Tribochemical Component of Oxidizing Stress Development at Joint Replacement. Part I. Determination of Radical-Forming Ability of Wear Particles from Various Orthopaedic Materials


Cite item

Full Text

Abstract

Using the model reaction of cumene oxidation the radical-forming ability of wear particles of some orthopaedic alloys and corundum ceramics were studied. It was revealed that wear particles from different alloys catalyzed cumene oxidation whereas particles of corundum ceramics were inert. Cobalt alloy wear particles were much more active as compared with the titanium alloy and stainless steel particles. Production of cobalt alloy by laser sintering reduced the radical-forming ability of its wear particles. Activity of cobalt wear particles was preserved for a long time after their formation and could considerably strengthen the development of oxidizing stress at joint arthroplasty. Detection of catalytic activity of orthopaedic alloys' wear particles requires studying of the influence of free radicals generated by tribochemical reaction upon implant components and biological tissues.

About the authors

V G Bulgakov

ЦИТО

Email: bulgakov_cito@mtu-net.ru
канд. биол. наук, старший науч. сотр. отдела экспериментальной травматологии и ортопедии ЦИТО; ЦИТО

N S Gavryushenko

ЦИТО

профессор, доктор тех. наук, руководитель испытательной лаборатории ЦИТО; ЦИТО

A N Shal'nev

ЦИТО

доктор мед. наук, зав. отделом экспериментальной травматологии и ортопедии ЦИТО; ЦИТО

V F Tsepalov

Институт биохимической физики им. Н.М. Эммануэля РАН

профессор, доктор хим. наук, консультант Института биохимической физики им. Н.М. Эммануэля РАН; Институт биохимической физики им. Н.М. Эммануэля РАН

References

  1. Булгаков В.Г., Гаврюшенко Н.С., Цепалов В.Ф. Количественная оценка радикалообразующей способности частиц износа ортопедических сплавов //Перспективные материалы. - 2004. - N 3. - С. 49-54.
  2. Феклисова Т.Г., Харитонова А.А., Пирогов О.Н.и др. Некоторые особенности трибохимического окисления углеводородов //Трение и износ. - 1985. - Т. 6, N 2. - С. 339-346.
  3. Bцhler M., Kanz F., Schwarz B. et al. Adverse tissue reactions to wear particles from Co-alloy articulations, increased by alumina-blasting particle contamination from cementless Ti-based total hip implants. A report of seven revisions with early failure //J. Bone Jt Surg. - 2002. - Vol. 84B, N 1. - P. 128-136.
  4. Catelas I., Bobyn J.D., Medley J.B. et al. Effects of digestion protocols on the isolation and characterization of metal-metal wear particles. I. Analysis of particle size and shape //J. Biomed. Mater. Res. - 2001. - Vol. 55, N 3. - P. 320-329.
  5. Catelas I., Bobyn J.D., Medley J.J. et al. Effects of digestion protocols on the isolation and characterization of metal-metal wear particles. II. Analysis of ion release and particle composition //J. Biomed. Mater. Res. - 2001. - Vol. 55, N 3. - P. 330-337.
  6. Cheng Y.J., Chien C.T., Chen C.F. Oxidative stress in bilateral total knee replacement, under ischaemic tourniquet //J. Bone Jt Surg. - 2003. - Vol. 85B, N 5. - P. 679-682.
  7. Costa L., Jacobson K., Bracco P. et al. Oxidation of orthopaedic UHMWPE //Biomaterials. - 2002. - Vol. 23, N 7. - P. 1613-1624.
  8. Haynes D.R., Crotti T.N., Haywood M.R. Corrosion of and changes in biological effects of cobalt chrome alloy and 316L stainless steel prosthetic particles with age //J. Biomed. Mater. Res. - 2000. - Vol. 49, N 2. - P. 167-175.
  9. Hukkanen M., Corbett S.A., Platts L.A. et al. В.Ф. Nitric oxide in the local host reaction to total hip replacement //Clin. Orthop. - 1998. - N 352. - P. 53-65.
  10. Kennedy J.C., O'Grady P., McCarthy D.R. et al. An inves- tigation into the role of oxygen free radical scavengers in preventing polymethylmethacrylate-induced necrosis in an osteoblast cell culture //Orthopedics. - 2000. - Vol. 23, N 5. - P. 481-485.
  11. Kossovsky N., Liao K., Millett D. et al. Periprosthetic chronic inflammation characterized through the measurement of superoxide anion production by synovial-derived macrophages //Clin. Orthop. - 1991. - N 263. - P. 263-271.
  12. Leonard S., Gannett P.M., Rojanasakul Y. et al. Cobalt-mediated generation of reactive oxygen species and its possible mechanism //J. Inorg. Biochem. - 1998. - Vol. 70, N 3-4. - P. 239-244.
  13. Lison D., Carbonnelle P., Mollo L. et al. Physicochemical mechanism of the interaction between cobalt metal and carbide particles to generate toxic activated oxygen species //Chem. Res. Toxicol. - 1995. - Vol. 8, N 4. - P. 600-606.
  14. Niki Y., Matsumoto H., Suda Y. et al. Metal ions induce bone-resorbing cytokine production through the redox pathway in synoviocytes and bone marrow macrophage //Biomaterials. - 2003. - Vol. 24, N 8. - P. 1447-1457.
  15. Soloviev A., Schwarz E.M., Darowish M., O'keefe R.J. Sphingomyelinase mediates macrophage activation by titanium particles independent of phagocytosis: A role for free radicals, NFkappaB, and TNFalpha //J. Orthop. Res. - 2005. - Vol. 23, N 6. P. 1258-1265.
  16. , Zhang Q., Kusaka Y., Sato K. et al. Differences in the extent of inflammation caused by intratracheal exposure to three ultrafine metals: role of free radicals //J. Toxicol. Environ. Health A. - 1998. - Vol. 53, N 6. - P. 423-438.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2010 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».