Vol.XXXVII, Suppl. 1 - Giornale Italiano di Ortopedia e Traumatologia

L’utiLiZZo dEL titanio nELLa ostEosintEsi VErtEBraLE
sformazione allotropica che si verifi ca alle temperature
di 882°C. Al di sotto di questa temperatura esibisce una
struttura cristallina esagonale (Hexagonal Close-Packed)
defi nita come fase α (HCP), mentre ad alte temperature
si presenta con una struttura cubica (Body-Centred Cubic)
(BCC) defi nite fase β. In questa forma rimane stabile
al disotto del punto di fusione ad una temperatura di
1670°C 6 . Essendo il titanio un metallo di transizione con
una struttura incompleta, può avere delle varie forme solide
in base alla associazione con altri elementi metallici e
quindi l’equilibrio delle temperature nella fase α e β può
essere modifi cata attraverso l’aggiunta di elementi interstiziali
e sostitutivi formando diverse leghe di titanio. Questi
elementi possono essere divisi in α stabilizzanti (Al e Ga
e C, N, O), β stabilizzanti (V, Ta, Nb, Mg, Cu, Cr, e Fe e
altri metalli nobili) e neutri. Ne risulta che un numero elevato
di possibili composizioni di leghe di titanio possono
coesistere ed in base alla microstruttura possono essere
divise in leghe tipo α, leghe tipo β e leghe tipo α + β 7 .
Quelle più impiegate in chirurgia vertebrale sono le leghe
tipo α costituite da titanio puro (TiCP) e α stabilizzanti
(TiCP grado 1, 2, 3 e 4) e tra le leghe tipo α + β quella Ti-
6Al-4V costituita da titanio (TI) nell’88-91%, Alluminio (Al)
5,5-6,5%, Vanadio (V) 3,5-4,5% e oltre a tracce di Carbonio,
Ferro, Idrogeno ed Ossigeno. Le leghe tipo β sono
taB. i. Caratteristiche meccaniche delle leghe di titanio sviluppate per applicazioni
medicali (da Niinomi, 1998 9 ).
Material tensile strength
(Mpa)
yield strength
(Mpa)
Elongation
(%)
s13
ancora allo studio e potrebbero costituire le leghe del futuro
8 . Nella Tabella I sono confrontati i dati, pubblicati
da Niinomi et al. 9 , relativi alle principali caratteristiche
meccaniche della varie leghe di titanio sviluppate per applicazioni
biomedicali. Se confrontiamo, invece, queste
caratteristiche fra le leghe di titanio più utilizzate in chirurgia
vertebrale, l’acciaio e la lega in Cr-Co osserviamo
che il titanio puro (TiCP Grado 4) e la lega di titanio (Ti-6-
Al-4V) presentano un modulo di rigidezza minore rispetto
all’acciaio e al Cr-Co di circa la metà. Inoltre essendo il
modulo di rigidezza direttamente proporzionale a quello
del materiale utilizzato ed alla quarta potenza del diametro
della barra ne consegue che la rigidità della struttura
risulta circa raddoppiata se prendiamo in considerazione
il diametro delle barre passando da quelle 5,5 mm a
quelle di 6,35 mm (Fig. 1). Per quanto riguarda la resistenza
a rottura dopo ripetute deformazioni e in presenza
di intaccature nella superfi cie (Notch Sensivity), la lega
di titanio risulta più sensibile rispetto all’acciaio riducendo
notevolmente la resistenza con evidenza di cedimenti
strutturali ad un numero di cicli minori 10 11 . Questa caratteristica
risulta particolarmente importante nell’impiego
pratico in chirurgia vertebrale dove necessariamente le
barre devono essere modellate lungo le curve fi siologiche
sagittali. Le viti peduncolari non sembrano avere, a dif-
Elastic modulus
(gpa)
α Tipe
Pure Ti gr 1 240 170 24 102.7
Pure Ti gr 2 345 275 20 102.7
Pure Ti gr 3 450 380 18 103.4
Pure Ti gr 4
α + β Tipe
550 485 15 104.1
Ti-6Al-4V 895-930 825-869 6-10 110-114
Ti-6Al-4V Eli 860-965 795-875 10-15 101-110
Ti-6Al-7Nb 900-1050 880-950 8.1-15 114
Ti-6Al-2.5Fe
β Tipe
1020 895 15 112
Ti-13Nb-13Zr 973-1037 836-908 10-16 79-84
Ti-12Mo-6Zr-2Fe 1060-1100 1000-1060 18-22 74-85
T1-15Mo 874 544 21 78
Ti-15Mo-5Zr-3Al 852-1100 838-1060 18-25 80
Ti-15Mo-2.8Nb-
0.2Si
979-999 945-987 16-18 83
Ti-35.3Nb-5.1Ta
-7.1Zr
596.7 547.1 19 55
Ti-29Nb-13Ta-
4.6Zr
911 864 13.2 80
ferenza delle barre, un comportamento
diverso se costruite in
acciaio o in titanio a condizione
che abbiano la stessa forma e
dimensione, come dimostrato da
Pienkowski et al. 12 che, in uno
studio sperimentale, hanno evidenziato
identiche performance
per quanto riguarda resistenza a
fatica e rigidità.
carattEristichE BioLogichE
dELLa LEga di titanio
L’impianto nell’organismo umano
di un mezzo di osteosintesi
metallica comporta una serie di
fenomeni biologici che sono intimamente
connessi alle caratteristiche
del materiale con il quale
è costituito il presidio chirurgico.
È necessario considerare che il
metallo è soggetto a fenomeni
di corrosione i cui effetti risultano
l’aspetto centrale della biocompatibilità
del materiale 5 . La
resistenza alla corrosione è la
principale proprietà biologica di
un materiale e il successo di un