Цирконий против Титана. Преимущества. Проблемы. Перспективы.

Зачем ставить циркониевые импланты, если есть титан ?

"Если все станет плохо - то я попробую циркон!" Услышал я такую фразу от коллеги на огромном стоматологическом конгрессе в Германии. Захватывает насколько эмоционально врачи отзываются об этом материале, хотя не знакомы с доказательной базой. На самом деле - это уникальная возможность улучшить и развить уже существующую практику. Имплантаты из титана и циркония могут разумно сосуществовать в повседневной клинической практике.

Людям приятнее думать, что в челюсти у них будет стоять не металл, а керамическое изделие. Из 270 опрошенных пациентов в 2 странах: трое из четырех человек предпочтут поставить имплант из циркония, чем из титана.

Впервые односоставные(имплант+абатмент) импланты из циркония были выпущены в 2004 году. Создание микрошероховатой поверхности было вызовом для инженеров с технической точки зрения. Из-за этого были отмечены многочисленные переломы циркониевых имплантов "первого поколения". Эти ошибки были исправлены. Был изменен не только микродизайн, но также макроконструкция. Появились двусоставные(отдельно идущие имплант и абатмент) импланты. Они стали более предсказуемые и расширяли возможности клинической практики врача.

Цирконий в сравнении с титаном и другими металлами.

Диоксид циркония (цирконий, ZrO2)- это керамический оксид, состоящий из одного атома циркония и одного кислорода, которые прочно соединяются и стабилизируются между собой в специфической кристаллической решетке. Это значит, что кислород - это ключевая часть в построении общей массы циркония. В отличие от титанового сплава, основная масса которого представлена собственно молекулой титана. Каждый атом титана заперт в специфической кристаллической решеткой. Только на поверхности - очень тонкая прослойка кислорода в несколько нанометров немедленно формируется на поверхности титанового импланта при контакте с воздухом. Даже если поверхностный слой состоит из диоксида титана, это не дает никаких физических свойств присущих керамики титановому импланту. Однако это препятствует возникновению нежелательных реакций между титаном и окружающими твердыми мягкими тканями. Таким образом титан это не "биоинертный материал" а имеет "биоинертные характеристики" благодаря стабильному оксидному слою на его поверхности.

Оценка прочности циркония.

В сравнении с другой окисленной керамикой, цирконий показывает высокие биомеханические качества такие как высокая стойкость к повреждениям и стойкость к нагрузкам на изгиб, что дает циркониевым имплантам способность сопротивляться окклюзионным силам антагонистов. Здесь так называемые "фазовые трансформации" описывают формирование устойчивого к разрушению кристаллической фазы ( кубической кристальной структуре) к менее устойчивой к разрушению кристаллической фазе (Monoclinic crystal structure) циркония .Эта трансформация ассоциируется с объемным расширением кристалла циркония, которое останавливается механически-индуцированными микро-трещинами в структуре материала (механизм трансформации стойкости). Неправильное применение материала ( бесконтрольное шлифование тела импланта; неоптимизированные производственные процессы ) могут вызвать нежелательные, преждевременные фазовые трансформации. Запас прочности заканчивается, когда трансформация из куба до Monoclinic crystal structure не ограничится появлением максимального количества трещин.

В последние годы, производственные процессы и в особенности методы создания микро-трещин на поверхности имплантов были адаптированы для физических характеристик циркония. Переломы циркониевых имплантов существенно снизились с 3.4% до 0.2% с 2004 до 2007 года. Сейчас переломы имплантов не является существенной проблемой для последних поколений имплантов.

Твердотканная интеграция циркониевых имплантатов.

Стабилизация импланта в костной ткани - также остеоинтеграция - наиболее важное условие для успешного результата .У титановых имплантов нанесение микро-шероховатостей было ключевым фактором для остеинтеграции. Похожая эволюция в технологиях обработки поверхностей была пройдена циркониевыми имплантами. Первое поколение циркониевых имплантов имело гладкую поверхность импланта и имело минимальную приживляемость. Позднее, развитие производственных процессов позволяли наносить микро-шероховатости на циркониевые импланты. Исследования показывают, что последнее поколение циркониевых имплантов демонстрируют такую же твердотканную интеграцию, что и титановые импланты.

Мягкотканная интеграция.

Помимо естественного внешнего вида коронки циркониевых имплантов(белая эстетика), розовая эстетика - представлена здоровыми краями мягких тканей и образованием межзубных сосочков .С точки зрения здоровья пародонта, ткани десен вокруг имплантатов имеют такую ​​же барьерную функцию, что и зубодесневые ткани вокруг зубов, что помогает предотвратить бактериальные периимплантиты. Для "розовой" эстетики важны здоровье и неизменные вертикальные размеры мягких тканей вокруг имплантата. Мягкие ткани вокруг имплантатов и зубов состоят из десневого борозы, десневого желобка, прикрепленной десны и слизистой альвеолярного отростка - в совокупности они образуют биологическую ширину. Экспериментальные исследования показали аналогичную качественную и количественную интеграцию мягких тканей и одинаковые размеры биологической ширины вокруг имплантатов из диоксида циркония и титана.(Roehling и другие. 2019; Roehling & Cochran 2018).Таким образом, материал имплантата не оказал существенного влияния на интеграцию мягких тканей(Roehling et al. 2019).Следовательно, для обоих материалов существует схожесть физиологических процессов формирования мягких тканей.(Linares 2016).Интересно, что для диоксида циркония, а также для титановых имплантатов формирование биологической ширины и высоты сосочка вокруг имплантата не зависят от нагрузки или хирургического протокола, а зависят от дизайна имплантата и вертикального положения микрозазора между плечом и супра-структурой импланта. Кроме того, клинические исследования сообщили о значительном увеличении высоты сосочка вокруг имплантата с течением времени. Таким образом, расстояние между альвеолярным гребнем соседнего зуба и самой нижней точкой контактной зоны коронки является важным фактором для образования межзубного сосочка.(Kniha et al. 2016; Roehling & Cochran 2018).

Периимплантиты.

Этиология периимплантитов многофакторна, а колонизация микробов на поверхности имплантата считается главной причиной. Результаты экспериментальных исследований выглядят многообещающими для диоксида циркония. У диоксида циркония значительно снижается образование биопленок по сравнению с титаном после 72-часового инкубационного периода. В экспериментальном исследовании на собаках изучались периимплантаты у имплантатов из диоксида циркония и титана. После активной фазы течения периимплантита имплантаты из диоксида циркония показали меньшую потерю кости. Во время исследования один имплант из титана был отторгнут, в то время как, диоксид циркония таким исходом похвастаться не смог. Однако, собрано очень мало клинических данных о периимплантите вокруг имплантатов из диоксида циркония. Лишь в одном исследовании сообщалось о «начальном периимплантите» у 18 из 48 циркониевых имплантатов через 12 и 24 месяца после установки(Becker et al. 2017).Напротив, ретроспективное исследование 161 имплантата из диоксида циркония не выявило каких-либо признаков инфекции после периода функциональной нагрузки до и после 7 лет.

Несмотря на то, что исследования, оценивающие общую выживаемость, в настоящее время ограничены данными за 1 и 2 года, в отдельных исследованиях сообщалось о более длительных периодах клинического наблюдения. Что касается коммерчески доступных имплантатов из диоксида циркония, доступны клинические данные, что до и после 5 лет функциональной нагрузки - показатели выживаемости >95%. Совсем недавно в клиническом исследовании был изучен 71имплантат из диоксида циркония, установленный у 60 пациентов.После 5.6 лет средней функциональной нагрузки авторы сообщили о выживаемости 98,4% и средней потере костной ткани вокруг имплантата 0,7 мм.

Односоставные импланты из циркония.

Опирающийся на строгий дизайн - абатмент не существует отдельно от тела импланта - такая конструкция имеет мало возможностей для коррекции центральной оси импланта супра-структурой. Необходимо четкое предварительное планирование и точная установка импланта. Так как абатмент появляется в полости рта на раннем этапе заживления - следует избегать перегрузки импланта. Односоставные импланты всегда соединены цементом с коронковой частью. Следует четко следовать протоколам цементной фиксации, чтобы избежать образования остатков цемента на слизистой оболочке периимплантных тканей(рисунок 4). Односоставные циркониевые импланты могут быть полностью интегрированы в цифровой рабочий процесс. Циркониевые имплантаты с односоставной конструкцией имплантата очень часто считаются «старомодным» методом лечения или «нишевым продуктом», поскольку невозможно изготовить индивидуальные абатменты. Однако мы должны помнить, что, используя монотипные конструкции имплантатов, можно избежать проблем, связанных с микроподтеканиями и микрозазорами. Если монолитные имплантаты установлены правильно, можно получить очень хорошие и предсказуемые эстетические-правильные работы. Самые прекрасные результаты с точки зрения эстетики "белого" и "розового" цвета достигаются при использовании монотипных имплантатов из диоксида циркония.

Двусоставные циркониевые импланты.

Чтобы сделать имплантаты из диоксида циркония привлекательными для большего числа врачей, на рынке должны были появиться имплантаты из диоксида циркония с двухкомпонентной конструкцией. По сравнению с монотипными имплантатами, двухкомпонентные конструкции имплантатов из диоксида циркония предлагают расширенные возможности для коррекции оси имплантата, поскольку могут быть изготовлены индивидуальные абатменты. Кроме того, хирургический и ортопедический этапы схожи с титановыми имплантами, что все упрощает. Что касается соединения имплант-абатмент, доступны двухкомпонентные конструкции с винтовой или цементной фиксацией. Конструкция импланта с винтовой фиксацией позволяет избежать процессов, связанных с образованием остатков цемента при цементной фиксации. Двусоставные циркониевые имплнаты могут быть полностью внедрены в цифровое производство.В настоящее время на рынке нет двукомпонентных циркониевых имплантатов с диаметром менее 4 мм. Двухкомпонентные импланты из циркония необходимы для создания у врачей образа их доступности. Но их производство отличается сложностью и дороговизной. В отличие от цельных циркониевых имплантатов, здесь не только нанесение микрошероховатого рельефа представляет сложности, но также необходимо изготовить внутреннюю конструкцию имплантата и адаптировать ее к свойствам материала диоксида циркония без нарушения прочности имплантатов на излом и усталости керамики. По сравнению с титаном диоксид циркония является хрупким материалом с более высокой микротвердостью и более высоким модулем Юнга. Таким образом, обработка диоксида циркония довольно сложна, а прочность на излом очень важна с точки зрения стойкости к разрушению. Этот факт следует учитывать при протезировании на двухкомпонентных циркониевых имплантатах. Стабильное и надежное соединение между телом имплантата и протезной супраструктурой может быть гарантировано при помощью двух различных механизмов : прочное соединение достигается либо за счет ретенционного винта, либо за счет внутренней конструкции имплантата (например, большее количество точек контакта при коническом соединении). Если основная функция ретенционного винта - гарантировать стабильное соединение между телом имплантата и супра-структурой, то к сожалению невозможно использовать винты из диоксида циркония ,из-за высокой микротвердости, для соединения абатмента с телом имплантата. Следовательно, для соединения протезной супра-структуры с имплантатами предлагаются другие материалы, кроме диоксида циркония, такие как титановый сплав или армированные углеродом винты. Если соединение супра-структуры достигается не винтом, а конической конструкцией внутреннего соединения имплантата и абатмента, керамические винты могут быть использованы когда предполагается низкая окклюзионная нагрузка. В будущем новые или дополнительно оптимизированные процессы производства улучшат биомеханические свойства диоксида циркония и могут открыть новые возможности для цельнокерамических винтовых абатментов.

За последние пару лет двухкомпонентные циркониевые импланты с титановым ретенционным винтом доказали свою надежность на практике. Этот тип имплантата требует, чтобы керамическая супраструктура была прикреплена к титановому абатменту, который фиксируется на керамическом имплантате с помощью титанового винта. Чтобы гарантировать стабильное соединение между титановым винтом и цельнокерамическим имплантатом, внутренняя конструкция была адаптирована к свойствам циркония. Это очень важный факт, поскольку диоксид циркония в 5-9 раз тверже титана: если конструкция внутренней конфигурации имплантата содержит элементы с острыми краями, частицы взаимодействующего металлического абатмента могут быть повреждены, что может привести к износу и ослаблению винта.

Совсем недавно стабильность винтовой фиксацией титана с диоксидом циркония была сравнена с соединением титан-титан в моделировании жевания in vitro. Циркониевые коронки на резцы и моляры фиксировались винтами на двукомпонентные циркониевые или двукомпонентные титановые имплантаты. Имплантаты были подвергнуты искусственному старению путем термоциклирования и механической нагрузки 1,2 миллиона жевательных циклов (имитируя 5 лет функциональной нагрузки). В дополнение к этому, имплантаты также были подвергнуты испытанию на стойкость к сверхнагрузке для оценки прочности. Результаты не показали статистически значимых различий между исследуемыми группами. Авторы сообщают: « Качество соединения протестированных коронок из диоксида циркония с винтовой фиксацией в двухкомпонентных циркониевых имплантатах сопоставимо со стандартными титановыми имплантатами in vitro" и "основываясь на результатах настоящего исследования, соединение между коронкой и двухкомпонентным циркониевым имплантатом кажется подходящим для клинического применения".

Резюме.

Имплантаты из диоксида циркония представлены на рынке с 2004 года. В то время как первые системы имплантатов из диоксида циркония были ограничены конструкцией из одной части, в то же время на рынке стали доступны и двухкомпонентные имплантаты из диоксида циркония. Оптимизированные производственные процессы и конструкции имплантатов позволяют изготавливать устойчивые к разрушению одно- и двукомпонентные циркониевые имплантаты с микрошероховатой поверхностью. В будущих исследованиях необходимо изучить вопрос о том, дает ли биосовместимость диоксида циркония преимущества в отношении появления периимплантитов. Однако, первые результаты экспериментальных исследований обнадеживают. Научные исследования показали, что имплантаты из микрошероховатого диоксида циркония демонстрируют идентичную интеграцию в мягкие и твердые ткани и аналогичные показатели клинической выживаемости по сравнению с титановыми имплантатами. Однако необходимы более долгосрочные клинические наблюдения. Одно- и двукомпонентные циркониевые имплантаты новейшего поколения являются надежной альтернативой признанным титановым имплантатам и предлагают серьезное расширение повседневной клинической практики.