SAĞ304U-GENEL TIBBİ ÜRÜN VE TIBBİ CİHAZ BİLGİSİ
Ünite 4: Vücuda Yerleştirilebilir Tıbbi Cihazlar
Giriş
Eksik bir biyolojik yapıyı değiştirmek, hasarlı bir biyolojik yapıyı desteklemek veya mevcut bir biyolojik yapıyı geliştirmek için üretilen kısmen veya tamamen insan vücuduna cerrahi veya tıbbi olarak yerleştirilen ve yerleştirme işleminden sonra orada kalması amaçlanan tıbbi cihazlar “vücuda yerleştirilebilir tıbbi cihazlar” diğer bir deyişle “implante edilebilir tıbbi cihaz” ve bazen de “implant” olarak tanımlanır.
Vücuda Yerleştirilebilir Tıbbi Cihazların Sınıflandırılması ve Uygulama Alanları
Dünya üzerindeki yaşlanan nüfusun artması ve bu yaşlı nüfusun özellikle nörolojik ve kardiyovasküler hastalıklarının semptomlarının ilaç kullanımıyla bertaraf edilememesi, vücuda yerleştirilebilir tıbbi cihazlara ihtiyaç duyan hasta sayısında önemli bir artışa neden olmuştur.
Geçtiğimiz altmış yılda, vücuda yerleştirilebilir tıbbi cihazlar veya sistemler, bilim ve mühendislikte, özellikle mikroelektronik, biyoteknoloji ve malzemelerdeki gelişmelere bağlı olarak çok hızlı gelişmeler göstermiştir. Günümüzde vücuda yerleştirilebilir tıbbi cihazlar, sensörler, mide ve kalp pilleri, kardiyoverter (kalp atış hızını ayarlayabilen) defibrilatörlerden, derin beyin, sinir ve kemik stimülatörleri, ortopedik tıbbi cihazlar, romatoid artrit tedavisinde kullanılan elektrikli tıbbi cihazlar, doğum kontrolü için kullanılan bakır ve hormon bazlı uterusa yerleştirilen tıbbi cihazlar, kanser vb. sebeplerle gerçekleştirilen mastektomi ameliyatlarını takiben kullanılan kozmetik amaçlı meme implantları, bazı gastrointestinal, solunum ve ürolojik hastalıklarda kullanılan çeşitli implantlara kadar uzanmaktadır.
Kullanım amaçlarına göre vücuda yerleştirilebilir tıbbi cihazlar (İmplantlar) şunlardır:
• Kardiyovasküler implantlar • Ortopedik implantlar • Duyusal ve nörolojik implantlar • Dental implantlar • Doğum kontrolü için implantlar • Kozmetik amaçlı implantlar • Diğer organ ve sistemler için implantlar
Kardiyovasküler İmplantlar
Kardiyovasküler implantlar, kalp hastalarının genel tedavi giderlerini düşüren aynı zamanda hastaların yaşam kalitesini artıran tıbbi cihazlardır. Hasta kayıplarını azaltması ve hastaların yaşam kalitesini artırmadaki başarıları nedeniyle bu cihazların yeni nesillerinin geliştirilmesi üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Kardiyovasküler hastalıklar, genel olarak hem kalbi hem de kan damarlarını etkileyen bir dizi durumu kapsamaktadır. Buna bağlı olarak kalp hastalıkları için kullanılan implantlar oldukça geniş bir yelpazede çeşitlilik göstermektedir.
Ortopedik İmplantlar
Vücuda yerleştirilen ortopedik tıbbi cihazlar, vücudun kemik ve eklemleriyle ilgili sorunları bertaraf etmeye yardımcı olan tıbbi cihazlar olarak karşımıza çıkmaktadır. Kemik kırıkları, osteoartrit, skolyoz, spinal stenoz ve kronik ağrıyı tedavi etmek için sıklıkla kullanılırlar. Örnekler arasında, kırık kemikleri iyileştirme amaçlı tutturmak için kullanılan çok çeşitli pimler, çubuklar, vidalar ve plakalar da yer almaktadır.
Vücuda yerleştirilebilir ortopedik tıbbi cihazlar, biyomateryaller için en önde gelen uygulama alanıdır. Hem osteoartrit hem de romatoid artrit, kalça, diz, omuz, ayak bileği ve dirsek gibi serbestçe hareket edebilen (sinovyal) eklemlerin yapısını etkiler. Anestezi, antisepsis ve antibiyotiklerin ortaya çıkmasından sonra, hastalara acı veren bu ağrıların giderilmesi ve kaybedilen hareketliliğin yeniden sağlanması için bu eklemlerin vücuda yerleştirilebilir ortopedik tıbbi cihazlarla değiştirilmesi mümkün olmuştur ve yüzbinlerce hastaya bu uygulamalar gerçekleştirilmiştir (Kelly, 2012).
Duyusal ve Nörolojik İmplantlar
Duyusal ve nörolojik implantlar, ana duyuları ve beyni etkileyen bozuklukların yanı sıra diğer nörolojik bozukluklarda kullanılmaktadır. Ağırlıklı olarak katarakt, glokom, keratokonus ve diğer görme bozuklukları, otoskleroz ve diğer işitme kaybı sorunları ile orta kulak iltihabı gibi orta kulak hastalıkları, epilepsi, Parkinson hastalığı ve tedaviye dirençli depresyon gibi nörolojik hastalıklar gibi durumların tedavisinde kullanılırlar.
Göze Uygulananlar
Retina implantlarına yönelik en yaygın iki yaklaşım, sırasıyla retinanın üstüne veya arkasına yerleştirilen göz protezlerine karşılık gelen “epiretinal” ve “subretinal” implantlardır.
Subretinal İmplantlar retinanın arkasında bulunan tıbbi cihazlardır. Bu tıbbi cihazlar uygulandıkları bölge itibari ile hasarlı fotoreseptörlere en yakın konumdadırlar. Gözde bulunan bazı bölümleri atlayarak retinadaki bir sonraki sinir tabakasında bulunan bipolar hücreleri uyarırlar.
Epiretinal İmplatlar retinanın üstünde bulunur ve bu nedenle retina ganglion hücrelerine (RGC’ler) en yakın konumdadır. Epiretinal implantlar, sadece hasarlı fotoreseptörleri değil, aynı zamanda bipolar, yatay ve amacrin hücreler tarafından gerçekleştirilen görme işlemlerini de atlayarak RGC’leri doğrudan uyararak görevlerini yerine getirirler.
Koklear İmplantlar (İşitme Cihazları)
Koklear implant (CI), koklea içindeki elektrotlar aracılığıyla işitme siniri liflerini doğrudan uyararak işitme sisteminin mekanik parçalarının yerini alan, cerrahi olarak vücuda yerleştirilen, elektronik tıbbi bir cihazdır. Bir kişinin koklear implant uygulamasına aday olabilmesi için, her iki kulağında ileri derecede sensörinöral işitme kaybı olması fakat işitme ile ilgili sinir sisteminin
sorunsuz çalışıyor olması gerekmektedir. Bu implantlar konuşmayı öğrenmiş işitme engelli kişilerde, konuşma ve diğer seslerin tekrar kazandırılması amacıyla kullanılmaktadır.
Denge İçin Uygulananlar (Vestibular İmplantlar)
Hasar görmüş vestibüler sistemleri olan kişiler, uzaysal yönelim bozukluğunu olarak da tanımlanabilen denge kaybının yanı sıra, işitme ve görme bozuklukları, vertigo, baş dönmesi gibi semptomları tek başına veya çeşitli kombinasyonlar hâlinde yaşayabilmekteler. Vestibüler implantlar, vestibüler sistemi hasarlı hastalarda dengeyi yeniden sağlamaya yönelik olarak geliştirilmiştir (Perez Fornos vd., 2014).
Vestibüler nöroprotez prototipi 3 ana bileşen içerir:
• Elektrik stimülatörü, • Her yarım daire şeklindeki kanalın ampulla kısmına yerleştirilen üç ekstra koklear elektrot, • Bir intracochlear elektrot.
Günümüzde ve gelecekte yapılacak çalışmalarla implante edilebilir bir vestibülar duyusal transdüksiyonu etkili bir şekilde eski haline getirebileceği yönünde umutlar vermektedir.
Koku Alma Duyusu için Uygulananlar (Olfaktör İmplantlar)
Covid19 semptomları arasında da yer alan “Anosmi”, koku ve tat kaybı olarak tanımlanmakta olup genel popülasyonun yaklaşık %5’inde görülmektedir. Sağlam bir koku alma sistemi, içme ve yemek yeme ile ilgili algının temel bir parçasıdır. Tat kaybıyla ortaya çıkan sorunların çoğu koku alma bozukluğundan kaynaklanır. Ek olarak, koku duyusu da yaşam kalitemizin merkezinde yer alır.
Koku alma implant sistemi, bir dizi kimyasal sensörle kokuları algılar ve ardından koku alma korteksindeki farklı konumlara yerleştirilmiş elektrot uyarıcı noktalara sahip bir elektrot dizisi için değişken uzay-zamansal uyarım modelleri ileterek kokulara ait parmak izleri üretir. Böylelikle koku alma korteksinde, bir denekteki koku duyusunu taklit eden farklı aktivite modelleri implant tarafından oluşturulur (Richard M. Costanzo, 2014).
Dental İmplantlar
Bir diş implantı (endosseöz implant veya fikstür olarak da bilinir), kron, köprü, protez, yüz protezi gibi bir diş protezini desteklemek veya ortodontik bir çapa görevi görmek için çene veya kafatasının kemiği ile arayüz oluşturan cerrahi bir bileşen olarak tanımlanmaktadır. İmplantların başarısı veya başarısızlığı, tedaviyi alan kişinin sağlığına, osseointegrasyon şansını etkileyen ilaçlara ve ağızdaki dokuların sağlığına bağlıdır. Normal fonksiyon sırasında implant ve fikstüre verilecek stres miktarı da değerlendirilir. Çiğneme sırasında oluşan biyomekanik kuvvetler önemli olabileceğinden,
implantların konumunu ve sayısını planlamak, protezin uzun vadeli sağlığı için anahtardır.
Doğum Kontrolü İçin İmplantlar
Kontraseptif implantlar öncelikle istenmeyen gebeliği önlemek ve patolojik olmayan menoraji formları gibi durumları tedavi etmek için kullanılan, bakır ve hormon bazlı rahim içine uygulanan tıbbi cihazları içerir.
Kozmetik Amaçlı İmplantlar
Kozmetik implantlar-genellikle protezler-vücudun bir kısmını kabul edilebilir bir estetik formuna geri getirmeye çalışır. Meme kanserine bağlı mastektominin devamı olarak, bazı şekil bozukluğunu düzeltmek ve vücudun bazı yönlerini değiştirmek için (kalça büyütme ve çene büyütme gibi) kullanılırlar. Örnekler arasında meme implantı, burun protezi, oküler protez ve enjekte edilebilir dolgu maddesi sıralanabilir (McLatchie, 2013; Wong, 2012).
Diğer Organ ve Sistemler için İmplantlar
Gastrointestinal, solunum ve ürolojik sistemler dahil olmak üzere vücudun bazı sistemlerinde organlar fonksiyonlarını kaybedebilir. İmplantlar, gastroözofageal reflü hastalığı, gastroparezi, solunum yetmezliği, uyku apnesi, üriner ve fekal inkontinans ve erektil disfonksiyon gibi durumları tedavi etmek için buralarda ve diğer yerlerde vücuda yerleştirilerek kullanılırlar.
Vücuda Yerleştirilen Tıbbi Cihazlarda Kullanılan Materyaller
Genel olarak, tıbbi cihazlar için kullanılan malzemeleri sıralayacak olursak metaller, polimerler ve seramikler gibi kategorilere ayrılabilir. Metaller metalik bağa, seramikler iyonik bağlara ve polimerler kovalent bağlara dayanır ve bu kategorilerin her biri birçok alt bölüm içermektedir. Metalik malzemeler, saf metalleri ve alaşımları içerir; seramikler, camları, cam-seramikleri ve karbonları içerir; polimerler arasında ise termosetler, termoplastikler, elastomerler bulunur. Biyomalzeme bilimi ortaya çıkıp geliştikçe, geleneksel tıbbi malzeme görüşüne, yararlı nesnelerin yapıldığı somut yaklaşımlar hakim olmuştur (Williams vd., 2009).
Metaller
Genel olarak tıbbi cihaz üretiminde biyolojik olarak en az etkileşim ve reaktif özelliklerde olan inert metaller tercih edilip kullanılmaktadır. Kobalt-krom ve titanyum bazlı implant alaşımları da kalıcı olarak implante edilebilmektedir.
Polimerler
Biyomalzeme olarak kullanılmak üzere polimerik malzemeler, çok yönlülükleri nedeniyle metaller, alaşımlar ve seramikler gibi diğer malzeme sınıflarının yerini almaktadır. Uygulamaları yüz protezlerinden trakeal tüplere, böbrek ve karaciğer parçalarından kalp bileşenlerine ve protezlerden kalça ve diz eklemlerine kadar uzanmaktadır.
Çok yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (UHMWPE), biyolojik olarak parçalanamayan polimerlerdir. Tıbbi cihazlarda polietilen tereftalat (PET) kullanımı 50 yılı aşkın süredir varlığını sürdürmektedir. PET’in mevcut tıbbi uygulamaları, implante edilebilir sütürler, cerrahi ağ, vasküler greftler, kalp kapakları için dikiş manşetleri ve perkütan erişim cihazları için bileşenleri içermektedir.
Çoğu uygulama için biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin diğer malzemelere göre avantajları bulunmaktadır. Bu malzemelerin bozunabilir doğası, malzemenin vücuttan zamanla temizlenmesine izin vererek çevreleyen ve/veya içe doğru büyüyen dokunun implanttan faydalandıktan sonra zaman içinde işlevini otonom olarak eski hâline getirmesini sağlar.
Seramikler ve Kompozitler (Composites)
En başarılı kompozit biyomalzemeler diş hekimliği alanında restoratif malzemeler veya dental dolgu malzemeleri olarak kullanılmaktadır. Karbon-karbon ve karbonla güçlendirilmiş polimer kompozitler, düşük esneklikleri nedeniyle kemik onarımı ve eklem replasmanı için büyük ilgi görse de, bu malzemeler diş hekimliği alanındaki uygulamalara uygundur. Bununla birlikte, kompozit malzemeler, düşük yoğunluk/ağırlık ve yüksek dayanıklı olmaları, bu malzemeleri organ protezleri için ideal malzemeler hâline getirmektedir.
İlaçlar ve Diğer Biyomoleküller
Terapötik etkin materyaller ile kaplanmış implantlar, son zamanlarda ortaya çıkan yeni bir eğilimi temsil eden ilaç/tıbbi cihaz kombinasyon ürünleri olarak değerlendirilmektedir. Lokalize ilaç taşımayı kolaylaştıran kombine ürünlerle ilgili uygulamalar halihazırda kardiyovasküler hastalıklardan diyabete kadar çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. İlaç ve cihaz kombinasyonları, hâlihazırda kullanılan implantların performansını ve yaşam süresini artıracak şekilde tasarlanabilir ve bu da hasta yaşam kalitesinde iyileşme sağlamaktadır. İlaç kaplı implantlar, tercih edilen moleküllerin kontrollü bir şekilde geçişine izin verirken, ilacı tutan yarı geçirgen bir bölüm olarak da işlev görürler. İlaç salımlı stentler, bu tür cihazların en iyi örnekleridir (Diener vd., 2003; Gultepe vd., 2010; Khan, 2012; Levy vd., 2012).
Vücuda Yerleştirilen Tıbbi Cihazların Taşınması Olması Gereken Özellikler
İmplante edilebilir bir tıbbi cihaz tasarımı, birkaç genel gereksinim göz önüne alınarak geliştirilmelidir. Bunlar;
• Minimum boyut ve ağırlık • Düşük güç tüketimi • Güvenilir olması • Yüksek biyolojik uyumluluğa sahip olması • Minimum toksisiteye sahip olması • Yüksek veri hızı ve veri saklayabilmesi
Vücuda Yerleştirilen Tibbi Cihazlarla İlişkili Enfeksiyonlar, Biyouyumluluk ve Biyobozunma
Bir implantın başarı derecesi, bir implant ile çevredeki doku arasındaki reaksiyonlarla belirlenir. Ortopedik implantlar söz konusu olduğunda, bu ara yüzey reaksiyonunun potansiyel olarak önemli yönlerinden biri metalik korozyon ile ilgilidir. Cerrahi implant olarak kullanılan metaller ve alaşımlar, koruyucu bir yüzey pasif filmin varlığıyla bu korozyona karşı korunmuş olurlar. Cerrahi implantların aşınmasını azaltmanın tek yolu, implant yüzeyine kaplanan pasif filmin doğasını, bileşimini ve stabilitesini iyileştiren alaşım elementlerinin eklenmesi yoluyla iyileştirilmiş yüzey özelliklerine sahip uygun bir alaşım seçmektir.
Vücuda Yerleştirilen Tıbbi Cihazların Sterilizasyonları
Enfeksiyon, implante edilebilir cihazlarla ilişkili büyük bir sorundur. Nispeten düşük virülansa sahip organizmalar, biyo-implantı kontamine ettiklerinde, kontamine implant vücuda yerleştirdikten sonra patojenite ortaya çıkmaktadır. Karşılaşılan bu olumsuz etkinin; implantın yerleştirildiği hastanın immün cevabından mı yoksa implant ile temas hâlinde bulunan biyolojik dokunun inflamatuvar cevabından mı kaynaklandığı tam olarak açıklanamamış tır. Cihazın bileşimi ve işlevi, yeri, cihazın uygulama bölgesinde bulunma süresi ve hastaya bağlı etkenler, bu tür enfeksiyonların patogenezini ve göreceli enfeksiyon oranını etkileyen faktörlerden bazılarıdır. İmplante edilebilir cihazların sterilizasyonu, cihaz üzerindeki mikroorganizmaları yok etmek için gerçekleştirilir.