Материалы для ортопедии и стоматологии

Современные биодеградируемые и биостабильные материалы, применяемые или разрабатываемые в ортопедии и стоматологии, относятся к шести основным группам (Handbook of Bioactive Ceramics, 1990; Osseo-integrated implants, basics, materials, and joint replacements, 1990; A Comprehensive Guide to Medical/Pharmaceutical Applications, 1991; Применение плазменного напыления в производстве имплантатов для стоматологии, 1993). Среди них:

Биоактивная керамика:

– биоактивное стекло,

– керамика из гидроксиапатитов,

– биоактивная стеклокерамика,

– биоактивные композиты (трикальций фосфаты, кальций фосфаты, гидроксиапатиты);

Стоматологические цементы:

– акрилатные,

– гидроксиапатитные с полилактидом,

– алюмосиликатные;

Металлы и их сплавы

– медь (76-87 % Cu, 6-11 % Al, 0-12 % Zn, 1-5 % Ni, 0-4 % Fe, 0.5-1.2 % Mn),

– нержавеющая сталь,

– титан,

– сплавы титана,

Композиты металлов с керамикой:

– никель-титановые,

– кобальт-хром-молибденовые,

– титан с керамическим покрытием,

– титан с керамическим и с фосфат кальциевым покрытием,

– сплавы титана с керамическим покрытием,

– титан со стеклокерамическим покрытием,

– кальций-фосфат титана;

Полимерные материалы:

– полиметилметакрилат (ПММА),

– полифосфорэфиры,

– полилактид,

– силикон,

– полиэтилен;

Наполнители:

– стекло в виде пудры,

– микро- и макропористые гели,

– частицы титана со стеклокерамикой.

Следует отметить, что ткани наиболее толерантны к титану, поэтому он, наряду с кобальт-хромовыми сплавами, часто используется в ортопедической и стоматологической практике при изготовлении имплантатов. Защитная функция титана обусловлена пассивированным слоем окиси титана (TiO2, TiO, Ti2O3, Ti3O4), который на воздухе за несколько минут достигает толщины от 2 до 10 нм. Весьма перспективным является использование изделий из порошков легированного и нелегированного титана. Сплавы титана применяют в ортопедической стоматологии для изготовления вкладок, штифтовых конструкций, коронок, базисов съемных протезов.

Тем не менее, остается недостаточно изученным вопрос о влиянии титана на костно-мозговые остеогенные клетки (предшественники фибробластов) и их пролиферативную активность, которая, как правило, резко возрастает при имплантации и трансплантации.

Для стоматологических имплантатов наиболее часто привлекают ПММА, цельный и пористый. При изготовлении съемных протезов челюсти используют пять базисных полимерных материалов (сополимер поливинилацетат-полиэтилен, или этилен-винилацетат, поливинилхлорид, натуральный каучук, полиуретан, акрил), но предпочтение отдается сополимеру, который обладает лучшими физико-механическими свойствами.

Полимерные материалы применяют также в качестве покрытий поверхности титановых и металлокерамических изделий. Тем не менее, основной недостаток имплантатов, включающих в свой состав полимерные материалы, состоит в том, что по мере старения полимера проявляются реакции отторжения, раздражение мягких тканей и аллергические реакции (Anderson, 1993).

Важнейшими отличительными характеристиками керамических материалов (корундовая керамика, сапфир, углеродные и стеклоуглеродные соединения, алюмооксидная керамика и др.) являются высокая коррозионная стойкость, хорошая совместимость с тканями (Костюков, 1985; Седунов, 1988; Применение плазменного напыления в производстве имплантатов для стоматологии, 1993). Однако следует отметить сложность технологии изготовления имплантатов из керамики, поэтому до сих пор керамика не нашла широкого применения.

Весьма перспективными материалами являются композиционные системы ситаллы (стеклокерамика), основой кристаллической фазы которых являются сподумен и дискалит лития (Седунов, 1988). Серьезным недостатком биологического стекла и стеклокерамики является невысокая механическая прочность и заметная деструкция в тканях организма. Стеклокерамика в настоящее время используется лишь в качестве покрытия имплантатов.

Одна из основных проблем в ортопедической и стоматологической хирургии - существующая разница в жесткости естественной костной ткани и металлических и керамических имплантатов, широко используемых в настоящее время (последние, по крайней мере, в 10-40 раз жестче при заданной прочности). На практике при изготовлении суставов, челюстей, стоматологических и ортопедических штифтов широкое применение нашли конструкции имплантатов сложной структуры. Они, как правило, состоят из основы (титан или нержавеющие стали), системы переходного слоя (например, порошок титана) и тонкого биокерамического слоя (гидроксиапатит, трикальций фосфат, стеклокерамика с активной компонентой и др.).

Формирование на поверхности имплантата тонкого биологически активного слоя с определенной пористой структурой и морфологией поверхности, с необходимыми адгезионно-когезионными и другими свойствами является сложной задачей. Наиболее перспективной представляется технология плазменного напыления порошковых материалов (Применение плазменного напыления в производстве имплантатов для стоматологии, 1993). При введении в костную ткань таких имплантатов происходит эффективное прорастание кости в поры покрытия. В процессе заживления наблюдается интеграция пористопорошкового тонкого слоя напыленной гидроксиапатитовой керамики в собственную костную ткань. Это обеспечивает прочное и длительное закрепление имплантата и нормальное его функционирование в организме.