Почему импланты делают именно из титана?
Золото, платина, сталь, клыки животных, зубы умерших людей – много материалов было испробовано для изготовления протезов и зубных имплантов. И только в прошлом столетии на передовой появился титан. И сместить его пока не может ни один другой материал. Забежим вперед – не сможет и в ближайшем будущем.
Рассказываем, почему титан стал идеальным материалом для зубных имплантов.
Как титан появился в имплантологии
Находки археологов подтверждают – в древности уже были попытки восстанавливать утраченные зубы и использовать вместо корней осколки раковин или камни. С XIX века стоматологи стали применять золото и сплавы железа и делать из них аналоги зубных корней. Но подходящий материал всё не находился – материалы не могли сохранять форму и долго выдерживать нагрузку, вызывали воспаление живых тканей полости рта.
Точкой отсчета является 1952 год. Шведский врач Пер-Ингвар Бранемарк исследовал, как после переломов восстанавливается кровоснабжение кости. Кстати, стоматологом он не был. Его специальность – классическая ортопедия.
В ходе эксперимента он установил на заживающую кость кролика камеру с титановой окантовкой. В процессе наблюдений камера обросла костной тканью – дорогостоящий прибор, казалось, был испорчен. Однако именно это стало открытием и тем недостающим звеном, которого не хватало первым искусственным зубам для успеха.
Сам того не желая, профессор Бранемарк открыл остеоинтеграцию титана, то есть процесс биологического объединения металла с живой костью. Позже он установил, что молодые костные клетки прорастают в поры на титановой поверхности в среднем за 3-6 месяцев.
Почему именно титан?
Использование титана в имплантологии в первую очередь стало возможным из-за биосовместимости этого металла. То есть материал, из которого делают зубные импланты, принимается нашим организмом как «свой», не вызывает отторжения, не выделяет токсины при контакте со слюной, кровью или иными жидкостями. Долговечен и безопасен.
Но у этого материала есть и другие важные особенности:
- прочный и легкий: титан почти в два раза прочнее железа и при этом легче. Импланты десятилетиями выдерживают высокие нагрузки и не ломаются. Сравните, при обычном жевании мы сжимаем челюсти с силой 9 кг/см2, а чтобы разгрызть скорлупу ореха понадобится 90 кг/см2 (но это уже опасно для эмали), а титан выдерживает 100 кг/см2. То есть у титановых имплантов есть приличный запас прочности,
- износостойкость: металл почти не расширяется и не сжимается под действием температур, поэтому сохраняет начальную форму в течение всего срока службы (а он практически вечный). При эксплуатации импланта не стирается и не деформируется ни один, даже самый тонкий, элемент. Это значит, что готовому изделию будет не страшен перегрев или холод. Разумеется, наш организм поддерживает температуру тела в допустимых границах, но даже при ее повышении или понижении импланту не будет ничего, как и при высокой нагрузке,
- устойчив в «живой» среде и не подвержен коррозии: фактически, металл сам себя защищает от разрушения – как говорят специалисты, «пассивируется», то есть на поверхности образуется тончайшая пленка из диоксида титана, которая не растворяется и сохраняется весь срок службы имплантата, но при этом не мешает костным клеткам прикрепляться к поверхности.
Какой титан подходит для имплантов
100% чистый титан в медицине не используют. В первую очередь потому, что он слишком мягкий. В стоматологии применяется титан, который по американскому стандарту ASTM называют коммерческим, а по российскому ГОСТу – технически чистым. Чистота титана здесь условная, в нем присутствуют незначительные примеси азота, углерода, водорода, железа и кислорода – общее их количество составляет около 1%. То есть титана в составе не 100%, а 99%, но именно такой титан биологически совместим и одновременно достаточно прочен.
В России и за рубежом используют разные стандарты для оценки чистоты и свойств стоматологического титана и его сплавов. По американскому стандарту ASTM (American Society for Testing and Materials), международному ISO (International Organization for Standardization) или российскому ГОСТу (государственный стандарт) описание марок титана во многом совпадает по составу, но есть показатели, в которых они отличаются и расходятся. При оценке свойств дентальных имплантов чаще опираются на ASTM, так как он строже в отношении качества титана.
Чистый титан подразделяется на четыре класса в зависимости от содержания в нем примесей в виде таких элементов, как азот, углерод, водород, железо и кислород. Они не наносят вреда организму из-за микроконцентрации и нужны в первую очередь для прочности.
Дентальные (зубные) импланты создаются исключительно из титана с маркировкой «Grade 4» («grade» в переводе с англ. означает «класс»). Титан Grade 1–3 не используется, так как слишком мягкий – импланты из него не смогут выдерживать жевательную нагрузку и будут деформироваться.
В Grade 4 титана меньше всего – около 98,8%, но прочность у материала выше – за счет большего количества железа в составе. Из такого материала изготавливают свои импланты многие компании – например, Nobel Biocare и Straumann – мировые лидеры имплантационной индустрии.
Grade 5, или иначе сплав Ti-6Al-4V (где 6 и 4 – это процентное содержание алюминия и ванадия) является аналогом российского титана марки ВТ-6. Он прочнее Grade 4, что позволяет использовать его для изготовления, например, цельных, более узких имплантов малого размера или моделей, которые устанавливаются в глубокие отделы челюстной кости или даже за ее пределы.
Но на самом деле причина широкого использования такого сплава банальна – он дешевле. Стоимость импланта – на 20-40% ниже, что достаточно весомо для многих пациентов, особенно если восстановить нужно много зубов.
Из минусов – наличие ванадия. Считается, что он оказывает токсическое воздействие – его ионы могут проникать в живые ткани. Исследований на этот счет или не так много именно в области материалов зубных имплантов, или они некачественные (малая выборка, малый срок, отсутствие явных осложнений, вызванных использованием имплантов с ванадием). Поэтому однозначные выводы делать рано. Но, как говорится, береженого... Так что если можно поставить импланты из чистого титана, лучше отдать предпочтение именно ему.
Roxolid – это титаново-циркониевый сплав (85% титана с 15% циркония). Его использует только один бренд – компания Straumann, собственно, он же его и разработал в 2009 году (а также более семи лет клинически исследовал).
Металлы, которые используются в медицине, делятся на три группы1: ванадий, никель, хром и кобальт отчасти относятся к токсическим металлам. Это не означает, что использовать их нельзя – но нужна осторожность, например, людям с аллергическими реакциями, при наличии других металлов в организме. Железо, золото и алюминий – промежуточные металлы. А вот инертные (полностью безопасные и совместимые с организмом) – это титан и цирконий.
Если не титан, то что?
Кроме титана в производстве имплантов применяется такой металл, как тантал. Точнее, трабекулярный металл из тантала. По сути, сам материал сразу создается трехмерным и не нужно дополнительно обрабатывать поверхность импланта, чтобы получить шероховатость (внутрь таких пор обычно прорастают клетки кости). Сам тантал достаточно редкий материал – встречается в природе примерно в 3000 раз реже титана. Поэтому в чистом виде производители почти его не используют.
Из трабекулярного металла импланты создает лишь одна компания – американская Zimmer. Впрочем, титан (Grade 5) она также использует, но для изготовления других линеек корневидных имплантов.
Отдельной группой стоят белые импланты из диоксида циркония (модели Pure и Snow у Straumann). Они не имеют широкого производства и использования – подходят при наличии аллергии на металлы, а также для восстановления эстетически значимых зон. По сути – передних зубов.
Некоторое время назад на российском и европейских рынках появился еще один материал – полимер Peek. Несмотря на то, что производители называют его «материалом будущего», к нему сразу было слишком много вопросов от мирового сообщества имплантологов. Самый первый и важный – это пористость и мягкость. А значит, материал, скорее всего, не способен выдерживать массивные нагрузки и быстро отторгается. Но будущие исследования покажут, насколько это мнение справедливое.
Что еще важно в имплантах кроме материала?
Даже самого качественного титана недостаточно для хорошей остеоинтеграции импланта, то есть его приживления или срастания с костной тканью. В первую очередь это касается пациентов с хроническими заболеваниями, например, с пародонтитом, сахарным диабетом, остеопорозом, когда нарушаются обменные процессы, разрушаются костные ткани.
Помимо самого материала важную роль играет множество нюансов:
- поверхность имплантов – она обязательно должна быть пористой, ведь только тогда клетки костной ткани смогут плавно обволакивать все тело импланта, буквально прорастая в него. Это и есть остеоинтеграция – примерно через 3-6 месяцев искусственная конструкция и кость станут единым целым. Исключение составляют разве что цельные импланты – они более длинные, гладкие, имеют антимикробное покрытие и у них нет зазора между самим имплантом и абатментом, на котором крепится протез. Данные импланты используются при наличии воспаления тканей пародонта или челюстной кости, фиксируются глубже, за пределами костной ткани, то есть работают несколько иначе,
- активные элементы – их называют факторами роста. Это вещества, которые наносятся на поверхность импланта (ионы фосфора, фтора и т.д.), запускающие активный рост и быстрое восстановление костной ткани, то есть импланты быстрее приживаются, лучше фиксируются сразу после установки,
- активная резьба, которая при вкручивании импланта должна обеспечить плавный ход, мягкое воздействие на кость без ее травмирования,
- специальный дизайн, максимально приближенный к форме естественного зуба, и многое другое.
Что еще делают из титана для стоматологии
Зная, из какого материала делают зубные импланты, мы можем видеть, что кроме самих имплантов, из титана изготавливают комплектующие, или, как их еще называют, супраструктуры или протетику. Это абатменты (переходники между имплантом и протезом), формирователи десны, заглушки, трансферы и еще много различных элементов.
Также из титана делают каркасы-основания для протезов, защитные мембраны для удержания наращенной кости, основы металлокерамических коронок. Поскольку материал очень надежный, то ряд производителей и клиник выдает на титановые компоненты длительную гарантию – от 3-5 лет и более.
Титан давно стал стандартом в имплантации зубов благодаря своим преимуществам: высокой прочности, возможностям качественной обработки и полной интеграции с нашим организмом. Причем из этого металла создаются не только зубные импланты, но также протезы суставов, костей, рук и ног. Поэтому материал еще долго будет на передовой, с каждым годом лишь совершенствуясь.
1 Камалов Р.Х., Лихота А.Н., Коваленко В.В. [и др.] / Сравнительный анализ структуры поверхности и ее химического состава у разных систем дентальных имплантов и их влияние на уровень сенсибилизации организма // Клиническая стоматология: Науч.-практ. журн. – 2011.
