VITAL-E & VITAL-XE®
Polyéthylène réticulé avec ajout de vitamine E
VITAL-XE® est un polyéthylène (UHMWPE) additionné de 0,1 % en poids de vitamine E (alpha-tocophérol) utilisé pour fabriquer des inserts articulaires.
La vitamine E est mélangée à la poudre de polyéthylène dès le départ, avant la formation des barres de matière première.
VITAL-XE® est un polyéthylène réticulé car il est irradié par des rayons bêta à une dose de 60 kGy, puis stérilisé à l’oxyde d’éthylène.
VITAL-XE® est utilisé pour réaliser des inserts articulaires employés dans l’arthroplastie totale de la hanche.
VITAL-E® est la version non irradiée, donc sans réticulation du polyéthylène additionné de vitamine E, stérilisée à l’oxyde d’éthylène.
VITAL-E® est utilisé pour réaliser des inserts articulaires non réticulés pour les prothèses de genou, ainsi que des têtes humérales et des glénosphères pour les prothèses d’épaule.
L’OXYDATION
La dégradation de l’UHMWPE et des polymères en général est le processus par lequel se produit une altération de la structure chimique du matériau, avec une diminution du poids moléculaire. La dégradation diminue les caractéristiques mécaniques du polyéthylène et provoque ainsi une usure précoce.
La dégradation d’un polymère se produit avec la rupture de certaines liaisons chimiques et la création de nouveaux radicaux libres lorsque, par exemple, le matériau est exposé à une quantité d’énergie supérieure à celle des liaisons chimiques elles-mêmes qui constituent les chaînes moléculaires du polymère. Ce processus, en présence d’oxygène, est appelé dégénérescence oxydative ou plus simplement oxydation.
Une fois amorcé, le processus d’oxydation est irréversible. Avec la formation de nouveaux radicaux qui réagissent avec l’oxygène, des ruptures d’autres liaisons chimiques sont déclenchées, générant d’autres radicaux et ainsi de suite, créant une réaction en chaîne qui s’auto-alimente à une vitesse croissante. La vitesse de l’oxydation dépend du nombre de radicaux présents et de la quantité d’oxygène pouvant être présente dans l’atmosphère lors des processus de transformation et de stérilisation du polyéthylène, dans lequel il peut pénétrer par diffusion pendant le stockage du produit ou une fois implanté chez le patient.
Les polyéthylènes utilisés en arthroplastie sont généralement soumis à des doses élevées d’énergie sous forme d’irradiation par rayons gamma ou bêta pour stériliser ou pour augmenter le degré de réticulation du polyéthylène. Cette irradiation produit la formation de radicaux libres actifs à l’intérieur du matériau. La plupart des radicaux libres se recombinent en formant de nouvelles liaisons transversales dans la phase amorphe du polyéthylène, c’est-à-dire la réticulation. En revanche, les radicaux libres qui se sont formés à l’intérieur de la phase cristalline du polyéthylène restent piégés longtemps sans se recombiner en de nouvelles liaisons. Ces radicaux, en présence d’oxygène, sont responsables de la rupture progressive des chaînes polymères par les réactions en cascade de l’oxydation 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, au fil du temps, une dégradation progressive de ses propriétés mécaniques et tribologiques.
LA VITAMINE « E » COMME ADDITIF STABILISANT
La stabilisation des polymères repose principalement sur la réduction de la concentration d’oxygène ou sur la réduction du nombre de radicaux libres ou de leur réactivité afin de réduire ou, théoriquement, d’éliminer le problème de l’oxydation du polyéthylène. Dans le cas du polyéthylène (UHMWPE), la stérilisation sous vide ou en atmosphère modifiée apporte des avantages, mais l’oxygène reste présent à l’intérieur du matériau en y pénétrant par diffusion lors du processus de production ; il est donc matériellement impossible d’éliminer complètement l’oxygène du polyéthylène.
Il existe sur le marché de nombreux additifs capables de limiter la réactivité des radicaux, mais malheureusement la quasi-totalité d’entre eux présente des problèmes de biocompatibilité, pourtant absolument nécessaire pour un produit destiné à être implanté dans le corps humain.
Un dopant biocompatible étudié depuis longtemps dans la littérature pour la stabilisation du polyéthylène à usage médical est la vitamine E (alpha-tocophérol). La vitamine E est présente dans de nombreux végétaux et représente un nutriment vitaminique essentiel pour le métabolisme humain.
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 à l’intérieur de l’UHMWPE. La première consiste à mélanger la vitamine E sous forme liquide à la poudre d’UHMWPE avant le processus d’extrusion des barres et l’irradiation pour la réticulation. La seconde méthode consiste au contraire à diffuser la vitamine E à l’intérieur de l’UHMWPE déjà consolidé et réticulé.
L’ajout de concentrations minimales de vitamine E dans le polyéthylène 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.
