CC BY
22
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОСОВМЕСТИМОСТИ ДЕНТАЛЬНЫХ ТИТАНОВЫХ ИМПЛАНТАТОВ С ПОКРЫТИЕМ ИЗ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА
Головко Александр Иванович, кандидат медицинских наук, доцент кафедры ортопедической стоматологии Белорусского государственного медицинского университета, Минск
Наумович Семен Антонович, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой ортопедической стоматологии Белорусского государственного медицинского университета, Минск
Alexander Golovko, PhD, Associate Professor of the Department of Orthopedic Dentistry
of the Belarusian State Medical University, Minsk Semen Naumovich, MD, Professor, Head of the Department of Orthopedic Dentistry of the Belarusian State Medical University, Minsk Biocompatibility estimation of dental titanium implants with polytetrafluoroethylene coating
Резюме. Представлены механизмы интеграции мягких тканей у экспериментальных животных после установки дентальных титановых имплантатов, покрытых пористым политетрафторэтиленом. Пористая структура политетрафторэтилена и титановый армирующий элемент имплантатов способствуют созданию условий для интеграции тканей в поверхность десны и процессов реваскуляризации образовавшихся тканей. Особенности изменения гистоструктуры прилежащих тканей в динамике свидетельствуют о положительном влиянии на скорость воспалительных и дистрофических изменений слизистой оболочки десны и капсулы имплантата и его высокой биосовместимости.
Ключевые слова: дентальные имплантаты, политетрафторэтилен, оксид титана, гистология пародонта.
Современная стоматология. — 2020. — №4. — С. 41-45. Summary. The mechanisms of integration of soft tissues in the field of experimental animals after placement of dental titanium implants coated with porous polytetrafluoroethylene are presented. The porous structure of polytetrafluoroethylene and the titanium reinforcing element of the implants contribute to the creation of conditions for the integration of tissues into the gingival surface and in the processes of revascularization of the resulting tissues. Features of changes in the histostructure of adjacent tissues in dynamics indicate a positive effect on the rate of inflammatory and dystrophic changes in the gingival mucosa and in the capsule of the implant and its high biocompatibility. Keywords: dental implants, polytetrafluoroethylene, titanium oxide, periodontal histology.
Sovremennaya stomatologiya. — 2020. — N4. — P. 41-45.
Распространенность частичной адентии, по данным Всемирной организации здравоохранения, достигает 75% населения Земли [5]. Основными ее причинами являются кариес и его осложнения, маргинальный периодонтит, а также травмы. В структуре оказания стоматологической помощи частичная адентия составляет от 40% до 75% случаев, причем встречается во всех возрастных группах пациентов [1, 2]. В последние десятилетия для замещения отсутствующих зубов стоматологи все чаще прибегают к методам имплантации. На современном этапе развития стоматологии применение дентальных имплантатов является актуальным направлением в комплексном лечении
стоматологических пациентов с частичной адентией.
Наиболее апробированными к настоящему времени являются титановые дентальные имплантаты и двухэтапный подход, разработанный P.I. Bránemark [3, 4], который впервые установил, что титановый имплантат, размещенный в кости в процессе «остеоинтеграции» практически полностью срастается с костной тканью [4]. Развитие производств дентальных имплантатов (Nobel Biocare, Straumann, Alpha Bio, Radix, ЗАО «Алтимед» и др.) достигло достаточных успехов, а некоторые компании дают пожизненную гарантию на свою продукцию. Тем не менее, несмотря на бурное развитие в последние годы дентальной имплантации, часто-
та постимплантационных осложнений не имеет тенденции к снижению [9-11]. Более того, несмотря на то, что процесс остеоинтеграции в настоящее время изучен достаточно хорошо, эффективность имплантации, по данным разных авторов, составляет от 84% до 97% [12, 13]. Разработка технологий получения безопасных материалов для дентальных имплантатов остается весьма актуальной проблемой.
Для повышения эффективности и разработки новых подходов для реконструкции и замены зубов разработана и запатентована ^ 9763752, источник www.orbit.com) принципиально новая конструкция имплантата (рис. 1). Зубной имплантат изготовлен из титана, объемная пористая структура изготовлена
из напрессованного на каркас порошка титана, образующегося из титановой губки, методом гидростатического прессования [10]. Дентальный имплантат имеет насадку из пористой поверхностно-объемной структуры политетрафторэтилена (открытые сквозные и тупиковые поры, размеры гранул двух видов от 100 до 300 микрон и до 20 микрон, суммарный объем открытых пор превышает объем тупиковых пор, а средний размер тупиковых пор: 0,01-1,0 среднего размера открытых пор), при этом структура ориентирована так, что поверхность представляет собой барьерный слой. Пористая структура снабжена армирующим элементом в виде плетеной или витой объемной структуры из титановой проволоки. После помещения такого имплантата в соответствующее место в челюсти мягкую ткань десны подшивают к торцу насадки, а ее верхняя поверхность - барьерный слой - не позволяет микроорганизмам проникать внутрь насадки и далее -к металлической объемной пористой структуре, поэтому она не препятствует врастанию в нее костной ткани.
Целью исследования была первичная оценка биосовместимости разработанного имплантата.
Материалы и методы
Под общим обезболиванием в верхнюю и нижнюю челюсти собак имплантировали по семь дентальных имплантатов (образцы ЗАО «Алтимед»). Вставки из политетрафторэтилена в виде кольца, окружающие шейку имплантата, фиксированы отдельными швами к ткани десны. В рекомендациях по отбору предпочтительны животные с жевательным движением челюсти, не свойственным для травоядных (ISO/TS 22911:2005 Dentistry Preclinical evaluation of dental implant systems - Animal test methods, IDT). Согласно этому, исследование проведено на беспородных собаках массой 43±2 кг (ЦНИЛ БелМАПО, ЦНИЛ БГМУ). В течение двухнедельного карантинного наблюдения для эксперимента отобраны пять здоровых особей, без признаков воспаления в полости рта. Исследования проведены с соблюдением рекомендаций «Европейской конвенции о защите
Рис. 1. Дентальный имплантат с насадкой из пористой поверхностно-объемной структуры политетрафторэтилена в области шейки
позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях» (СЕД №123, Страсбург 18.03.1986). В послеоперационном периоде обеспечивали надлежащий уход за животными, обезболивание, диету и гигиенический режим. Осмотр осуществлялся ежедневно в первую неделю после операции, далее - дважды в неделю. При визуальном осмотре обращали внимание на особенности течения местного воспаления. В послеоперационном периоде животные получали терапию: внутримышечно линкомицин 10% - 4 мл 1 раз в день в течение 7 дней, чтобы исключить инфекционные осложнения. Под общим обезболиванием через 30, 60, 180 суток проводили извлечение трех-четырех им-плантатов у двух-трех собак в условиях операционной.
Для оценки процессов интеграции в тканях периодонта после размещения дентальных титановых имплантатов применяли морфологические методы исследования. С помощью гистологических методов изучали строение клеток и тканей. Срезы толщиной 10 мкм приготавливали с помощью криостата и окрашивали азур II - эозином, что позволило выявить клеточные элементы соединительной ткани, тучные клетки (идентификация воспалительного экссудата) в тканях. Для определения метаболического состояния клеток и тканей использовали энзимо-гистохимические методики. В основе метода морфологической диагностики
лежит визуализация с помощью микроскопа и оценка действия ферментов на специфические субстраты в присутствии веществ, с которыми один из продуктов ферментативной реакции образует нерастворимый осадок. Нейрогистохимические методы исследования использовали для определения медиаторной природы нервов в тканях и органах. Выявляли цитоплазматический фермент - лактатде-гидрогеназу (ЛДГ), маркер анаэробного окисления глюкозы. Активность ЛДГ в криостатных срезах толщиной 15 мкм определяли по методике Лойда.
Определяли активность ацетилхолин-эстеразы (АХЭ), которая позволяет судить о наличии медиатора ацетилхолина, характерного для холинергической (парасимпатической) природы нервных элементов по методике. Об активности фермента судили по плотности конечного продукта - ферроцианида меди. Для фиксации на стекло наносили 4-процентный раствор формалина на малеиновом буфере на 20 минут. Изучение микропрепаратов осуществляли с помощью светового микроскопа MPV-2 («Leitz», Германия) с цифровой фотокамерой «Leica». Использовали также метод электронной микроскопии.
Результаты и обсуждение
Во время удаления дентальных им-плантатов извлекали фрагмент мягких тканей, плотно фиксированных в области политетрафторэтиленового кольца, окружающего шейку имплантата. Отмечено, что слизистая оболочка десны через один месяц была незначительно изменена только в непосредственной близости от имплантата: встречались участки очаговой периваскулярной воспалительной инфильтрации в подэпителиальном слое, гиперплазия и акантоз эпителия, умеренная дистрофия слоя шиповатых клеток и небольшая десквамация поверхностных кератиноцитов. При небольшом отдалении от края альвеолярной лунки эти изменения нивелировались.
Установлено, что с кольцом из политетрафторэтилена вокруг шейки зуба взаимодействовала плотная волокнистая соединительная ткань. При этом она прилежала к поверхности кольца, а также
Рис. 2. Заполнение имплантата соединительной тканью: а - через 1 месяц, окраска гематоксилин - эозин, ув. х400, б - через 2 месяца, окраска азур - эозин, ув. х400, в - через 6 месяцев, окраска азур - эозин, ув. х100
заходила в поры материала, из которого оно было изготовлено.
Через 1-2 месяца после операции происходила дифференциация депонированного коллагена. При этом фибробласты заменяли коллаген, повышая прочность ткани. Так, ко второму месяцу после начала эксперимента сформировалась тесная взаимосвязь между областью имплантата, состоящего из пористого политетрафторэтилена, и соединительной тканью периодонта экспериментального животного. Отмечали не только поверхностное взаимодействие, но также проникновение соединительной ткани в поры материала.
В морфогенезе мягких тканей при зубной имплантации решающим является заживление той части слизистой оболочки и надкостницы, которая имеет непосредственный контакт с имплантатом. Важным считается образование замка из соединительной ткани, отделяющего внутреннюю среду раны от полости рта. Образующаяся таким путем эпителиальная и соединительная ткань аналогична тканям десны и периоста у природных зубов. Как показали исследования контактирующих с имплантатом мягких тканей, через один месяц после имплантации переходный эпителий прикрепляется к поверхности имплантата в виде тонкой пластинки. Ранее в этой зоне уже было отмечено наличие базальной пластины гемодес-мосомы, подобной той, которую имеют естественные зубы. Аналогично участкам аморфного вещества между имплантатом и костью у мягких тканей имеется аморфный слой, толщина которого составляет 20 мкм. Характер соединения с костями челюстей у имплантатов и природных зубов
принципиально разные, поэтому глубина карманов не может быть ориентиром соединения. По ней можно устанавливать лишь толщину слизистой оболочки. Тем не менее возникшее через шесть месяцев после имплантации соединение играет роль замка и препятствует прорастанию эпителия внутрь кости, предохраняя десну от рецессии.
Через два месяца соединительная ткань отличается большим количеством коллагеновых волокон во внутренней зоне и более рыхлым, включающим микрососуды, наружным слоем. При гистологическом исследовании, проведенном через два месяца после постановки имплантатов, обнаружена ограниченная аккумуляция воспалительных клеток. Воспалительный процесс не отмечен через шесть месяцев после имплантации.
Первоначальная сосудистая реакция спустя один месяц после имплантации сменяется тромбоцитарной, а также агрегацией, активизацией и каскадом свертывания крови. Одновременно начинают развиваться неспецифические клеточные реакции, преимущественно за счет нейтрофильных лейкоцитов. Возникают также специфические реакции в виде увеличения числа лимфоцитов и макрофагов. Наблюдается цитокинез, играющий важную роль в фазе заживления мягких тканей. Макрофаги обнаруживаются через два месяца после имплантации и практически отсутствуют спустя шесть месяцев.
На стадии пролиферации слизистой оболочки и надкостницы главную роль играют фибробласты. Их пролиферация и дифференциация возникают под влиянием гипоксии и выделения цитокинов
после изменений тромбоцитов и макрофагов в предыдущей фазе воспаления. Визуализирован этот процесс после обработки срезов для выявления ЛДГ. Неоваскуляризация стимулирует пролиферацию фибробластов, в результате чего образуются фибробласты базовой субстанции, коллаген и эластичные волокна. Базовая субстанция состоит из протеогликанов и гликопротеинов. Последние, являясь адгезивными микромолекулами, взаимодействуют с клеточными элементами, внеклеточными матрицами и стимулируют адгезивность, миграцию, пролиферацию клеток, а также генное регулирование. Протеогликаны, удерживая воду, образуют громоздкие гели, заполняющие внеклеточное пространство.
Через один месяц после имплантации отмечены репаративные регенерационные процессы (рис. 2а), которые выражались в новообразовании сосудов, дифферен-цировке и пролиферации клеток, производстве экстрацеллюлярного матрикса. Эти изменения обнаруживали в большей степени на участке соединительной ткани, прилегающем к имплантату. Ко второму месяцу эпителий десны незначительно от-
Рис. 3. Площадь заполнения соединительной тканью (в мкм) имплантата в 1 мм2 среза (п=7)
Рис. 4. Выявление ацетилхолиэстерзы: а - через 1 месяц, б - через 2 месяца, в - через 6 месяцев после имплантации. Ув. х100 (а), х400 (б, в)
Рис. 5. Количество холинергических волокон (ед.) в 1 мм2 среза (п=7)
личался от нормы (рис. 2б). Через 6 месяцев процессы репарации завершены (рис. 2в).
В процессе определения активности АХЭ, которая позволяет судить о наличии медиатора ацетилхолина, характерного для холинергической (парасимпатической) природы нервных элементов, получили данные о том, что количество холинергических волокон значительно возрастает к шестому месяцу после имплантации в среднем с 0,43 до 23,9 ед. на 1 мм2 исследуемого среза (рис. 3-5).
При повреждении тканей и разрушении клеток концентрация ЛДГ в крови повышается, что является важным маркером
тканевой деструкции. В ходе исследования выявлены два типа микрососудов: капилляры с нормальным просветом и с округлым просветом (рис. 6, 7). Спустя два месяца показатели микроциркуляции превышали исходный уровень и оставались выше него и через полгода.
Через два месяца после имплантации отмечено увеличение количества капилляров с 5,6 до 27,9 на 1 мм2 среза. Первоначальная сосудистая реакция сменяется тромбоцитарной, а также агрегацией, активизацией и каскадом свертывания крови, просвет сосудов при этом приобретает круглую форму. Одновременно начинают развиваться неспецифические клеточные реакции, преимущественно за счет нейтрофиль-ных лейкоцитов. Возникают также специфические реакции в виде увеличения числа лимфоцитов и макрофагов. Наблюдается цитокинез, играющий важную роль в фазе заживления мягких тканей. Через шесть месяцев после имплантации восстанавливается нормальное кровоснабжение.
На гистологических препаратах, полученных через 2 месяца после имплантации, окрашенных азур II - эозином, выявляются
пучки коллагеновых волокон, а также большое количество фибробластов. В изученных образцах обнаружено присутствие фрагментов многослойного эпителия, взаимодействующего с политетрафтор-этиленовой вставкой зубного имплантата.
Оценка ультраструктуры тканей, заполняющих полости дентальных имплантатов
Через один месяц после извлечения имплантата на электронограмме среза покрытия визуализируются различные клетки, содержащие ядра, а также иные органические компоненты ткани. Учитывая расположение клеток в полостях покрытия имплантата, можно заключить, что покрытие не является условием, препятствующим врастанию тканей в его полости. Затем определялись клетки, находящиеся в стадии деления, что свидетельствует о пролиферативных процессах.
Процессы деления и отсутствие специфичных клеток и однородной структуры визуализируемой ткани указывают на ее малую дифференцировку, что характерно для молодой, формирующейся ткани. Данное обстоятельство позволяет предположить, что на уровне контакта покрытия имплантата и раневой поверхности десны
Рис. 6. Микрососуды тканей периодонта (показаны стрелкой): а - через 1 месяц, б - через 2 месяца, в - через 6 месяцев после имплантации, общее количество микрососудов в 1 мм2 среза (показано стрелкой). Метод выявление лактатдегидрогеназы. Ув. х40
ед
35-1 т
30 4
1 мес 2 мес 6 мес
Рис. 7. Общее количество микрососудов (ед.) в 1 мм2 среза (n=7)
происходит процесс формирования тканей, проникающих в полости покрытия. Заключение
Через 1-2 месяца после имплантации было показано, что при контакте элементов крови с инородным телом (имплантатом) сохраняются коагуляци-онные и цитокинетические изменения в тканях. Метаболические изменения клеток (фибробластов, остеобластов и др.) приводят к относительной гипоксии.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
1. Rubnikovich S.P. i dr. Analiz rasprostranennosti ortopedicheskikh stomato-logicheskikh zabolevaniy zhiteley Mogileva [Analysis of the prevalence of orthopedic dental diseases in residents of Mogilev]. Stomatolog, 2019, no.3, pp.53-59. (in Russian)
2. Rubnikovich S.P. i dr. Rasprostranennost' osnovnykh ortopedicheskikh stomato-logicheskikh zabolevaniy Vitebska [The prevalence of the main orthopedic dental diseases in Vitebsk]. Stomatolog, 2019, no.2, pp.22-27. (in Russian)
3. Branemark P-I., Hansson B-O., Adell R., Breine U., Lindstrom J., Hallen O. and Ohman A. Osseointegrated implants in the treatment of the edentulous jaw. Scand J Plast Reconstr, 1977, Surg.11, Suppl.16.
4. Jokstad A. Why did Professor Per-Ingvar Branemark never receive the Nobel Prize in Medicine? Clin Exp Dent Res, 2017, vol.3, no.3, pp.79-80. Published online 2017 Jul 3. doi:10.1002/cre2.72
5. Vsemirnaya organizatsiya zdravookhraneniya. ZdoroVye polosti rta [Oral health.]. Informatsionnyy byulleten' №318. [Elektronnyy resurs]. Dostup: http://www.who.int/ mediacentre/factsheets/fs318/ru. (in Russian)
6. Shevela TL., Pokhoden'ko-Chudakova I.O. Helicobacterpylorikak etiologicheskiy faktor razvitiya patologicheskikh vospalitel'nykh protsessov v kostnoy tkani chelyustey posle operatsii dental'noy implantatsii [Helicobacterpylori as an etiological factor in the development of pathological inflammatory processes in the bone tissue of the jaws after the operation of dental implantation]. Novostikhirurgii, 2016, vol.24, no.2, pp.157-161. (in Russian)
7. Shevela T.L., Pokhoden'ko-Chudakova I.O. Eksperimental'no-morfologicheskoye obosnovaniye differentsirovannogo podkhoda k lecheniyu periimplantita [Experimental and morphological substantiation of a differentiated approach to the treatment of peri-implantitis]. Visnikproblem, biologiiimedttsini, 2018, vol.145, no.3, pp.336-338. (in Russian)
8. Popov N.V Analiz oslozhneniy kompleksnogo lecheniya patsiyentov s defektami zubnykh ryadov v usloviyakh atrofii kostnoy tkani chelyustey [Analysis of complications of complex treatment of patients with dentition defects in conditions of atrophy of the jaw bone tissue]. Institutstomatologii, 2018, vol.79, no.2, pp.66-67. (in Russian)
9. Chrcanovic B.R., Kisch J., Albrektsson T., Wennerberg A. Analysis of risk factors for cluster behavior of dental implant failures. Clin Implant Dent Relat Res, 2017, vol.3, pp.125-131.
Адрес для корреспонденции
Кафедра ортопедической стоматологии
Белорусский государственный медицинский университет
г. Минск, ул. Сухая, 28
220004, Республика Беларусь
тел.: + 375 17 200-54-72
Головко Александр Иванович, e-mail: [email protected]
макрофагов не обнаружено. Таким образом, к шестому месяцу происходит восстановление строения и функций тканей, прилегающих к имплантату.
Быстрое снижение и исчезновение воспалительных и дистрофических изменений в слизистой оболочке десны и в капсуле имплантата свидетельствуют о высокой биосовместимости титанового имплантата, покрытого политетрафторэтиленом.
Учитывая перспективность развития дентальной имплантации, важно понимать процессы интеграции. Причем важно четко представлять не только то, что происходит на границе «дентальный имплантат - кость», но и на границе «дентальный имплантат - ткани периодонта» [15]. Такие знания позволят минимизировать частоту развития постим-плантационных осложнений, сократить сроки стоматологической реабилитации пациентов и улучшить управление мягкими тканями в эстетически значимых зонах.
10. De Angelis F, Papi P., Mencio P., et al. Implant survival and success rates in patients with risk factors. Eur Rev Med Pharmacol Sci, 2017, vol.21, no.3, pp.433-437.
11. Golovko A.I., Novakovskaya S.A., Kuznetsova TYe., Ryzhkovskaya Ye.L., Pashkevich S.G., Semenik I.A., Lemesh R.G. Analiz mekhanizmov neyritogeneza i angiogeneza v tkanyakh mlekopitayushchikh posle razmeshcheniya dental'nykh titanovykh implantatov [Analysis of the mechanisms of neuritogenesis and angiogenesis in mammalian tissues after placement of dental titanium implants]. Sovremennaya stomatologiya, 2019, no.4, pp.48-52. (in Russian)
12. Shcherbovskikh AYe. Obosnovaniye primeneniya modifitsirovannykh dental'nykh implantatov na osnove netkanogo titanovogo materiala so skvoznoy poristost'yu (kliniko-eksperimental'noye issledovaniye) [Justification of the use of modified dental implants based on non-woven titanium material with through porosity (clinical and experimental study)]. Avtoref. dis. ... kand. med. nauk. Samara, 2017, 24 p. (in Russian)
13. Mullodzhanov G.E., Ashurov G.G. Analiz sovremennykh vzglyadov na protsessy integratsii dental'nykh implantatov v kostnuyu tkan' [Analysis of modern views on the processes of integration of dental implants into bone tissue]. Vestnik poslediplomnogo obrazovaniya vsfere zdravookhraneniya, 2016, no.1, pp.71-75. (in Russian)
14. Ivanov SYu., Murayev A.A., Fomin MYu., Dymnikov A.B. Primeneniye dental'nykh implantatov v kompleksnom lechenii patsiyentov s mezial'noy okklyuziyey, oslozhnennoy chastichnoy vtorichnoy adentiyey [The use of dental implants in the complex treatment of patients with mesial occlusion complicated by partial secondary adentia]. Stomatologiya, 2013, no.3, pp.38-42. (in Russian)
15. Kulakov A.A., Nadtochiy A.G., Braylovskaya TV i dr. Otsenka sostoyaniya al'veolyarnoy kosti vokrug dental'nykh implantatov, ustanovlennykh posle vypolneniya kostnoplasticheskikh operatsiy, po 146 dannym rentgenologicheskogo analiza [Assessment of the state of the alveolar bone around dental implants installed after osteoplastic operations, according to 146 data of X-ray analysis]. Meditsinskiy al'manakh, 2015, vol.38, no.3, pp.178-180. (in Russian)
Конфликт интересов
Согласно заявлению авторов, конфликт интересов отсутствует.
Поступила 08.06.2020 Принята в печать 16.10.2020
Address for correspondence
Department of Orthopedic Dentistry
Belarusian State Medical University
28, Sukhaya street, Minsk
220004, Republic of Belarus
phone: + 375 17 200-54-72
Alexander Golovko, e-mail: [email protected]
Усиленное кислородное голодание создается у краев раны. Замедленный кровоток и стаз вызывают нарушения свертывания крови, что, с одной стороны, усиливает фибринолиз, с другой - активизирует систему комплемента, вследствие чего плазменные медиаторы воспаления регулируют защитные функции организма.
Через шесть месяцев после имплантации в ткани десны отмечено наличие сформированных волокон соединительной ткани, холинергических нервных волокон и микрососудов. Нормальное кровоснабжение и нервная регуляция предотвращают отторжение импланта-та. Следует отметить, что к 6 месяцу животные активно пользовались имплантированными зубами, набирали вес, температура тела оставалась в пределах нормальных показателей. Отсутствие воспалительных процессов в ткани подтверждают электронно-микроскопические исследования. Так к шестому месяцу
