Биологическая роль и применение в медицине

Титан является одним из наиболее биологически инертных металлов. Содержание титана в организме человека составляет 9 мг. Высокая концентрация титана — в селезенке, надпочечниках и щитовидной железе, достаточно высокая — в лимфоузлах, легких и в плаценте; титан служит постоянной составной частью молока (в том числе женского).

К сожалению, титан как микроэлемент в организме человека изучен недостаточно. Известно, что он необходим при образовании эпителиальной ткани, вместе с кремнием и ванадием участвует в процессах консолидации при переломах костей, при заживлении повреждений суставов, входит в состав хрусталика глаз, кожи, волос, ногтей, костей, принимает участие в регулировании окислительных процессов в сыворотке крови и стимулирует образование крови. Высокие концентрации титана обнаружены в мозге.

Известно, что вдыхание диоксида титана вызывает раздражение легких у человека и животных. Симптомами этого процесса являются кашель, часто с мокротой, и одышка. Хроническое воздействие оксида титана приводит к его накоплению в легких, а также в легочных и периферических лимфатических узлах. В дальнейшем возможно развитие воспаления, а в некоторых случаях — гранулематоза легких и плевры, при воздействии оксида титана в сочетании с другими реагентами, например с асбестом, силикатами, никелем или алюминием. При вдыхании тетрахлорида титана ярко выражено раздражение бронхолегочной системы, что может привести к развитию трахеита и альвеолита.

Однако диоксид титана широко используется в косметологии, его часто добавляют в солнцезащитные кремы. ТЮ₂ предохраняет кожу от вредного ультрафиолета. В медицине ТЮ₂ применяется в дерматологической практике при лечении простого герпеса, угрей, воспаления губ и полости рта; в виде компонентов он входит в состав ряда препаратов.

Эфтидерм — органическое соединение титана — используется в медицине как чрезкожный проводник лекарственных средств.

Титан — один из легких конструкционных металлов — хорошо вживляется в организм человека, поэтому используется в различных областях медицины для изготовления протезов. Создателей высокотехнологичного медицинского оборудования, инструментария и врачей разных специальностей в этом металле привлекает прежде всего биологическая инертность по отношению к организму в сочетании с высокими механическими свойствами, антикоррозионной стойкостью, а также относительно небольшая стоимость и доступность. Титан и его сплавы устойчивы к действию пероксида водорода, бензина, фенола, формальдегида. После многократной стерилизации кипячением и обработки в автоклаве, многомесячной выдержки в 3%-ном растворе хлорамина, 96-градусном этиловом спирте, растворе сулемы, трихлорэтилене следов коррозии на титановых сплавах не обнаружено. Точечная коррозия наблюдается у титановых сплавов лишь после пребывания в течение нескольких суток в 10%-ной спиртовой настойке иода. Титан и его сплавы обладают высокой так называемой усталостной прочностью при нагрузках, что очень важно при изготовлении внутрикостных фиксаторов, наружных и внутренних протезов, которые постоянно подвергаются переменным нагрузкам. Конструкции из титановых сплавов хорошо переносятся пациентами, быстро обрастают костной и мышечной тканью. Титан — немагнитный материал с низкой электропроводностью, что позволяет использовать физиотерапию для лечения больных, в организме которых находятся титановые конструкции. Все это делает титан весьма перспективным для широкого применения в медицине.

Цирконий не играет биологической роли в организме. Его нет в структуре клеток человека. Металлический цирконий и его нерастворимые соединения (оксид, силикат) обладают высокой биологической инертностью. О воздействии соединений циркония на организм ничего не известно.

При этом высокая стойкость циркония к различным воздействиям широко применяется в медицине. Даже такой «медицинский» металл, как титан, к биологическим средам менее устойчив, в то время как устойчивость циркония является практически вечной.

Титан уступает цирконию, поскольку сплавы с последним обладают большей стойкостью к коррозии, биологической совместимостью и высокой прочностью. В хирургии используют пластичность циркония, что позволяет обеспечивать очень высокое качество реконструктивных операций. Даже при множественных сложных переломах костей удается восстановить структуру тканей без малейших сдвигов, правильно и быстро срастаются кости, быстрее заживают послеоперационные раны. При проведении нейрохирургических операций применяют как циркониевые инструменты, так и нити для швов и кровоостанавливающие зажимы. Циркониевые винты, сверла, пластины, скобы применяют и в челюстно-лицевой хирургии.

Биологическая роль гафния не установлена.

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. В лабораторных условиях титан может быть получен путем восстановления рутила гидридом кальция при повышенной температуре. Напишите уравнение данной реакции.
• 2. Напишите реакции титана с хлором, азотом, углеродом и серой.
• 3. Какие ионы присутствуют в водных растворах солей гитана (1У), что является условием их возникновения?
• 4. Какое свойство титана используется для аналитического определения пероксида водорода?
• 5. На чем основано широкое применение циркония в хирургии?