Шесть факторов остеоинтеграции. Имплантационные материалы

А. А. Долгалев

д. м. н., главный врач ООО «Северо-Кавказский медицинский учебно-методический центр»

В рубрике «Имплантология для начинающих» мы уже говорили о правовых аспектах организации имплантологического приема, принципов обследования и планирования имплантологического лечения, коротко коснулись понятия «Остеоинтегнрация».

Нужно отдавать себе отчет в том, что незнание большинством клиницистов принципов взаимоотношений между тканевыми реакциями и конструкциями имплантатов, способов подготовки местных тканей и расширения возможностей для эффективной имплантации, а также методик лечебной коррекции при начавшихся или уже развившихся деструктивных процессах в околоимплантатных тканях оказывает отрицательное влияние на достижение конечного результата. В последующих публикациях мы постараемся осветить эти вопросы.

Прогнозируемое применение зубных имплантатов стало возможным только после открытия феномена остеоинтеграции шведским ученым — биоинженером профессором Пер-Ингваром Бренемарком (Branemark et al, 1969). Смысловой дефиницией, отражающей сущность процесса остеоинтеграции, является постоянное продуцирование и ремоделирование кости на поверхности чужеродного имплантированного субстрата. Многочисленные гистологические исследования показали, что образование костных структур на поверхности искусственных опор — процесс динамичный, обусловливающий длительное поддержание функциональной интеграции.

Основоположники современной теоретической концепции остеоинтеграции П.-И. Бренемарк и Т. Альбректссон ввели понятие о шести факторах, влияющих на остеоинтеграцию. К ним относятся:

— качество имплантационного материала;

— качество (дизайн) поверхности имплантата;

— конструкция имплантата;

— состояние воспринимающего ложа;

— техника установки имплантатов;

— контроль функциональной нагрузки.

В многочисленных зарубежных и отечественных публикациях если и перечисляются другие факторы, влияющие на остеоинтеграцию, то при внимательном рассмотрении они относятся к какому-либо из этих классических шести. Первые три — «техногенные»: это то, что дает нам производитель в готовом изделии. Зная технические характеристики конкретного имплантата, мы применяем его в той или иной клинической ситуации. Четвертый фактор — это та клиническая ситуация, с которой приходит к нам пациент. Под состоянием воспринимающего ложа мы понимаем не только анатомические особенности зоны установки имплантата, но и состояние зубочелюстной системы в целом, а также показатели общего состояния организма. На этот фактор мы влияем при проведении санации полости рта и при предоперационной подготовке воспринимающего ложа. Если имеются общесоматические заболевания, необходимо провести коррекцию этих процессов во взаимодействии с врачами других специальностей. Пятый и шестой факторы в основном зависят от подготовки специалиста и его технической оснащенности.

Итак, имплантационный материал. Как правило, свойства материала диктуют производителю имплантата, как создавать ту или иную поверхность, тот или иной дизайн имплантата. Дальнейшее взаимодействие организма с имплантатом напрямую зависит от качества материала, поверхности и формы имплантата. Материал имп­лантата непосредственно контактирует с живыми тка­нями, и этим в наибольшей степени определяется те­чение послеоперационного и реабилитационного пери­одов. Операция имплантации связана с неизбежной трав­мой и образованием имплантационной раны. Присут­ствие в ране имплантационного материала воздейству­ет на процесс заживления раны в соответствии с его физико-химическими и механическими свойствами.

В процессе функционирования дентальные имплантаты подвергаются сложному интенсивному воздействию со стороны окружающих тканей. Чтобы имплантат при этом выполнял задан­ные функции, материал должен обладать опреде­ленными свойствами: биологическими, физико-хими­ческими, механическими.

Зависимость биологических и механических свойств биосовместимых материалов была сформулирована в 1985 году J. Osborn: «…материалы, которые имеют хорошие биологические характеристики, обладают недостаточными механическими свойствами, и наоборот». Любое тело под воздействием внешней силы испытывает внутреннее напряжение. Если оно находится в какой-либо среде, часть напряжения передается и этой среде, которая на границе тела деформируется, и в ней возникают упругие силы и напряжение. Воздействие многократно повторяющейся переменной нагрузки резко снижает прочность всех материалов. Снижение прочности при действии циклических нагрузок называется усталостью материалов. При циклических нагрузках разрушение материала происходит в результате постепенного развития трещин. Природа усталостного разрушения обусловлена особенностями молекулярного и кристаллического строения вещества. Например, отдельные кристаллиты металлов обладают неодинаковой прочностью в различных направлениях, поэтому при определенном напряжении в некоторых из них возникают пластические деформации, которые при повторных циклических нагрузках повышают хрупкость в отдельных участках материала. В итоге при большом числе повторений нагрузки на одной из плоскостей скольжения кристаллитов появляются микротрещины. Возникшая микротрещина становится сильным концентратором напряжений и местом окончательного разрушения материала, даже в тех в случаях, когда величина напряжения меньше предела прочности материала. Поэтому переломы имплантатов могут происходить и под воздействием жевательной силы, не превышающей средний физиологический уровень.

Таким образом, имплантат, находящийся в костной ткани и подверженный циклическим жевательным нагрузкам, будет вызывать деформацию и, следовательно, напряжение в окружающей костной ткани. Костная ткань, как и любое материальное тело, обладает определенными прочностными и упругими свойствами. При этом прочность и модуль упругости компактного слоя кости значительно выше данных параметров губчатого слоя. Поэтому уровень напряжений в окружающих имплантат компактном и губчатом слоях кости будет различным. Принципиальными являются два вопроса. Первый: какой уровень напряжения — физиологический для компактного и губчатого слоев костной ткани? Второй: каким образом свойства материала имплантата влияют на величину напряжения в костной ткани?

Дентальный имплантат является одним из немногих имплантатов, находящихся одновременно в трех средах: в человеческом организме, в зоне перехода организма во внешнюю среду и во внешней среде. Но полость рта, будучи внешней средой, обладает очень агрессивными характеристиками, и дентальные имплантаты функционируют в сложных условиях влияния биоло­гических и физико-химических факторов, циклического воздействия значительных механических нагру­зок. Поэтому для изготовления имплантатов приме­няют материалы, обладающие в первую очередь наилучшей биосовместимостью и, кроме того, оптимальными физико-химическими и механическими свойствами. Таким жестким требованиям удовлетворяет довольно ограниченный ряд имплантационных материалов. На сегодняшний день можно говорить лишь о двух видах материалов, используемых для изготовления дентальных имплантатов. Это титан и его сплавы и цирконий.

Цирконий (Zr) — металл, располагающийся в одном ряду с титаном в периодической системе Менделеева, — по многим физико-химическим свойствам является аналогом титана, в том числе у него такая же высокая бионейтральность. В России практически весь цирконий получают йодидным методом, что гарантирует очень низкое содержание примесей. Титан и цирконий имеют только три существенно различные базовые характеристики:

— удельный вес (у титана он ниже почти в 1,5 раза);

— сечение захвата нейтронов (у циркония оно рекордно низкое);

— стоимость (у циркония она в 2 раза выше).

Цирконий образует на воздухе плотную диоксидную пленку ZrO2 с хорошими защитными свойствами, его биосовместимость и физико-химические качества находятся на высоком уровне. Удовлетворительная характеристика прочности — 400 МПа — и большое значение пластичности дают возможность ис­пользования холодной обработки давлением для полу­чения циркониевых имплантатов.

Цирконий обладает несколько большей, чем титан, коррозионной стойкостью (почти во всех активных средах). Технологические способы получения циркония обеспечивают более высокую чистоту материала, чем у титана, комплекс более высоких антикоррозионных характеристик, повышенную бионейтральность, но у титана более высокие прочностные и пластические характеристики.

На российском рынке циркониевые имплантаты представлены отечественной имплантационной системой «Дивадентал». В системе имплантатов Biotech (Франция) имеется имплантат Smilea с циркониевой шейкой.

Несмотря на то что цирконий по своим биологическим характеристикам удовлетворяет требованиям, предъявляемым к имплантационным материалам, применение циркониевых дентальных имплантатов сдерживается его высокой хрупкостью. На сегодняшний день в доступной литературе нет убедительной статистики о лучшей приживаемости имплантатов, изготовленных из циркония. Но не исключено, что циркониевые имплантаты при более широком использовании CAD/CAM-технологий найдут в недалеком будущем более широкое применение.

Титан характеризуется наиболее полным сочета­нием указанных свойств и высоким уровнем биосов­местимости, он широко применяется для различных видов имплантатов. Малая плотность титана обеспечивает небольшую массу имплантатов, плотная поверхност­ная пленка диоксида титана TiO2 защищает его от кор­розии под воздействием окружающей среды. Кроме этого, пленка диоксида препятствует переходу ионов титана в ткани, устраняя опасность их раздражения и воспалительных явлений. Прочность технического титана ВТ1-00 и его пластичность находятся на высо­ком уровне, составляя, соответственно, 500 МПа и 40 %. При этом титан обладает высоким пределом выносливости, его хорошие технические свойства по­зволяют применять методы литья и обработки давле­нием для изготовления имплантатов сложной формы.

Американские стандарты в отношении титана и титановых сплавов являются более строгими по сравнению со стандартами ISO, поэтому материалы, стандартизированные по ASTM, обладают лучшими качествами при комплексной оценке их как материалов для изготовления дентальных имплантатов.

По результатам анализа, самый прочный из рассмотренных материалов — сплав Ti-6Al-4V (отечественный аналог ВТ-6). Увеличение прочности достигается за счет введения в его состав алюминия и ванадия. Улучшение биологических свойств материала ведет к ухудшению его физических качеств. Однако этот сплав относится к биоматериалам первого поколения и, несмотря на отсутствие каких-либо клинических противопоказаний, используется все реже (Replace (Steri—Oss Dental Care Company, США), Core—Vent (Corevent Corporation, Encio, CA, США), Splin TwistTM (Sulzer Calcitek Inc., Канада). Исследования 1984 года показали, что содержащийся в нем ванадий должен вызывать опасения из-за токсического действия на биологические объекты. Это было также подтверждено комплексным исследованием в 1997 году. Кроме того, степень адгезии тканей к имплантатам из титановых сплавов несколько меньшая, чем к нелегированному титану.

Ряд авторов считает, что сплавы по своим биологическим свойствам значительно уступают технически чистому титану. Отечественные сплавы ВТ 1-0 и ВТ 1-00 не могут считаться оптимальными, так как существующие стандарты допускают содержание в них алюминия, который хотя и не является токсичным элементом, как ванадий, но приводит к образованию соединительнотканной прослойки вокруг имплантата и значительному загрязнению тканей. Положение о практическом значении токсичности ванадия и недостатках алюминия можно оспорить с той точки зрения, что результаты исследований касаются имплантатов из «чистых» металлов или сплавов с преобладанием в их составе этих металлов. Содержание же алюминия и ванадия в сплавах, используемых в производстве дентальных имплантатов, невелико (несколько процентов), а выход ионов металла из кристаллической решетки обусловлен процессом коррозии. При этом, по данным фундаментальной работы Williams & Roaf, коррозионная стойкость некоторых сплавов титана под воздействием солей выше, чем у «чистого» металла. Однако на сегодняшний день общепризнанным является положение о недопустимости содержания токсических элементов в имплантируемых материалах.

Лучшим материалом для изготовления дентальных имплантатов сегодня является «чистый» титан 4-го класса по стандарту ASTM, так как он:

—  не содержит токсичного ванадия, как, например, сплав Ti-6Al-4V;

— наличие в его составе Fe (измеряемого в десятых долях %) не может считаться отрицательным, так как даже в случае возможного выхода ионов железа в окружающие ткани воздействие их на ткани не является токсичным, как у ванадия;

— титан класса 4 обладает лучшими прочностными свойствами по сравнению с другими материалами группы «чистого» титана; ITI (Straumann Institute, Швейцария).

Выводы

Лучший материал для изготовления дентальных имплантатов на сегодняшний день — «чистый» титан 4-го класса по стандарту ASTM, так как:

а) этот материал не содержит токсичного ванадия, как, например, сплав Ti- 6AI-4V;

б) наличие в его составе Fe (измеряемого в десятых долях %) не может считаться отрицательным, так как даже в случае возможного выхода ионов железа в окружающие ткани воздействие их на ткани не является токсичным, как у ванадия;

в) титан Grade 4 обладает лучшими прочностными свойствами по сравнению с другими материалами группы «чистого» титана.

Использование отечественных сплавов ВТ 1-0 и ВТ 1-00 менее предпочтительно, чем применение титана Grade 4 по стандарту ASTM, но это лучше, чем использование сплава Ti-6AI-4V.

При выборе той или иной имплантационной системы необходимо обращать внимание на качество имплантационного материала.