Влияние поверхности имплантов на их остеоинтеграцию

Сегодня очень актуален вопрос о качестве поверхности имплантов. Чем они отличаются? Какую выбрать? И вообще, что зависит от качества поверхности? Давайте попробуем ответить на эти вопросы, сравнив поверхности RBM и SLA и структуру внутрикостных дентальных имплантатов. Эти факторы обеспечивают надёжную остеоинтеграцию имплантата и повышают эффективность лечения пациентов. Именно поверхность определяет прочностные свойства имплантов и условия для адсорбции биомолекул, а также адгезии клеток, окружающих имплантат тканей. От формы и структуры поверхности внутрикостной части имплантов существенно зависит способность к согласованному взаимодействию биомеханической системы «зубной протез-имплантат-костная ткань»

Рядом исследователей доказано, что шероховатая поверхность титановых сплавов, используемых в хирургической стоматологии, обладает большей энергией и смачиваемостью, по сравнению с гладкой поверхностью. Наличие шероховатости, пор или углублений, определенного размера, на поверхности внутрикостной части дентального имплантата способствует адсорбции белков, механическому прикреплению к поверхности материала волокон фибрина и коллагена, адгезии остеогенных клеток, фибро и остеобластов, а также синтезу специфических белков и факторов роста, что в конечном итоге позволяет достичь увеличения площади костной интеграции. Рельеф позволяет значительно увеличить удельную площадь поверхности имплантата взаимодействующей с костью, что повышает силу его интеграции с последней и снижает уровень механического напряжения в окружающих структурных единицах кости.

Образуется в результате грубой пескоструйной обработки корундовыми частицами (оксидом алюминия Al2O3), благодаря которой достигается макрошероховатость титановой поверхности. Затем в течение нескольких минут следует интенсивное травление в кислотой ванне со смесью из HCl и H2SO4 при повышенной температуре. За счет этого появляются тонкие микроуглубления размером 2–4 микрона в виде включений в обработанную грубым пескоструйным способом поверхность. Поверхность не является микропористой и поэтому не предоставляет место тканевым включениям, что уменьшает подверженность бактериальной колонизации.

Такая технология обработки поверхности интенсивно изучалась в последние годы, как In-vitro, так и In-vivo. Тесты на клеточных культурах, гистологические исследования кости и опыты на животных по извлечению имплантатов показали, что поверхность SLA является неплохим выбором в отношении контактных поверхностей имплантатов. Тенденция к улучшению и ускорению костной интеграции SLA-имплантатов на начальной стадии заживления, описанная многими авторами, базируется на увеличении формирования локальных цитокинов и факторов роста. В результатах исследований In-vivo документально представлено подавляющее преимущество поверхности SLA в отношении интеграции и закрепления имплантатов, по сравнению с другими поверхностями (такими как титано-плазменное напыление, машинно-фрезерная обработка, гидроксиапатитное покрытие и т.п.), особенно на начальной стадии заживления после установки имплантата.

Поверхность разрабатывалась для того, чтобы добиться высокого процентного показателя в отношении контакта кости с имплантатом при дескриптивных гистоморфометрических исследованиях, а также высокого крутящего момента вывинчивания при функциональных исследованиях.

И многие исследования как in vitro так и in vivo подтвердили ее преимущества над гладкими поверхностями по прочности контакта с костью и по моменту расцепления, а, следовательно, и по ранней нагрузке. Исследования на клеточных культурах показали, что эти поверхности модифицируют фенотипическое поведение остеобластов, так что предположительно эффективность гистологического и биомеханического соединения может быть объяснена поверхностно-модулированными клеточными процессами. Наиболее важным свойством этой поверхности SLA, играющим значительную роль в разработке и практическом применении имплантатов, является возможность высокой нагрузки на нее, продемонстрированная на опытах по вывинчиванию.

Корейская компания NeoBiotech выпускает зубные импланты с типом поверхности, обработанной по уникальной технологии S.L.A.

Методика RBM состоит в том, что поверхность имплантанта подвергается пескоструйной обработке частицами Бета-Трикальций фосфата (Ca3O8P2) определенной плотности, массы и размера. После механической обработки поверхность протравливается в органической низко концентрированной кислоте, оставляя поверхность чистой (без остатков частиц Ca3O8P2), не меняя строение титанового «рисунка». Такой метод позволяет достигать на поверхности имплантанта микропоры большей глубины, чем при обработке классическим методом SLA (оксидом алюминия (Al2O3) )

Тем самым, площадь поверхности имплантанта за счет увеличенной глубины пор (кратеров) возрастает, соответственно и его остеокондуктивность. Для примера, такая система обработки поверхности применяется в производстве имплантантов: BioHorizons, Adin Implants, Lifecore, Osstem Implant, AB Dental, Perio Type, AlphaDent, APOLONIA, MegaGen.

Бета-Трикальций фосфата (Ca3O8P2) - это резорбируемый материал, который не внедряется в поверхность имплантата при обработке им поверхности надолго, прежде всего из-за использования метода пассивации, а если какаялибо частица фосфата кальция внедрится в поверхность имплантата, то в костном ложе под воздействием окружающей среды полностью резорбируется, образовывая дополнительную пору в поверхности имплантата.

Недавние опасения, связанные с занесением посторонней среды вследствие гранулирования стекла и струйной обработки обострил интерес к развитию такого метода, который позволил бы избежать подобного загрязнения. Главную опасность представлял остеолизис, который, как было доказано, связан с занесением инородных микрочастиц.

Практически сразу после имплантации в прилегающих к имплантату тканях отмечается острая воспалительная реакция, которая протекает в стерильных условиях (асептическое воспаление). В течение первых 3 дней на поверхности имплантата оседают мезенхимальные стволовые клетки. Этот процесс регулируется эндокринными и паракринными медиаторами и лежит в основе остеоинтеграции имплантатов и реорганизации новообразованной костной ткани. Пролиферация и дифференциация остеобластов происходят спустя. 3-6 дней, а последующая кальцификация матрикса - в течение 2-3 недель после имплантации. Примерно через 3 недели поверхность имплантата оказывается покрытой первичным слоем клеток костной ткани. В ходе дальнейшей костной реорганизации, которую называют ремоделированием, происходит структуризация коллагеновых волокон и формируется трабекулярная структура костной ткани вокруг имплантата.

Davis описал два основных механизма, связанных с процессом остеоинтеграции: дистантный и контактный остеогенез. При дистантном остеогенезе новообразование костной ткани происходит от костного ложа в направлении поверхности имплантата по мере васкуляризации сгустка, заполняющего пространство между ними. В таком случае исходно отсутствует непосредственный контакт между костью и поверхностью имплантата. Контактный остеогенез, по определению, происходит при наличии остеогенньх клеток на поверхности имплантата, т.е. регенерация костной ткани протекает как со стороны костного ложа, так и на поверхности имплантата. Следует отметить, что при установке имплантатов в здоровую костную ткань происходят процессы, аналогичные тем, которые протекают при заживлении перелома кости.

В результате ремоделирования кости вокруг имплантата его первичная стабильность неизбежно снижается. Вторичная стабильность достигается после завершения процесса остеоинтеграции.

Период между началом снижения первичной и достижением достаточной вторичной стабильности имплантата имеет большое клиническое значение для выживаемости имплантата. В частности, при имплантации в новообразованную костную ткань не всегда удается достичь высокой первичной стабильности из-за относительно низкого качества такой кости. В таких случаях следует ожидать менее выраженной остеоинтеграции в результате ограниченных репаративных возможностей тканей.

В области проведения регенеративных вмешательств часто наблюдаются замедление метаболизма и худшее кровоснабжение тканей, что объясняется их незавершенной реорганизацией и (или) неполной резорбцией частиц костного материала. Именно поэтому при установке имплантатов на таких участках большое значение приобретают поверхностные характеристики имплантата. Многие исследователи и компании-производители предлагают разные методы микроструктурной оптимизации поверхности имплантата для повышения эффективности имплантологического лечения в сложных клинических ситуациях. Для улучшения остеоинтеграции очень важно, чтобы поверхность имплантата обладала достаточной смачиваемостью для отложения на ней фибрина. Кроме того, активность остеобластов также зависит от микроструктурных особенностей поверхности имплантата. По данным исследований, отложение фибрина и тромбоцитов на шероховатых поверхностях, полученных в результате пескоструйной обработки или высокотемпературного протравливания, выражено сильнее, чем на относительно гладких (фрезерованных) или поверхностях, которые были получены с помощью низкокотемпературного протравливания.

Смачиваемость поверхности имплантата зависит от поверхностной энергии и микроструктурных особенностей, определяющих угол контакта с биологической жидкостью. Необходимо отметить, что липофильная поверхность характеризуется высокой смачиваемостью, а повышение ее гидрофильное™ на следующем этапе способствует достаточной смачиваемости водорастворимыми веществами. Это свойство способствует осаждению на поверхности имплантата протеинов, участвующих в образовании фибринового сгустка, что, в свою очередь, обусловливает миграцию остеобластов к поверхности имплантата уже на начальных этапах новообразования костной ткани. Микроструктура поверхности имплантатов в значительной мере влияет на пролиферацию и дифференцирование остеобластов. В микропо-рах диаметром 0,5-1 мкм фиксируются филопо-дии остеобластов, а микропоры размером 3-5 мкм задерживают сами остеобласты.

На шероховатой поверхности имплантатов с однородной пористой микроструктурой происходят более интенсивная пролиферация и дифференцирование остеобластов. В той же экспериментальной модели на поверхности с относительно гладкими участками между отдельными порами отмечены значительная вариабельность и меньшее количество дифференцированных клеток на 4-й стадии. В других исследованиях также подтверждается образование большей поверхности контакта между костной тканью и имплантатами с однородной пористой поверхностной структурой. При немедленной нагрузке увеличивается количество коллагеновых волокон, перпендикулярных поверхности имплантата, что свидетельствует о направленности трабекул от имплантата к окружающей костной ткани.

В сравнительном исследовании четырех систем имплантатов с разным типом поверхности наблюдалась соответствующая интенсивность образования контакта между имплантатом и костной тканью. Также установлена зависимость между прочностью механического соединения и шероховатостью поверхности имплантата: с увеличением шероховатости поверхности повышается момент на усилие, необходимое для извлечения имплантата. По данным того же исследования, в тканях вокруг имплантатов, подвергавшихся высокотемпературному протравливанию, определяется меньше свободных титановых частиц, чем вокруг имплантатов с напылением. В более поздней публикации сообщалось об уменьшении количества титановых частиц после напыления, а также анодирования поверхности титаном.

Выживаемость имплантатов с шероховатой и гладкой поверхностью в регенерированной костной ткани исследовалась в течение 5 лет. Для увеличения объема костной ткани применялись различные регенеративные методики, в том числе пересадка латеральных и горизонтальных костных блоков и синус-лифтинг: 88 % трансплантатов взято с донорских участков в полости рта (ретромо-лярная и (или) подбородочная область) и 12 % - из переднего края подвздошного гребня. Для исследования были выбраны имплантаты с поверхностной структурой трех типов: фрезерованная поверхность (BrSnemark, Mark II, NobelBiocare), структура с глубоким профилем DPS (Deep Profile Structure) после пескоструйной обработки и низкотемпературного протравливания (FRIALIT-2 ступенчатая винтовая форма) и поверхность с титановым напылением (FRIALIT-2 ступенчатая цилиндрическая форма). В течение 1994-1995 гг. 421 пациенту установлено 1342 имплантата (631 на нижней челюсти и 711 на верхней челюсти) одномоментно с увеличением объема костной ткани или через. 3-4 мес после регенеративного вмешательства после завершения этапа консолидации.

Ортопедический этап проводился по единому протоколу через 4 мес после имплантации при пересадке костного блока, через 9 мес при одномоментной установке имплантатов с синус-лифтингом, через 4 мес после имплантации с двухэтапным вмешательством в области верхнечелюстной пазухи. Утрата остеоинтеграции спустя 5 мес наблюдалась у 76 имплантатов (выживаемость 94,4 %). Показатели выживаемости имплантатов трех типов на нижней челюсти существенно не отличались. Выживаемость имплантатов с фрезерованной поверхностью составила 93,1 %, с поверхностью после пескоструйной обработки и протравливания - 96,2 % и с титановым напылением - 93,7 %. Однако отмечены значительные отличия по выживаемости на верхней челюсти: 84,3 % для имплантатов с фрезерованной поверхностью, 94,4 % для имплантатов с поверхностью после пескоструйной обработки и протравливания и 98,2 % для имплантатов с титановым напылением. Изучению того же вопроса было посвящено проспективное исследование. Группа пациентов состояла из четырех женщин и шести мужчин в возрасте 42-67 лет. Один хирург по единому протоколу одномоментно с синус-лифтингом установил 59 имплантатов. При проведении двухстороннего синус-лифтинга на одной стороне устанавливались имплантаты с фрезерованной поверхностью, а на другой - с титановым напылением. Инфекционные осложнения не возникали. В трех верхнечелюстных пазухах произошла перфорация. На начальном этапе после имплантации нарушения заживления и прочие осложнения не отмечались. Через 9 мес после имплантации на все имплантаты установили несъемные протезы. Период наблюдения составил 46-68 мес. Утрачено было 5 имплантатов (16,7 %), все с фрезерованной поверхностью и все в течение первого года после протезирования. Остеоинтеграция имплантатов с титановым напылением происходила без осложнений и сохранялась до конца срока наблюдения. Среди факторов, оказывающих влияние на выживаемость имплантатов, отмечен только тип поверхности имплантата.

В 2003 г. начался выпуск имплантатов FRIADENT-plus с поверхностью DPS, полученной в результате пескоструйной обработки и высокотемпературного протравливания. В частной стоматологической клинике «Шлосс Шелленштайн» и поликлинике челюстной хирургии и имплантологии Кёльнского университета в рамках одного исследования в период 2003-2005 гг. по разным показаниям установлено 3112 имплантатов с этой поверхностью, 289 из них подверглись немедленной нагрузке. Немедленное протезирование без окклюзионной нагрузки проведено у 103 имплантатов; 1612 имплантатов подверглись ранней нагрузке, при этом соблюдался срок заживления от 6 недель в нативной кости до 3 мес в новообразованной. 1108 имплантатов установлено с учетом стандартного срока заживления 12 недель в интактной кости и 4-5 мсс в регенерированной. 2568 имплантатов установлено в сочетании с различными регенеративными вмешательствами. Потеря остеоинтеграции произошла только у 4 имплантатов: в одном случае через 4 мес после немедленной нагрузки, в другом - через 2 мес после немедленного протезирования. Еще 2 имплантата утрачено после ранней нагрузки. В последнем случае оба имплантата длиной 11 мм были установлены после недостаточного увеличения объема костной ткани с помощью трансплантата из гребня подвздошной кости на участке верхней челюсти с выраженной атрофией. У той же пациентки отмечалась успешная остеоинтеграция имплантатов, установленных на более дистальных участках. Эти имплантаты восстановлены балочной конструкцией, которая продолжает функционировать без осложнений в течение 2 лет.

По данным многолетних исследований рабочей группы под руководством Бронемарка (Branemark), у имплантатов с относительно гладкой поверхностью наблюдается достаточно хорошая остеоинтеграция. Долгосрочная выживаемость таких имплантатов достигает 98,9 %,’ однако данные результаты получены только для имплантатов, установленных в области нижней челюсти при отсутствии необходимости в регенеративных вмешательствах. При атрофии костного ложа IV класса по Мишу (Misch) отмечается более высокая частота неудачных исходов на этапе ранней нагрузки. Для решения этой проблемы были предложены имплантаты Мк-Ш (Mk-lll) с модифицированной резьбой, но повышение первичной стабильности не позволяло компенсировать недостаточную шероховатость фрезерованной поверхности. По данным упомянутого выше проспективного исследования, выживаемость имплантатов с микроструктурированной поверхностью DPS значительно превосходит таковую у фрезерованных имплантатов. По этой причине с 2001 г. начали выпускаться имплантаты Nobel Biocare с поверхностью TiUnite. Обсуждение вероятности контаминации шероховатой поверхности имплантатов началось со сравнения поверхности Osseotite (Biomet 3i) и SLA (ITI Straumann). Поверхность Osseotite образуется при двукратном протравливании. При этом соотношение диаметра и глубины пор составляет 1:3 и 5:10 мкм. Поданным многоцентрового исследования, процесс остеоинтеграции имплантатов с этой поверхностью завершается в течение 8 недель. В последующих работах подтвердились обычные показатели выживаемости более 95 % даже при наличии неблагоприятных факторов, например курения.

Поверхность SLA образуется после пескоструйной обработки крупными частицами корунда (250-500 мкм) и протравливания смесью соляной и серной кислот. В процессе протравливания возникают микропоры и растворяются внедрившиеся частицы корунда. Средний размер пор на поверхности после пескоструйной обработки и протравливания составляет 2 мкм, а после протравливания - 1,3 мм. По данным Buser и соавт., остеоинтеграция имплантатов с поверхностью SLA происходит в течение 6 недель. При этом важным условием для новообразования кости является наличие кровяного сгустка как начальной ступени в каскаде процессов заживления раны. Некоторые авторы отмечают снижение выживаемости имплантатов, установленных в новообразованной кости, что объясняется разными причинами. Считается, что новообразованная кость характеризуется меньшей биологической активностью. В частности, многие ксеногенные материалы замедляют костный метаболизм. Увеличение числа неудач также связано с ухудшением качества новообразованной кости. В первые годы становления современной имплантологии считалось обязательным обеспечить период покоя после установки имплантатов в течение 3 мес на нижней и до 6 мес на верхней челюсти. При проведении регенеративных вмешательств время ожидания до протезирования увеличивали до 9-12 мес и даже до 16 мес. Корейские импланты NeoBiotech имеют поверхность S.L.A

Оптимизированная шероховатость поверхности имплантатов позволяет сократить этот период ожидания. Исследования показали, что процесс остеоинтеграции зависит от микроструктурных особенностей поверхности. Для поверхности современных имплантатов характерно интенсивное начальное образование фибринового матрикса,ко-торый обеспечивает равномерное распределение остеобластов. При этом активизируется контактный остеогенез, что подтвердили исследования имплантатов FRIADENT-plus с поверхностью, прошедшей пескоструйную обработку и высокотемпературное протравливание. Гидрофильная поверхность способствует прямому осаждению водорастворимых компонентов биологических жидкостей на имплантате и образованию фибринового матрикса для последующей фиксации остеобластов. Это особенно важно при проведении регенеративных вмешательств из-за замедления метаболизма в новообразованной костной ткани при использовании ксеногенных материалов. Высокая начальная концентрация клеток обеспечивает лучшее качество новообразованной кости. При сравнении имплантатов с поверхностью с титановым напылением и поверхностью, полученной в результате пескоструйной обработки и высокотемпературного протравливания, в области последней образуется лучший контакт между имплантатом и костной тканью, в том числе при наличии отягощенного анамнеза, например пародонтита.

Чем больше площадь поверхности имплантата, контактирующей с костью, тем выше вероятность сохранения остеоинтеграции в отдаленные сроки. Для формирования эпителиального и соединительнотканного прикрепления в области шейки имплантата также необходима соответствующая структура поверхности. Микроструктурированная поверхность с плоским профилем способствует отложению фибробластов, в то время как гладкая структура более благоприятна для эпителиального прикрепления. Высота зоны, необходимой для эпителиального и соединительнотканного прикрепления, составляет около 0,5 и 1 мм, соответственно. Пористая протравленная поверхность способствует формированию контакта как с соединительной, так и с костной тканью. В переходной зоне, контактирующей с полостью рта, следует минимизировать риск отложения зубного налета, характерный для титанового напыления. Низкую биологическую стабильность альвеолярного гребня, особенно после латерального увеличения объема костной ткани, можно компенсировать надежным прикреплением мягких тканей.

Предварительные результаты названного выше многоцентрового исследования свидетельствуют о том, что при установке имплантатов с поверхностью, полученной в результате пескоструйной обработки и высокотемпературного протравливания, при ранней нагрузке даже после проведения регенеративных вмешательств отмечается очень низкая частота осложнений.

Оригинал статьи на сайте для зубных техников и стоматологов-ортопедов dentaltechnic.info