Оптимизация конструкции дентального имплантата путем улучшения его биомеханических характеристик электроплазменного напыления многослойного биокомпозиционного покрытия

Бычкова Елена Владимировна -

кандидат технических наук, доцент кафедры «Химическая технология» Энгельсского технологического института (филиала) Саратовского государственного технического университета

УДК 21.793.7; 621.9; 615.465; 616-089.843

Р.В. Пенкин, А.В. Лясникова, Д.В. Власов

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ДЕНТАЛЬНОГО ИМПЛАНТАТА ПУТЕМ УЛУЧШЕНИЯ ЕГО БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ЭЛЕКТРОПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО БИОКОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ

Статья посвящена разработке и исследованию новой конструкции дентального имплантата с повышенными биомеханическими характеристиками и остеоинтегративной потенцией. Приведены результаты экспериментальных и клинических исследований.

R.V. Penkin, A.V. Lyasnikova, D.V. Vlasov

DENTAL IMPLANT DESIGN OPTIMIZATION WITH IMPROVEMENT BIOMECHANICAL CHARACTERS AND PLASMA SPRAY OF BIOCOMPOSITIONAL COATING

This article proposes the research and development of new dental implant design with highly biomechanical characters and osteoinductive potential. Results of experiments and clinical researches are given here.

Современная стоматология по сравнению с другими медицинскими специальностями является одной из самых прогрессивных и бурно развивающихся. Наиболее наукоемким и перспективным разделом стоматологии является дентальная имплантология, которая в России была разрешена относительно недавно (1986 г.), но уже сейчас по уровню существующих разработок не уступает мировым лидерам. Российские пациенты уже успели оценить преимущества дентальной имплантации перед традиционными методами протезирования, и уровень обращаемости в специальные лечебно-профилактические учреждения по поводу имплантации растет с каждым годом. Однако по сей день существует ряд нерешенных проблем, которые мешают максимальному успеху протезирования с опорой на дентальные им-плантаты и вынуждают некоторые клиники и отдельных специалистов отказаться от этого метода в своей врачебной практике. Основными проблемами являются: относительная дороговизна имплантации, недостаточная надежность соединения имплантата и супраструктуры, вероятность отторжения имплантированной конструкции из-за отсутствия остеоинтеграции. На борьбу с первой проблемой направлены усилия отечественных научных коллективов и предприятий, которые разрабатывают имплантационные системы, не уступающие по качеству зарубежным аналогам, но при этом значительно более дешевые [1]. Возможные варианты решения двух других проблем представлены в данной статье.

43

Даже качественно остеоинтегрированный имплантат может выйти из строя под действием знакопеременных жевательных нагрузок. Для предотвращения этого была разработана новая конструкция дентального имплантата с комбинированной системой соединения внут-рикостной части имплантата и супраструктуры типа «цилиндр + шестигранник» [2]. Разработке предшествовал значительный объем теоретических и экспериментальных исследований, некоторые из них приведены ниже.

В настоящее время применяются следующие типы соединения внутрикостной и надкостной частей: винтовое соединение; шестигранник; восьмигранник; сплинт-система.

Наименее надежным соединением признано винтовое, поскольку под действием жевательных нагрузок происходит раскручивание супраструктуры. Сплинт-система лишена вышеназванного недостатка, однако имеет высокую себестоимость и недоступна для большинства пациентов. Хорошо себя зарекомендовали шестигранная и восьмигранная системы соединения имплантата и супраструктуры, однако были случаи поломки крепежного винта и супраструктуры под действием изгибающих нагрузок.

Для экспериментов были изготовлены следующие варианты конструкций титановых имплантатов:

- с соединением типа «шестигранник-шестигранник» - «цилиндр-цилиндр» - 7 образцов. Диаметр имплантата В принимает значения 3,6; 4,1; 4,6 и 4,7 мм; диаметр цилиндра й=2,5 мм; высота цилиндра к=2 мм; высота шестигранного фиксирующего элемента к равна 1,2 и 1,5 мм (рис. 1, а);

- с соединением типа «цилиндр-цилиндр» - «шестигранник-шестигранник» - 17 образцов. Диаметр имплантата В принимает значения 4,1; 4,5; 4,7; 4,75 и 5 мм; диаметр цилиндра й равен 3,1 и 3,5 мм; высота цилиндра Л=0,8; 1 и 2 мм; высота шестигранного фиксирующего элемента к равна 1; 1,2; 1,5 и 2 мм (рис. 1, б);

- с соединением типа «шестигранник-шестигранник» - 23 образца. Диаметр имплан-тата В принимает значения 4,1 мм; высота шестигранного фиксирующего элемента к равна 1,1; 1,5 и 2 мм (рис. 1, в).

а

Рис. 1. Имплантаты с соединениями: «шестигранник + цилиндр»

Для определения реального диапазона предельных нагрузок на имплантат и супра-структуру проводились эксперименты по разрушению сосредоточенной изгибающей нагрузкой. Имплантаты подвергались испытанию на изгиб следующим образом: тело имплантата зажималось в тиски на высоту 'Л высоты внутрикостной части; к супраструктуре с помощью рычага длиной 180 мм прикладывалась радиальная изгибающая нагрузка.

По результатам эксперимента получены следующие значения средней разрушающей изгибающей нагрузки:

1) «шестигранник-шестигранник» - «цилиндр-цилиндр» - 16,95 кгс;

2) «цилиндр-цилиндр» - «шестигранник-шестигранник» - 30,68 кгс (разработанный вариант для клинического применения);

3) «шестигранник - шестигранник» - 13,76 кгс.

На основании полученных данных разработана новая конструкция имплантатов (рис. 2), отличающаяся повышенными надежностью соединения «имплантат-супраструктура» и жесткостью конструкции.

Рис. 2. Дентальный имплантат с соединением «цилиндр + шестигранник»

и комплектующие детали

Для повышения остеоинтегративного потенциала дентальных имплантатов предложена технология нанесения биокомпозиционных многослойных покрытий методом электроплазменного напыления. В качестве основного биоактивного компонента решено использовать фторгидроксиапатит, поскольку, по мнению ряда специалистов, этот материал способствует лучшему построению костной ткани, которая в естественных условиях содержит большее количество фтора, чем в стандартах [3].

Для напыления использовались образцы из титана ВТ1-00 размером 20x10x2 мм. Образцы обезжиривали спиртом и подвергали пескоструйной обработке корундовым песком на установке «Чайка-20» при давлении сжатого воздуха 0,4-0,6 МПа и размерах корундовых частиц 200-500 мкм. Для напыления использовали порошок фторгидроксиапатита («Поли-стом», г. Москва), просеянный через сита для получения диапазона дисперсностей: менее 50 мкм; 70-100 мкм; более 100 мкм. Напыление осуществляли на установке типа ВРЕС, при этом меняли дистанцию напыления от 70 до 120 мм, ток дуги - от 450 до 550 А [4].

С целью изучения механизма получения качественного покрытия, обладающего высокими эксплуатационными свойствами, проводились исследования морфологии поверхности покрытий на основе фторгидроксиапатита, нанесенных при различных технологических параметрах (рис. 3). Анализ структуры покрытия фторгидроксиапатита на титановом подслое при помощи компьютерного анализатора АГПМ-6М позволяет отметить следующее: в целом покрытие имеет сложную пористую структуру, характеризующуюся не только случайным, но и неравномерным распределением пор. Для устранения неравномерности распределения пор разработана технология финишной размерной обработки покрытий в ультразвуковом поле [4]. Оптимальной морфологией поверхности обладают покрытия, нанесенные на дистанции 90 мм порошком дисперсностью менее 70 мкм (рис. 3, в).

Для подтверждения нашего предположения о том, что фторгидроксиапатит обладает повышенными остеоинтегративными свойствами, был проведен модельный эксперимент, целью которого была оценка процессов костно-мозгового кроветворения на титановых образцах с плазмонапыленными гидроксиапатитовым и фторгидроксиапатитовым покрытием, с применением длительных культур костного мозга [3]. Исходя из результатов исследования, следует отметить, что при сходном общем числе клеток на образцах с фторгидроксиапатито-вым и гидроксиапатитовым покрытиями отмечаются различия в количестве стромальных и кроветворных клеток. При использовании фторгидроксиапатитового покрытия отмечается достоверно большее количество кроветворных клеток и меньшее - стромальных, что можно считать положительным фактором, способствующим построению костной ткани и стимуляции остеоинтеграции.

Рис. 3. Морфология электроплазменных фторгидроксиапатитовых покрытий, нанесенных при различных режимах: а - £=90 мм, Д>100 мкм; б - £=120 мм, Д<70 мкм; в - £=90 мм, Д<70 мкм

Заключительным этапом исследования новой конструкции имплантатов с биокомпозиционными многослойными покрытиями явились клинические испытания. Было установлено 225 имплантатов 107 пациентам. На разных сроках после имплантации были удалены 9 имплантатов, т.е. процент приживляемости составил 96%, что является нормой по Международным стандартам и даже ниже на 1% общепринятого минимального уровня осложнений.

Таким образом, можно заключить, что применение разработанной конструкции им-плантатов с биокомпозиционными покрытиями на основе фторгидроксиапатита является клинически обоснованным и перспективным (рис. 4).

Рис. 4. Результаты клинического применения дентальных имплантатов с плазмонапыленными биокомпозиционными фторгидроксиапатитовыми покрытиями: а - послеоперационная ортопантомограмма; б - ортопедический этап лечения;

в - результат лечения

ЛИТЕРАТУРА

1. Лясникова А.В. Стоматологические имплантаты. Исследование, разработка, производство и клиническое применение / А.В. Лясникова, А.В. Лепилин, Н.В. Бекренев, Д.С. Дмитриенко. Саратов: СГТУ, 2006. 254 с.

2. Исследование и разработка дентальных имплантатов с улучшенными биомеханическими свойствами / А.В. Лясникова, А.А. Фомин, Р.В. Пенкин, И.В. Фомин // Новые технологии в стоматологии и имплантологии: сб. науч. трудов по материалам 8-й Всерос. конф. Саратов: СГТУ, 2006. С. 278-283.

3. Курдюмов С.Г. Фторгидроксиапатит для дентальной имплантации / С.Г. Курдюмов, А.И. Воложин, В.П. Орловский // Современные проблемы имплантологии: труды VI Между-нар. науч.-техн. конф. Саратов: СГТУ, 2002. С. 69-71.

4. Лясникова А.В. Применение электроплазменной технологии для нанесения фтор-гидроксиапатитовых биоактивных покрытий на дентальные имплантаты / А. В. Лясникова, О.А. Дударева // Известия Томского политехнического университета. 2006. Т. 309, № 2. С.153-159.

Пенкин Роман Владимирович -

врач-стоматолог ортопедического отделения стоматологической поликлиники № 7 г. Москвы

Лясникова Александра Владимировна -

кандидат технических наук,

докторант кафедры «Материаловедение и высокоэффективные процессы обработки» Саратовского государственного технического университета

Власов Дмитрий Владимирович -

аспирант кафедры «Материаловедение и высокоэффективные процессы обработки» Саратовского государственного технического университета