В процессе функционирования внутрикостные и чрескостные дентальные имплантаты подвергаются сложному интенсивному воздействию со стороны биологических тканей. Чтобы имплантат при этом выполнял заданные функции, его материал должен обладать определенными свойствами: биологическими, физико-химическими, механическими.
Биологические свойства имплантационного материала оцениваются по следующим параметрам: биосовместимость, токсичность, коррозионную стойкость, канцерогенность.

Для изготовления имплантатов в настоящее время применяются биоинертные, биотолерантные и биоактивные материалы.
К биоинертным материалам относятся титан, тантал, цирконий, алюмооксидная керамика и сапфир. Их поверхность представляет собой по химическому составу керамику, основу которой составляют оксиды. Последние обеспечивают физико-химическую связь с костным матриксом, обладают выраженными остеокондуктивными свойствами, но не включается в метаболические процессы окружающих тканей.
Биотолерантные материалы обеспечивают адсорбцию белков на свою поверхность, но не обладают остеокондуктивными свойствами. К ним относятся нержавеющая сталь, кобальто-хромовые сплавы и полиэтилен. Применение этих материалов резко ограничено из-за цитотоксичности некоторых химических элементов входящих в их состав и возможности канцерогенного воздействия на биологический субстрат.
Биоактивные материалы включаются в метаболизм костного матрикса и могут полностью или частично замещается костной тканью в процессе её регенерации. К ним относятся гидроксиапатитная керамика, трикальций- фосфаты и стеклокерамика.

Целью нашего исследования стало изучение свойств некоторых сплавов титана и циркония применяемых для изготовления дентальных имплантатов. В основу исследования взято общепринятое положение о недопустимости содержания токсичных элементов в имплантационных материалах.

В современной стоматологической практике одним из наиболее распространенных материалов, применяемых для изготовления стоматологических имплантатов, является титан и его сплавы на основе ВТ1-00 и ВТ1-0, так называемый технически чистый титан.
Для улучшения прочностных характеристик в титановые сплавы, используемые в имплантологии, включаются такие элементы как ванадий и алюминий. Но эти добавки могут оказывать отрицательное воздействие на окружающие ткани. Ионы ванадия отрицательно влияют на липидный обмен, могут оказывать цитотоксическое воздействие на ткани и вызывать разрушение некоторых ферментов. Ионы алюминия ингибируют синтез АТФ, поэтому повышенное его содержание может существенно снизить метаболическую активность костной ткани и замедлить минерализацию, а также угнетает эритропоэз и поражает ЦНС.

В сплаве Ti-6Al-4V (ВТ-6) зарубежный аналог Grade - 5 (Международный стандарт ISO 5832/3-78 и американский АSТМ 136-84), содержится алюминия до 6,8% и 4,5% - ванадия. В сплаве Ti-6Al-7Nb (Protasul–100) ISO 9001 химический состав, микроструктура и механические свойства занесены в швейцарский стандарт SN056512 в 1987 году, в этом сплаве токсичный ванадий заменен ниобием, но содержание алюминия остаётся прежним. Некоторые фирмы изготовители используют сплав титана Ti-5Al (ВТ-5), зарубежный аналог Grade – 4. Содержание алюминия остается достаточно высоким, а уменьшение количества легирующих элементов, ведет к снижению прочностных характеристик сплава.

Использование сплавов на основе титана вызвало бурное развитие стоматологической имплантологии. Однако это не означало, что поиск материалов для имплантологии завершился. Он продолжен, но уже с позиций понимания остеоинтеграционных процессов, электрохимичечких и термодинамических свойств материалов, стремления исключить из сплавов вредные примеси.

В последние годы, в качестве материала для изготовления дентальных имплантатов стал применяться цирконий. При сравнительной оценке сплавов титана и циркония обращает на себя внимание количество содержания ванадия, алюминия и железа. Как видно из таблицы 1, содержание этих элементов в титановых сплавах определяется десятыми долями процента, а в сплавах циркония КТЦ-100 ванадий и ниобий отсутствует, а примесь алюминия ничтожно мала и определяется тысячными долями процента. То есть содержание всех рассмотренных элементов в циркониевом сплаве на 2 порядка ниже. Исключение составляет не токсичный ниобий, введенный в сплав Э-125, для улучшения прочностных характеристик. Проведенные токсикологические испытания установили инертное поведение этого сплава в тканях организма.

Химический состав различных сплавов, используемых в имплантологии.

ЭлементТитановый сплав Grade 4Титановый сплав ВТ -6 ISO 5832/3-78Титановый сплав (Protasul -100) ISO 9001Циркониевый сплав КТЦ-125 (Э-125)Циркониевый сплав КТЦ-100

Азот

0,05

0,05

0,02

0,003

0,006

Азот

0,1

0,1

0,03

0,0056

0,02

Водород

0,015

0,015

0,0055

-

-

Железо

0,5

0,6

0,25

0,0035

0,03

Кислород

0,5

0,2

0,2

0,05

0,14

Алюминий

5

5,3-6,8

6,5

0,003

0,005

Ванадий

-

3,5-4,50

0,05

-

-

Титан

остальное

остальное

остальное

0,003

0,007

Ниобий

-

-

6,5-7,5

2,6

-

Цирконий

-

0,3

-

остальное

остальное

Другие примеси

-

0,3

0,1

0,031

0,01

Сравнивая физико-химические свойства титана и циркония, они оба отвечают всем требованиям для изготовления дентальных имплантатов по прочности, ковкости, способности образования защитной оксидной плёнки (табл. 2).

Физические свойства титана и циркрния

СвойстваТитан ВТ 1-00Цирконий КТЦ 100

Плотность

4,510г/см3

6,490г/см3

t° плавления

1668 °C

1850 °C

прочность

σв =500МПа

σв =400МПа

пластичность

δ =40%

δ =30%

теплоемкость, кДж/кг·°С

0,527

0,276

Электроотрицательность

- 1,63

- 1,4

Но цирконий и его сплавы, содержащие в десятки раз меньше легирующих элементов, отличаются высокой обрабатываемостью, резаньем, хорошо свариваются, подвергаются всем видам горячей и холодной обработки давлением, а также имеют исключительную коррозионную стойкость во многих агрессивных средах. Коррозионная стойкость в щелочах у циркония выше, чем у титана. Следует отметить склонность циркониевых материалов к «самозалечиванию» поверхностных дефектов и высокую стойкость к образованию трещин. От титановых эти сплавы выгодно отличает отсутствие поглощения водорода и склонности к водородному охрупчиванию при обработке.

Сравнивая электродные потенциалы отрицательное значение у титана (-1,63мВ), а у циркония (-1,4мВ). Считается, что резко выраженный отрицательный потенциал поверхности имплантационного материала негативно влияет на окружающие ткани. Чем выше отрицательное значение стандартного электродного потенциала металла, тем больше его растворимость и реакционная способность .

Термодинамическая функция состояния, которая отражает баланс энтропии и энергии системы, называется свободной энергией Гиббса (G). Свободная энергия Гиббса является мерой устойчивости химического соединения и определяет одно из наиболее важных химических свойств поверхности материалов – способность к адгезии биомолекул. Способность к самопроизвольной адгезии биомолекул на своей поверхности, напрямую зависит от величины энергии Гиббса, которая выше у циркония (табл. 3)

Термодинамическое состояние оксида металлов

Оксид металлаΔ G

Al2O3

- 847

TiO2

-714

ZrO2

-859

Сплавы циркония не содержат токсичных химических элементов, обладают способностью образовывать защитную оксидную пленку с остеокондуктивными свойствами, биоинертностью, прочностью, текучестью, высокой стойкостью к воздействию биологических сред, оксидная плёнка обладает высокой активностью к самопроизвольной адгезии биомолекул на своей поверхности.

Таким образом, циркониевые сплавы являются альтернативой в производстве стоматологических имплантатов, а по отдельным позициям имеют приоритет перед ранее используемыми материалами в данной области.

Осложнения отмечены в двух случаях, что составило 0,86%. Оба случая связаны с нарушением техники операции инсталляции имплантатов. Все пациенты находятся на диспансерном учёте, постоянно проводится анализ отдалённых результатов.

Резюме.

Сплавы циркония не содержат токсичных химических элементов, обладают биоинертностью, прочностью, текучестью, высокой стойкостью к воздействию биологических сред, способностью образовывать защитную оксидную пленку с остеокондуктивными свойствами, которая обладает высокой активностью к самопроизвольной адгезии биомолекул на своей поверхности.

Сплавы циркония являются альтернативой в производстве стоматологических имплантатов, а по отдельным позициям имеют приоритет перед ранее используемыми материалами в данной области.