VITAL-E & VITAL-XE®
Polyéthylène réticulé additionné de vitamine E
VITAL-XE® est un polyéthylène (UHMWPE) additionné de 0,1% (en poids) de vitamine E (alpha-tocophérol) utilisé par Permedica pour la fabrication des inserts articulaires. La vitamine E est mélangée à la poudre de polyéthylène immédiatement avant la formation de la barre de matière première.
VITAL-XE® est considéré comme un polyéthylène réticulé car il est irradié par des rayons bêta avec une dose de 60 kGy, puis stérilisé à l’ETO.
VITAL-XE® est utilisé pour la réalisation d’inserts articulaires dans les arthroplasties totales de la hanche.
VITAL-E® est la version non irradiée, donc sans réticulation du polyéthylène Vitamine E et stérilisé à l’ETO.
VITAL-E® est utilisé pour les inserts prothétiques du genou non réticulés, en plus des têtes humérales et des glénosphères pour les prothèses d’épaule.
OXYDATION
La dégradation de l’UHMWPE et des polymères en général est un processus qui modifie la structure chimique du matériau, ce qui diminue son poids moléculaire. La dégradation diminue les caractéristiques mécaniques du polyéthylène et provoque donc une usure précoce.
La dégradation d’un polymère s’accompagne de la rupture des liaisons chimiques et de la création de nouveaux radicaux libres, par exemple lorsque le matériau est exposé à une quantité d’énergie supérieure à celle des liaisons chimiques qui composent la chaîne moléculaire du polymère. En présence d’oxygène, ce processus s’appelle dégénérescence oxydative ou oxydation.
Une fois que le processus d’oxydation commence, il est irréversible. La formation de nouveaux radicaux libres qui réagissent avec l’oxygène déclenche ensuite la rupture d’autres liaisons chimiques qui génèrent ensuite d’autres radicaux libres et ainsi de suite, créant une réaction en chaîne qui se génère rapidement. La vitesse d’oxydation dépend du nombre de radicaux libres présents et de la quantité d’oxygène pouvant être présente dans l’atmosphère lors des processus de fabrication et de stérilisation du polyéthylène, qui peut également pénétrer pendant le stockage du produit ou une fois implanté chez le patient.
Le polyéthylène utilisé dans les systèmes de remplacement articulaire subit généralement des doses d’énergie élevées sous forme d’irradiation aux rayons gamma ou bêta pour stériliser ou augmenter le niveau de réticulation du polyéthylène. Une telle irradiation produit la formation de radicaux libres actifs à l’intérieur du matériau. La majeure partie des radicaux libres se recombinent en formant de nouveaux liens transversaux au cours de la phase amorphe du polyéthylène – la phase de réticulation. Au lieu de cela, les radicaux libres qui se forment au stade cristallin du polyéthylène restent emprisonnés sans se recombiner en de nouveaux liens. En présence d’oxygène, ces radicaux sont responsables de la rupture progressive des liaisons polymères par des réactions en chaîne oxydatives et, par conséquent, sont responsables de la réduction des propriétés mécaniques du polyéthylène.
L’oxydation détermine la dégradation de la structure moléculaire du polyéthylène et entraîne donc, avec le temps, un déclin progressif des propriétés mécaniques et tribologiques.
LA VITAMINE E COMME ADDITIF DE STABILISATION DU POLYETHYLENE
La stabilisation des polymères repose principalement sur la réduction de la concentration en oxygène ou sur la réduction du nombre de radicaux libres ou de leur réactivité, ou sur la réduction ou l’élimination théorique du problème de l’oxydation du polyéthylène. Dans le cas du polyéthylène (UHMWPE), la stérilisation sous vide ou en atmosphère modifiée apporte des avantages, mais de l’oxygène est néanmoins présent dans le matériau et pénètre de manière diffuse pendant le processus de production; et par conséquent, il est matériellement impossible d’éliminer complètement l’oxygène du polyéthylène.
Il existe de nombreux additifs sur le marché capables de limiter la réactivité des radicaux libres. Malheureusement, la plupart d’entre eux présentent des problèmes de biocompatibilité, ce qui est absolument nécessaire pour que les produits soient implantés dans le corps humain.
La vitamine E (alpha-tocophérol) est un médicament biocompatible étudié dans la littérature depuis un certain temps pour la stabilisation du polyéthylène à des fins médicales. La vitamine E est présente dans de nombreux légumes et représente un nutriment essentiel pour l’homme.
La stabilisation de l’UHMWPE par la vitamine E a été introduite comme méthode alternative pour garantir la résistance à l’oxydation sans sacrifier les propriétés mécaniques de l’UHMWPE. Il existe deux méthodes pour introduire de faibles concentrations (0,05% à 1%) de vitamine E dans l’UHMWPE. La première consiste à mélanger une forme liquide de vitamine E dans la poudre de UHMWPE avant le processus d’extrusion, puis à réticuler la barre. La deuxième méthode consiste à mélanger la vitamine E au UHMWPE déjà consolidé et réticulé.
L’ajout de concentrations minimales de vitamine E dans l’UHMWPE élimine le problème de l’oxydation et augmente par conséquent sa longévité.
BIBLIOGRAPHIE
Torre M, Brach Del Prever E, Costa L, Romanini E, Masciocchi M, Manno V. Materiali innovativi in ortopedia: il polietilene reticolato.
Ann Ig 2011;23:81-90.
