La habilidad de un material para obtener una respuesta biológica apropiada en una aplicación específica

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Además, el desgaste al cual puede estar sometido el biomaterial también puede provocar un problema de toxicidad por el desprendimiento de pequeñas partículas de material.

Por último, dependiendo del lugar de colocación o implantación, el biomaterial puede estar sometido mecánicamente a cargas estáticas y cíclicas altas que pueden acortar su vida útil.

Por estas razones, un biomaterial debe tener propiedades mecánicas, químicas, físicas y biológicas que le permiten ser aceptado por el cuerpo, resistir mecánicamente y electroquímicamente, y cumplir su función adecuadamente en el tiempo en este medio hostil. En otras palabras, un biomaterial tiene que ser un material biocompatible.

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- Definición de la biocompatibilidad

La biocompatibilidad describe las interacciones entre el sistema biológico vivo y el material introducido en este sistema. Sin embargo, el término de biocompatibilidad carece de una definición clara ya que no es una propiedad intrínseca del material, y depende de la aplicación y de las condiciones de uso. Por ejemplo, un material con poca resistencia mecánica puede ser biocompatible para una aplicación en concreto, en la cual no será sometido a grandes cargas mecánicas, y sin embargo no ser biocompatible en otras aplicaciones en las cuales tendría que resistir grandes estados de tensión y/o deformación.

Un material es bioinerte cuando la interfaz material-tejido es estable, es decir que los elementos constitutivos del tejido y el material ni reaccionan químicamente entre ellos ni se disuelven.

Cuando la interfaz no está en equilibrio, las relaciones material-huésped pueden ser caracterizadas por procesos de irritación, inflamación, carencia de reacciones inmunológicas, toxicidad, mutagenecidad o carcinogenicidad que demuestran un estado de bioincompatibilidad.

- Evaluación de la biocompatibilidad

El biomaterial y los tejidos circundantes están en interacción mútua. La utilización de nuevos materiales como biomateriales puede comportar algunos riesgos biológicos que dependerán de varios factores y que deben ser evaluados sistemáticamente.

Como se ha comentado anteriormente, un material es adecuado para su uso como biomaterial en función de una aplicación y de unas condiciones de servicio dadas. Distintos biomateriales necesitarán distintas pruebas específicas para su estudio. Sin embargo, existen algunos ensayos que se pueden considerar como comunes a cualquier estudio. El estudio de la biocompatibilidad se podrá efectuar mediante la realización de ensayos in vitro e in vivo. Algunos de estos ensayos están estandarizados por organismos como la American Society for Testing and Materials

(A.S.T.M.) en Estados Unidos, o la Unión Europea [ISO 10993/EN-30993]. Sin embargo, ni los ensayos in vitro ni los experimentos simplificados in vivo pueden ser suficientes para descubrir toda la gama de efectos no deseables que pueda provocar el implante en los pacientes.

Existen tanto características físico-químicas como del comportamiento biológico del material que se estudian sistemáticamente en la evaluación de su biocompatibilidad. Un inventario no exhaustivo de estos parámetros críticos incluye la toxicidad, la composición química, la mojabilidad, la energía superficial, el tamaño, la forma, la relación peso/superficie (peso específico), la textura de la superficie, las cargas superficiales, las proteínas adsorbidas en la superficie, la solubilidad, la porosidad, el tamaño de los poros, la velocidad de degradación, y los productos de degradación.

Son las interacciones iniciales entre la superficie del biomaterial y el entorno biológico, la degradación y corrosión del material, la respuesta biológica local y sistémica, los fenómenos que se toman en cuenta en el estudio de la biocompatibilidad.

EL TITANIO Y SUS ALEACIONES

- Propiedades y características del titanio

El titanio es el noveno elemento, por orden de abundancia, presente en la corteza terrestre (y el cuarto metal, tras el hierro, el aluminio y el magnesio), con un 0,63% en peso. Su descubrimiento, relativamente reciente, fue realizado en el año 1790 por el Reverendo inglés William McGregor y así, un siglo más tarde, pudo ser aislado por Lars Frederik Nilson y Peterson en el año 1887.

En la naturaleza se encuentra combinado químicamente usualmente con oxígeno o hierro, siendo los minerales más importantes la ilmenita (titanato de hierro,

FeTiO3) y el rutilo (dióxido de titanio, TiO2). En nuestros días el consumo del mineral esta básicamente relacionado con la utilización de pigmentos y cargas (de un 90 a un 95% del mineral extraído) en la industria de la pintura, en algunas materias plásticas, en la industria del papel o en la industria cerámica. Sólo de un

5 a un 10% del mineral encuentra aplicación en la industria metalúrgica, en forma de ferrotitanio para las adiciones a los aceros, o para la elaboración de titanio metálico y aleaciones de titanio.

La obtención del metal es difícil, debido a su gran reactividad con el oxígeno, nitrógeno y carbono, a temperaturas elevadas. Esto ha motivado que no haya sido posible su producción como titanio puro hasta principios del siglo XX. El procedimiento actual de obtención es el proceso desarrollado por el alemán Kroll

(1937), en el cual el tetracloruro (TiCl4) obtenido por cloración de los minerales y purificado por destilación fraccionada, se reduce con magnesio fundido en vacío o en atmósfera de argón a 800ºC, obteniéndose así un sólido poroso, que se conoce como esponja de titanio, el cual se consolida por fusión. La producción industrial empezó en 1948, con tres toneladas, siendo su consumo actual de unas

160.000 toneladas anuales, con un ritmo de crecimiento anual del 7% aproximadamente. Los países productores de titanio metálico son Rusia, Estados

Unidos, Japón, Reino Unido y China, siendo su consumo principalmente en la industria aeronáutica, del 50 al 75% en Estados Unidos o en la CEE, con la única excepción de Japón que destina de un 80 a un 90% en aplicaciones industriales.

La crisis que ha conocido la industria aeronáutica al principio de la década de los 90 ha llevado a la fusión de las grandes empresas productoras de titanio, con lo cual el precio medio de los semiproductos a caído un 30% entre 1990 y 1995, si bien aun es relativamente elevado.

Titanium