אוסיאואינטגרציה

Osseointegration (מלטינית: osseus – גרמי ו-integrare – לעשות שלם) הוא הקשר המבני והתפקודי הישיר בין עצם חיה לבין פני השטח של שתל מלאכותי נושא עומס ("נושא עומס" כפי שהוגדר על ידי Albrektsson וחב' ב־1981). הגדרה עדכנית יותר (מאת שרדר וחב') מגדירה אוסאואינטגרציה כ"אנקילוזיס פונקציונלי (דבקות עצם)", כאשר עצם חדשה מונחת ישירות על משטח השתל והשתל מפגין יציבות מכנית (כלומר, עמידות בפני חוסר יציבות על ידי ערבול מכני או כוחות גזירה). Osseointegration שיפר את המדע של טכניקות רפואיות להחלפת עצמות ומפרקים, כמו גם השתלות שיניים ושיפור תותבות עבור קטועי גפיים.

Osseointegration מוגדר גם כ: "יצירת ממשק ישיר בין שתל לעצם, ללא רקמה רכה מתערבת".

שתל אוסטאואינטגרציה הוא סוג של שתל המוגדר כ"שתל אנדוסטאלי המכיל נקבוביות שלתוכם יכולים לנדוד אוסטאובלסטים ורקמת חיבור תומכת". מיושם על השתלות הפה, זה מתייחס לעצם שגדלה עד משטח השתל ללא שכבת רקמה רכה מרוחקת. אין רקמת צלקת, סחוס או סיבי רצועה בין העצם למשטח השתל. ניתן לאמת במיקרוסקופ את המגע הישיר של העצם ומשטח השתל.

אוסיאואינטגרציה עשויה להיות מוגדרת גם כ:
 אינטגרציה אוסווית, התקשרות או חיבור ישיר לכאורה של רקמת עצם לחומר אלופלסטי אינרטי ללא רקמת חיבור מתערבת.
 התהליך וחיבור ישיר לכאורה של משטח החומר האנדוגני ורקמות העצם המארחת ללא רקמת חיבור מתערבת.
 הממשק בין חומר אלופלסטי לעצם.

אוסיאואינטגרציה נצפתה לראשונה – אם כי לא נאמרה במפורש – על ידי Bothe, Beaton ודבנפורט בשנת 1940. Bothe et al. היו החוקרים הראשונים שהשתלו טיטניום בבעל חיים וציינו כיצד הוא נוטה להתמזג עם עצם. Bothe et al. דיווח כי בשל האופי היסודי של הטיטניום, חוזקו וקשיותו, היה לו פוטנציאל גדול לשמש כחומר תותב עתידי. גוטליב לוונטל תיאר מאוחר יותר את האוסאואינטגרציה ב-1951. לוונטל הניח ברגים מטיטניום בירכיים של חולדה ואמר, "בסוף 6 שבועות, הברגים היו מעט יותר מהודקים מאשר כשהם הוכנסו במקור; לאחר 12 שבועות, הברגים היו קשים יותר להסרה; ובתום 16 שבועות, הברגים היו כה הדוקים שבדגימה אחת עצם הירך נשברה כאשר נעשה ניסיון להסיר את הבורג. בדיקות מיקרוסקופיות של מבנה העצם לא גילו תגובה לשתלים. נראה שהטרבקולציה תקינה לחלוטין." התגובות שתוארו על ידי Leventhal ו Bothe et al. מאוחר יותר ייטבע במונח "אוסאואינטגרציה" על ידי Per-Ingvar Brånemark משוודיה. בשנת 1952, Brånemark ערך ניסוי שבו השתמש בתא השתלת טיטניום כדי לחקור את זרימת הדם בעצם הארנב. בסוף הניסוי, כשהגיע הזמן להסיר את תאי הטיטניום מהעצם, הוא גילה שהעצם השתלבה כל כך עם השתל עד שלא ניתן היה להסיר את החדר. Brånemark כינה זאת "אוסאואינטגרציה", וכמו Bothe et al. ולונטל לפניו, ראה את האפשרויות לשימוש אנושי.

ברפואת השיניים היישום של אוסאואינטגרציה החל באמצע שנות ה-60 כתוצאה מעבודתו של ברנמרק. בשנת 1965 בראנמרק, שהיה באותה עת פרופסור לאנטומיה באוניברסיטת גטבורג, הכניס שתלים דנטליים לחולה האנושי הראשון – Gösta Larsson. לחולה זה היה פגם בחך שסוע והיה זקוק להשתלים כדי לתמוך במחסום חיך. Gösta Larsson מת בשנת 2005, כשהשתלים המקוריים עדיין נמצאים במקומם לאחר 40 שנות תפקוד.

באמצע שנות ה-70 נכנסה בראנמרק לשותפות מסחרית עם חברת ההגנה השוודית בופורס לייצור שתלים דנטליים והמכשור הנדרש להצבתם. בסופו של דבר נוצרה שלוחה של בופורס, נובל פארמה, כדי להתרכז בקו המוצרים הזה. נובל פארמה הפכה לאחר מכן ל- Nobel Biocare.

Brånemark בילה כמעט 30 שנה במאבק בקהילה המדעית על קבלת האוסאואינטגרציה כטיפול בר-קיימא. בשוודיה לעג לו לעיתים קרובות בגלוי בכנסים מדעיים. האוניברסיטה שלו הפסיקה לממן את המחקר שלו, ואילצה אותו לפתוח מרפאה פרטית כדי להמשיך לטפל בחולים. בסופו של דבר, זן מתפתח של אקדמאים צעירים החל להבחין בעבודה הנעשית בשוודיה. ג'ורג' זארב מטורונטו, פרוסטודנט קנדי יליד מלטז, היה גורם מרכזי בהבאת מושג האוסאואינטגרציה לעולם הרחב. ועידת טורונטו 1983 נחשבת בדרך כלל לנקודת המפנה, כאשר לבסוף הקהילה המדעית העולמית קיבלה את עבודתו של בראנמרק. אוסיאואינטגרציה היא שיטת טיפול צפויה ושכיחה ביותר. מאז 2010, פרופסור מונג'ד אל מודריס בסידני, אוסטרליה, השתמש בשתל טיטניום בעל חוזק מתיחה גבוה עם משטח מרוסס בפלזמה כתותב תוך-מדולרי המוחדר לשאריות העצם של קטועי גפיים ולאחר מכן מתחבר דרך פתח בעור לתותבת גפה רובוטית. זה מאפשר לקטועי רגליים להתגייס עם יותר נוחות ופחות צריכת אנרגיה. אל מודריס גם פרסם את הסדרה הראשונה של שילוב של תותבת אוסאואינטגרציה עם החלפת מפרקים המאפשרת לקטועים מתחת לברך עם דלקת מפרקים בברך או עצם שארית קצרה ללכת ללא צורך בתותב שקע.

ב-7 בדצמבר 2015, שני יוצאי מבצע חופש עיראק/מבצע חופש מתמשך, בראיינט ג'ייקובס ואד סלאו, הפכו לראשונים באמריקה שקיבלו תותבת משולבת אוסאואוטנית. בשלב הראשון, רופאים בבית החולים לענייני ותיקים של סולט לייק הטמיעו חתך טיטניום בעצם הירך של כל חולה. כשישה שבועות לאחר מכן, הם חזרו וחיברו את מנגנון העגינה לתותבת.

בשנת 2021 פרסם פרופסור אל מודריס עבודת גמר לדרישות לדוקטור למדעי הרפואה, הדנה באינטגרציה של קטועי גפיים: עבר, הווה ועתיד – "מדע בסיסי, חידושים בטכניקה כירורגית, עיצוב שתלים ואסטרטגיות שיקום".

Osseointegration הוא תהליך דינמי שבו מאפייני השתל (כלומר מאקרוגיאומטריה, תכונות פני השטח וכו') ממלאים תפקיד בוויסות התנהגות מולקולרית ותאית. בעוד שאוסאואינטגרציה נצפתה באמצעות חומרים שונים, הוא משמש לרוב לתיאור התגובה של רקמות העצם לטיטניום, או טיטניום המצופה בנגזרות של סידן פוספט. בעבר חשבו ששתלי טיטניום נשמרים בעצם באמצעות פעולת ייצוב מכני או התקשרות פנים. לחלופין, שתלים מצופים סידן פוספט נחשבו מיוצבים באמצעות קשר כימי. ידוע שגם שתלים מצופים סידן פוספט וגם שתלי טיטניום מיוצבים בצורה כימית עם העצם, או באמצעות מגע ישיר בין אטומי סידן וטיטניום, או על ידי התקשרות לשכבה דמוית קו צמנט בממשק השתל/עצם. אמנם ישנם כמה הבדלים (למשל כמו היעדר אבות כונדרוגניים), אוסאואינטגרציה מתרחשת באמצעות אותם מנגנונים כמו ריפוי שברים בעצמות.

טכניקה 
עבור שתלים דנטליים משולבים, נעשה שימוש בחומרים מתכתיים, קרמיים ופולימריים, במיוחד טיטניום. כדי להיקרא אוסאואינטגרציה הקשר בין העצם לשתל אינו צריך להיות 100%, ומהות האוסאואינטגרציה נובעת יותר מיציבות הקיבוע מאשר מידת המגע במונחים היסטולוגיים. בקצרה זהו תהליך שבו מושג, ומתוחזק, קיבוע קשיח אסימפטומטי קליני של חומרים אלופלסטיים בעצם במהלך העמסה תפקודית. זמן ריפוי השתל והיציבות הראשונית הם פונקציה של מאפייני השתל. לדוגמה, שתלים באמצעות עיצוב בורג-שורש משיגים יציבות מכנית ראשונית גבוהה באמצעות פעולת הברגים שלהם כנגד העצם. לאחר הנחת השתל, הריפוי נמשך בדרך כלל מספר שבועות או חודשים לפני שהשתל משולב במלואו בעצם. עדות ראשונה לאינטגרציה מתרחשת לאחר מספר שבועות, בעוד חיבור חזק יותר מתבצע בהדרגה במהלך החודשים או השנים הבאות. שתלים בעלי עיצוב בצורת שורש בורג מביאים לספיגת עצם ולאחר מכן שיפוץ עצם הממשק וצמיחה סביב השתל.

שתלים המשתמשים בעיצוב של רמה-שורש (או שתלים בצורת שורש בורג עם מרווח מספיק רחב בין גובה הברגים) עוברים אופן שונה של התאבנות סביב השתל. שלא כמו השתלים שהוזכרו לעיל בצורת בורג-שורש, שתלים בצורת שורש ברמה מפגינים היווצרות עצם דה-נובו על פני השתל. סוג ריפוי העצם שמוצג על ידי שתלים בצורת שורש ברמה ידועה כריפוי דמוי תוך-ממברנה.

אף על פי שהממשק המשולב הופך עמיד בפני זעזועים חיצוניים לאורך זמן, הוא עלול להינזק מגירויים שליליים ממושכים ועומס יתר, שעלולים לגרום לכשל בשתל. במחקרים שנעשו באמצעות "מיני שתלים דנטליים", צוין כי היעדר מיקרו-תנועה בממשק העצם-שתל היה צורך כדי לאפשר אוסאואינטגרציה נכונה. כמו כן, צוין כי קיים סף קריטי של מיקרו-תנועה שמעליו מתרחש תהליך אנקפסולציה סיבית, ולא אוסאואינטגרציה.

סיבוכים אחרים עשויים להתעורר גם בהיעדר השפעה חיצונית. נושא אחד הוא צמיחת מלט. במקרים רגילים, היעדר צמנטום על פני השתל מונע התקשרות של סיבי קולגן. זה בדרך כלל המקרה בגלל היעדר תאי אבות צמנטום באזור המקבל את השתל. עם זאת, כאשר קיימים תאים כאלה, עשוי להיווצר מלט על או סביב משטח השתל, וחיבור קולגן פונקציונלי עשוי להיצמד אליו.

התקדמות בהנדסת חומרים: קצפי מתכת 
מאז 2005, מספר יצרני מכשירים אורתופדיים הציגו מוצרים בעלי מבנה מתכת נקבובי. מחקרים קליניים על יונקים הראו שמתכות נקבוביות, כמו קצף טיטניום, עשויות לאפשר היווצרות של מערכות כלי דם בתוך האזור הנקבובי. עבור שימושים אורתופדיים, מתכות כגון טנטלום או טיטניום משמשות לעיתים קרובות, שכן מתכות אלו בעלות חוזק מתיחה גבוה ועמידות בפני קורוזיה עם תאימות ביולוגית מעולה.

תהליך האוסאואינטגרציה בקצפי מתכת דומה לזה שבהשתלות עצם. התכונות דמויות העצם הנקבוביות של קצף המתכת תורמות לחדירת עצמות נרחבת, ומאפשרות להתרחש פעילות אוסטאובלסט. בנוסף, המבנה הנקבובי מאפשר היצמדות ווסקולריזציה של רקמות רכות בתוך השתל. חומרים אלו נפרסים בהחלפת מפרק ירך, החלפת ברך וניתוחי השתלות שיניים.

נוהלי בדיקה 
ישנן מספר שיטות המשמשות לאמוד את רמת האוסאואינטגרציה והיציבות שלאחר מכן של שתל. הליך אבחון בשימוש נרחב הוא ניתוח כלי הקשה, שבו מקישים מכשיר דנטלי על מנשא השתל. אופי הצלצול שנוצר משמש כמדד איכותי ליציבות השתל. שתל משולב יעורר צליל "קריסטלי" גבוה יותר, ואילו שתל לא משולב יעורר צליל עמום ונמוך.

שיטה נוספת היא בדיקת מומנט הפוך, שבה מוציאים את מנשא השתל. אם הוא לא מצליח להתנתק תחת לחץ המומנט ההפוך, השתל יציב. אם השתל מסתובב תחת הלחץ הוא נחשב לכישלון ומוסר. שיטה זו באה בסיכון לשבירת עצם שנמצאת באמצע תהליך האוסאואינטגרציה. זה גם לא אמין בקביעת פוטנציאל האוסאואינטגרציה של אזור עצם, שכן בדיקות הראו ששתל מסתובב יכול להמשיך להשתלב בהצלחה.

שיטת אבחון לא פולשנית ומיושמת יותר ויותר היא ניתוח תדירות תהודה (RFA). מכשיר מנתח תדר תהודה מעורר רעידות במוט מתכת קטן המחובר באופן זמני לשתל. כשהמוט רוטט, הגשש קורא את תדר התהודה שלו ומתרגם אותו למנת יציבות שתל (ISQ), שנעה בין 1–100, כאשר 100 מציין את מצב היציבות הגבוה ביותר. ערכים הנעים בין 57 ל-82 נחשבים בדרך כלל ליציבים, אם כי יש לשקול כל מקרה באופן עצמאי.

Osseoperception 
אחד המוזרויות של תותבות משולבות אוסאאו-אינטגרציה היא שאירועים מכניים בתותב (למשל מגע) מועברים כרעידות דרך העצם. משמעות ה"אוסאופפריפציה" הזו היא שהמשתמש בתותבת מחזיר לעצמו תחושה מדויקת יותר לגבי האופן שבו התותבת מקיימת אינטראקציה עם העולם. משתמשים בתותבות של גפיים תחתונות מעוגנות עצם מדווחים, למשל, שהם יכולים לדעת על איזה סוג אדמה הם צועדים עקב אוסאופרספציה.

מחקרים עדכניים על משתמשים בתותבות של גפיים עליונות ותחתונות מעוגנות עצם הראו ש-oseoperception זה לא מתווך רק על ידי מכנורצפטורים אלא גם על ידי קולטנים שמיעתיים. המשמעות היא שבמקום רק להרגיש השפעות מכניות על המכשיר, המשתמשים שומעים גם את תנועות התותב שלהם. תפיסה חושית מכנית ושמיעתית משותפת זו אחראית ככל הנראה לתפיסת הסביבה המשופרת של משתמשים בתותבות משולבות באוסאואינטגרציה בהשוואה להתקנים תלויי שקע מסורתיים. עם זאת, לא ברור באיזו מידה משוב חושי מרומז זה משפיע בפועל על משתמשי תותבת בחיי היומיום.

יישומים 
 השתלות שיניים הן ללא ספק תחום היישום העיקרי
 שמירה של תותב קרניופציאלי כגון אוזן מלאכותית (תותבת אוזניים), שחזור לסת, עין (תותבת מסלולית) או אף (תותבת אף)
 תותבות גפיים מעוגנות עצם
 הגברת הולכת שמיעה מעוגנת עצם (מכשיר שמיעה מעוגן עצם)
 Eyeborg קולט צבע דרך גלי קול (הולכת קול דרך עצם)
 החלפת ברכיים ומפרקים

ראו גם

לקריאה נוספת

קישורים חיצוניים 
 חומר מתכת Trabecular: The Next Best Thing to BoneTM: Trabecular Metal Technology
 מחקר קליני על שתלים דנטליים משולבים באוסאו
 תותב מיומן Transradial Osseointegrated עם שליטה עצבית ומשוב חושי, Horizon 2020 EU Framework Program for Research and Innovation

הערות שוליים

אורתופדיה: פעולות כירורגיות
כירורגיית פה ולסת
רפואת שיניים