Имплантационные материалы




Скачать 405.85 Kb.
НазваниеИмплантационные материалы
страница1/4
Дата публикации01.06.2013
Размер405.85 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Биология > Документы
  1   2   3   4
Имплантационные материалы
В специальной литературе при обозначении материалов, применяемых для изготовления имплантатов, используются два термина — био­материалы и биосовместимые материалы.
Однако, если «био», являясь первой составной частью сложных слов, соответствует по значению слову «биологический», то термин «биоматери­ал» означает, что этот материал имеет биологи­ческое происхождение.
Поэтому биоматериалами следует называть материалы, имеющие биологическое проис­хождение и применяемые в хирургии для вос­становления целостности тканей и функции органов.
Имея биологическое происхождение, биома­териалы являются, по сути, трансплантатами и поэтому не могут рассматриваться как материа­лы для изготовления имплантатов. Вместе с тем, эти материалы достаточно широко применяются в дентальной имплантологии. Поэтому краткое описание и оценка их биологических свойств представляется вполне уместными.
4.1. БИОМАТЕРИАЛЫ
Основное назначение биоматериалов при им­плантации — управление процессами остео-гене-за и создание адекватных анатомических условий для имплантации.
Биологические материалы, применяемые для реконструкции костной ткани, могут обладать остеоиндуктивными свойствами (способностью вызывать остеогенез) или остеокондуктивными (обеспечивать продвижение фронта остеогенеза по поверхности материала).
Материалом, имеющим одновременно те и другие свойства, можно считать только ауто-трансплантаты кости. Костные аутотранспланта-ты содержат не только генетически идентичные костные морфогенетические белки, остеогенные клетки и остеоциты, вызывающие остеоиндук-цию, но и костный матрикс, обеспечивающий остеокондукцию1'35'95'99'113.
Остальным известным на сегодняшний день биологическим материалам присуще только одно из этих свойств (табл. 4-1).
Например, остеоиндуктивные свойства имеют обогащенная тромбоцитами плазма крови, содер­жащая высокую концентрацию остеоиндуктив-ных белков (PDGF, TGF-J3 и IGF-I), а также пре­параты, содержащие костные морфогенетические
беЛКИ35'42'71'104'134' 15°
Остеокондуктивными свойствами обладают костные гомо- и гетеротрансплантаты65'104'145. Остеоиндуктивные свойства они утрачивают ча­стично или полностью в процессе обработки и сте­рилизации31'35. К остеокондуктивным материалам биологического происхождения следует отнести
92
^ ЧАСТЬ И. ОСНОВЫ ТЕОРИИ
Таблица 4-1 Биологические материалы, применяемые в хирургической стоматологии и имплантологии
Свойс
Происхождение материала
.^........... .
Костные аутотран- Кость из различных донорских мест самого пациента
сплантаты
Обогащенная тромбо- Получают мегодом дифференцийрованного дентрифугиро-цитами плазма крови :;вания]кровй( взятой :у пациента во время операции. Пред-1 ставляет собой фракцию крови
Костные морфогенети- Фармакологический препарат получают из обезвоженных и
§еские белки замороженных яйцеклеток млекопитающих. Экстрагирован-
ный и очищенный препарат представляет собой стерильный лиофилизированный остеогенный протеин-1. Применяется в комбинации с адсорбирующей коллагеновой губкой
.- КОСХНЫ.с І.|./лІіСЇТЛ.<і.НТЗ.ХІ!>І ИЗ Тру.ЛНиГЧ)
•ефотрансплантаты кости Костные гетеротран- Лиофилизированные, деминирализованные костные транс-
;ОИНДук-:ные
сш
сплантаты
плантаты из костей животных
гаций-карбонатные Получают из кораллов препараты
Лиофилизированные протеины матрикса зубной эмали
некоторые кальций-карбонатные и кальций-фос­фатные материалы, коллаген и производные про­теинов эмалевого матрикса зубов (Эмдогейн®).
Для получения биологических кальций-карбо­натных материалов используют натуральные ко­раллы, а кальций-фосфатных — кости животных.
Получаемый из кораллов материал представ­ляет собой поликристаллическую керамику, осно­ву которой составляет кристаллический карбо­нат кальция — арагонит51'72'104Л32. Химический состав этого материала представлен преиму­щественно соединением CaCO,j (до 98%) и не­значительным количеством Р, Na, К, Mg, F, Си, Zn, Fe, Ni, Co, Cr и Pb (в совокупности не более 2%)І04,І24 Наиболее известные и клинически апробированные материалы на основе кораллов выпускаются под торговыми марками BioCoral® и Interpore 200®, которые достаточно широко ис-
пользуются в качестве остеопластических мате­риалов93- 127'ш'ш' 162>167.
Получаемые путем химического или терми­ческого удаления органических веществ из кост­ной ткани животных биоактивные материалы содержат комбинацию фосфатов кальция и ги-дроксиапатита1'15-104. Наиболее известны из них Bio-Oss® и OsteoGraf/N®.
Коллаген может применяться как нативный материал (трансплантаты твердой мозговой обо­лочки, брюшины или перикарда), так и в пере­работанном виде (мембраны, гидроксиапатитно-коллагеновые блоки и губка)1-20'36'153.
Эмдогейн®— препарат, основу которого со­ставляют производные белков матрикса зубной эмали. Эта группа протеинов отвечает за раз­витие матрикса эмали зубов, периодонтальной связки и костной ткани альвеол. Препарат об-

^ ГЛАВА 4. ИМПЛАНТАДИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
:
93

ладает остеокондуктивными свойствами. При­меняется для пластики костных карманов при заболеваниях пародонта15'75>7Я' °9.
4.2. БИОСОВМЕСТИМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Согласно определению W. Wagner биосовме­стимые материалы — это материалы, имеющие небиологическое происхождение и применяемые в медицине для достижения взаимодействия с биологической системой.
Биосовместимым с костной тканью может считаться материал, который в достаточной сте­пени инертен относительно остеоиндукции и активен относительно остеокондукции.
Объяснить это положение можно следующим образом. Остеоиндуктивными свойствами обла­дают только специфические белки-остеоиндук-торы130'166. Поэтому подобные свойства присущи только биологическим материалам и препара­там, содержащим эти белки и специфические факторы роста.
Небиологические материалы не могут вы­звать экспрессию генов, отвечающих за митоз и дифференциацию остеогенных клеток в остео­бласты, и следовательно, любая активность этих материалов по отношению к геному стволовых мезенхимальных клеток скорее всего будет ока­зывать неадекватное или негативное воздействие на процесс остеоиндукции.
Исходя из вышесказанного, материал имплан-тата, с одной стороны, не должен воздействовать на геном клеток организма, ингибировать бел-ки-остеоиндукторы, угнетать митоз остеогенных клеток, а в дальнейшем деятельность остеобла­стов и остеоцитов. С другой стороны, поверх­ность материала должна обеспечивать адсорбцию белков и адгезию клеток, органического и мине­рального компонентов костного матрикса, а так­же его физико-химическую связь с поверхностью имплантата.
С точки зрения активности по отношению к остеокондукции и взаимодействию с костным матриксом V. Strunz (1984) и J. Osborn (1985) разделили биосовместимые материалы на био­активные, биоинертные и биотолерантные.
4.2.1. Биоактивные материалы
Биоактивные небиологические материалы — это материалы, которые включаются в ионный обмен и метаболизм костного матрикса и частич­но или полностью замещаются костной тканью в процессе ее регенерации.
Характерной особенностью этих матери-алов является полная либо частичная их деградация (рассасывание) со временем и замещение нор­мальной костной тканью149.
Биоактивными материалами являются каль­ций-фосфатные соединения, сульфат кальция, биостекло и материалы на основе некоторых вы­сокомолекулярных полимеров.
Кальций-фосфатные материалы (трикальций-фосфат и гидроксиапатит) получают не только из биологического сырья, но и методами химиче­ского осаждения, синтеза или спекания104-14S.
Являясь аналогом главного компонента ми­неральной основы кости, гидроксиапатит обла­дает выраженными остеокондуктивными свой­ствами, обеспечивает адгезию белков и клеток костной ткани, активно включается в ионный обмен и метаболизм костного матрикса, поддер­живает ионные и ковалентные связи с минера­лами кости 86,104,106,119,126 Создавая оптимальные условия для остеокондукции, гидроксиапатит в то же время подвергается остеокластической ре­зорбции, растворяется в жидкой среде и расса­сывается в течение 6-10 мес.34'58-161; причем его резорбция в губчатом слое кости происходит быстрее, чем в компактном125. В клинической практике применяется и нерассасывающийся ги­дроксиапатит, который представляет собой ком­позиционный гидроксиапатитно-керамический материал в виде блоков или крупных гранул, полученных при спекании. Этот материал под­вергается частичной резорбции, причем отдель­ные гранулы или фрагменты блоков, инкорпо­рированные вновь образованной костью, могут сохраняться на протяжении 3-5 лет12-87.
Трикальцийфосфат не является аналогом аморфных кальций-фосфатных соединений ми­неральной части костного матрикса. Вместе с тем, этот материал метаболически достаточно активен. In vivo большая его часть трансформи-
руется в гидроксиапатит, а оставшаяся часть рас­творяется 92'104.
Сульфат кальция, или «Парижский пла­стырь» — один из первых биосовместимых осте-опластических материалов. Впервые был ис­пользован Dreesman в 1892 г. для заполнения костных дефектов. Этот материал обладает осте-окондуктивными свойствами, хорошо перено­сится тканями, резорбируется в течение месяца с замещением костной тканью15-122'123. Сульфат кальция широко используется в оториноларин­гологии, ортопедии и травматологии52'121. Может применяться при операции синус-лифт, а также хирургическом лечении заболеваний пародонта в качестве остеопластического материала56-14°.
Стекло — неорганический твердый материал, состоящий из трех основных химических соеди­нений: SiO2, CaCO3 и Na2CO3. К биосовмести­мым относятся стекла, в состав которых входят: SiO3 или SiO2 (30-45%), Р2О5 или Р2О2 (6%), СаО (15-25%) и Na2O (около 25 %)15-22'96. Раз­новидностью биосовместимого стекла являются некоторые виды ситаллов. С физической точки зрения ситалл — это закристаллизованное стек­ло. Биосовместимые ситаллы имеют схожий хи­мический состав со стеклом, но кроме SiO3, P2O5, СаО и Na2O могут содержать еще ряд соедине­ний: Са(РО3)2, MgO, A12O3, Та2О5 и ТЮ2 9-22.
Биологическая активность биосовместимых стекол и ситаллов проявляется за счет хими­ческой деградации (растворимости) в жидких биологических средах поверхности этих мате­риалов. В результате на поверхность выходят ионы кальция и соединения фосфора, способ­ствующие образованию на поверхности матери­ала кристаллов апатитов, которые формируют центры минерализации остеоида и обеспечивают физико-химическую связь матрикса кости с по­верхностью материала21'46-81'83.
Биоактивные полимеры молочной и лимон­ной кислот применяются в качестве рассасыва­ющихся барьерных мембран15'158. К подобным полимерам также относятся композиционные материалы на основе высокомолекулярного по­лиэтилена с минеральными наполнителями — гидроксиапатитом или гидроксидом кальция, применяемые для остеопластики дефектов и на­ращивания костной ткани4'30-69'168.
4.2.2. Биоинертные материалы
К этой группе относятся материалы, поверх­ность которых может обеспечить физико-хими­ческую связь с костным матриксом, но при этом практически не включающиеся в метаболизм костной ткани и не подвергающиеся деградации на протяжении всего периода взаимодействия с окружающими тканями.
Биоинертные материалы или их поверх-ность являются простейшей по химическому составу керамикой, имеющей обычные ионные связи. Основу ее составляют оксиды, представляющие собой химическое соединение металла и кисло­рода.
Наиболее известной керамикой из группы биоинертных материалов является алюмооксид-ная (А12О3). Внутрикостные имлантаты, изготав­ливаемые из оксида алюминия, имеют поли- и монокристаллическую структуру. Алюмооксид-ная керамика с поликристаллической структу­рой имеет белый цвет; монокристаллическая прозрачна, по химическому составу и структуре идентична сапфиру100-145.
Алюмооксидная керамика имеет выражен­ный отрицательный заряд поверхности за счет радикалов ионов О2~, что связывает молекулы эндогенных протеинов и может обеспечить фи­зико-химическую связь костного матрикса с по­верхностью материала89-119'145-169.
К биоинертным металлам относятся титан и некоторые его сплавы, а также цирконий.
Титан — легкий, прочный металл, обладаю­щий высокой устойчивостью к коррозии. Титан имеет небольшой коэффициент теплопроводно­сти и немагнитен6-80. Широко распространен в природе и составляет 0,44 % массы земной коры. Титан содержится практически во всех камнях, песке, глине и других грунтах, а также в воде и метеоритах. В незначительных количествах он находится во всех живых организмах и расте­ниях7-63.
Химическое соединение в виде оксида тита­на было открыто в 1791 г. английским геологом W. Georg, а в 1795 г. немецкий химик М.Н. Klat-proth выделил титан как химический элемент. Спустя сто лет титан стал доступен для промыш-
^ ГЛАВА 4. ИМПЛАНТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ленной разработки. В 1910 г. инженер-металлург М. Hunter выделил из минералов ильменита и рутила тетрахлорид титана. В 1950 г. благодаря лабораторным магниетермическим процессам был получен технически чистый титан, который содержит около 99,95 % титана, а в качестве основ­ных примесей кислород, азот и железо в мини­мальных количествах (табл. 4-2). Содержание не­которых других элементов (кальций, алюминий, водород, молибден и др.) в технически чистом титане составляет не более тысячных долей про­цента6-63.
Таблица 4-2
Химический состав различных марок технически чистого титана
Марка титана
5832/II (ISO)1 «99,5 0,2 ОД 0,05 0,08 0,013
Grade 2 (ASTM) «99,4 0,25 0,2 0,06 0,08 0,013
ВТ1-0 (ГОСТ)3 = 99,5 0,18 0,12 0,04 0,07 0,010
1 Обозначение марки по стандарту Международной Орга­низации Стандартизации.
2 Обозначение марки Американского Общества Тестирова­ния Материалов.
3 Название марки по ГОСТу 19807-91.
На воздухе за счет адсорбции атомов кисло­рода на поверхности титана спонтанно образу­ется оксидная пленка. В результате поверхность титана с химической точки зрения превращается в стойкое керамическое соединение. Стабильная и плотная оксидная пленка имеет химическую связь с титаном и препятствует дальнейшему взаимодействию ионов этого металла с кислоро-
дом, что и обеспечивает его коррозийную устой­чивость2-98'129.
Оксидный слой на поверхности титана опре­деляет также его умеренно выраженные остео-кондуктивные свойства. Многочисленные иссле­дования показали, что на нем происходит адгезия и связывание белков, а также ионов кальция и фосфора3-101'108'146.
Таким образом, оксидная пленка является базой для формирования остеокондуктивной матрицы, на которой может осуществляться митоз остеогенных клеток и последующая жиз­недеятельность остеобластов и остеоцитов40'54. Кроме того, оксидный слой создает благопри­ятные физико-химические условия для образо­вания кальций- и титан-фосфатных соединений непосредственно на поверхности имплантата з,7б,1оз,138 rjpH этом незначительная диффузия ионов титана в окружающие ткани практически не влияет на жизнедеятельность остеобластов, остеоцитов и фибробластов40'53'54.
В хирургии титан широко используется с 1952 г., он хорошо изучен и является основным материалом для производства различных им­плантатов.
Для производства дентальных имплантатов применяется технически чистый титан, а так­же его сплавы TiAl6V4 и NiTi (никелид титана) (табл.4-3)2'14-16'80.
Цирконий, так же как и титан, обнаружен в форме оксида М. Klatproth в 1789 г. Как химиче­ский элемент цирконий был выделен шведским химиком J. Berzelius в 1824 г. В 1925 г. датские ученые A. van Arkel и J. de Boer разработали техно­логию получения технически чистого циркония.
Этот элемент рассеян в земной коре. Основ­ным его источником является минерал — орто-силикат циркония (ZrSiO4), незначительные за­лежи которого могут находиться в прибрежных
Таблица 4-3
Химический состав сплавов титана, применяемых для изготовления имплантатов
96
^ ЧАШЪП: ОСНОВЫ ТЕОРИИ
Таблиир 4-4
Химический состав некоторых биотолерантных сплавов
X2CrNiMoN-181331 17-18 «3 13-14 - «0,03
1 Марка стали в соответствии со стандартом Немецкого Института Стандартов (DIN).
«2,0
районах океанов и некоторых озер63. В живых организмах цирконий не содержится7.
Цирконий очень прочный материал. Обладает способностью поглощать кислород, азот и водо­род. При 800 °С в присутствии кислорода обра­зует стойкое керамическое соединение — оксид циркония (ZrO2). При комнатной температуре на поверхности этого металла образуется слой оксида и нитрида, который обеспечивает его вы­сокую устойчивость к коррозии63.
В течение последних 50 лет цирконий ис­пользуется в основном в ядерной энергетике как структурный материал для реакторов63.
Ряд авторов изучал возможность применения этого металла в медицинской практике, была до­казана его биологическая совместимость с кост­ной тканью и возможность использования цир­коний-оксидной керамики и технически чисто­го циркония для изготовления внутрикостных имплантатов11'25'60'117'152. Однако биологические свойства этого металла и его сплавов пока еще недостаточно изучены.
4.2.3. Биотолерантные материалы
Биотолерантные материалы — материалы, которые способны обеспечить адсорбцию белков на своей поверхности, но не обладающие осте-окондуктивными свойствами. Поэтому при их использовании физико-химическая связь между поверхностью имплантата и костным матрик-сом, как правило, не образуется, что приводит к формированию соединительнотканной капсулы вокруг имплантата149.
К биотолерантным материалам относятся спла­вы на основе кобальта и некоторые виды нержа­веющей стали (табл. 4-4).
Сплавы на основе кобальта содержат до 25-30% хрома, 5-7% молибдена и незначительное количество других металлов. Кобальтохромовый сплав применяют при изготовлении субперио-стальных имплантатов и металлического бази­са цельнолитых конструкций зубных протезов, опирающихся на имплантаты.
Нержавеющая сталь — сплав на основе желе­за с высоким содержанием хрома, также включа­ющий некоторые другие химические элементы.
Кроме металлов к биотолерантным матери­алам можно отнести биологически стабильные, не подвергающиеся гидролизу и не обладающие выраженными токсическими и канцерогенными свойствами полимеры159. В клинической прак­тике нашли применение полимеры со сверхвы­соким молекулярным весом (полиэтилен, по­липропилен и тефлон)2'80. В стоматологической практике широко используется политетрахлор-этилен, из которого изготавливают нерассасы­вающиеся барьерные мембраны, используемые для направленной регенерации кости при им­плантации 15-28'36'74.
4.3. ТРЕБОВАНИЯ,
^ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАТЕРИАЛАМ ДЛЯ ВНУТРИКОСТНЫХ ИМПЛАНТАТОВ
Материал для внутрикостного имплантата может считаться биосовместимым, если на его поверхности происходит формирование кост­ной ткани и создается интерфейс, способный к адекватному распределению функциональной нагрузки на окружающие имплантат ткани61'82.
\
  1   2   3   4

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Имплантационные материалы iconИвченко Д. В., Ивченко В. К., Лузин В. И., Иванченко Л. А., Куда...
Имплантационные материалы и остеогенез. Роль оптимизации и стимуляции в реконструкции кости

Имплантационные материалы iconКонтрольная работа по дисциплине «Строительные материалы»
Строительные материалы: портландцемент, лако-красочные материалы, строительные растворы, известь и др

Имплантационные материалы icon10. Металлургическое сырье и материалы
Огнеупорные материалы на основе алюмооксидной глины с содержанием от 45% до 85% оксида алюминия

Имплантационные материалы icon3. материалы для электрических машин
...

Имплантационные материалы iconВыставочного мероприятия
Материалы и машины для производства мебели. Комплектующие для мебели. Фурнитура, обивочные материалы. Профессиональный электроинструмент....

Имплантационные материалы iconВыставочного мероприятия
Материалы и машины для производства мебели. Комплектующие для мебели. Фурнитура, обивочные материалы. Профессиональный электроинструмент....

Имплантационные материалы iconМеждународная выставка строительных и отделочных материалов
Основные группы товаров: современное строительное оборудование, строительные технологии и материалы, отделочные материалы, инструмент...

Имплантационные материалы iconГде и как могут использоваться ремонтные материалы?
...

Имплантационные материалы iconЛекция №4 На тему: «Кристаллические и термопластические оттискные...
Ознакомление студентов с принципами работы и физико-химическими свойствами кристаллических, эластичных, силиконовых,термопластических...

Имплантационные материалы iconД орус пу 301 Дорус пу 301 – реактивная полиуретановая дисперсия
Дкс, гипсоволокнистых плит и жесткого пенопласта на древесные материалы, жесть, керамические материалы, бетон, цемент и т п

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<