Стоматологические конструкционные материалы: патофизиологическое обоснование к оптимальному использо - Иорданишвили Андрей
Деформации дентального имплантата и его компонентов должны быть упругими, т. е. предел прочности и упругости материала должен превосходить как величину воздействующей на имплантат внешней силы, так и напряжение, возникающее под её воздействием [Helsen J. A., Breme H.J., 1998].
Кроме того, следует учитывать, что жевательные нагрузки имеют динамический и циклический характер. Частота жевательных циклов составляет около 60–80 в мин. При каждом смыкании на зуб воздействует жевательная сила в течение 0,2–0,3 с. Общее время контактного напряжения зубов – 10–17,5 мин в сутки.
Таким образом, динамическая нагрузка на зубы, их опорный аппарат и окружающую кость чередуется с отдыхом тканей. Аналогичную картину динамических нагрузок можно ожидать и при воздействии на имплантаты.
Динамические нагрузки вызывают механическое напряжение в теле, которое во много раз может превосходить таковое при статической нагрузке. Известно, что многие материалы, упругие и пластичные при статической нагрузке, становятся хрупкими при действии динамической нагрузки. При внезапном приложении нагрузки деформация и напряжение вдвое больше, чем при статическом действии той же нагрузки [Helsen J.A., Breme H.J., 1998].
Таким образом, при жевательной циклической нагрузке можно ожидать увеличения напряжения в материале имплантата до 200 МПа при воздействии силы в 400 N и даже до 500 МПа при 1000 N.
Воздействие многократно повторяющейся переменной нагрузки резко снижает прочность всех материалов. Снижение прочности при действии циклических нагрузок называется усталостью материалов. При циклических нагрузках разрушение материала происходит в результате постепенного развития трещин. Природа усталостного разрушения обусловлена особенностями молекулярного и кристаллического строения вещества. Например, отдельные кристаллиты металлов обладают неодинаковой прочностью в различных направлениях, поэтому при определенном напряжении в некоторых из них возникают пластические деформации, которые при повторных циклических нагрузках повышаю хрупкость в отдельных участках материала. В итоге при большом числе повторений нагрузки на одной из плоскостей скольжения кристаллов появляются микротрещины. Возникшая микротрещина становится сильным концентратором напряжений и местом окончательного разрушения материала, даже в тех случаях, когда величина напряжения меньше предела прочности материала. Поэтому переломы имплантатов могут происходить и под воздействием жевательной силы, не превышающей средний физиологический уровень.
Теоретические расчёты и опытные испытания показали, что под воздействием внешней аксиально-направленной силы, достигающей 800-1100 N, в дентальном имплантате могут возникать механические напряжения от 200 до 250 МПа, а при увеличении этой силы до 1860 N они возрастают до 420 МПа. На основании этих расчётов становится очевидным, что необходимым 2-3-кратным запасом прочности обладают биотолерантные (сталь и кобальтохромовый сплав) и биоинертные материалы – например, титан и его сплавы.
Алюмооксидная керамика, биометаллы и биостекло – достаточно жёсткие материалы менее, чем металлы подвержены упругой деформации; следовательно, они являются более хрупкими и имеют меньший запас прочности. Поэтому керамические дентальные имплантаты в настоящее время используются редко, а имплантаты из биологически активных стёкол применяются в основном для установки в лунки удалённых зубов с целью профилактики резорбции, прогрессирующей атрофии и деформации альвеолярных отростков.
Биофункциональная оценка имплантационных материалов
Согласно закону Гука механическое напряжение прямопропорционально относительной деформации. Исходя из этого закона, можно проследить зависимость величины напряжения в материале имплантата и окружающей его кости от модуля упругости материала: чем выше значения модуля упругости материала, из которого изготовлен имплантат, тем выше уровень напряжения, возникающий при действии окклюзионной нагрузки в окружающей кости.
Поэтому модуль упругости является одним из основных показателей функциональной пригодности имплантационного материала.
Качественная оценка материалов, служащих для изготовления внутрикостных имплантатов, проводится с помощью индекса биофункциональности [Helsen J.A., Breme H.J., 1998]:
BF = o/E,
где о – усталостная прочность материала, Е – модуль Юнга.
На основании расчётов при помощи этой формулы можно сделать вывод о том, что титан и его сплавы, имеющие достаточную усталостную прочность и значения модуля упругости в раза меньшие по сравнению с биотолерантными металлами и почти в раза меньшие, чем у различных видов керамики, обладают более приемлемыми биофункциональными свойствами.
1.2. Проблемы и перспективы современной имплантологии
Имплантация занимает особое место в оказании высококвалифицированной стоматологической помощи. Цель имплантологии не только в том, чтобы восстановить функции, ощущение комфорта, анатомии лица, но и в том, чтобы вернуть человеку привлекательность и здоровье.
Имплантация – это метод вживления искусственного корня (имплантата) в верхнюю или нижнюю челюсть. Имплантаты используются в качестве опор, на которые фиксируются либо коронки (полноценно заменяющие утраченные зубы), либо съемные или несъемные зубные протезы. Конструкция имплантата состоит из двух основных частей – самого имплантата, который представляет собой титановый винт, вживляемый в челюсть хирургическим путем и абатмента, изготовленного также из титана, который присоединяется к имплантату после периода приживления (рис. 1).
Клиническое применение имплантатов в качестве самостоятельных протезов или дополнительных опор для мостовидных или съемных протезов выявило ряд преимуществ перед традиционным зубным протезированием:
– Возможность замещать дефекты зубного ряда без обточки соседних зубов.
– Возможность исключить съемные протезы при замещении концевых дефектов.
– Возможность изготовления несъемных протезов большой протяженности.
– Возможность изготовления несъемных протезов при полном отсутствии зубов или значительное улучшение фиксации полных съемных протезов.
– Отсутствие необходимости сохранять зубы с сомнительным периодонтальным прогнозом.
Внедрение в кость имплантатов позволяет остановить потерю кости в области отсутствующего зуба (зубов), т. к. кость, лишенная функциональной нагрузки быстро атрофируется.
Рис. 1. Типичная конструкция имплантата, состоящая из двух основных частей – самого имплантата, (титановый винт) и абатмента, изготовленного также из титана, который присоединяется к имплантату после периода приживления.
Поверхность, образуемая жевательными поверхностями коренных и режущими поверхностями передних зубов, называется окклюзионной. Положение зубных рядов в стадии их смыкания называют окклюзией. Различают четыре вида окклюзии: центральную, переднюю и две боковые.
Костный орган состоит из надкостницы, костной ткани, хряща, сосудов и нервов. Кость является самым значительным резервом минералов и важнейшим органом минерального обмена веществ. Она покрыта надкостницей, которая выполняет функцию питания костной ткани и принимает активное участие в образовании, росте и регенерации кости. Кость состоит из компактного и губчатого слоев.
Компактный слой представляет собой слоистую структуру, которую пронизывают сосуды, связывающие сосуды надкостницы и капилляры губчатого слоя. Губчатый слой находится внутри кости и представляет собой трехмерную сеть балочных и пластинчатых структур – трабекул.
Современное представление об имплантации
Профессор P. Branemark посвятил 30 лет своей деятельности изучению такого феномена как остеоинтеграция. Под его руководством был открыт механизм взаимодействия имплантата с окружающими тканями и сформулированы необходимые условия достижения остеоинтеграции [Branemark P., 1988].
