FR2632189A1

FR2632189A1 - Melange de ciment a deux phases, particulierement adapte a des utilisations orthopediques

Info

Publication number: FR2632189A1
Application number: FR8906487A
Authority: FR
Inventors: Giovanni Faccioli; Basilio Mauro De Bastiani; Bruno Magnan; Renzo Soffiatti
Original assignee: Tecres SpA
Current assignee: Tecres SpA
Priority date: 1988-06-01
Filing date: 1989-05-18
Publication date: 1989-12-08
Anticipated expiration: 2009-05-18
Also published as: FR2632189B1; DK264889D0; JPH0236873A; SE8901627L; ATA129389A; DK173634B1; NO891893D0; NO177086B; BE1003304A3; DK264889A; US5004501A; GB2219303B; ES2013928A6; CH677613A5; AU615068B2; MX172835B; SE8901627D0; DE3826886C2; IT8884950A0; AU3512589A

Abstract

L'invention concerne un mélange de ciment à deux phases, particulièrement adapté à l'utilisation orthopédique, dans lequel la phase solide est constituée par un polymère, du méthacrylate de polyméthyle, et par un catalyseur, du peroxyde de benzoile, tandis que la phase liquide est constituée par un monomère du méthacrylate de monométhyle, par un accélérant N-N-dyméthyle-p-toluidine, et par une hydroquinone. Ledit polyméthacrylate est pulvérulent, avec des particules ayant la forme d'une sphère et présentent une granulométrie choisie judicieusement. A ladite phase solide peut être ajouté du fluor sous forme saline, qui libère des ions de fluor, en les mettant à disposition de la partie osseuse avec laquelle ledit mélange est en contact lorsque ce dernier est utilisé pour fixer une prothèse à un os.

Description

MELANGE DE CIMENT A DEUX PHASES, PARTICULIEREMENT ADAPTE

A DES UTILISATIONS ORTHOPEDIQUES

L'invention concerne un mélange de ciment à deux phases, particulièrement adapté à des utilisations orthopédiques, avec une phase solide pulvérulente constituée principalement de polymères et une phase liquide composée principalement de monomères. Ces phases sont ensuite réunies au moment de l'utilisation pour former une résine de consistance plastique, qui durcit

ensuite avec le temps.

Ce mélange, appelé' communément ciment osseux, est connu pour son utilisation en chirurgie orthopédique pour fixer solidement des prothèses de types divers aux points les plus variés du squelette humain. Le terme "ciment" pourrait laisser croire injustement qu'il s'agit d'un agent collant. En réalité, son action consiste au contraire à remplir parfaitement les espaces existant entre la prothèse, généralement métallique, et la cavité osseuse préparée pour l'implantation de celle-ci. Cette action de remplissage, associée à unelégère expansion physique de la résine durant la polymérisation, assure un ancrage mécanique et la parfaite congruence de l'implant avec l'os. L'emploi le plus connu de ce ciment osseux, auquel il sera fait référence sans pour autant limiter la portée de l'invention, est celui lié à

l'application de la-prothèse de la hanche.

Cette technique de fonctionnement est illustre schématiquement ci-dessous, afin de mieux comprendre

cette invention.

Une fois diagnostiquée la nécessité de remplacer la tête du fémur par une prothèse, on met cette tête à nu par chirurgie, de manière à pouvoir en effectuer la résection. On procède ensuite à l'alésage du canal médullaire, de manière à ce que la cavité s'adapte à la

forme de la prothèse.

On procède ensuite à la préparation du ciment, en unissant la phase liquide à la phase solide et en

amalgamant le tout jusqu'à obtenir un mélange plastique.

Le ciment ainsi obtenu est introduit dans le canal médullaire, et, tandis qu'il est encore plastique, on y

immerge la prothèse et on la positionne correctement.

Après une attente de dix à quinze minutes durant lesquelles le ciment durcit, on replace en position

correcte le fémur et la nouvelle tête.

Une procédure analogue est appliquée pour le positionnement d'une cotyle prothétique fixée à la composante articulaire du bassin. On procède ensuite à la fermeture de l'ouverture chirurgicale pratiquée, et

l'intervention est ainsi achevée.

Comme le ciment orthopédique est placé en contact direct avec le tissu osseux, la composition chimique de ce dernier est illustrée. Le tissu osseux se compose de deux constituants: un constituant non organique, dit également minéral, qui constitue le soutien rigide du tissu, et un constituant organique, dit également biologique, qui représente la partie "vivante" de la structure. Le constituant minéral se compose d'hydroxypatite de calcium, qui précipite dans le tissu sous forme de cristaux, par suite d'une réaction biochimique qui se produit dans la matrice organique du tissu, dans des conditions de milieu particulières (PH, concentration,

etc,.) et en présence d'enzymes.

Le constituant organique de la structure se ramène à du tissu conjonctif, c'est-à-dire à un ensemble de cellules plus ou moins spécialisées et actives, contenues dans une matrice produite par les cellules elles-mêmes. C'est dans cette matrice, produite par les ostéoblastes, c'est-à-dire les cellules spécialisées dans la formation du tissu osseux, que précipitent les

cristaux minéraux, produisant ainsi de l'hydroxypatite.

Le tissu osseux ainsi structuré, une fois mature, s'organise en lamelles qui peuvent former des trabécules osseuses ou du tissu osseux plus compact, appelé

- également cortical.

Les cellules contenues dans le tissu osseux métaboliquement stationnaire s'appellent des ostéocites, tandis que les cellules servant à démolir et à

réabsorber le tissu s'appellent les ostéoclastes.

Les ostéoblastes comme les ostéoclastes sont des cellules métaboliquement actives et sujettes à de nombreuses régulations de type physiologique ou induites artificiellement, que ce soit de nature chimique, biologique ou physique, qu'elles soient transmises à ces cellules par des substances chimiques, comme des hormones ou des médicaments, ou par des sollicitations physiques, de type mécanique ou encore de type électrique ou électromagnétique. L'expérience clinique, par suite d'un implant prothétique orthopédique cimenté avec de la résine acrylique, a montré que l'utilisation des ciments osseux connus présente les inconvénients suivants. Un certain nombre de cas présentent un décollement ou une mobilisation aseptique de l'implant après une

période de temps variable.

Ce phénomène constitue la complication majeure présentée par cette technique chirurgicale, et en définitive l'élément qui conditionne le résultat de

l'intervention toute entière.

Ce décollement survient au niveau de l'interface ciment-os et se manifeste par la réabsorption localisée du tissu osseux entourant l'implant, et par la substitution dudit tissu par un tissu fibreux réactif, pouvant atteindre une épaisseur importante, qui provoque

la mobilisation de l'implant.

Dans le mécanisme qui provoque ce décollement, la littérature mondiale attribue un rôle primordial à la température élevée atteinte par le mélange durant le durcissement, à la suite des réactions hexothermiques produites par la polymérisation. La température atteinte par le mélange durant la polymérisation va, dans l'utilisation clinique, de 70 C à 90 C selon les ciments utilisés, comme l'illustre l'article de Mjoberg B., Rydholm A et al. "Low-versus high-viscosity bone cement" publié dans Acta Ortop Scand: 58, 106-108, en 1987. Le mélange à haute température en contact avec la surface osseuse interne du canal médullaire produit une brûlure du tissu osseux, qui produit par la suite la formation d'une membrane nécrotico-fibreuse, constituée par des cellules osseuses mortes, qui enveloppe

complètement la masse de ciment introduite dans l'os.

Cette membrane s'accroît avec le temps. Par suite des sollicitations répétées de la prothèse, déterminées par la charge transférées sur celleci, cette membrane est comprimée et écrasée, créant de ce fait un jeu entre

l'implant prothèse-ciment et l'os.

Du fait de ce jeu, la prothèse cimentée présente un mouvement toujours plus important, ce qui entame et amplifie l'usure des matériaux jusqu'à ce que

l'articulation reconstruite ne remplisse plus son rôle.

Dans certains cas, juste après l'introduction du ciment dans la cavité médullaire de l'os, le patient souffre d'une dépression cardiorespiratoire due à l'excès de monomère à l'état liquide en contact avec le

tissu osseux.

Lorsque cette dépression se produit, il est nécessaire d'administrer au patient encore sous intervention des médicaments adéquats pour lui éviter des collapsus cardio-respiratoires. Cet effet peut être au moins atténué en diminuant la quantité du monomère à l'état liquide nécessaire pour un mélange dans des

proportions correctes.

Le recours aux sels de fluor par voie orale dans le traitement des syndromes ostéoporotiques, c'est-à-dire les syndromes de raréfaction pathologique de la structure osseuse, se fonde sur les observations menées par le Dr Roholm lors d'inhalation ou d'ingestion de quantités importantes de composés fluorés par des travailleurs exposés en théorie dans leur vie professionnelle. Les mécanismes d'action des fluorés sur le tissu osseux sont contrôlables et reproductibles, comme indiqué dans les articles de différents auteurs dans la revue "Fluoride in medecine" Vischer T.L. El.,

de 1970.

L'action du fluor s'explique par un double mécanisme, un de type biochimique, l'autre de type

biologique.

Dans le mécanisme biochimique, l'ion de fluor est incorporé à la structure minérale de l'os, et il s'ensuit une augmentation des dimensions du cristal d'hydroxyapatite. Ceci détermine la diminution de la solubilité à l'eau de l'hydroxypatite et l'augmentation de la force de liaison entre la matrice organique et ces cristaux, ce qui détermine une amélioration des caractéristiques proprement mécaniques de la structure osseuse. Une augmentation de l'indice de cristallisation a été déterminée expérimentalement par des mesures

effectuées à l'aide d'un spectromètre à infrarouges.

En revanche, dans le mécanisme biologique, on produit une stimulation directe des ostéoblastes, observable grâce à l'augmentation de leur nombre et de leur activité, même si c'est par des modifications transitoires de leur morphologie, avec pour conséquence une néogénération de matrice osseuse non calcifiée. Une conséquence en voie de morphométrie cellulaire est une augmentation en volume des trabécules pouvant atteindre

20% dès la première année de traitement.

En référence au mécanisme biochimique, il faut noter que l'ion de fluor est rapidement capté par le tissu osseux et incorporé à la structure minérale de

l'hydroxyapatite, o il déplace le groupe hydroxyle (-

OH-) pour former de l'hydroxyapatite fluorée (FAP). L'ion fluoré peut déplacer jusqu'à 25 % des radicaux hydroxyles de l'hydroxyapatite, avec une concentration maximum à la saturation de l'os égale à 20 000-35 000 parties par million, équivalent à 40-70 mg de fluorure

de sodium (NaF) par gramme de tissu osseux.

Cette valeur représentera toutefois le maximum

théorique par rapport à la saturation chimique de l'os.

Les valeurs réelles dosables au cours des traitements par voie orale comme dans la fluorose osseuse professionnelle sont évidemment bien moins importantes à cause de l'état d'équilibre qu'on parvient à instaurer entre la quantité hypothétique, la quantité éliminée par excrétion rénale, la quantité captée par les os et la quantité libérée par l'effet de diffusion du fluor présent dans les os, qui est d'environ deux ans. Cette administration systémique de fluor, ou bien

par voie orale, présente les inconvénients suivants.

Le médicament à doses élevées peut déterminer une accumulation excessive de fluor dans tout le squelette, avec en conséquence une fluorose osseuse pathologique, et présenter un phénomène de toxicité pour certains organes du patient, ce qui rend nécessaire une diminution du dosage du médicament, et peut de plus induire un niveau d'accumulation locale de fluor

inacceptable, ou à l'endroit de l'implant.

L'objectif de l'invention est d'au moins minimiser

les inconvénients mentionnés.

L'objectif a été rempli selon l'invention grâce à un mélange de ciment à deux phases, particulièrement adapté à l'utilisation orthopédique, composé d'une phase solide constituée par un polymère méthacrylate de polyméthyle (-(C5H.02)n-) et par un catalyseur sous forme de peroxyde de benzoile (Cl4HI004), et d'une phase liquide constituée par un monomère de méthacrylate de monométhyle (C5HB02), un accélérateur N-N-dyméthyle-ptoluidine (C9H13N), et par un stabilisateur hydroquinone, caractérisé en ce que: a) - la phase solide est constituée uniquement de particules de forme sphérique, b) - les particules sont présentes dans le crible selon différents diamètres jusqu'à 87,00pm, et c) - les particules d'un diamètre allant jusqu'à 0,90 um

représentent la partie comprise entre 0,6 % et 2,0 %.

Les recherches menées sur le phénomène de décollement ont conduit à mettre en évidence les facteurs suivants comme étant déterminants dans le décollement: - la réaction inflammatoire chronique provoquée par les détritus des matériaux employés pour les prothèses; - l'affaissement mécanique du ciment et des autres matériaux employés, du fait des charges importantes et variables cycliquement auxquelles sont soumis les matériaux durant l'utilisation quotidienne de la prothèse; - la lésion du tissu osseux provoquée par le contact direct avec la résine acrylique durant la polymérisation, due à la chaleur élevée libérée par la résine par suite d'une réaction de polymérisation exothermique; comme le montre la littérature sur le sujet, le seuil de dommage thermique est d'environ 70 C pour les structures biologiques, au-delà de ce seuil, ces structures sont dénaturées de façon irréversible; - la réaction biologique "autodestructrice" ou catabolique du tissu osseux, provoquée par les stimulations biomécaniques anormales dues à l'implant prothétique sous charge et exercées par rapport à

l'interface ciment-os.

Les causes de décollement ci-dessus étant reconnues, afin de prévenir ou au moins de limiter ce phénomène, on s'est orienté vers la réalisation d'un ciment osseux caractérisé par de meilleures prestations de résistance mécanique, par une basse température de polymérisation en dessous du seuil de dommage thermique aux structures biologiques, et associé à des sels de fluor, lesquels peuvent libérer localement des ions de fluor, en concentration suffisante et non nocive, de

manière graduelle et prolongée dans le temps.

L'avantage principal offert par l'invention est constitué par le fait que, grâce à un choix judicieux de la granulométrie et de la forme des particules constituant la phase solide du ciment osseux, la quantité de monomère à l'état liquide nécessaire pour qu'une dose entière de poudre de ciment réagisse complètement et obtenir ainsi un mélange précis et homogène est énormément réduite par rapport aux

quantités habituellement utilisées.

Cette réduction de la quantité de liquide, compte tenu du fait que la chaleur dégagée dans la réaction de polymérisation est proportionnelle à la quantité de liquide, détermine une réduction proportionnelle de la quantité de chaleur émise dans la réaction de polymérisation, ce qui se traduit ensuite, à égalité de masse de ciment, par une réduction de la température de

polymérisation absolue.

Cette température est ainsi maintenue à moins de C par rapport aux 70 /90 C atteints lors de l'utilisation clinique des ciments connus, sans influencer négativement pour autant sur les

caractéristiques mécaniques de résistance du produit.

Un deuxième avantage, toujours déterminé par la réduction de la quantité de phase liquide employée pour obtenir le mélange de ciment, est représenté par le fait

que les probabilités de risque de collapsus cardio-

respiratoire du patient consécutives à l'administration

du monomère liquide diminuent.

Un autre avantage, confirmé par les expériences menées sur des échantillons de ciment selon l'invention, conduites en laboratoire selon les normes britanniques ISO0/DP 5833/1, est représenté par l'amélioration des caractéristiques mécaniques du ciment par rapport aux caractéristiques mécaniques analogues des ciments connus obtenues selon les mêmes essais et reportées au tableau II. Un avantage supplémentaire est représenté par l'ajout de fluor, sous forme de sel, directement dans le ciment osseux. En effet, l'administration du fluor in loco en contact avec l'os qui doit le recevoir, en éliminant les inconvénients de l'administration par voie systémique améliore de façon notable la disponibilité du fluor pour l'os, en gardant le fluor à disposition pendant un grand laps de temps. En effet, on sait que l'importance de la diffusion est liée à divers facteurs tels que la dimension des molécules de l'additif, la température et l'hydratation du milieu, l'étendue de la

surface de contact ciment-milieu.

En outre, il a été contrôlé que l'importance de la diffusion est plus importante en présence: - d'un lien chimique minimum ou en l'absence de lien chimique entre l'additif et le polymère constituant le ciment; - de molécules de l'additif de petites dimensions; - d'une température élevée; - d'une grande surface de contact entre le polymère et le tissu osseux;

- de liquides biologiques en contact avec le polymère.

A la lumière de ces recherches, et en sortant du champ étroit de l'application des antibiotiques, on est parvenu à la conclusion que le fluorure de sodium est une substance particulièrement adaptée à la diffusion

locale de manière lente et contrôlée.

En effet, le fluorure de sodium présente les caractéristiques suivantes: il contient plus de fluor par unité de poids; - sa molécule est simple et de dimensions assez réduite; - les liens chimiques entre atome de carbone et ion de fluor, et donc entre le polymère et le fluorure ajouté, sont impossibles; - la diffusion du fluor sous forme ionique depuis le ciment dans le milieu externe est dû à l'érosion au contact superficiel de l'eau présente dans le milieu qui porte le fluorure de-sodium en solution, en extrayant Na et F_; - il n'a pas été relevé de lien chimique entre l'hydroxyapatite du tissu osseux et le polyméthacrylate de méthyle du ciment, au contraire, l'ion de fluor possède un tropisme assez marqué pour cette structure minérale et celle-ci le capte par élection pour le

déplacement de groupes hydroxyle. (-OH:).

Compte tenu du fait que le pourcentage en poids sec de fluor présent dans le tissu osseux oscille au niveau physiologique entre 0,06 % et 0,10 % et que l'intervalle thérapeutique de sécurité oscille entre 0,21 % et 0,4 %, il s'ensuit que le dosage de sel de fluor vise à contenir la concentration de F- localement dans cette fourchette. De ce fait, l'altération des caractéristiques de résistance mécanique du ciment par suite de l'ajout de sels de fluor selon un taux adapté à l'obtention des conditions exposées ci-dessus est négligeable, comme le

démontrent les tests de laboratoire.

En effet, l'importance de la variation des caractéristiques de résistance (5-10 %) rentre parfaitement dans les limites d'une oscillation acceptable des valeurs moyennes de ces caractéristiques, oscillation due par exemple aux diverses compositions des polymères, ou à la viscosité durant la phase de polymérisation ou encore aux diverses techniques de

préparation et de cimentation utilisées.

D'autres avantages apparaîtront au cours de la

description détaillée ci-dessous de certains modes de

réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple,

mais non limitatifs.

En référence à une dose de ciment orthopédique nécessaire pour fixer une prothèse de la hanche, la phase solide du ciment osseux selon l'invention est constituée par 40 g de poudre dont la composition est la suivante: méthacrylate de polyméthyle (-(C5H802).-) 97 % - péroxyde de benzoile (C14HoO004) 3 % La phase liquide est constituée en revanche de 14 ml de la solution suivante: - méthacrylate de monométhyle (C5H.02) 99,10 % - NN-dyméthyle-p-toluidine (C9H,3N) 0,89 % - hydroquinone env. 20 ppm -On citera un deuxième exemple de ciment contenant un sel de fluor; dans ce cas, la composition de la phase solide est la suivante: - fluorure de sodium (NaF) 5,0 % - méthacrylate de polyméthyle (-(C5Ha02)n-) 82,3 % peroxyde de benzoile (C,4H1004) 2,7 % En revanche, la phase liquide présente une

composition identique à celle de l'exemple précédent.

Les expériences menées en laboratoire ont examiné différents types de ciment osseux pouvant être obtenus dans le commerce, en plus naturellement du ciment selon l'invention. Pour obtenir les données regroupées ensuite sous forme de tableaux ci-après, on a utilisé: - pour la documentation photographique, un microscope OPTIPHOT-M équipé d'un système photographique MICROFLEX FX de la marque NICON; - pour la documentation granulométrique, un système

SYMPATEX, granulomètre Laser.

Les types de poudre de ciment orthopédique examinés sont les suivants: échantillon n 1 de la société CMW1; échantillon n 2 de la société SIMPLEX; échantillon n 3, selon l'invention; échantillons n 4 et n 5, obtenus en laboratoire en modifiant la granulométrie des poudres. Les analyses au microscope et au granulomètre Laser et les essais en laboratoire sur des doses standard de g de poudre ont montré que: l'échantillon n 1, du point de vue morphologique, se présente comme une poudre constituée de peu de sphères,

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d'un certain nombre de sphéroïdes de forme irrégulière aux dimensions comparables auxdites sphères, et dans laquelle on constate la présence de poudre à sécher amorphe. Pour obtenir un mélange présentant une ouvrabilité

déterminée, il a fallu 22 ml de monomère liquide.

Du point de vue des caractéristiques mécaniques de résistance, les essais standard conduits selon lesdites normes britanniques Standard B.S. 3531 (partie 7) ont prouvé que ledit échantillon est conforme aux valeurs

requises par les tests.

En ce qui concerne l'analyse granulométrique, il faut noter que le pourcentage de particules passant au crible du sas optique de 0,90 pm est de 3,40 %, du sas de 10,50 pm de 16,87 %, du sas de 103,00 pm de 100 %. La

surface spécifique calculée est égale à 0,127 m2/cm3.

- l'échantillon n 2, du point de vue morphologique, se présente sous forme d'une poudre constituée d'un certain nombre de sphères avec de la poussière à sécher amorphe,

sans aucune sphéroïde.

La quantité de phase liquide absorbée est de 20 ml.

Lescaractéristiques mécaniques de résistance dudit échantillon sont conformes aux valeurs requises par les

normes mentionnées ci-dessus.

Selon les données de l'analyse granulométrique, on note que le pourcentage de particules passant au crible du sas optique de 0,90 rm est de 2,38 %, du sas de 10,50

pm de 25,23%, du sas de 103,00 pm de 100 %.

La surface spécifique est égale à 0,122 m2/cm3.

- l'échantillon n 3, qui représente un mode de réalisation de la présente invention, se présente, du point de vue morphologique, sous la forme d'une poudre constituée essentiellement de particules sphériques de granulométrie variée, est ne contient aucune particule

provenant de la mouture du polymère.

La quantité de phase liquide absorbée est de 14 ml.

Les caractéristiques mécaniques de résistance de l'échantillon du ciment osseux selon l'invention sont conformes aux valeurs requises par les normes standard B.S. Selon les données de l'analyse granulométrique, on note que le pourcentage de particules passant au crible du sas optique de 0,90 pm est de 1,12 %, les classes granulométriques de 2,60 - 3,10 - 3,70 pm sont totalement absentes, le pourcentage de particules passant au crible du sas optique de 10,50 pm est de 6,68 %, tandis qu'au sas de 87, 00 ?m, le pourcentage

particules passant au crible a déjà atteint les 100 %.

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La surface spécifique mesurée est égale à 0,061 m /cm.

- l'échantillon n 4, du point de vue morphologique, se présente sous la forme d'une poudre constituée seulement de sphères, donc sans poudre à sécher amorphe ni sphéroïdes.

La quantité de phase liquidé absorbée est de 13 ml.

Le caractéristiques mécaniques de résistance dudit échantillon n'atteignent pas les minimum prévus par les tests. Selon les données de l'analyse granulométrique, on note que les classes granulométriques manquent jusqu'au sas de 5,00 pm, le pourcentage de particules passant au crible au sas de 10,50 pm n'est que de 0,51 %, tandis

que le sas de 103,00 m est de 100 %.

La surface spécifique est égale à 0,022 m2/cm3.

- l'échantillon n 5, du point de vue morphologique, se présente sous la forme d'une poudre constituée seulement de sphères, donc sans poudre à sécher amorphe ni sphéroïdes.

La quantité de phase liquide absorbée est de 13 ml.

Les caractéristiques mécaniques de résistance dudit échantillon n'atteignent pas les minimum prévus par les

tests.

(s -Selon les données de la granulométrie, on note que l'évolution de la distribution est très similaire à celle de l'échantillon n 4, en effet les classes granulométriques manquant jusqu'au sas de 4,30 m, le pourcentage de particules passant au crible du sas de ,50 pm n'est que de 1,31 %, tandis qu'au sas de 103,00 rm il est de 100 %. La surface spécifique est égale à 2 3 0,025 m;/cm Pour faciliter la comparaison, le tableau 1 reprend les données les plus significatives relatives à l'analyse granulométrique effectuée sur cinq

echantillons examinés.

TABLEAU I

lEchantillon I I I I n i 1 | 2 3 4 4 5

_ _1_ _ _ _ _ _ -- 1 1 1 1

ISas de.. à l i I f o--O,O9m { 3,40%! 2,38% I 1,13% i. 0,00% f 0,00% I 0, 91-2.20jim 4,84% I 3,71% f 1,13% I 0,00% 0,00% f 2,21-3,70umi 1,92% I 2, 71 %! 0,03% I 0,0o0%,00 I 13,71-10,50um 6,71% 16,43%! 4,39% I 0,55% 1,31 % ,51-25,0.um { 15,85% f 24,00 % {17.64 I 4,75% 9,32% ,01-51,0Oiml 42,66% [ 27,87% [ 49,76 % 139,59% I 42,66%g 51.01+73.:j0m { 20,09% 16,88%! 22, 10% 138,13% 34,85% 173,01-87,Oji.m 4,20% [ 4,82% [ 3,82 % 112,42% 9,66% I > 87.01,m f 0,26% { 1,21% 0,00% 4,55% 2,20%

I I 1 I. I

Surface I I I I spécifique I 0,12749 f 0,12246 | 0,05935 1 0,021894 10, 02552 I m2/cm3 I I I I 1 IMonomère I Iabsorbé pal. I I I une dose mi 2220 14 13 13 i I. f.. I Comme mentionné précédemment, les cinq types de ciment ont été soumis à des essais de compression en utilisant des échantillons tous préparés dans les mêmes conditions d'ambiance et en utilisant un moule cylindrique adéquat de 25 mm de diamètre de-. 10 mm de haut, comme prévu dans les normes britanniques déjà citées. Tous les échantillons ont été pré-parés le jour précédent celui des essais et les modalités d'exécution des essais ont respecté les prescriptions desdites normes. Le tableau II présente les valeurs moyennes de la résistance à la compression relatives à 20 essais chacun et obtenues en faisant le rapport entre la charge d'affaissement et la zone de la section de l'échantillon.

TABLEAU II

Echantillol _ 2 3 4 5 no Résistance à la com- 84,5 89,0 106,0 65,0 60,0 pression MPa . Résistance minimum à la compression (selon les normes BS 3531 70,0 MPa

La comparaison entre les échantillons cités ci-

dessus montre clairement l'importance, tant du point de vue morphologique que du point de vue granulométrique, d'un choix précis en matière de poudre polymère à

utiliser pour obtenir le ciment osseux.

En effet, si le choix s'opère, comme dans les échantillons 1 et 2, en faveur d'un type de poudre constitué par un mélange de polymère en forme de sphères de granulométrie variée mélangée à de la poudre amorphe à sécher et/ou à des sphéroïdes irrégulières, les conséquences découlant de ce choix sont principalement au nombre de deux: a) la poudre, pour pouvoir atteindre une ouvrabilité standard déterminée, doit nécessairement absorber une quantité importante de monomère liquide; b) on obtient des ciments orthopédiques avec des caractéristiques mécaniques de résistance supérieures aux limites imposées par les normes d'acceptation

Standard B.S.

Si, d'autre part, on choisit plutôt, comme pour les échantillons 4 et 5, un type de poudre constitué seulement de sphères de diamètres à peu près tous égaux, ou du moins tels qu'on ne respecte pas des proportions déterminées entre lespourcentages des particules passant aux cribles des différents sas optiques, les conséquences découlant de ce choix sont les suivantes: a) la poudre, pour pouvoir atteindre une ouvrabilité standard déterminée, absorbe une quantité minimale de monomère liquide; b) on obtient des ciments orthopédiques aux caractéristiques de résistance inférieures aux limites

imposées par les normes d'acceptation Standard B.S. On voit donc que, dans le premier cas, ont obtient les avantages liés aux

bonnes caractéristiques mécaniques du ciment, mais sans réussir à éliminer les inconvénients dus à la présence d'une quantité excessive de monomère liquide, et donc à la température élevée de

polymérisation et au choc cardio-respiratoire.

Dans le deuxième cas, en revanche, on évite les inconvénients dus à la quantité excessive de monomère liquide, mais on n'atteint pas les caractéristiques mécaniques suffisantes pour garantir le succès final de

l'implant de la prothèse artificielle.

Dans le cas de l'échantillon 3, c'est-à-dire dans le cas du ciment selon l'invention, le choix d'un type de poudre particulier présentant les caractéristiques morphologiques et de granulométrie citées permet d'obtenir à la fois les avantages liés à une quantité limitée de monomère liquide et ceux liés à des

caractéristiques mécaniques optimales de résistance.

De tout ce qui a été dit jusqu'à présent, il apparaît clairement que le choix d'une poudre de polymère constituée de sphères seules n'est valableque si la granulométrie et le pourcentage relatif des différentes catégories de particules passant au crible

du sas optique sont respectés.

En effet, la présence d'une catégorie de particules passant au crible du sas de 0,90 pm égale à 1,13 % joue un rôle très important, celui de remplissage des espaces vides laissés par les particules plus grandes en contact entre elles. Ce fait permet d'obtenir un ciment plus compact et donc plus résistant, et donc adapté aux

utilisations orthopédiques.

Dans le cas o cette catégorie de particules passant au crible serait plus importante, excédent par exemple 2,0 % comme dans les cas des échantillons n 1 et n 2, les effets superficiels deviendraient prépondérants, et donc il faudrait augmenter la quantité de monomère liquide pour faire réagir le mélange tout entier et obtenir l'ouvrabilité prédéterminée. Si, en outre, les particules ne sont plus sphériques et présentent donc une grande surface spécifique, le

phénomène est encore accru.

Dans le cas o cette catégorie de particules passant au crible serait totalement absente, comme pour les échantillons n 4 et 5, les espaces entre les particules de grandes dimensions seraient remplis par le seul polymère et le résultat final serait un ciment friable présentant de faibles caractéristiques de résistance, inadapté à l'utilisation orthopédique, même si la température de polymérisation est contenue dans

une fourchette de valeurs non nocives.

On réalise solon l'invention un mélange de ciment à deux phases, dans lequel la phase liquide nécessaire pour faire réagir une dose standard de 40 g de phase solide est de 14 ml, et dans laquelle ledit polymère pulvérulent, en particules de forme exclusivement sphérique, est constitué: - pour 0,60 % à 2,00, de sphères d'un diamètre allant jusqu'à 0,90 ym; - pour 0,&0 % à 2,00 %, de sphères d'un diamètre allant de 0,91 à 3,70,um; - pour 3,00 % à 5,00 %, de sphères d'un diamètre allant de 3, 71 à 10,50_im; - pour 15,00 % à 19,00 %, de sphères d'un diamètre allant de 10,51 à 25,00jim; - pour 45,00 % à 55,00 %, de sphères d'un diamètre allant de 25,01 à 51,00 ym; - pour 22,00 % à 28,00 %, de sphères d'un diamètre allant de 51,01 à 87,00_um, le pourcentage total de polymère en poudre particules

passant au crible de 87,00 ym étant égal à 100 %.

Le mélange est caractérisé par un contenu, compris entre 3,0 % et 9,0 %, de fluor F sous forme de sel de fluor, lequel peut libérer graduellement des ions

de fluor F-, en les mettant à la disposition de l'os.

On ajoute à la phase solide au moins des sels suivants, dans les proportions spécifiées: fluorure de sodium (Na F); fluorure d'ammonium (N H4 F); phosphate de monofluore de sodium (Na2 P 03 F); silicofluorure de sodium (Na2 Si F6); fluorure d'étain (Sn F2); fluorure de potasse (K F); fluorure de magnésium (Mg F2); fluorure de lithium (Li F); fluorure de zinc (Zn F2); hexafluorophosphate de potassium (K P F6); hexafluorophosphate d'ammonium (N H4 P F6);

hexafluorosilicate de sodium (Na2 Si F6).

La phase solide et le sel de fluor sont

commercialisés séparément ou dans le même emballage.

Claims

REVENDICATIONS

1. Mélange de ciment à deux phases, particulièrement adapté à l'utilisation orthopédique, composé d'une phase solide constituée par un polymère méthacrylate de polyméthyle (-(C5H8e02),-) et par un catalyseur sous forme de peroxyde de benzoile (C,4HoO04), et d'une phase liquide constituée par un monomère de méthacrylate de monométhyle (C5Hs02), un accélérateur N-N-dyméthyle-p-toluidine (C9H13N), et par un stabilisateur hydroquinone, caractérisé en ce que: a) - la phase solide est constituée uniquement de particules de forme sphérique, b) - les particules sont présentes dans le crible selon différents diamètres jusqu'à 87,00 pm, et c) - les particules d'un diamètre allant jusqu'à 0,90 pm

représentent la partie comprise entre 0,6 % et 2,0 %.

2. Mélange de ciment à deux phases, particulièrement adapté à l'utilisation orthopédique, selon la revendication 1, dans lequel la phase liquide nécessaire pour faire réagir une dose standard de 40 g de phase solide est de 14 ml, et dans lequel. ledit polymère pulvérulent, en particules de forme exclusivement sphérique, est constitué: - pour 0,60 % à 2,00 %, de sphères d'un diamètre allant jusqu'à 0,90 pm; - pour 0,80 % à 2,00 %, de sphères d'un diamètre allant de 0,91 à 3,70 pm; - pour 3,00 % à 5,00 %, de sphères d'un diamètre allant de 3,71 à 10,50 pm; - pour 15, 00 % à 19,00 %, de sphères d'un diamètre allant de 10,51 à 25,00 pm; - pour 45,00 % à 55,00 %, de sphères d'un diamètre allant de 25,01 à 51,00 pm; pour 22,00 % à 28,00 %, de sphères d'un diamètre allant de 51,01 à 87,00 pm, le pourcentage total de polymère en poudre particules

passant au crible de 87,00 jm étant égal à 100 %.

3. Mélange de ciment à deux phases, particulièrement adapté à l'utilisation orthopédique,

selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par un

contenu, compris entre 3,0 % et 9,0 %, de fluor F sous forme de sel de fluor, lequel peut libérer graduellement des ions de fluor F-, en les mettant à la disposition de l'os.

4. Mélange de ciment à deux phases, particulièrement adapté à l'utilisation orthopédique, selon la revendication 3, dans lequel on ajoute à la phase solide au moins des sels suivants, dans les proportions spécifiées: fluorure de sodium (Na F); fluorure d'ammonium (N H4 F); phosphate de monofluore de sodium (Na2 P 03 F); silicofluorure de sodium (Na2 Si F6); fluorure d'étain (Sn F2); fluorure de potasse (K 'F); fluorure de magnésium (Mg F2); fluorure de lithium (Li F); fluorure de zinc (Zn F2); hexafluorophosphate de potassium (K P F6); hexafluorophosphate d'ammonium (N H4 P F6);

hexafluorosilicate de sodium (Na2 Si F6).

5. Mélange de ciment à deux phases, particulièrement adapté à l'utilisation orthopédique, selon la revendication 4, dans lequel la phase solide et le sel de fluor sont commercialisés ensemble dans le

même emballage.

6. Mélange de ciment à deux phases, particulièrement adapté à l'utilisation orthopédique, selon la revendication 4, dans lequel la phase solide et

le sel de fluor sont commercialisés séparément.