VITAL-E & VITAL-XE®
Polietilene addizionato con Vitamina E reticolato
VITAL-XE® è un polietilene (UHMWPE) addizionato con lo 0,1% in peso di Vitamina E (alpha-tocoferolo) utilizzato per realizzare inserti articolari.
La vitamina E viene fin da subito miscelata alla polvere del polietilene prima della formazione delle barre di materia prima.
VITAL-XE® è un polietilene reticolato poiché viene irradiato con raggi beta mediante una dose di 60 kGy e quindi sterilizzato in ossido di etilene.
VITAL-XE® viene impiegato per realizzare inserti articolari impiegati in artroprotesi totale d’anca.
VITAL-E® è la versione non irradiata, quindi senza reticolazione del polietilene addizionato con Vitamina E, sterilizzata mediante ossido di etilene.
VITAL-E® viene impiegato per realizzare inserti articolari non cross-linkati di protesi di ginocchio oltre a teste omerali e glenosfere per le protesi di spalla.
L’OSSIDAZIONE
La degradazione del UHMWPE e dei polimeri in generale è quel processo tale per cui si ha un’alterazione della struttura chimica del materiale con una diminuzione del peso molecolare. La degradazione diminuisce le caratteristiche meccaniche del polietilene e, quindi, causa un’usura precoce.
La degradazione di un polimero avviene con la rottura di alcuni legami chimici e la creazione di nuovi radicali liberi quando ad esempio il materiale viene esposto ad una quantità di energia superiore a quella dei legami chimici stessi di cui sono costituite le catene molecolari del polimero. Tale processo in presenza di ossigeno viene chiamato degenerazione ossidativa o più semplicemente ossidazione.
Una volta innescato, il processo ossidativo è irreversibile. Con la formazione di nuovi radicali che reagiscono con l’ossigeno si innescano rotture di altri legami chimici che generano altri radicali e così via, creando una reazione a catena che si autoalimenta a velocità crescente. La velocità dell’ossidazione dipende dal numero di radicali presenti e dalla quantità di ossigeno che può essere presente nell’atmosfera durante i processi di lavorazione e sterilizzazione del polietilene nel quale può penetrare per diffusione durante l’immagazzinamento del prodotto o una volta impiantato nel paziente.
I polietileni impiegati in artroprotesi vengono tipicamente sottoposti a dosi elevate di energia sotto forma di irraggiamento a raggi gamma o beta per sterilizzare o per aumentare il grado di reticolazione del polietilene. Tale irraggiamento produce la formazione di radicali liberi attivi all’interno del materiale. La maggior parte dei radicali liberi si ricombina formando nuovi legami trasversali nella fase amorfa del polietilene, la reticolazione appunto. I radicali liberi invece che si sono formati all’interno della fase cristallina del polietilene rimangono a lungo intrappolati senza ricombinarsi in nuovi legami. Tali radicali in presenza di ossigeno sono responsabili della progressiva rottura delle catene polimeriche attraverso le reazioni a cascata dell’ossidazione e di conseguenza, sono responsabili della riduzione delle proprietà meccaniche del polietilene.
L’ossidazione determina la degradazione della struttura molecolare del polietilene e quindi nel tempo ne causa un progressivo decadimento delle proprietà meccaniche e tribologiche.
LA VITAMINA “E” COME ADDITIVO STABILIZZANTE
La stabilizzazione dei polimeri si basa principalmente sulla riduzione della concentrazione di ossigeno o sulla riduzione del numero di radicali liberi o della loro reattività per ridurre o teoricamente eliminare il problema dell’ossidazione del polietilene. Nel caso del polietilene (UHMWPE), sterilizzare in vuoto o in atmosfera modificata porta dei vantaggi ma l’ossigeno è comunque presente all’interno del materiale penetrando per diffusione durante il processo produttivo; è quindi materialmente impossibile eliminare completamente l’ossigeno dal polietilene.
Sul mercato esistono molti additivi in grado di limitare la reattività dei radicali, purtroppo la quasi totalità ha problemi di biocompatibilità, assolutamente necessaria per un prodotto da impianto nel corpo umano.
Un dopante biocompatibile che in letteratura è da tempo studiato per la stabilizzazione del polietilene per uso medicale è la vitamina E (alpha-tocoferolo). La vitamina E è presente in molti vegetali e rappresenta un nutriente vitaminico essenziale per il metabolismo nell’uomo.
La stabilizzazione del UHMWPE mediante vitamina E è stata introdotta come metodo alternativo per garantire resistenza all’ossidazione senza sacrificare le proprietà meccaniche del UHMWPE. Due sono le metodiche per introdurre basse concentrazioni (0.05%-1%) di vitamina E all’interno del UHMWPE. La prima consiste nella miscelazione della vitamina E in forma liquida alla polvere di UHMWPE prima del processo di estrusione delle barre e dell’irraggiamento per il cross-linkaggio. La seconda metodica consiste invece nel diffondere la vitamina E all’interno del UHMWPE già consolidato e cross-linkato.
L’aggiunta di minime concentrazioni di vitamina E nel polietilene elimina il problema dell’ossidazione e di conseguenza aumenta la sua longevità.
BIBLIOGRAFIA
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.
