CC BY
27
УДК 616.314-089.28
возможности ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОРТОПЕДИЧЕСКИХ
КОНСТРУКЦИЙ С МАГНИТНЫМИ ФИКСАТОРАМИ НА ЭТАПАХ ОРТОПЕДИЧЕСКОГО ЛЕЧЕНИЯ ПАЦИЕНТОВ С ДЕФЕКТАМИ ЧЕЛЮСТЕЙ
В. Н. Анциферов', Н. Б. Асташина2, Г. Н. Вотинов', А. Г. Рогожников2, С. В. Казаков2, А. Lugovskoy3, Е. В. Ольшанский2
'Пермский государственный технический университет, 2Пермская государственная медицинская академия им. ак. Е. А. Вагнера, г. Пермь, 3Ariel University Center of Samaria Ariel, Israel
Разработана рациональная конструкция магнитного фиксатора, включающая в себя самарий-кобальтовый магнит, введенный в упрочняющее «кольцо» из сплава титана ВТ5Л, и ферромагнитный компонент. На элементы устройства методом ионно-плазменного напыления нанесено защитное покрытие из наноструктурированного титана марки ВТ1-00, которое обеспечивает износоустойчивость и биологическую инертность конструкции. 15 пациентам, перенесшим остеопластические операции на нижней челюсти, были изготовлены зубочелюстные протезы с магнитными фиксаторами. Проведенный анализ оценки эффективности протетического лечения больных с дефектами челюстей с применением предлагаемых ортопедических конструкций свидетельствует, что у большинства пациентов (86,6%) получен хороший результат. Обследованные больные отмечают восстановление эстетических норм и основных функций зубочелюстной системы и, как следствие, успешную социальную, психологическую, трудовую реабилитацию.
Ключевые слова: дефект челюсти, биологически инертные наноструктурированные материалы, магнитный фиксатор, ионно-плазменное напыление.
Одним из актуальных направлений современной челюстно-лицевой ортопедии является разработка рациональных конструкций зубочелюстных протезов с применением биологически инертных материалов и перспективных технологий, что позволяет повысить эффективность лечения пациентов с дефектами челюстей.
Протезирование в ранние сроки после остеопластики челюстей является необходимым условием формирования полноценного регенерата наряду с улучшением внешнего вида больного и восстановлением функции жевания. Однако даже при своевременном
проведении ортопедических мероприятий после костной пластики не всегда возникают благоприятные условия для последующего лечения. Значительная величина дефекта, уменьшенное протезное поле, подвижность окружающих тканей, тонус жевательной и мимической мускулатуры усложняют выбор метода зубочелюстного протезирования пациентов с дефектами челюстей [3]. Успех ортопедического лечения пациентов с дефектами верхней и нижней челюстей во многом зависит от качества фиксации зубоче-люстных протезов. В связи с этим большой интерес представляет использование эффек-
тивных систем фиксации протезов, выполненных с применением биологически инертных, износоустойчивых материалов и передовых технологий. Многие авторы [1, 8] отмечают широкие возможности использования постоянных магнитов в ортопедической стоматологии. Впервые магниты были использованы для фиксации протезов в начале 50-х годов ХХ века. Использование магнитного притяжения в ортопедических конструкциях привлекало исследователей простотой и абсолютной гигиеничностью метода [10]. В качестве магнитных материалов использовались сплавы на основе алюминия, никеля и кобальта (А1шко), а также платино-кобальтовые сплавы. Появление принципиально новых магнитных материалов — маг-нитотвердых ферритов, особенно ферритов на базе редкоземельных металлов и кобальта, открыло новые возможности в разработке более совершенных способов фиксации ортопедических конструкций [6].
Описаны варианты введения самарий-кобальтовых магнитов в части разборных съемных зубных протезов при дефектах че-люстно-лицевой области [5]. N. Тапоие с со-авт. (2002) применял парные самарий-кобальтовые магниты для фиксации лицевого силиконового протеза. Учеными [7] описаны возможности применения магнитных устройств для фиксации челюстно-лицевых протезов и обтураторов при обширных дефектах тканей лица и полости рта, в которых использован принцип притяжения протезов к магнитным имплантатам. В последующие годы получил развитие метод использования имплантатов для магнитной фиксации съемных протезов. Б. П. Марков (1989) разработал способ фиксации полного съемного протеза с использованием субпериостальных сетчатых имплантатов из ферромагнитной нержавеющей стали марки 30Х13 и самарий-кобальтовых магнитов, расположенных в бази-110
се зубного протеза. Однако известные конструкции магнитных удерживающих систем не всегда отвечают требованиям прочности и биологической инертности при высоком качестве фиксации, поэтому актуальной остается проблема разработки и усовершенствования магнитных фиксирующих систем, обладающих указанными свойствами при лечении больных с дефектами челюстных костей.
Коллективом авторов (В. Н. Анциферов, Н. Б. Асташина, Г. Н. Вотинов, А. Г. Рогожни-ков, С. В. Казаков) разработана ортопедическая конструкция с магнитным фиксатором (рис. 1), состоящая из съемного зубного протеза, в искусственный зуб (1) которого введен самарий-кобальтовый магнитный элемент (2), с магнитопроводом из ферромагнетика (3) и ферромагнитной штифтовой вкладки, имеющей надкорневую (4) и внут-рикорневую (5) части. Магнитный элемент введен в титановую оболочку, выполненную в форме кольца (7). Верхняя и нижняя части магнита и ферромагнитный компонент, за-
мыкающий магнитопровод, защищены от воздействия внешних сред слоем из нано-структурированного сплава титана, нанесенного методом ионно-плазменного напыления (6). Толщина суммарного парамагнитного защитного слоя определяет расстояние x между магнитным и ферромагнитным элементами конструкции. При расчете рациональных параметров предлагаемой конструкции магнитного фиксатора руководствовались данными, полученными в результате исследований С. В. Казакова (2004), состоящими в том, что эффективная вертикальная сила удержания протеза F± составляет около 1,75 Н, при комфортной горизонтальной силе удержания протеза FC = 0,665 Н при возможном смещении.
Расстояние от магнита в удерживаемом протезе до ферромагнетика, закрепленного в корне зуба (штифта), составляет порядка одного миллиметра: x=1 мм.
По полученному соотношению для силы
F(x)=0,036lV е-1
144x
находим необходимый объем магнитного элемента:
^ = 0,0361 еч'144л ~150мм3.
Используя магнитный элемент в виде цилиндра, данный объем можно обеспечить, варьируя диаметр ё и высоту Ь последнего:
4
В работе [2] проанализированы различия в характере передачи функциональной нагрузки на твердые ткани и периодонт опорного корня зуба при формировании фиксаторов с различной формой контактной поверхности и доказана целесообразность моделирования сферической контактной поверхности. На рисунке 2 а показано распределение нагрузки при вертикальном воздействии. При появлении горизонтальной составляющей картина меняется, и в предель-
ном случае (в момент отрыва) усилие сосредоточено в одной точке фиксатора (рис. 2б). При этом на корень зуба нагрузка всегда распределенная.
Угол а, определяющий радиус кривизны поверхности при данной площади контакта, находится из условия:
к
.
Fl
Силовое взаимодействие между самарий-кобальтовым магнитом и ферромагнетиком, находящимися на данном расстоянии, обеспечивает надежную фиксацию и стабилизацию ортопедической конструкции.
Таким образом, разработанное устройство для магнитной фиксации позволяет надежно удерживать зубочелюстной протез при различных воздействиях функциональной нагрузки. Введение самарий-кобальтового магнита в защитный элемент из титана, сформированный в виде «кольца», а также нанесение на свободные части магнита титанового покрытия с помощью ионно-плаз-менного напыления обеспечивает коррозионную устойчивость, прочность и долговечность использования магнита. Сферическая форма контактной поверхности ферромагнетика способствует снижению уровня функциональной нагрузки, приходящейся на твердые ткани и пародонт опорного корня.
а б
Рис.2.Распределение функциональной нагрузки при моделировании сферической контактной поверхности надкорневой части ферромагнитной штифтовой вкладки: а — при вертикальном воздействии; б — при горизонтальной нагрузке
В ходе работы проведена оценка микроструктуры защитного титанового покрытия ферромагнитных элементов и самарий-кобальтовых магнитов. Исследования структуры покрытия выполнены с помощью автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа «Ultra 55» («Carl Zeiss», Германия).
Анализ результатов электронной микроскопии показал, что защитное титановое покрытие на субстратах, как магнитных, так и ферромагнитных элементов, сплошное толщиной порядка 4 мкм, каких-либо «ост-ровковых» областей без покрытия или отслоений не наблюдается, целостность покрытия не нарушена на всем протяжении изучаемых компонентов (рис. 3).
а б
Рис. 3. Нанокристаллическая структура защитного покрытия:
а — полноценная структура покрытия, Х 7150; б — сглаженная поверхность микроструктур, Х 21750
При оценке размеров кристаллической структуры покрытий, проведенной с помощью программного обеспечения SmartSEM, установлено, что величина кристаллитов находится в диапазоне 75—150 нм. Полученные данные позволяют характеризовать покрытие как нанокристаллическое.
Следовательно, использование нано-структурированного порошка титана позволяет создать полноценное, устойчивое защитное покрытие как магнитных, так и ферромагнитных элементов зубочелюстных протезов.
15 пациентам, перенесшим остеопласти-ческие операции на нижней челюсти, были 112
изготовлены зубочелюстные протезы с магнитными фиксаторами. Сила фиксации зубо-челюстных протезов с магнитными устройствами составила в среднем — непосредственно после лечения — 154,3±10,2 г., через 9 месяцев после лечения — 166,2±11,1 г., через 1,5 года — 164,3±12,6 г., и через 3 года после лечения — 162,5±11,4 г.
Для определения динамических изменений в период адаптации к зубочелюстным протезам изучали показатели мастикацио-графии. Изучение данных мастикациограмм до ортопедического лечения показало изменения в структуре жевательных волн, отражающих опускание и подъем нижней челюсти, а также удлинение жевательного периода и снижение жевательной мощности. Масти-кациограммы, полученные в день наложения зубочелюстных протезов, свидетельствуют о нормализации движений нижней челюсти в акте жевания, нормализации кривой и укорочении времени жевательного периода. Через 4 месяца пользования зубочелюстными конструкциями, в процессе формирования жевательной функции в новых условиях наблюдали динамику привыкания к протезам. Отмечается нормализация акта жевания по характеру волн и длительности жевательного периода, выравнивается амплитуда волн и расстояние между ними, сокращается время жевательного периода цикла.
Таким образом, анализ результатов исследования функциональной эффективности зубочелюстных протезов у пациентов с дефектами верхней челюсти и после остео-пластических операций на нижней челюсти показал достаточно высокую жевательную эффективность при использовании предлагаемых конструкций и удовлетворительную фиксацию и стабилизацию протезов, что позволяет восстановить жизненно важные функции организма (жевания, глотания, речи).
Проведенный анализ оценки эффективности протетического лечения больных с дефектами челюстей с применением предлагаемых ортопедических конструкций свидетельствует, что у большинства пациентов (86,6%) получен хороший результат.
Обследованные больные отмечают восстановление эстетических норм и основных функций зубочелюстной системы, повышение уровня гигиены полости рта и, как следствие, успешную социальную, психологическую, трудовую реабилитацию.
Исследования проводятся при финансировании гранта РФФИ № 09-08-99128-р_офи.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Воронов А. П. Ортопедическое лечение больных с полным отсутствием зубов/ А. П. Воронов, И. Ю. Лебеденко, И. А. Воронов.— М.: Мед-пресс-информ, 2006.— 320 с.
2. Казаков С. В. Ортопедическое лечение больных с дефектами челюстей. Экспериментально-клинические исследования: автореф. дис. ... канд. мед. наук/
C. В. Казаков.— Пермь, 2004.— 22 с.
3. Лесных Н. И. Ортопедическая реабилитация больных с послеоперационными дефектами органов челюстно-лицевой области: автореф. дис. ... д-ра мед. наук/ Н. И. Лесных.— Воронеж, 2003.— 34 с.
4. Марков Б. П. Клинико-экспериментальное обоснование применения имплантатов и постоянных магнитов при ортопедическом лечении больных с полной утратой зубов: автореф. дис. ... д-ра мед. наук/ Б. П. Марков.— М., 1989.— 43 с.
5. Davis D. M. Overdenture attachment/
D. M Davis//Insight.— 2005.— № 7.— Р. 14— 15.
6. Dias A. P. Physics, use and design of dental
magnets/A P. Dias, B. W. Darnell//The Journal of the Japanese society of magnetic applications in dentistry.— 1998.— Vol. 7.— № 1.— P. 1533—1534.
7. Installing magnetic keepers using laser welding/M Ishikawa, T. Kashiwabara, O. Ishida et al.//J. of Prosthodontics.— 2004.— Vol. 11.— № 1.— P. 49—52.
8. Ishigami T. The Success of Magnoprosthetics in Japan/T. Ishigami, Y. Tanaka//The Journal of the Japanese society of magnetic applications in dentistry.— 1998.— Vol. 7.— № 1.— P. 128—136.
9. Tanoue N. A nasal prosthesis magnetically connected with a maxillary complete denture: a clinical report/N. Tanoue, S. Mori, H. Matsumura//J. Dent.— 2002.— № 2.— P. 86—91.
10. Tegawa Y. Magnetic attachment: Toward third generation devices/Y Tegawa, Y. Kinouchi///Biomedical engineering, IEEE transactions.— 2008.— Vol. 55.— № 3.— P. 1185—1190.
V. N. Antsiferov, N. B. Astashina, G. N. Votinov, A. G. Rogozhnikov, S. V. Kazakov, A. Lugovskoy, E. V. Olshanskiy
POSSIBILITIES OF USING ORTHOPEDIC CONSTRUCTIONS WITH MAGNETIC
RETAINERS AT STAGES OF ORTHOPEDIC TREATMENT IN PATIENTS WITH JAW DEFECTS
Rational construction of magnetic retainer consisting of somarium-cobalt magnet introduced into titanium alloy VT5L tolerance «ring» and ferromagnetic component was worked out. Nanostructured titanium VT1-00 protective coating was applied on elements of device with ionic-plasmous spraying method that provides wear hardness and biological
113
inertness of construction. Dental-jaw prostheses with magnetic retainers were produced for 15 patients who had undergone osteoplastic mandibular operations. Efficiency estimation of prosthetic treatment in patients with jaw defects using the suggested orthopedic constructions showed good results in the majority of patients (86,6%). Restoration of esthetic norms and main dental-jaw functions was noted in the examined patients, resulting in successful social, psychological and labour rehabilitation.
Keywords: jaw defect, biologically inert mnostructured materials, magnetic retainer, ionic-plasmous spraying.
Контактная информация: Асташина Наталия Борисовна, канд. мед. наук, доцент кафедры ортопедической стоматологии Пермской государственной медицинской академии им. ак. Е. А. Вагнера, 614000, г. Пермь, ул. Петропавловская, 26, тел. 8 (342) 236-06-23
Материал поступил в редакцию 29.06.2010
