Из книги Andre Schroeder et al., Oral Implantology, 2nd revised edition, Thieme, 1996, p. 47, ISBN 3-13-744302-4 (Thieme), ISBN- 0-86577-545-1 (TMP)
Свойства титана
Остеоинтеграция
Эффективность*
Плотная связь наблюдается in vivo между титановым имплантатом
и костью. Это анкилотическое закрепление, также называемое остеоинтеграцией,
на сегодняшний день принимается как наиболее обещающий метод стабилизации
эндоостальных имплантатов и эндопротезов (см. стр. 100-7).
Гистологически остеоинтеграция распознаётся присутствием регенерированной
кости непосредственно на металлической поверхности (см. стр. 91-100). Данная
структура в области контакта может быть изучена в деталях при помощи рентгеновского
микроанализа. Гистологические препараты в полной мере соответствуют для этой
цели.
Рис. 3.12
Микроанализ контактной зоны кости и титана. Сканированные изображения с целью
исследовать вторичные электроны (е) и характерная рентгеновская термоэлектронная
эмиссия титана (Ti), кальция (Ca) и фосфора (P). Распределение элементов показывает
идеальную интеграцию, так как изображения кальция и фосфора точно копируют
титан.
Рисунок 3.12 показывает большое увеличение контактного региона в области полого
цилиндрического имплантата функционирующего более года. Частицы титановой
плазмы ясно распознаются в сканирующем микрографе использующем вторичные электроны.
Пластинчатая кость с её характерными лакунами выглядит внедрившейся внутрь
пористой поверхности. Сканирующие изображения, использующие типичные элементные
рентгеновские термоэлектронные эмиссии для титана, кальция и фосфора, показывают
насколько совершенным является закрепление. Области Ca и P являются точной
копией титанового рисунка. Заслуживает внимания то, что сравнительные интенсивности
Ca и P являются постоянными на всём протяжении, что является достоверным показателем
того, что костная ткань полностью минерализована. Количественные анализы вдоль
однолинейных сканированных изображений по протяжению контактной зоны далее
показывают, что кость приблизилась к металлической поверхности на расстояние
менее чем 0.5 µm, оставляя промежуток, который настолько мал, что присутствие
какой-либо организованной ткани между костью и металлом может быть исключено.
Следовательно, остеоинтеграция должно быть является процессом, который функционирует
на молекулярном уровне.
Взаимодействие между тканью или костью и биоматериалом является всегда сложным
физико-химическим и ультраструктурным процессом. Вопрос, на который приходится
отвечать в случае функционирования дентальных имплантатов, следующий: «Может
ли быть сформирована эффективная и длительно существующая связь, которая может
также передавать нагрузки?»
Имплантат и, следовательно, область контакта имплантата и кости подвергается
нагрузкам во всевозможных направлениях (рис. 3.13).
Рис. 3.13 Нагрузки, действующие на поверхность металла, могут придти с любых сторон. Врастание кости в шероховатую поверхность соединяет два материала и эффективно передаёт нагрузки сдвига действующие параллельно области контакта. Противостояние вырывающим нагрузкам (нагрузкам сдвига/растяжения) требует большего, а именно: межатомной связи между металлом и костью.
Нагрузка может быть направлена вдоль области контакта как сила сдвига, сила
растяжения или сила сжатия. Большинство нагрузок являются сложными в том,
что они составлены из сдвигающего и растягивающего или сжимающего компонента.
При обсуждении имплантатов важно провести различие между двумя типами нагрузки.
Врастание кости внутрь шероховатой поверхности (сцепление) достаточно чтобы
противостоять силам сдвига. Однако, чтобы противостоять вытягивающим силам
(traction, pull off forces) должна быть сформирована полностью созревшая связь
между костью и имплантатом. Следовательно, если смотреть с функциональной
точки зрения, термин остеоинтеграция и полное закрепление должны быть синонимами.
Нагрузки, которые могут выдерживать закреплённые титановые имплантаты с покрытием
из титановой плазмы, известны (рис. 3.14).
Рис. 3.14 Способность закрепления имплантатов в кортикальной кости. График показывает результаты экспериментов с целью определить усилие выкручивания костных винтов и усилие вырывания титановых дисков. Клинически важен инкубационный период. Закрепление может противостоять усилиям сдвига приблизительно после 3 недель, но для формирования межатомной связи для противостояния вырывающим силам требуется 3 месяца.
Сопротивление сдвигу может быть подсчитано исходя из момента
требуемого для ослабления костных шурупов. Этот ослабляющий момент значительно
увеличивается со временем, по мере того как кость врастает внутрь шероховатой
поверхности имплантата. Простой пересчёт даёт сопротивление сдвигу в качестве
нагрузки сдвига на единицу контактирующей площади.
Сопротивление вытягиванию (pull-off) подсчитывается при помощи имплантации
титановых дисков со специально подготовленной поверхностью в раздробленное
костное ложе имплантата и последующего их вытягивания в вертикальном направлении
спустя различное время после имплантации. Ничего не происходит в течение довольно
длительного периода времени, до тех пор, пока, приблизительно через 100 дней,
становится очевидным, что связь имплант - кость сформировалась.
Сила удержания титанового имплантата никогда не может достичь силы, с которой
кость удерживает саму себя. Сравнение в таблице 3.5 показывает, что максимальное
сопротивление сдвигу составляет приблизительно 1/3 данного показателя для
кортикальной кости и что сопротивление вытягиванию приблизительно равно пределу
прочности на разрыв губчатой кости низкой плотности. Тем не менее, это – хорошие
результаты. Как велики функциональные нагрузки, которые может выдержать типичный
имплантат (рис. 3.15)? Осевые силы более 100 кг и силы сдвига около 15 кг
необходимы, чтобы выломать из кости полый цилиндрический имплантат диаметром
4 мм и длиной 10 мм. Подобное удержание может быть справедливо описано как
анкилотическое.
Рис. 3.15 Максимальные нагрузки, которые может выдержать
имплантат. Пределы установлены удержанием имплантата в кости.
Значимость остеоинтеграции превышает простой анализ, касающийся выдерживания нагрузок. На рис. 3.15 стрелка проведена прямо сквозь имплантат. Это символизирует, что силы передаются через имплантат внутрь кости, когда имеется полное закрепление.Это не так без формирования межатомной связи, т.е. для закрепления прессованием или конгруэнтного закрепления, так как силы растяжения не передаются. Это может быть продемонстрировано при использовании фотоэластических методик исследования напряжений (см. стр. 80-5). Беспрерывный поток нагрузок является благоприятной предпосылкой для функциональной адаптации кости, и эти механизмы – центральный аспект закона Вольфа - тщательно продумываются в костной хирургии.
Клинический опыт показал, что имплантаты следует нагружать первый раз только
через 3-4 месяца после имплантации (за исключением первично стабилизированных
имплантатов). Микродвижения, по-видимому, нарушают процесс остеогенеза. Это
применимо как к титану, так и к биоактивным материалам, таким как био-стекло
или фосфаты. Результаты, приведённые на рис. 3.14, касаются ненагруженных
имплантатов. Они показывают, что необходим инкубационный период около 20 дней,
для того чтобы кость начала врастать в шероховатую поверхность имплантата
и период около 100 дней, или 3,5 месяца, для того чтобы кость вросла в шероховатую
поверхность имплантата. Эта временная схема приведена в соответствие с заживлением
костных переломов (Schenk), в соответствии с этим процессом промежуток быстро
перекрывается слабо организованной костью, после чего следует стабилизация
посредством завершающего костного ремоделирования. Эти процессы могут быть
последовательно категоризированы. Используя эту технику на стадии завершения
приживления дентального имплантата, было продемонстрировано, что ремоделирование
кости происходит от металлической поверхности наружу, чёткий признак полной
интеграции.
*Материалы этого раздела относятся к 1996 году
и касаются предыдущих версий имплантатов ITI/Straumann. Современные разработки
базируются на этих данных и методология проведения экспериментов является
классической. - прим. переводчика