Исследования мирового научного сообщества о иплантатах из оксида циркония

Материал и метод исследования .

Э ти публикации мы отобрали из интернет-баз данных PUBMED и MEDPILOT. По ключевым фразам „Zirconia implant” and „Osseointegration” программы нашли 282 /PUBMED/ и 199 /MEDPILOT/ публикаций. После дальнейшего сужения поиска /исключение дубликатов, публикация в период после 2007г./ осталось 48 публикаций, из которых мы вручную выделили статьи об остеоинтеграции диоксид-циркониевых имплантатов /29 шт./

Авторы исследовали остеоинтеграцию диоксид-циркониевых имплантатов в основном в опытах на животных, а также в 5 случаях – на людях, но во всех случаях для сравнения параллельно устанавливали титановые имплантаты.

Для исследований применялись следующие методы: блок-биопсия для гистоморфометрических исследований /для анализа образующегося на поверхности кость-имплaнтат BIC /bone implant contact/, SEM, анализ световой микроскопией, Removal Torque Test /RTQ/, а также тест push-in для проверки костной фиксации.

Циркониевые /Y-TZP/ имплантаты, а также контрольные титановые устанавливали одно- или двуэтапным операционным методом. Во всех случаях наблюдалось нормальное заживление.

Для исследования поверхности имплантатов применялся профилометрический анализ. Поверхность циркониевых имплантатов была обдута оксид-алюминиевой крошкой размером 50 µm и окислена, а поверхность контрольных титановых имплантатов была обработана методом SLA.

Для проверки остеоинтеграции авторы установили имплантаты различным животным /свинья, обезьяна, овца, собака, заяц, крыса/. Умерщвление животных для исследований проводилось обычно спустя 1-4-12 неделю после имплантации, а также в некоторых случаях спустя год или 2.

Мы также нашли 5 публикаций, у которых проверялась успешность установки имплантатов на людях, её дополнили рентгеновские снимки и парадонтологические исследования. /3,4,10,20,21/.

Оценка данных

Во всех публикациях авторы изучали ультраструктурными методами интеграцию диоксид-циркониевых имплантатов в живой костной ткани, биосовместимость имплантатов, а также остеоинтеграцию. Ниже мы излагаем обзор результатов :

1. Гистоморфометрические и RTQ исследования :

Целью исследования было сравнение остеоинтеграции диоксид-циркониевых и титановых имплантатов. В опытах над животными ультраструктурными методами, исследовали поверхность извлечённых из опытных животных имплантатов и кости. Поверхность всех типов имплантатов, соприкасающуюся с костью, обрабатывали одним и тем же методом.

Мы обнаружили следующие результаты :

1.1. Кох и коллеги /16/

Для исследования в бедренную кость 6 собак установили 48 имплантатов совершенно одинаковой формы из различных материалов /чистый цирконий, обогащённый кальцием цирконий с оксид-титановым покрытием, титан, твёрдая пластмасса/. Половину имплантатов установили одноэтапным, а другую половину двуэтапным методом. Спустя 4 месяца животных умерщвили и извлекли имплантаты вместе с примыкающей костью.

Клинически и гистологически все имплантаты остеоинтегрировались, то есть параметры BL /Bone Level/ оказались убедительными.

Гистоморфологически вокруг апикальной части имплантатов величина BIC составила для циркониевых имплантатов 59,2 %, для циркониевых импланатов с покрытием 58,3 % , для титановых имплантатов 41,2%, а для имплантатов из пластмассы около 26,8%.

Результаты показали, что костная фиксация /остеоинтеграция/ вокруг имплантатов с микропористой поверхностью из чистого циркония демонстрирует такую же величину BIC, что и вокруг титановых имплантатов.

1.2. Кохал и коллеги /17,18/

У шести обезьян удалили верхние передние резцы. После удаления каждой обезьяне установили 2 циркониевых имплантата и 2 титановых имплантата /контрольная группа/. Спустя пол года после установки были изготовлены коронки на имплантаты. Спустя ещё 3 месяца их заменили на плохо закрывающиеся металлические коронки. После 5 месяцев носки имплантаты удалили вместе с примыкающей костью и световой микроскопией проверили параметры мягких тканей и BIC величину минерализированной костной ткани.

За всё время исследования /14 месяцев/ ни один имплантат не был потерян. Средняя величина BIC в тестовой группе достигла 67,4 %, а в контрольной группе - 72,9 %.

В заключение был сделан вывод, что циркониевые и титановые имплантаты с микропористой поверхностью обладают одинаковой остеоинтеграцией.

1.3. Депприх и коллеги /6/

В общей сложности 24 имплантата по 12 диоксид-циркониевых имплантатов с поверхностью, микроструктурированной обдувом песка и окислением, и также обработанных титановых имплантатов/ были установлены в бедренную кость 12 поросят. Через 1, 4 и 12 недель имплантаты извлекли. Поверхность соприкосновения кости и имплантата исследовали методом SEM анализа.

В ходе исследования уже спустя 1 неделю было заметно примыкание на соприкасающейся поверхности, которое к 4 неделе превратилось в плотную связь на всех имплантатах. На 3ем месяце была заметна остеоинтеграция на интерфейсовой поверхности без введения соединительной ткани.

Было сделано заключение, что на ультраструктурном уровне нет никакой разницы между костной фиксацией на поверхности циркониевых и титановых имплантатов.

1.4. Рочиетта и коллеги /22/

Гистоморфометрическим способом исследовались реакции костной ткани после установки в бедренную кость 16 зайцев 110 диоксид-циркониевых имплантатов с различными способами обработки поверхности. В качестве контрольных - 20 титановых имплантатов с окисленной поверхностью. Кроме того, проверялась сила костной фиксации методом RTQ.

В ходе исследований разница BIC и RTQ между остеоинтеграцией вокруг циркониевых и вокруг титановых имплантатов не обнаружена.

1.5. Хоффман и коллеги/13/

Гистоморфометрическими способами проверялась поверхность циркониевых и титановых имплантатов, установленных в бедренную кость зайца. Исследования так же подтвердили, что на поверхности всехтипов имплантатов образовалась ткань одинакового количества и качества.

1.6. Галерт и коллеги /9,10,11/

В челюсть 13 поросят были установлены на место верхних 2 и 3-го зубов обточенные циркониевые имплантаты и титановые имплантаты ITI, всего 78 штук. Спустя 4, 8 и 12 недель провели RTQ тест для проверки биомеханических характеристик.

Исследования показали, что величина RTQ у циркониевых имплантатов с микроструктурированной структурой превышает эту величину у имплантатов с гладкой поверхностью, а самыми высокими эти показатели оказались на 8 неделе у титановых имплантатов с поверхностью SLA. Похожие результаты дала и световая микроскопия.

Дальнейшие исследования доказали, что у диоксид-циркониевых имплантатов с шероховатой поверхностью средние показатели BIC спустя 4 недели составили 42,3 %, спустя 8 недель 52,6%, спустя12 недель 54,6% , в то время для титановых имплантатов с поверхностью SLA аналогичные показатели 29%, 44,1 % и 51,6 % соответственно.

Эти же авторы измеряли величину RTQ циркониевых имплантатов с шероховатой поверхностью и контрольных титановых имплантатов с поверхностью SLA на 4, 8 и 12 неделе после установки. Для циркониевых имплантатов показатели составили 42,4 Нсм, 69,6 Нсм и 69,3 Нсм, а для титановых SLA имплантатов 42,1 Нсм, 75,0 Нсм и 73,1 Нсм соответственно, особой разницы не было.

2. Исследования SEM

Целью исследований стала проверка остеоинтеграции имплантатов на ультраструктурном уровне, а также гистологическое и пародонтологическое исследование периимплантарных тканей вокруг диоксид-циркониевых и титановых имплантатов.

2.1. Депприх и коллеги /7/

Авторы установили 12и свиньям 12 диоксид-циркониевых имплантатов, а также титановые имплантаты с похожей обработкой поверхности и исследовали результаты спустя 1, 3 и 12 недель при помощи SEM анализа.

Спустя 1 неделю SEM анализ выявил на поверхности всех имплантатов богатую коллагеном костную матрицу с хорошим примыканием. Спустя 3 недели на поверхности имплантатов образовался контакт с минирализирующейся костной тканью при помощи остеоидной, плотной, богатой коллагеном внеклеточной матрицы. По данным ультраструктурных исследований, спустя 1 год вокруг имплантатов обоих типов сформировалась остеоинтеграция. SEM исследования также подтвердили, что костная ткань вросла в поры имплантатов независимо от их размера и крепко закрепилась.

2.2. Сеннерби и коллеги /23/

Исследовалась остеоинтеграция имплантатов при разном размере пор. Было обнаружено, что остеоинтеграция одинаковая для циркониевых, и для титановых имплантатов.

2.3. Тете и коллеги /27/

Целью исследования явилось исследование атрофии периимплантарных мягких тканей (колагеновых волокон) на 3ий месяц после установки имплантатов с циркониевой и титановой шейкой. Методами SEM установили, что на циркониевой шейке величины Ra, Rq, а также Rz были ниже, чем на титановой шейке. Однако, по результатам тканевого исследования слизистой, атрофия коллагеновых волокон в обоих типах проходила в параллельном направлении к поверхности имплантата. Установлено, что независимо от материала имплантата направление атрофии колагеновых волокон и примыкание соединительной ткани совпадало.

3. Поведение остеобластных клеточных культур

3.1. Депприх и коллеги /8/

В ходе исследования методом SEM определили кинетику костных клеток, степень пролиферации и количество кость-специфического белка (исследуемый материал - быки). На поверхности циркониевого и титанового материала остеобласты вели себя по-разному. В первый день на поверхности циркония увеличилась пролиферация клеток, однако не изменилось примыкание и адгезия клеток. В синтезе кость-специфического белка разницы нет.

Исследование однозначно подтвердило, что диоксид циркония может использоваться как материал для стоматологической имплантации.

4. Исследования на людях

4.1. Олива и коллеги /20/

В течении 5и лет 378 пациентам установили 831 монолитный лиоксил-циокрниевый имплантат. Установку проводили традиционным методом. Поверхность имплантатов была обработана одним из 3 методов: шероховатая, без покрытия или окисленная. Среднее время наблюдения - около 3,4 года. Протезирование проводили спустя 4 месяца после имплантации. Результаты: показатель успешности по всем видам имплантатов за 5 лет составил 95%. (92.77% для имплантатов с обточенной поверхностью, 93.57% для имплантатов с шероховатой поверхностью и 97.60% - с окисленной поверхностью). Исследование доказало, что наибольшую успешность показали имплантаты с окисленной поверхностью, а также, что диоксид циркония – адекватная альтернатива титановым имплантатам.

4.2. Блашке и Фольц /4/

Результаты их исследований полностью совпадают с предыдущими авторами. Диоксид-циркониевые имплантаты уже 30 лет успешно применяют в стоматологии, они полноценный заменитель титану. Неоспоримым преимуществом является их косметическая безупречность, а также то, что на них идёт меньшая атрофия мягких тканей.

4.3. Олива и коллеги /21/

В этой публикации авторы сообщают о лечении больного с полной алентией и аллергией на титан. Из-за несовершенного амелогенеза у пациента удалили все зубы, а затем установили 15 Y-TCP (циркониевых) имплантатов. Спустя 3 месяца больному установили циркониевые мосты на винтовой фиксации. В ходе дальнейших осмотров, были отмечены хорошая стабильность, здоровые периимплантарные мягкие ткани и сохранение высоты альвеолярного гребня. По мнению авторов, диоксид-циркониевые имплантаты являются прекрасной альтернативой для лечения больных с аллергией на металлы.

4.4. Невинс и коллеги /10/

В данной публикации исследовалось состояние периимплантарной кости и мягких тканей на человеческих моделях при помощи клинических и тканевых методов. Для лечения больным устанавливали по 2 диоксид-циркониевых и 2 традиционных титановых имплантата. Спустя пол года оба типа имплантатов показали сильную остеоинтеграцию. Прибегнув к биопсии, авторы проверили остеоинтеграцию и установили высоту альвеолярного гребня (использовалась световая микроскопия и метод SEM). Результаты показали наличие безопасной остеоинтеграции. Благодаря отсутствию микротрещины, остеоинтеграция распространилась вокруг циркониевых имплантатов полностью до шейки.

4.5. Галерт и коллеги /12/

Авторы при помощи SEM анализа хотели установить причины поломки монолитного имплантата. 79 больным были установлены 170 Y-TCP имплантатов, среднее время ношения составило 3 года. В 13 случаях наблюдалась поломка имплантата. По результатам, в первую очередь ломались имплантаты малого диаметра /в 12и случаях диаметр = 3,25 мм, а 1 имплантат имел диаметр 4 мм/. Все поломки случились только у имплантатов, установленных на место передних зубов. Во всех случаях поломки были последствиями применения силы, превышающей предел прочности при изгибе /чрезмерной нагрузки при откусывании, а в одном случае бруксизма/. По данным этого исследования, соотношение поломок к общему количеству установленных имплантатов ~10%, которые однозначно имели место среди имплантатов малого диаметра. Поэтому установка диоксид-циркониевых имплантатов диаметра < 4 мм не рекомендуется.

Выводы

Остеоинтеграция, возникающая между имплантатом и примыкающей костной тканью, является одним их самых важных факторов успешной имплантации. Об остеоинтеграции вокруг титановых имплантатов с микроструктурированной поверхностью известно уже почти пол века, и они успешно используются в стоматологии. Знание о клеточных процессах, проходящих на общей поверхности кости и имплантата для нас принципиально важно, поскольку с их помощью мы понимаем, что такое биосовместимость и остеоинтеграция.

В прошедшее десятилетие началось активное внедрение диоксид-циркониевой биокерамики /ZrO2 /, стабилизированной 5 % оксида иттрия, в стоматологию.

Этот процесс вызван такими причинами :

в последние несколько лет появились сомнения в биостабильности титана в живом организме больным с чувствительностью к металлам не рекомендуется установка титановых имплантатов, появилась необходимость производства неметаллических имплантатов с эстетической точки зрения цвет титана грязно-серый и он просвечивает через слизистую (в отличии от белого циркония) он обладает отличной биостабильностью и биохарактеристиками, а его механические характеристики соответствуют ожидаемым требованиям диоксид циркония плохой теплопроводник , вокруг него не образуется налёт кроме имплантатов, он также подходит для изготовления головок и эстетичных протезов.

Его полномасштабное медицинское применение стало возможным только вследствии научных исследований доказывающих, что имплантаты из диоксид-циркониевой биокерамики во всех отношениях пригодны для установки в человечеком организме и способны стоять в нём в течение долгих лет без побочных эффектов, то есть они соответствуют принципу „Evidence Based Medicine” .

Как мы уже упоминали во введении к настоящей публикации, во врачебном сообществе можно услышать множество ошибочных, ни на чём не основанных суждений о применении диоксид-циркониевых имплантатов. Некоторые врачи подвергают сомнению способность диоксида циркония к остеоинтеграции. Вышедшие, за последние годы, в международной литературе публикации, собранные нами, опровергают этот ошибочный взгляд. В своих научных побликациях все без исключения авторы доказывают, что вокруг диоксидхуиркониевых имплантаов с шероховатой оксиленной поверхностью образуется такая же (а за частую лучше) остеоинтеграция в костной ткани, что и у титановых имплантатов с такойже обработкой поверхности.

В заключение мы утверждаем, что, по результатам настоящих, приведённых выше исследований, диоксид-циркониевые имплантаты являются полноценной альтернативой титановым имплантатам и их применение рекомендуется в повседневной стоматологической практике.

Литература:

  1. Long-term follow-up study of osseointegrated implants in the treatment of totally edentulous jaws. Int J Oral Maxillofac Implants. 1990;5:347–360. авторы: Adell R, Eriksson B, Lekholm U, Branemark PI, Jemt T.
  2. Andreiotelli M, Wenz, Kohal. : Are ceramic implants a viable alternative to titanium implants? A systematic literature review. Clin Oral Implants Res. 2009 Sep;20 Suppl 4:32-48.
  3. Barter S, Stone , Brägger .: A pilot study to evaluate the success and survival rate of titanium-zirconium implants in partially edentulous patients: results after 24 months of follow-up. Clin Oral Impl Res 2011 Jun 24.
  4. Blaschke, Volz .: “Soft and hard tissue response to zirconium dioxide dental implants--a clinical study in man”. Neuro Endocrinol Lett 2007 Oct;28(5):1.
  5. Delgado-Ruíz, Calvo-Guirado, Moreno , Guardia, Gomez-Moreno, Mate-Sánchez, Ramirez-Fernández, Chiva.: Femtosecond laser microstructuring of zirconia dental implants. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2011 Jan;96(1):91-101.
  6. Depprich, Zipprich, Ommerborn, Mahn, Lammers, Handschel, Naujoks, Wiesmann, Kübler, Meyer.: Osseointegration of zirconia implants: an SEM observation of the bone-implant interface. Head Face Med. 2008 11, 4:25.
  7. Depprich, Zipprich, Ommerborn, Naujoks, Wiesmann, Kiattavorncharoen, Lauer, Meyer, Kübler, Handschel.:Osseointegration of zirconia implants compared with titanium: an in vivo study. Head Face Med.2008;11, 4:30.
  8. Depprich, Ommerborn, Zipprich, Naujoks, Handschel, Wiesmann, Kübler, Meyer. : Behavior of osteoblastic cells cultured on titanium and structured zirconia surfaces. Int J Periodontics Restorative Dentistry. Head Face Med. 2008 12, 4:29.
  9. Gahlert, Gudehus, Eichhorn, Steinhauser, Kniha, Erhardt.: Biomechanical and histomorphometric comparison between zirconia implants with varying surface textures and a titanium implant in the maxilla of miniature pigs. Clin Oral Implants Res 2007 Oct;18(5):662-669.
  10. Gahlert, Röhling, Wieland, Sprecher, Kniha, Milz.: Osseointegration of zirconia and titanium dental implants: a histological and histomorphometrical study in the maxilla of pigs. Clin Oral Implants Res. 2009 Nov;20(11):1247-1254.
  11. Gahlert, Röhling, Wieland, Eichhorn, Küchenhoff, Kniha.: A comparison study of the osseointegration of zirconia and titanium dental implants. A biomechanical evaluation in the maxilla of pigs. Clin Implant Dent Relat Res. 2010 Dec;12(4):297-306
  12. Gahlert, Burtscher, Grunert, Kniha, Steinhauser.: Failure analysis of fractured dental zirconia implants. Clin Oral Implants Res. 2011 May 5
  13. Hoffmann, Angelov, Gallez, Jung, Weber .: The zirconia implant-bone interface: a preliminary histologic evaluation in rabbits.. Int J Oral Maxillofac Implants. 2008 Jul-Aug;23(4):691-696.
  14. Joos, Meyer: “New paradigm in implant osseointegration.” Head Face Med. 2006;2:19.
  15. Kirsten, Begand, Oberbach, Telle, Fischer.: Subcritical crack growth behavior of dispersion oxide ceramics. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2010 Oct;95(1):202-207.