Параскевич_Дентальная_имплантология(pdf_2006). Оглавление От автора 9 часть I. Вопросы истории и философии глава 1
 Скачать 44.63 Mb.
|
|
100 си му инток организма в При материалов на основе ля его ионы могут накапливаться в легких и разрушать митохондрии клеток кроме того они являются одним из наиболее активных торов процесса образования и обладают вышкой аллергенной и канцерогенной молибдена входят в состав некоторых которые катализируют связанные с транспортом кислорода, и участвуют в метаболизме Токсическое воздействие молибдена отмечается только при попадании его ингаляционным в ванадия принимают участие в обмене жиров, минерализации костной ткани и Повышенное содержание ванадия может оказывать выраженное воздействие на ткани и вызывает некоторых фер Титан не является типичными основным химическим элементом тканей и биомолекул организма, как. например, железо или кобальт. Титан может в Вместе с металл считается абсолютно (табл. 1-8). Увеличение его концентрации даже в тысяч раз не оказывает токсическо аллергенного и воздействия, вызывает воспалительной в окружающих тканях и не процесс образования костного Кроме ионы титана умеренно выражен ным Приведенные в табл. 4-8 данные о воздействии некоторых ионов входящих в состав основаны на экспериментальных исследованиях и не всегда находят подтверждение в связано в первую с низкой диссоциации и высокой коррозийной устойчивостью материалов изготовленных из нее имплантатов не приводит к повышению концентрации алюминия в тканях и органах степень диффузии его ионов в окружающие ткани настолько не оказывает токсического воздействия на окружающие Сплавы на титана также обладают очень высокой коррозийной устойчивостью, и каких-либо статистически достоверных данных на и клинических исследованиях, о негативном воздействии сплава на окружающие ткани ив целом в настоящее время не Вместе стем. ряд авторов считает, что сплавы по биологическим свойствам чистому характеристика металлов и их сплавов (результаты исследований иных клеток (линия Проводится in какая вещества мы % клеток культуры 1 и- показывает уровень выживаемости клеток при максимально химического характеризующий воспалительной реакции на не содержащая ионов метал ГЛАВА 4. МАТЕРИАЛЫ На сегодняшний день доказано негативное на окружающие ткани и организм только сплавов на основе кобальта, хрома и ни Экспериментальные и исследования что сплавы могут вызывать • в окружающих тканях, сопровождающуюся формированием гра ткани и инкапсуляцией этих ма • соединительной за счет иммунные реакции, сенсибилизацию организма и • образование злокачественных опухолей в окружающих негативное воздействие с высоким содержанием хрома и никеля их использование для изготовления внутрикостных 4.3.3. Биохимические и термодинамические свойства материалов биохимической и термодинамической точек зрения материала имп.тантата должна биомолекул и клеток, а также физическую или связь скости. Гетерогенный катализ биомо.теку.т на поверхности био происходит на поверхности фазового при этом молекулы ве находящегося в жидкой фазе, с поверхностью твердого тела. Такой физико-хи мический процесс называется гетерогенным катализом и включает пять обратимых Диффузия Реагирующие молекулы диффундируют к поверхности твердого вещества. 2. молекулы сначала подвергаются физической на активных центрах поверхности твердого веще затем их Химическая реакция Реагирующие молекулы жидкости, а точнее их вступают в реак- Связь за счет сил Условия поляризация биомолекул постоянная оксида Сила связи менее моль Длина связи около Водородная связь Условия наличие иона водорода в биомолекулы и иона водорода, связанного с поверхностью Сила связи от до 400 кДж/моль Длина о) 23 до 30 нм Химическая и/или ионная связь и поляризация взаимодействующих основ биомолекул и оксида, адекватная энергия иони свободная энергия Гиббса Сила связи от 41 до Длина связи зависит от взаимодействующих атомов Рис Три варианта химической связи биомолекул с оксидным слоем (по Вис изменениями) с ионами поверхностного слоя с образованием продуктов. Десорбция Обратная адсорбции стадия. Хе- молекулы жидкости становятся физически адсорбированными на твердого вещества ив конце высвобождаются сего поверхности. 5. Молекулы продуктов диффундируют от твердого вещества. Физическая адсорбция когда связываются с активными вещества силами (слабые силы межмолекулярного притяжения. Сила физической связи биомолекул с биосовме стимого материала невелика и составляет менее 41 моль на расстоянии около 1 нм от поверхности Химическая адсорбция когда молекулы связываются сна твердого вещества 102 ЧАСТЬ II. ОСНОВЫ ТЕОРИИ химических связей. Химическая реакция между и поверхностью биосовместимо го материала осуществляться за счет межмолекулярной связи. такой связи также невелика и от 30 до 400 кДж моль. Второй тип химической связи между активными центрами материала и ковалентная п ионная связи. Они приводят к образованию химических на поверхности биосовместимого териала и обладают большей ПО сравнению с физической и связями которая может белков и физико-химическая связь биологических с небиологическим мате может в том если поверхность материала является для которые стремятся к ней, а также если поверхность имеет активные центры, собные образовать связь. С физико-химической точки зрения биосовме стимый материал может обеспечивать адсорбцию биомо.теку.т, если он обладает достаточной для этого процесса анергией и способностью к рекомбинации с молекулами аминокислот и Термодинамические свойства биосовместимых материалов Для того чтобы судить о возможности самопроизвольного реакции следует учитывать три основных фактора - гию, энтальпию и единая мера совершать работу. Последняя является формой передачи от одной системы к другой или от системы к ее окружению, Любое тело или система внутренней которая является суммой кинетической и анергии всех тела или системы. Внутренняя энергия является цией состояния системы и не зависит оттого, каким образом система в данном состоянии. Все материальные системы обнаруживают" тенденцию к достижению своей с одной и максимума энтропии - с другой. При этом изменение Стандартная молярная свободная энергия образования оксидов металлов гни в системе изменением энтальпии. Термодинамическая функция состояния, которая отражает баланс энтропии и энергии называется энергией (G). свободной энергии образовании одного вещества изв пего называется ной молярной свободной энергией мерой устойчивости химического а также мерой осуществимости физико- химической Иначе изменение энергии - это та часть изменения внутренней энергии системы, которая может в те. полезная которую в химических системах называют также химическим протекание возможно только для реакций, характеризующихся энергии Гиббса. На основании этого термодинамического постулата использовать формулу возможности адсорбции биомолекул на поверхности биосовместимого исходящую из его стандартной мо свободной энергии образования AG ДБ АН Т - абсолютная при которой происходит передача изменение энтропии. ГЛАВА 4. при отрицательных может на поверх Как показывают различную величину анергии и, следовательно к биомолекул на своей (табл. 1-9). высокие показатели имеют и керамика, а оксиды наиболее - оксиды никеля и кобальта. Физико-химические свойства поверхностей биосовместимых материалов Одной из составляющих энер тела или системы является энергия. атом и его женные в объеме твердого (его кристаллической симметричному сил со стороны окружающих его со всех сторон атомов. У атомов, в слое, с одной стороны отсутствуют этого вещества. Вследствие чего силы межатомного асимметричными атомов выше, чему атомов внутри кристаллической шетки. Существует следующая закономерность чем больше и тем больше его поверхностная Как и свободная она определяет одно наиболее важных биохимических свойств верхности материалов способность к адгезии Считается, что для ее осущест поверхностная материала должна составлять так как энергоемким процессом, требующим потребления не менее 45 60 поверхности биосовместимого ма уравнение расчета необходимых для адге биомолекул на небиологиче ского материала, было выведено Fowk.es: W - cos где энергия адгезии, у - коэффициент поверхностного натяжения краевой угол краевой угол смачивания Рис. 4-2. Смачиваемость поверхностей и значения краевою угла некоторых материалов затраты при адсорбции от краевого угла между поверхностью материала и мениском искривленная на границе с твердым телом) в их пересечения 1-2). При этом прослеживается сле чем ниже краевой меньше энергетические затраты на адгезию и лучше изначальные условия для адгезии биомолекул. Значения краевого угла характерной особенностью Максимальный угол у у титана и его Способность к адсорбции биомолекул из раствора на материалов зависит также от окружающей среды и активности ионов в Биохимические механизмы адсорбции белков В основе химической реакции биомолекул с поверхностью жит их 104 ЧАСТЬ II. ОСНОВЫ ТЕОРИИ молекул — процесс вос противоположно ионов в электрически молекулы. Между и рекомбинацией устанавливается динамическое равновесие количество молекул, распадающихся на ионы в единицу времени, равно числу нар ионов, которые за этот воссоединяются в нейтральные Молекулы и также и любое вещество, подвергаются в жидкостях организма. Диссоциация молекул воды к образованию заряженных ионов водорода и отрицательно заряженных групп (ОН Белки и составляющие их аминокислоты также аминокислота имеет карбоксильную группу ( ООН) и При нормальных значениях рН тканевой жидкости в результате диссоциации образуются полярно заряженные группы и соединению этих противоположно заряженных происходит вание пептидных При ацидозе (уменьшении рН) от латной труппы аминокислоты ион В карбоксильная груп преобразуется в отрицательно заряженный остаток СО О алкалозе, напротив, атом водорода соединяется к аминогруппе, иона положительно заряженным молекул биосовместимого ма например, титана, приводит к распаду части оксидного слоя на положительно заряженные ионы титана и отрицательно ионы кислорода. Имеющая положительно и отрицательно заряженные ионы, а также обладающая энергией поверхность оксида титана создает электростатическое и энергетическое поле для диффузии и физико-химической связи с ионами плазмы крови и окружающей тканевой жидкости. ионы кислорода могут вступать в ионные связи с ионами водоро а также и фосфора плазмы Рекомбинация ионов водорода с ионами кислорода на поверхности оксидного слоя титана может образованию межмолекулярных водородных связей с Рекомбинация положительно заряженных ионов титана может как с отрицательно заряженными группами, образующимися при диссоциации молекул таки с заряженными кислотными диссоциированных аминокислот рис. 1-3). Рекомбинация ионов титана с химически активными кислотными остатками аминокислот, ми образовывать ионные и ковалентные связи с ионами рассматривается в настоящее как основная рабочая гипотеза ции белков на поверхности Вместе стем. для образования костной ткани на поверхности имплантата важна не столько к адсорбции собственно белков на поверхности биосовместимого сколько способность этой поверхности к связыванию специфических адгезию остеобластов и формирование остеоида. Можно что первоначально с имплантата будут взаимодействовать белки плазмы крови, в первую очередь фи белок является основой для обра- 4-3. Схема адсорбции на поверхности оксида титана диссоциированных молекул воды и аминокислоты составляющей около пептидной цепочки коллагена ГЛАВА 4. I Ю волокон фибрина, для направленной клеток. Однако фибриноген 3 дней период пролиферации клеток и их преобразования в должен освободить место для специфических белков и обеспечивающих адгезию остеобластов и адсорбцию коллагена. Это означает, что к моменту секреции этих специфических белков должна десорбция от поверхности им разработанной В и J. схеме за первичной адсорбцией на поверхности биомолекул и молекул воды следует десорбция биомолекул. Затем других биомолекул, их или фрагментация 4-4). Поэтому сила связывания фибриногена поверхностью материала большое но она должна быть те. адсорбцию фибриногена не более 3 5 дней. Изучая адсорбции и десорбции раз белков 1. и R. Smith определили силу адсорбции фибриногена к различным металлам На основании результатов данных дований можно сделать вывод о что титан Рис. 4-4. Схема адсорбции и десорбции биомолекул на оксидном слоено Вис изменениями) обладает умеренной способностью к адсорбции фибриногена и оптимальные его десорбции. Адсорбция фибриногена на поверхностях различных металлов (на данных Williams et 1985) После десорбции фибриногена происходят и химическая реакция между кислотными остатками витронектина и ионами титана, что создает условия для адгезии остеобластов к имплантата. Витро- при выступает в качестве мишени для рецепторов остеобластов, которые представляют собой белки ив состав клеточной мембраны кивающие связь и внутриклеточных белковых В процессе секреции остеоида связь между остеобластов и ви- ослабевает, происходит их отрыв от а затем диффузия или после и фузии белка, могут быть молекулами образующих остатков составляющих пептидные ЧАСТЬ И. ОСНОВЫ ТЕОРИИ 4-5. Адсорбция на поверхности титана. Фотографии получены при помощи электронной микроскопии проф. Н. Worch, Технический университет Германия. из книги и H.J. Metals as John Wiley & Sons. Chichester. England, 1998): А. Б волокон на поверхности оксида титана В. Г шлиф поверхности титана вместе с инкорпорированными с оксидным слоем ена цепочки коллагена, с положительно ми ионами титана рассматривается многими исследователями как наиболее вероятный механизм адсорбции и волокон коллагена с титана (рис. Таким образом катали сопровождающийся адсорбцией и химической реакцией белков костного с тью биосовместимого может дить при включающих физико-химические свойства биосовместимого и биомеханические параметры кон с поверхностью имп.тантата среды. 4.3.4. Механические свойства материалов Материал имп.тантата должен обладать достаточной механической прочностью. Под механическими свойствами из которого дентальный его поведение иод воздействием внешних механических нагрузок. определения подобных свойств материала необходимо какая механическая грузка или сила воздействует на и какой выдерживать ату нагрузку без повреждения и деформации конструкции имилантата. Известно, что у человека с интактными зубными вертикальный компонент воздействующей на группы зубов вовремя обычно составляет в области моляров и 200 клыков и резцов — 50 Иногда вертикально направленная на жевательную Группу может достигать даже Боковая воздействующая на имеет величину приблизительно При дефектах зубных рядов сила снижается на отношению к первоначальному значению Максимальная величина силы, воздействующей при жевании на съемные составляет на на имплантаты - в среднем и может достигать более Таким образом, на имплантат воздействуют внешние которые могут достигать значительной величины. Поэтому материал и сам имплантат должны не только выдерживать максимальную силу воздействия, но и обладать запасом прочности. Прочность выдер действия внешних сил без разрушения. ГЛАВА 4. МАТЕРИАЛЫ 107 V сила упругости. $ - площадь Под внешней силы частицы, положенные в узлах кристаллической решетки материала, смещаются из своих равновесных ложений. Смешению препятствуют силы, связывающие частицы деформации внешним воздействием, возникает сила упругости, направленная в сторону, противоположную смещению тела его называется пока во сколько раз предел прочности превышает допускаемое напряжение. Прочность зависит от его ности (или ка также от технологии обработки материала. Деформацией твердого тела называется из его размеров и которое вождается изменением формы тела (рис. 1-6). Упругостью называется свойство тел восстанавливать свои форму и объем после прекращения внешних сил, вызывающих деформацию которые ют после того, как действие сил прекра называются упругими. Если деформации сохраняются называются или а способность материалов давать остаточные называется ложным пластичности свойством является хрупкость, те. способность материала разрушаться при незначительных остаточных К видам деформации относятся линейное и продольной деформации является модуль Юнга (Я, который материала деформированию под ствием внешней нагрузки. ала к пе)перечным характеризует и его должны быть упругими, т.е. прочности и материала должен пре- как величину наим плантат таки напряжение под ее Кроме следует что нагрузки имеют динамический и ский характер жевательных составляет около 60 НО мин. При каждом смы на зуб воздействует сила в течение 0.2 с время контактного Виды деформации тола под силы и примеры расчета основных величин упругой деформации Пределом прочности называется напряжение, которому соответствует шая выдерживаемая телом нагрузка перед разрушением его кристаллической При ( она физическая величина, численно равная силе на единицу тела И. ОСНОВЫ ТЕОРИИ напряжения аубов 10 17,5 мин в ким динамическая нагрузка на зубы, их и окружающую кость чередуется с отдыхом тканей картину динамических нагрузок можно ожидать и при воздействии на имплантаты. Динамические нагрузки вызывают ческое в которое во много раз может превосходить таковое при статической нагрузке. Известно, что многие упругие и пластичные при статической становятся хрупкими при действии динамической нагрузки. При приложении нагрузки и напряжение вдвое чем при действии той же Таким при жевательной циклической нагрузке можно ожидать увеличения напряжения в материале имилантата допри воздействии силы в и даже допри Х. Воздействие многократно повторяющейся переменной нагрузки резко снижает прочность всех материалов. Снижение при действии циклических называется усталостью материалов. При циклических нагрузках разрушение материала в результате развития трещин. Природа усталостного обусловлена особенностями молекулярного и кристаллического строения вещества отдельные кристаллиты металлов обладают неодинаковой прочностью различных направлениях при ленном напряжении в некоторых из них возникают деформации, которые повторных повышают в отдельных участках материала. В итоге при большом числе нагрузки на одной из плоскостей скольжения кристаллитов появляются мпкротрещины. Возникшая становится сильным концентратором напряжений и местом окончательного разрушения даже в тех в когда величина меньше предела сти переломы имплантатов могут происходить и под жевательной не средний физио логический Теоретические расчеты и испытания что под воздействием аксиально достигающей 800 в дентальном могут возникать механические напряжения от 200 до 250 а при увеличении этой силы до они возрастают до 120 Па основании расчетов что 2 кратным запасом прочности обладают биото.теран (сталь и кобальтохро- мовый сплав) и биоинертные напри титан и его сплавы (табл керамика и био стекло достаточно жесткие материалы, менее чем металлы подвержены упругой они более и имеют меньший запас прочности керамические дентальные имплантаты в настоящее время используются редко, а имплантаты из биологически активных стекол применяются в основном для установки в лунки удаленных зубов с целью профилактики прогрес атрофии деформации альвеолярных Зависимость биологических и механических свойств биосовместимых материалов была сформулирована в 1985 г. которые имеют хорошие биологические харак механическими и. Биомеханические свойства материалов Любое тело иод воздействием внешней силы испытывает внутреннее напряжение. Если оно находится в какой-либо среде, то часть напряжения передается и которая на тела деформируется, ив ней возникают упругие силы и напряжение Таким имплантат, находящийся в костной ткани и подверженный циклическим жевательным будет вызывать мацию и. следовательно в окружа ткани. Костная как и любое материальное обладает определенными и i. |