fase wordt toegevoegd: natriumfluoride (NaF), ammoniumfluoride (NH4F), natriummonofluoridefosfaat (Na2P03F), kaliumfluoride (KF), magnesiumfluoride (MgF2), lithiumfluoride (LiF), zinkfluoride (ZnF2), tinfluoride (SnF2), kaliumhexafluorfosfaat (KPF6), ammo-niumhexafluorfosfaat (NH4PF6), natriumhexafluorsilicaat (Na2SiF6).

3. Twee-fasencementmengsel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de vaste fase en het 40 fluoridezout gezamenlijk in hetzelfde handelspak aanwezig zijn.

4. Twee-fasencementmengsel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de vaste fase en het fluoridezout tezamen in verschillende handelsverpakkingen aanwezig zijn.