Сравнительные характеристики материалов для изготовления имплантов зубов

В мире сегодня насчитывается около семидесяти компаний, производящих зубные импланты.

Наиболее распространенными конструкциями являются осесимметричные цилиндрические или конические стержни с шероховатой поверхностью, с одним или несколькими типами резьбы.

Жесткая конкуренция между производителями имплантов вынуждает их разрабатывать новые виды материалов, которые обеспечивали бы наилучшие условия остеоинтеграции.

Основные требования

Современная дентальная имплантационная система состоит из следующих элементов:

• Тело импланта. Основной элемент системы, располагающийся внутри кости альвеолярного отростка.
• Абатмент. Компонент, предназначенный для крепления протезной конструкции (посредник между имплантом и протезом).
• Заглушка. Временный элемент, служащий для закрытия внутреннего отверстия импланта на период вживления.
• Формирователь десны. Служит для формирования слизистой оболочки десны в месте выхода импланта. Устанавливается вместо заглушки на определенном этапе имплантации.

Абатмент может быть выполнен заодно с телом. Заглушка и формирователь десны могут отсутствовать, в зависимость от того, под какой протокол установки адаптирована конструкция.

Все требования, предъявляемые к импланту, можно подразделить на три группы:

• Факторы, характеризующие биологическую совместимость имплантата с внутриротовыми тканями.
• Механические и физико-химические свойства, необходимые для выполнения системой своих функций по передаче нагрузки от протезной конструкции к кости альвеолярного отростка.
• Технологичность изделий (простота изготовления, контролируемость основных параметров в процессе производства), доступность и умеренная цена материала, из которого изготавливается имплантат.

Биологическая совместимость – это наиболее важный фактор при подборе материала импланта. В общем случае характеризует собой ответ организма пациента на внедрение в него импланта. Наличие биологической совместимости предполагает отсутствие иммунных и других реакций, приводящих к отторжению искусственного корня.

Физико-химические и механические свойства включают прочность, упругость, жесткость, склонность к деформации, теплопередачу, сопротивление износу и другие характеристики, влияющие на выполнение имплантом своих функций.

Зубной имплантат не должен:

• вызывать нежелательные изменения в тканях и органах человека;

• нарушать естественный остеогенез;
• корродировать;
• приводить к воспалению или инфекции;
• образовывать с веществами, содержащимися в ротовой полости, химические соединения, или распадаться на атомы, ионы или окислы;
• изменять свойства среды в ротовой полости;
• образовывать электромагнитные пары;
• вызывать аллергию;
• быть канцерогенным;
• подвергаться механическому изменению (разрушаться или деформироваться).

Используемое сырье

По характеру взаимодействия с человеческими тканями металлы подразделяют на:

• токсичные (хром, ванадий, никель, кобальт);
• промежуточные (золото, железо, алюминий);
• инертные (цирконий, титан).

Титан

По целому ряду показателей титан на сегодняшний день является наилучшим сырьем для производства имплантов. Он полностью биологически совместим с тканями ротовой полости, не вызывает ионного обмена с ротовой жидкостью, не изменяет PH среды, не образует вредных соединений.

В начале второй половины прошлого века исследователи обнаружили, что титан способен интегрироваться «срастаться» с костью, то есть образовывать с ней прочное соединение. Причем в отличие от других металлов, это соединение является «костным», а не фиброоссальным (костно-соединительнотканным).

Благодаря стойкой окисной пленке, металл практически не поддается коррозии. Его антикоррозионная стойкость выше, чем у нержавеющих сталей.

Вдобавок ко всему оказалось, что титан обладает умеренным бактерицидным эффектом, угнетающе действует на бактерии при незначительности микробной массы.

Поскольку чистый титан – мягкий, пластичный материал с относительно невысокой прочностью, для изготовления имплантов используют его сплавы. К хорошим прочностным результатам приводит легирование титана ванадием и алюминием.

Однако эти элементы ухудшают биосовместимость титана. Кроме этого, ванадий относится к цитотоксичным материалам, отрицательно воздействующим на окружающие ткани. А присутствующий в значительном количестве алюминий замедляет минерализацию, угнетает эритропоэз, снижает метаболизм костной ткани.

Проблему устраняют, заменяя ванадий ниобием и снижая в сплаве концентрацию алюминия. Сегодня для изготовления имплантов используют различные сплавы титана, в частности, Grade-5 (химическая формула Ti₆Al₄V), Grade-4 (Ti₅Al), ВТ-6 (Тi₆Al₄V).

Перспективным сырьем для изготовления имплантатов является чистый наноструктурированный титан, который отличается от обычного уменьшенным размером кристаллических зерен. Кроме того, что он имеет такую же прочность, как сплавы обычного титана, он обеспечивает еще и лучшую остеоинтеграцию.

Наноструктурирование титана проводят способом интенсивной пластической деформации (ИПД).

Улучшение интеграционных свойств наноструктурированные металла объясняется изменение морфологии поверхности и состава оксидного покрытия, которые усиливают адгезию поверхностью импланта клеток, участвующих в остеогенезе.

В видео смотрите, как изготавливаются имплантаты из титана.

Цирконий

Серебристый, пластичный металл получают из минерала циркона. Чистый Cr обладает недостаточной прочностью, поэтому импланты производят из сплава циркония с другими металлами, а также из циркониевой керамики.

Последняя версия представляет собой полностью или частично стабилизированный диоксид циркония (FSZ, PSZ). Подробнее о циркониевой керамике будет рассказано ниже.

Что касается сплавов циркония с металлами, то это известные и широко используемые материалы, которые применяются не только для изготовления имплантов. Среди российских марок это КТЦ 110, 100, 125, содержащие кроме 99 с лишним процентов циркония также малые количества гафния, бериллия, никеля, хрома, титана, алюминия, кислорода, свинца.

Кроме антикоррозионных свойств, оксидная пленка циркония обладает еще и остеокондуктивностью.

Преимущества циркониевых сплавов

• Биосовместимость и гипоаллергенность. Неизвестно ни одного случая, когда использование циркония в стоматологии вызвало бы аллергическую реакцию.
• Высокая прочность и долговечность, отсутствие деформаций.
• Низкая теплопроводность (не создается дискомфорта при употреблении горячей и холодной пищи).
• Низкая бактериальная адгезия (на 40% меньше, чем у других металлов).
• Отсутствие раздражения и воспалений в зоне контакта циркония с мягкими тканями.
• Высокая эстетичность. Диоксид циркония обладает естественной прозрачностью и белым цветом. Это исключает его просвечивание сквозь покрывающие керамические слои.

Недостатки циркониевых сплавов

• Цитотоксическое действие ванадия, если он присутствует в сплаве, а также антиметаболический эффект алюминия, если он содержится в материале в значительных количествах.
• Высокая цена.

Керамика

Стандартная стоматологическая керамика из-за своей хрупкости в качестве материала для имплантов в настоящее время практически не используется. Ее заменила циркониевая керамика – материал на 95% состоящий из оксидов циркония и алюминия и окиси иттрия (ZrO₂+Y₂O₃+Al₂O₃).

По своим прочностным качествам циркониевая керамика превосходит натуральные ткани зуба. Предел прочности на изгиб составляет 1250 MPa, на сжатие – 3400 MPa.

Материал имеет хорошую биосовместимость (относится к биоинертным веществам), имеет высокую адгезивность по отношению к клеткам, участвующим в остеогенезе.

По цвету близка к эмали зуба, что обеспечивает высокую эстетику в ортопедических конструкциях. Важной особенностью материала является способность восстанавливать на молекулярном уровне свою структуру при возникновении микротрещин.

Из диоксида циркония изготавливают не только импланты и абатменты, но и ортопедические конструкции – коронки, каркасы мостовидных протезов, виниры, вкладки.

Основной недостаток материала – его дороговизна, однако, отмечается тенденция к снижению цены.

Стеклоуглерод

Стеклоуглерод – это твердое вещество, получаемое карбонизацией сетчатых полимеров (целлюлозы, фенолформальдегидной смолы), по виду напоминающее неорганическое стекло. Прочность материала на изгиб составляет 130-160 Мпа.

Изготавливают зубные импланты и из полиэфирэфиркетона (ПЭЭК). Это жесткий, прочный, биосовместимый, полукристаллический термопластик. Его прочность можно увеличить до 200-230 МПа, добавив углеродных волокон или частиц.

Как и стеклоуглерод, ПЭЭК не может составить сколько-нибудь значимую конкуренцию титану и цирконию. В настоящее время они практически не используются в качестве материалов для изготовления имплантов.

Золото

Основным достоинством использования золота в производстве систем является хорошая биосовместимость металла с тканями человеческого организма.

Однако, в силу самой природы металла, стандартные заводские золотые импланты не производятся. Но их можно изготовить в индивидуальном порядке для тех пациентов, которые находят в этом резон.

Особенности производства

Для изготовления имплантов на этапе формирования структуры (макроповерхности) используются 3 технологии:

• Аддитивная обработка. Представляет собой формирование путем послойного нанесения материала на подложку в соответствие с его цифровым чертежом. К таким способам относится 3D печать с лазерным спеканием.

  Материал подается в зону печати в виде порошка или проволоки, подвергается лазерному плавлению и формированию на подложке.

• Вычитающие (субтрактивные) технологии. Это не что иное, как механическая обработка путем удаления с заготовки лишнего материала.

  Примером такой обработки является технология CAD/CAM – выпиливание детали на фрезерном станке, работающем под управлением специальной программы. Технология позволяет изготовить имплант с учетом индивидуальных особенностей пациента.

• Штамповка и литье.

Для создания микроповерхности, обладающей повышенными остеоинтеграционными свойствами, используются:

• пескоструйная обработка с последующим травлением кислотой (технологии SLA и MBR);
• лазерная обработка;

• нанесение титановой плазмы (TPS);
• Покрытие имплантата биоактивным гидроксиапатитом (технология НА);
• создание на поверхности импланта дополнительного окисного слоя;
• наноструктурирование поверхности различными способами.

Преимущества титана

Чистый Ti относится к биоинертным материалам. Это значит, что он совместим с человеческими тканями и способствует быстрой и качественной остеоинтеграции. Реакция тканей ротовой полости на титан более благоприятна, чем на другие металлы.

Материал превосходит цирконий и циркониевую керамику по доступности, технологичности и себестоимости (является более дешевым).

В сравнение со стандартной стоматологической керамикой титан более прочен и не подвержен опасности растрескивания, которое является основным фактором, ограничивающим использование алюмосиликатные керамики для изготовления имплантов.

Необходимо отметить и такой важный параметр, как предел текучести в 2,5 раза больше, чем у железа.

Аспекты выбора

В зависимости от характера взаимодействия со структурой твердых и мягких тканей человека все материалы подразделяют на биотолерантные, биоинертные и биоактивные.

Биотолерантными называются материалы, который взаимодействуя с костной тканью, образуют дистанционный остеогенез. Это означает, что между имплантом и костью образуется фиброзный (соединительнотканный) слой.

Другими словами, имплант не имеет непосредственно контакта с костью, взаимодействует с ней через образовавшуюся соединительную ткань, что отрицательно сказывается на его стабильности и прочности.

К биотолерантным относят стоматологическую сталь, сплавы металлов (кобальт, хром, молибден, никель). В данный момент их использование для изготовления дентальных имплантов практически прекратилось.

Биоинертными материалами называется такие, которые при определенных условиях способны создавать прочное соединение с костью без фиброзной прослойки. Это керамика, тантал, диоксид циркония, титан и другие.

Биоактивные материалы – вещества, увеличивающие биологическую активность костных тканей. Активизация костного метаболизма вызывается наличием свободного фосфора и кальция. Самым известным биоактивным материалом является гидроксилапатит.

Срок службы

Наиболее долговечными считаются циркониевые импланты. Срок их службы составляет более 15 лет. На втором месте располагается титановые изделия – 10 и более лет. Некоторые производители дают на титановые и циркониевые системы пожизненную гарантию.

Срок службы зависит не только от их исходного качества и опыта врача, который их установил, но и от строгого выполнения всех рекомендаций специалиста.

Отзывы

Если у человека установлен имплант, то с большой долей вероятности можно предположить, что он из титана.

Если вы восстанавливали себе зубы с помощью имплантации, расскажите о Вашем опыте другим посетителям нашего сайта. Сделать это можно, оставив комментарий внизу страницы.