Имплантационные материалы
Скачать 405.85 Kb.
|
| 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 ^ 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- ^ : 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- ^ 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 ^ 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, ^ 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. \ |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Имплантационные материалы и остеогенез. Роль оптимизации и стимуляции в реконструкции кости |  | Строительные материалы: портландцемент, лако-красочные материалы, строительные растворы, известь и др |
| Огнеупорные материалы на основе алюмооксидной глины с содержанием от 45% до 85% оксида алюминия | | ... |
| Материалы и машины для производства мебели. Комплектующие для мебели. Фурнитура, обивочные материалы. Профессиональный электроинструмент.... | | Материалы и машины для производства мебели. Комплектующие для мебели. Фурнитура, обивочные материалы. Профессиональный электроинструмент.... |
| Основные группы товаров: современное строительное оборудование, строительные технологии и материалы, отделочные материалы, инструмент... | | ... |
| Ознакомление студентов с принципами работы и физико-химическими свойствами кристаллических, эластичных, силиконовых,термопластических... | | Дкс, гипсоволокнистых плит и жесткого пенопласта на древесные материалы, жесть, керамические материалы, бетон, цемент и т п |