Имплантанты с биологически активным пористо-порошковым покрытием и их применение
Введение
Внутрикостные стоматологические имплантанты являются эффективным средством устранения дефектов зубных рядов. Основными проблемами, решающими при создании и установке имплантантов, являются совместимость материала имплантанта с костной тканью, исключающая его отторжение, а также интегрируемость тела имплантанта в костную ткань с максимально возможным совпадением биохимических характеристик последнего с естественным зубным корнем.
В реферате описаны некоторые факторы, влияющие и повышающие остеоинтеграцию стоматологических имплантантов.
Испытания в клинических условиях стоматологических поликлиник как в России, так и за рубежом в течение многих лет показали эффективность и перспективность применения имплантантов с биологически активным пористо-порошковым покрытием. На поверхности такого имплантанта формируется тонкий биологически активный слой с определенной пористой структурой, морфологией поверхности, адгезионно-когезионными свойствами. При введении в костную ткань таких имплантантов происходит эффективное прорастание кости в поры покрытия, или, точнее, в процессе заживления происходит интеграция пористого порошкового тонкого слоя, например, гидроксиапатитовой керамики или другой композиции на компактной основе с живой тканью. Это обеспечивает прочное и длительное закрепление имплантанта и нормальное функционирование его в организме. На титановую основу имплантанта с помощью технологии плазменного напыления наносится переходный слой из порошка титана, а затем слой биологически активной керамики. Благодаря распределению керамики по пористой структуре металла достигается прочное сращивание с костной тканью реципиента, а также химикофизеологическая стабильность, что позволяет рассматривать данную систему как идеальную для внутрикостной имплантации. Отметим основные преимущества имплантации над традиционными методами протезирования:
· возможность непрепарирования здоровых зубов под опору протезов;
· возможность изготовления несъемных зубных протезов большой протяженности;
· отсутствие необходимости в сохранении больных зубов и др.
Имплантанты из керамики обладают определенными преимуществами перед металлическими. Это связано с возможностью врастания в них соединительной костной ткани, замещения части имплантанта вновь образующейся костной тканью, поскольку керамика по своей структуре и свойствам ближе к костной ткани, чем металл. Однако, глубина врастания костной ткани в керамический имплантант невелика из-за отсутствия пористой структуры. Такие свойства керамики как прочность, твердость, хрупкость, затрудняют изготовление имплантантов, имеющих сложную геометрическую форму. В связи с этим в настоящее время керамика не нашла широкого применения при изготовлении имплантантов и их использования в клинической практике.
В последнее время отмечается заметный интерес к изучению возможности использования неорганических составляющих костной ткани — гидроксиапатита (ГА) и трикальцийфосфата (ТКФ) для внутрикостной имплантации. Данные материалы, особенно первый, обладают не только прекрасной биосовместимостью, но и способностью легко рассасываться в костной ткани, активно стимулируя при этом костеобразование.
Повышение остеоинтегративных свойств имплантантов с плазменным гидроксиапатитным покрытием
Применение титановых имплантантов с плазменным гидроксиапатитным покрытием показало повышение остеоинтегративных свойств. Это было установлено путем исследований.
Пример: в задачу исследования входило сравнение остеоинтегративных свойств титановых имплантантов. Всего было приготовлено 8 видов имплантантов: первый — с гладкой поверхностью, второй с поверхностью, имеющей неровные очертания вследствие пескоструйной обработки, третий — с пористой поверхностью, образованной нанесением титановых частиц, и с 4 по 8 — с такой же пористой поверхностью, как третий, но с нанесенным гидроксиапатитом методом плазменного напыления. Различия в имплантантах № 4, 5, 6 и 7 заключались в размерах пор на поверхности — от 50 до 200 мкм. Имплантанты в виде цилиндра высотой 3 и толщиной 1 мкм были введены в отверстия того же размера, сделанные в дистальном эпифизе бедра. Исследования проводились на крысах. Крыс умерщвляли передозировкой гексенила в сроки 15, 30, 60 дней после операции, выделенный фрагмент бедра с имплантантом фиксировали в глютаровом альдегиде на кокадилатком буфере и изучали с помощью сканирующей микроскопии.
Было установлено, что гладкий имплантант не обладает остеоинтегративными свойствами. Неровный рельеф поверхности имплантанта слабо усиливает этот эффект, но он проявляется в значительной степени во всех группах имплантантов с напыленным на их поверхность ГА. На тех же имплантантах, на поверхности которых ГА отсутствовал, соединения костной ткани с металлом не происходило.
Морфологическим признаком остеоинтеграции является заполнение пространства между структурами покрытия, заключая их во внутренние отделы костных трабекул. В процессе наблюдения, на 30-е и, особенно, на 60-е сутки опыта происходило постепенное сглаживание кристаллических структур за счет мелких кристаллов размером 1 – 3 мкм. В части крупных гранул отмечается появление ''изъеденности'' в их поверхности. Каких-либо патологических изменений в окружающей костной ткани обнаружено не было.
Таким образом, результаты комплексных исследований показали значительное увеличение остеоинтегративных свойств имплантантов с гидроксиапатитом, нанесенным методом плазменного напыления.
При конструировании имплантантов следует иметь в виду, что живые ткани прорастают в пористой структуре поверхностного слоя, при этом между костью и имплантантом формируется непосредственная механическая связь. Костная ткань также прорастает через отверстия стенок полого цилиндрического или плоского имплантанта. При замещении дефекта, имплантант со временем вживляется в костную ткань с образованием прочного биомеханического соединения. Важно также отметить, что костная ткань имеет поры, и в динамике (при деформации) объемы пор изменяются. При замещении дефекта зубного ряда имплантантом на его поверхности формируется система кость-имплантант, которая после прорастания в поры имплантанта костного вещества также должна сохранять свойства высокой пластичности и не разрушается при многократных знакопеременных клинических нагрузках.
Комплексные исследования показали, что преобладание фитрозных, хрящевых, остеоидных или костных структур в зоне контакта с имплантантом зависит не столько от материала, сколько от качества первичного (при введении имплантанта) контакта, который определяется величиной натяга. Известно, что оптимальный натяг (относительная деформация) в зоне контакта равен 0,09 – 0,14 мкм.
Свойства гидроксиапатита
При изготовлении керамики стараются не использовать дополнительных связующих веществ. Сформированные из гидроксиапатитового порошка пористые вещества уплотняют, кристаллизуют и перекристаллизовывают при высокой температуре (1473 – 1573 К), а иногда и с приложением давления. В зависимости от целей использования синтетического гидроксиапатита предъявляются различные требования относительно таких свойств, как фазовая и химическая чистота, кристалличность, дефектность, пористость и т. д.
Если гидроксиапатит вводится в костный дефект, то нет необходимости обеспечения его структурного совершенства (стехиометрический состав и высокая степень кристалличности). В костной ткани, речь идет о дефектном ГА, с большим числом вакансий и замещений в структуре, а также аморфного материала как максимально дефектного.
Если же ГА применять в качестве инертного материала вводимого в организм, то основными требованиями к нему являются биологическая совместимость и отсутствие резорбции. В этом случае необходимо использовать стехиометрический гидроксиапатит высокой степени кристалличности. Такой гидроксиапатит вводят в состав пломбировочных материалов, когда необходимо максимально приблизить физические и физико-химические свойства пломбы к свойствам зубных тканей.
Значительное повышение эффективности остеоинтеграции обеспечивают, при подсадке титановых имплантантов, трикальцийфосфат (ТКФ) и гидроксиапатит (ГА). Эксперименты показали, что для создания таких имплантантов целесообразно синтезировать гидроксиапатит с заданным содержанием ТКФ, а не смешивать компоненты механически.
В клинической практике все большее значение приобретают пористые гидроксиапатитовые гранулы. Материал с такой структурой ''работает'' в качестве биофильтра, обеспечивая ток крови, необходимый для роста образующихся тканевых структур.
Рассмотрим биологические свойства гидроксиапатита. Многочисленные эксперименты на животных показали не только прекрасную биосовместимость гидроксиапатита, но и способность в зависимости от состава и способа изготовления служить основой, вокруг которой формируется костная ткань, активно стимулируя при этом, в отличие от других биоинертных материалов, костеобразование.
Экспериментальные работы показали, что препарат по микробиологической чистоте соответствует стандарту ГФ-XI издания. Он относится к малотоксичным веществам, не вызывает нарушений функций жизненно важных органов и систем организма. Применение ГА не вызывает нежелательных отдаленных последствий: не обладает аллергизирующим, мутационным и иммуномодулирующим действием, не влияет на течение беременности, развитие плода и потомства.
Результаты проведенного анализа гидроксиапола позволяют рекомендовать его для медицинского применения без каких-либо ограничений в качестве средства для замещения костных дефектов и замещения костных полостей, в качестве компонента зубных пломбирующих паст, материалов имплантантов. На повышение остеоинтеграции влияет не только структура, форма или покрытие имплантанта, но и особенности строения организма пациента.