Какой должна быть поверхность зубного имплантата для достижения желаемого результата

Дентальные импланты считаются важной частью терапевтического арсенала современных стоматологических учреждений.

За счет высокой эффективности эти изделия из титана завоевали признание врачей и пациентов в качестве альтернативного решения классическому протезированию при восстановлении целостности зубных рядов.

В ряде случаев клиницисту сложно сделать выбор в пользу той или иной системы, наиболее подходящей в конкретном клиническом случае.

Значимым и определяющим преимуществом в принятии решения считается специфическая топография поверхности импланта, которая будет способствовать успешной остеоинтеграции.

Связь дизайна, остеоинтеграции и первичной стабильности

За понятием «остеоинтеграция» медики подразумевают структурно-функциональное взаимодействие поверхности вживляемого изделия с окружающими его костными тканями:

1. Слияние десенной ткани с шейкой дентального изделия блокирует производство бактерий, которые становятся провокаторами развития периимплантита.
2. Тесная связь мягких структур с поверхностью материала способствует созданию оптимальных условий для должного биомеханического укрепления всей конструкции в кости.
3. Первичная стабильность – один из самых важных аспектов беспроблемной остеоинтеграции. Она определяется оптимальным механическим закреплением, дизайном импланта и характеристиками качества костных тканей.

   Это значит, что проектный вид винтового изделия, его форма и шаг резьбы становятся основной особенностью, влияющей на стабильность титанового стержня.

После многочисленных клинических наблюдений, медики сделали вывод, что дизайн имплантологических систем должен максимально влиять на правильное распределение напряжений, а также сводить к минимуму стрессовое давление, оказывающее неблагоприятное воздействие на участке взаимодействия кости с имплантом.

Для увеличения площади контакта стержня с костью желательно выбирать среднюю по размеру конструкцию, имеющую небольшой шаг винтовой линии, глубокие витки.

В ходе ряда исследований специалисты оценили взаимодействие импланта с твердыми структурами при различных модификациях наружной части:

• Микроизменения поверхности. Отмечено влияние на перемещение, деление клеток-предшественников, что свидетельствует о запуске процесса костной ремоделиризации.
• Шероховатая поверхность. Неровности на внешнем слое импланта способствуют качественной функциональной и анатомической связи с костью, за счет повышения миграции клеток и увеличения скорости их соединения между собой.

Несмотря на итоги проведенных исследований, объективно оценить влияние той или иной модификации рельефа на клетки кости в нанометровом диапазоне так и не удалость. Поэтому выбор оптимальной имплантационной системы остается сложной и спорной задачей для клиницистов.

Нанотехнологии

Чтобы создать идеальную поверхность импланта с прогнозируемыми особенностями топографии и химических показателей, в производство имплантационных систем были задействованы нанотехнологии.

Они помогают разрабатывать усовершенствованные модификации, дающие возможность предвидеть интеграционные процессы.

Рассмотрим наиболее успешные методы обработки рельефа имплантов сегодня.

Молекулярная самоорганизация

Метод основывается на создании сомоагрегируемых монослоев. Для этого специалисты применяют химическую сорбцию и вертикальное позиционирование молекул на определенной основе.

При этом, главной сутью химического процесса остается открытие соединений в конце цепи для дальнейшего взаимодействия.

Пероксидация

При таком способе обработки используется тандем сильнейших кислот. Они помогают создать на поверхности импланта нанопоры оптимального диаметра. Титан протравливается кислотами в условиях подходящей температуры.

По истечению запланированного времени, кислоту разбавляют водой, тем самым прекращая ее действие. Готовая поверхность промывается спиртом под воздействием ультразвука около получаса. Процесс завершается обсушкой.

Обработка с использованием щелочей

Исследователи повсеместно используют метод обработки щелочами на практике. Такой способ позволяет воссоздать на поверхности титана наномодифицированный рельеф, который способен активировать ряд веществ реактивной группы, входящих в состав костной структуры.

Щелочи имеют свойство катализировать формирование Ti-наноструктур на наружном слое импланта.

Уплотнение наночастиц

Метод базируется на физических путях модификации поверхности титанового стержня. В процессе обработки происходит создание наноизменного слоя, который получают путем уплотнения наночастиц и микрочастиц.

Главное преимущество методики – сохранение химической устойчивости наружного слоя изделия независимо от других важных особенностей.

Конусно-лучевая депозиция

Суть обработки кроется в конусно-лучевом осаждении наночастиц. Такая обработка является альтернативой распределению разных наносоставляющих на рельефе изделия.

Вещество наносится на материал посредством ионного ассистирования, что позволяет сформировать на поверхности стержня тончайшую пленку.

Представленный вид обработки считается самым эффективным при планировании покрыть имплант слоем биокерамической смеси.

Традиционная пескоструйная обработка

Достичь пористости поверхности импланта удается путем воздействия на нее микроскопическими частицами. В зависимости от параметров микроскопических частиц можно изменять толщину пористой структуры.

Полученная шероховатость способна стимулировать преобразование информации генов межклеточных веществ в полноценные клеточные структуры, а также увеличивать площадь контакта между костной тканью и титановым стержнем.

Импланты обработанные посредством пескоструйного воздействия с последующим протравливанием фтористым водородом отличаются высокими показателями функциональной, анатомической связи с костью и устойчивостью в первые 12 месяцев после вживления. Для таких обработок наиболее часто используется окись алюминия.

Примечательно то, что многие исследователи отмечают пагубное влияние холодной абразивной обработки на процесс приживления.

Плазменное напыление

Процесс обработки начинается с ликвидации контаминаций с поверхности стержня посредством вакуума. Далее применяют воздействие мощным точечным энергетическим потоком движения заряженных частиц плазмы.

Такой способ дает возможность наносить на базу слои различных материалов. Наиболее распространенное напыление – плазменно диффузный слой гидроксиапатита.

Однако во время термической обработки покрытия гидроксиапатит может разложиться, что становится причиной образования оксида кальция и других неблагоприятных соединений, формирующих гетерогенный слой.

Такое неприемлемое напыление становится провокатором возникновения различных проблем на этапах приживления импланта.

Золь-гелевая трансформация

Способ, базирующийся на золь-гелевой трансформации, дает возможность контролировать структурные характеристики наслоений и воссоздавать максимально тонкие напыления, которые гарантируют отличную стабильность.

Депозиция отдельных кристаллов

Суть технологии – организация частиц фосфата кальция на внешнем слое титана, после его предварительного протравливания кислотой.

Эти действия повышают механическую связь дентальной системы с окружающими массивами кости. Главный неблагоприятный фактор – опасность отслоения поверхностного слоя.

Литография и техника контактного принтинга

Эти способы только начинают исследоваться в области имплантологии и подразумевают создание на наружной части материала наноконфигураций.

При этом на результат наномодификации влияет длина волны, применяемая в процессе обработки внешнего слоя изделия.

В последние годы исследователи разработали ряд инновационных технологических решений, направленных на создание идеальной поверхности имплантов с применением гидроксиопатита и фосфатов кальция.

Мало того,  CaР покрытия гарантируют быструю остеоинтеграцию и способствуют прямому контакту изделия с костью в сравнении с имплантами без такого слоя.

Самые популярные модификации

Сегодня медики выделяют несколько модификаций рельефа имплантов, которые, исходя из клинических наблюдений, действительно помогают улучшить взаимосвязь импланта с костной структурой и благоприятно влияют на результаты операции по вживлению в целом.

SLA

В основе создания данной модификации лежит крупнозернистая абразивная обработка рельефа импланта с последующим протравливанием кислотой.

Поверхность SLA удается создать в процессе грубого абразивного воздействия на поверхность с помощью корундовых частиц, которые создают необходимую шероховатость.

Далее в течение 5-10 минут происходит травление кислотой. Для этого титан помещают в специальную ванную, наполненную смесью хлороводорода и серной кислоты. Температура при этом постоянно повышается. Благодаря этим действиям, на поверхности титана появляются тончайшие микроскопические углубления.

В последние годы данную технику активно изучали как способ In-vitro или In-vivo. Проводились успешные опыты на собаках, в ходе которых было доказано, что покрытие SLA – это отличный выбор, когда речь идет о контактных поверхностях титановых стержней для дентальной имплантации.

Неоспоримые преимущества:

• ускоренная костная интеграция на первом этапе заживления;
• улучшенное закрепление импланта;
• высокий процентный показатель в отношении взаимосвязи кость-имплант;
• отличный крутящий момент ввинчивания;
• прочная взаимосвязь с костными массами при ранних нагрузках;
• стимуляция модификации фенотипического поведения остеобластов;
• возможность сильных функциональных нагрузок на поверхность.

Минусы:

• остаточные частицы оксида алюминия после обработки, которые существенно снижают качество процессов остеоинтеграции;
• риск развития нежелательных последствий в постимплантационной фазе, т.к. алюминий и его составляющие вещества пагубно воздействуют на организм;
• в ряде случаев агрессивное травление кислотой приводит к металлургическому распаду, что может снизить выраженность микроскопических неровностей (кислота их «сглаживает»).

RBM

Техника RBM заключается в пескоструйной обработке рельефа частичками Бета-Трикальций фосфата. При этом специалисты подбирают оптимальные показатели размера, массы и плотности.

На первом этапе проводится механическая обработка наружной части титана. Далее следует процесс протравливания, при этом кислота подбирается в органической низкой концентрации. Следует отметить, что после такой обработки поверхность освобождается от остатков частичек, а рисунок исходного материала (титана) остается исходным.

Методика дает возможность создать глубокие микропоры, в сравнении с предыдущим способом обработки (SLA). За счет поученных на поверхности глубоких кратеров увеличивается площадь поверхности внутрикостного изделия. Наряду с этим показателем повышается остеокондуктивность импланта.

Данная система обработки применяется в изготовлении имплантов известных производителей: Adin Implants, APOLONIA, Osstem Implant и многие другие.

Процесс создания поверхности RBM сегодня считается одним из самых лучших, т.к. он создает выраженный шероховатый поверхностный слой, при этом у загрязняющих частиц не остается шансов для оседания.

Плюсы представленной поверхности:

• отсутствие остатков кислоты на импланте;
• оптимальный итоговый диаметр микропор (5-10 микрон), идеальные показатели шероховатости (2, 05-3,09 микрон);
• успешная установка в случае возможности недостаточного механического закрепления;
• стимуляция роста новой кости за счет единообразия рельефа и диаметра микропор;
• увеличенная площадь внешнего покрытия для прикрепления новых клеток кости;
• прочная фиксация на ранних этапах;
• ускоренная адаптация кости к инородному телу;
• уменьшенные сроки остеоинтеграции.

Один и важный недостаток поверхности RBM – это топография. Хоть внешний слой материала и шероховатый, кратеры лишены структурной организации, а это является важным условием для отличного приживления.

Анодированное покрытие

Анодное оксидирование − одна из самых часто используемых методик, позволяющая получить наноструктурную окись на поверхности импланта. В итоге процесса частицы оксида металла имеют диаметр чуть меньше чем 100мн. Анод в этом случае – титан, катодом – пластина из платины.

Два элемента соединят между собой при помощи медного прута, при этом используется как положительный, так и отрицательный источник энергии. Анодирование подразумевает погружение элементов в раствор фторида водорода.

Под воздействием сильнодействующей кислоты слой оксида растворяется, а поверхность приобретает оптимальную конфигурацию, которая способна стать проводником для гальванического тока. Диаметр наноструктур регулируется контролем напряжения и толщины покрытия.

В процессе анодирования титановое изделие покрывается оксидной пленкой, которая формируется из частичек самого металлического материала под воздействием электрохимических реакций.

Преимущества:

• защитная функция, предотвращающая бактериальную колонизацию;
• дополнительное укрепление поверхности изделия;
• коррозионная стойкость;
• высокая степень открытой пористости;
• способность выдерживать большие функциональные нагрузки;
• высокая структурная гетерогенность микрорельефа;
• оптимальный уровень биосовместимости;
• стимуляция активного роста костной ткани.

В видео смотрите, как проводится обработка поверхности на примере имплантов Alpha Dent.

Оценка качества и анализ

По результатам многочисленных исследований удалось выяснить, что анодирование титана сернокислотой дает возможность сформировать покрытие, в состав которого входят инертные оксиды, а они, в свою очередь, будут определять совместимость изделия с окружающими тканями.

Толщина оксидного слоя является самой оптимальной для качественной биоинтеграции.

Благодаря анодному оксидированию удается добиться эффективного физико-механического взаимодействия импланта с костной структурой. Стержень надежно закрепляется в организме.

В процессе ряда опытов была определена средняя величина потенциала поверхности с оксидной пленкой – в модельном физиологическом растворе этот показатель равен 0,15 В.

Величина свидетельствует о высокой электромеханической устойчивости анодированных дентальных изделий к коррозионным процессам и повышенных характеристиках биосовместимости.

Клинические обоснования и выводы

Чтобы найти обоснования достоинств анодированной гидрофильной обработки систем были проведены опыты при проведении имплантации по ускоренной методике.

В нижнечелюстные кости собак были внедрены импланты с RBM и SLA поверхностью. Первые показали наилучшие результаты:

• 40% — рост числа контактов имплант-кость в течение 14 дней после вживления;
• сохранение вышеуказанных показателей в щечной области, спустя 3 месяца после операции;
• костно-имплантационные контакты у гидрофильных имплантов в язычной зоне были на 30% больше в периоде двух недель, относительно контрольных образцов.

В период восстановления, на 4, 8 и 12 неделе показатели гидрофильных имплантов были на порядок выше показателей изделий с гидрофобной поверхностью.

Данные факты свидетельствуют о том, что гидрофильная поверхность способствует стимуляции роста костной ткани по всему верхнему слою титанового стержня, что способствует ускорению механической стабильности.