К настоящему времени метод дентальной имплантации эволюционировал от идеи с последующим экспериментальным обоснованием до значительного уровня клинической и прогностической эффективности различных методик использования имплантатов при проведении стоматологического лечения.

Биологическая совместимость дентальных имплантатов — искусственных внутрикостных опор, предназначенных для долговременного функционирования, определяется видом исходного материала, макро- и микротопологией поверхности, ее физико-химическими свойствами.

На протяжении более 6 лет в Российской Федерации проводились исследования по получению биоактивных покрытий для имплантатов [1]. В результате этих исследований было получено биоактивное покрытие, существенно отличающее его от аналогов и имеющее ряд преимуществ. Компания КОНМЕТ использовала данные исследования для разработки способа получения уникальной биоактивной поверхности дентальных имплантатов на основе двуоксида титана (TiO2) с кристаллической решеткой анатаз, а также внедрения промышленной технологии нанесения такого покрытия с помощью атомарно-слоевого осаждения. Покрытие в виде поверхностного слоя внутрикостной части имплантатов толщиной не более 30 нм имеет высокую конформность, при этом в нем отсутствуют какие-либо другие, кроме анатаза, кристаллические модификации TiO2, что позволяет сохранить начальный микрорельеф поверхности с оптимальной степенью шероховатости, и, таким образом, придать поверхности имплантатов биоактивные свойства.

Наиболее информативным методом для оценки биоактивных поверхностных свойств имплантатов являются исследования in vivo/ex vivo посредством использования лабораторных животных в виде экспериментальных биомоделей с проведением гистологического изучения периимплантатных тканей, а также тестов на извлечение (выдергивание) аналогов имплантатов в различные периоды остеоинтеграции. В 2014 г. нами было запланировано и проведено экспериментальное сравнительное исследование имплантатов КОНМЕТ с биоактивным покрытием и без такового. В качестве биомоделей использовали мини-свиней.

Содержание животных, оперативные вмешательства и эвтаназию осуществляли согласно требованиям приказа МЗ СССР № 755 от 12.08.1977, а также руководствуясь требованиями, изложенными в «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях», с соблюдением этических норм и гуманного отношения к объектам изучения [2].

Экспериментальное исследование

Экспериментальная часть работы была проведена на мини-свиньях (мини-пигах) Светлогорской породы массой от 2 до 2,5 кг, которые, исходя из особенностей морфотипа челюстных костей, являются адекватной биомоделью для проведения такого рода исследований [3]. Целью исследования было сравнение остеоинтеграции имплантатов с покрытием TiO2 (исследуемая группа) и без него (контрольная группа) в разные сроки послеоперационного периода. Всего в исследовании были задействованы 10 мини-свиней, разделенных на 5 групп, по 2 особи в каждой.

Операции проводились под внутримышечной седацией препаратами Ромитар и Золетил, а также местной инфильтрационной анестезией препаратом Ultracain DS forte. Областью хирургического вмешательства были выбраны дистальные отделы верхней челюсти в связи с оптимальной плотностью костной ткани в данных участках, сопоставимой с вариантом строения костной ткани челюстей человека, плотностью D2—D3. Имплантаты контрольной и исследуемой групп устанавливались в каждом отделе поочередно, в «шахматном» порядке, для исключения попадания имплантатов контрольной и исследуемой групп в разные участки по качественному составу костной ткани.

Первым этапом у всех животных было проведено удаление зубов в дистальных отделах верхней челюсти. После этого был период ожидания 2 мес, в течение которого прошло полное восстановление костной ткани альвеолярного отростка в области удаленных зубов.

Через 2 мес одномоментно была проведена установка 66 дентальных имплантатов (рис. 1).

50 установленных имплантатов имели резьбовой макрорельеф, диаметр 3,5 мм и длину 8 мм, 8 биомоделям (1—4-я группа) были установлены 25 имплантатов со стандартным покрытием и 25 имплантатов с покрытием TiO2 (рис. 2).

Двум биомоделям (5-я группа) были установлены 16 имплантатов без внешней резьбы, в том числе 8 со стандартным покрытием и 8 — с покрытием TiO2. Указанные 16 имплантатов внедрялись путем механического давления в сформированное костное ложе. После операции в течение 5 сут всем 10 особям внутримышечно вводился ампициллин 1 г в сутки.

Биомодели выводились из эксперимента через 2 (1-я группа), 6 (2-я и 5-я группа), 8 (3-я группа) и 16 нед (4-я группа) после имплантации. После выведения при помощи пьезоскальпеля и сепарационных дисков выделялись фрагменты челюстей с установленными имплантатами (рис. 3, 4).

Проводилась компьютерная томография полученных фрагментов, после чего образцы 1—4-й групп передавались для проведения гистоморфометрического исследования, а образцы 5-й группы были переданы для проведения теста на выдергивание.

Тест на выдергивание проводился с использованием универсальной динамической машины сервогидравлического типа Walter+Bay AG LFV 10−50 T, заводской № 905.

В соответствии с вышесказанным, имплантаты в 5-й группе не имели внешней резьбы для исключения фактора их механической фиксации за счет макрорельефа. В имплантатах была стандартная шахта с резьбой, где фиксировалась заглушка, и именно этот узел сопряжения использовался для их выдергивания из образцов костной ткани (рис. 5).

Обработка рентгеновских компьютерных томограмм проводилась в программе Osirix на операционной платформе Mac Os.

Образцы фиксировали в 70% изопропаноле в течение 72 ч. Затем промывали, обезвоживали и заливали в метилметакрилат («Sigma-Aldrich», США). Из полученных блоков изготавливались первичные срезы 200 мкм («Lowspeed sow Jet», Швейцария), из которых готовились вторичные срезы толщиной 40—50 мкм («Buehler», США). Контроль толщины среза осуществлялся стандартным механическим микрометром барабанного типа.

Срезы окрашивались толуидиновым синим по оригинальной методике и по Массону, затем заключались в монтирующую среду («Биооптика», Италия).

Морфометрическое исследование проводилось на программно-аппаратном комплексе MegaMorph12 (ООО «ГистоЛаб», Москва), параметры которого представлены в табл. 1 [4].

Все животные были выведены из эксперимента согласно установленному графику. Выраженное воспаление с гнойным отделяемым и экспозицией заглушки наблюдалось только в области одного имплантата в 3-й группе. Всего отсутствие остеоинтеграции наблюдалось в области двух установленных имплантатов: имплантат с воспалением из 3-й группы и один имплантат из 5-й группы.

Образцы после выделения погружались в 70% изопропанол и передавались для проведения компьютерной томографии, а затем образцы 1—4-й группы направлялись на гистоморфометрию, а образцы 5-й группы — на проведение теста на выдергивание.

Результаты теста на выдергивание представлены в табл. 2.

Компьютерные томограммы 5-й группы проходили обработку в программе Osirix для оценки плотности окружающей имплантаты костной ткани в единицах Хаунсфилда, с последующей синхронизацией полученных данных с результатами теста на выдергивание (табл. 3, 4).

Оценка плотности костной ткани в области имплантатов проводилась в поперечном и продольном сечении (рис. 6), в 16 точках на каждую плоскость (рис. 7).

Результаты проведенных замеров прошли статистическую обработку с помощью однофакторного дисперсионного анализа, в результате которого была доказана их симметричность, исходя из чего мы могли сравнивать данные, опираясь на средние значения. Сравнив средние показатели теста на выдергивание у имплантатов со стандартным покрытием и покрытием TiO2, определили, что последние имели фиксацию в костной ткани в период 6 нед после установки на 22,1% выше. Оценка плотности костной ткани в области двух групп имплантатов показала, что имплантаты с покрытием TiO2 окружены костной тканью на 13,8% более высокой плотности. Учитывая, что имплантаты обеих групп устанавливались поочередно, т. е. в «шахматном» порядке, а не по отдельным участкам, этот показатель наглядно демонстрирует более активные процессы ремоделирования и минерализации в области имплантатов с покрытием TiO2 (табл. 5).

Группа имплантатов без покрытия.

Срок 2 нед.

При гистологическом исследовании образцов костной ткани верхней челюсти мини-пигов через 2 нед после имплантации титановых имплантатов без покрытия обращало на себя внимание, что костная ткань челюсти в зоне имплантации была представлена губчатой костью и умеренно выраженной кортикальной пластинкой. Структура костных балок в целом обычного строения с участками перестройки, характерными для данной биомодели (рис. 8, а).

Новообразованная костная ткань умеренно прилежит к поверхности имплантата, чередуясь с прослойками фиброзной ткани.

Срок 6 нед.

При гистологическом исследовании образцов костной ткани верхней челюсти мини-пигов через 6 нед после имплантации титановых имплантатов без покрытия обращало на себя внимание, что костная ткань челюсти в зоне имплантации была представлена губчатой костью и выраженной кортикальной пластинкой, причем вокруг дентальных имплантатов имелись очаги резорбции костной ткани, которая может быть охарактеризована как этапная перестройка кости после повреждения (см. рис. 8, б).

В целом структура костной ткани может быть охарактеризована как плотная с выраженным балочным строением губчатой кости и сформированной кортикальной пластинкой.

Новообразованная костная ткань умеренно прилежит к поверхности имплантата, чередуясь с прослойками фиброзной ткани, которые располагаются преимущественно в базальных отделах имплантата и имеют преимущественно очаговый характер. На поверхности имплантатов имеются наложения остеоида.

Срок 8 нед.

При гистологическом исследовании образцов костной ткани верхней челюсти мини-пигов через 8 нед после имплантации титановых имплантатов без покрытия обращало на себя внимание, что костная ткань челюсти в зоне имплантации была представлена губчатой костью и выраженной кортикальной пластинкой, причем вокруг дентальных имплантатов очаги резорбции костной ткани отсутствуют (см. рис. 8, в).

В целом структура костной ткани может быть охарактеризована как плотная с выраженным балочным строением губчатой кости и сформированной кортикальной пластинкой. Межбалочное пространство повсеместно заполнено красным и желтым костным мозгом. Новообразованная костная ткань плотно прилежит к поверхности имплантата, прослойки фиброзной ткани практически отсутствуют и имеют преимущественно очаговый характер.

Срок 16 нед.

При гистологическом исследовании образцов костной ткани верхней челюсти мини-пигов через 16 нед после имплантации титановых имплантатов без покрытия обращало на себя внимание, что костная ткань челюсти в зоне имплантации была представлена рыхлой губчатой костью и выраженной кортикальной пластинкой, вокруг дентальных имплантатов очаги резорбции костной ткани отсутствуют (см. рис. 8, г).

В целом структура костной ткани может быть охарактеризована как умеренно плотная и в некоторых случаях рыхлая с умеренно выраженным балочным строением губчатой кости. Межбалочное пространство повсеместно заполнено красным и желтым костным мозгом. Новообразованная костная ткань плотно прилежит к поверхности имплантата, прослойки фиброзной ткани отсутствуют.

Группа имплантатов с покрытием.

Срок 2 нед

При гистологическом исследовании образцов костной ткани верхней челюсти минипигов через 2 нед после имплантации титановых имплантатов с покрытием обращало на себя внимание, что костная ткань челюсти в зоне имплантации была представлена губчатой костью и умеренно выраженной кортикальной пластинкой. Структура костных балок в целом обычного строения с участками перестройки, характерными для данной биомодели (рис. 9, а).

Межбалочное пространство, прилежащие к зоне имплантации местами с незрелой соединительной и грануляционной тканью, преимущественно в области шейки; изменения могут считаться характерными для данного этапа процесса регенерации кости после нанесенного повреждения. На поверхности костных балок и на поверхности дентальных имплантатов активные остеобласты, образующие остеоидные наложения.

Срок 6 нед.

При гистологическом исследовании образцов костной ткани верхней челюсти мини-пигов через 6 нед после имплантации титановых имплантатов с покрытием обращало на себя внимание, что костная ткань челюсти в зоне имплантации была представлена губчатой костью и выраженной кортикальной пластинкой (см. рис. 9, б), причем вокруг дентальных имплантатов имелись очаги резорбции костной ткани, которая может быть охарактеризована как этапная перестройка кости после повреждения.

Новообразованная костная ткань хорошо прилежит к поверхности имплантата, чередуясь с прослойками фиброзной ткани, которые располагаются преимущественно в базальных отделах имплантата и имеют преимущественно очаговый характер. На поверхности имплантатов имеются наложения остеоида.

Срок 8 нед.

При гистологическом исследовании образцов костной ткани верхней челюсти мини-пигов через 8 нед после имплантации титановых имплантатов с покрытием обращало на себя внимание, что костная ткань челюсти в зоне имплантации была представлена губчатой костью и выраженной кортикальной пластинкой, причем вокруг дентальных имплантатов очаги резорбции костной ткани отсутствуют (см. рис. 9, в).

В целом структура костной ткани может быть охарактеризована как плотная с выраженным балочным строением губчатой кости и сформированной кортикальной пластинкой. Межбалочное пространство повсеместно заполнено красным и желтым костным мозгом. Новообразованная костная ткань плотно прилежит к поверхности имплантата, прослойки фиброзной ткани отсутствуют.

Срок 16 нед.

При гистологическом исследовании образцов костной ткани верхней челюсти мини-пигов через 16 нед после имплантации титановых имплантатов с покрытием обращало на себя внимание, что костная ткань челюсти в зоне имплантации была представлена рыхлой губчатой костью и выраженной кортикальной пластинкой, вокруг дентальных имплантатов очаги резорбции костной ткани отсутствуют (см. рис. 9, г).

В целом структура костной ткани может быть охарактеризована как умеренно плотная и в некоторых случаях рыхлая с умеренно выраженным балочным строением губчатой кости. Межбалочное пространство повсеместно заполнено красным и желтым костным мозгом. Новообразованная костная ткань плотно прилежит к поверхности имплантата, прослойки фиброзной ткани отсутствуют.

При морфометрическом исследовании образцов костной ткани верхней челюсти мини-пигов с установленными дентальными имплантатами на различных сроках наблюдения выявлен ряд закономерностей. Так, основные параметры остеоинтеграции BIC и FIC имели статистически значимые различия (р≤0,05). BIC в группе имплантатов с покрытием имел стабильные хорошие показатели на протяжении всего срока, что обусловлено, вероятно, высоким сродством поверхности имплантата с костной тканью и хорошей остеокондукцией, что подтверждалось микроскопической картиной (рост остеобластов на поверхности имплантатов). В группе имплантатов без покрытия, несмотря на хорошие показатели BIC, особенно на последним сроке (78%), на ранних сроках он был не столь высок за счет увеличения FIC (разрастание соединительной ткани), это может свидетельствовать о хорошей, но не высокой биосовместимости (табл. 6).

Параметр прироста костной ткани в области шейки имплантата (NBH), характеризующий остеокондуктивные свойства поверхности имплантата в области шейки, демонстрировал более уверенные показатели в группе с покрытием, вероятно это связанно с особенностями геометрии имплантата и распространением области специфического покрытия (покрытие распространялось и на шейку). Общие объемные показатели основных структурных компонентов кости в обеих группах не имели статистически значимых различий за исключением срока 6 нед, когда в данном случае имели место признаки перестройки костной ткани и в связи с этим транзиторное образование соединительной ткани, как недифференцированной, так и фиброзной.

Таким образом, на основании экспериментального гистологического и морфометрического сравнительного изучения остеоинтеграции дентальных имплантатов в эксперименте следует заключить, что изучаемое покрытие дентальных имплантатов, во-первых, повышает биосовместимость поверхности дентальных имплантатов до уровня биоактивности, что выражается в снижении количества соединительной ткани на всех этапах процесса остеоинтеграции; во-вторых, за счет биоактивной поверхности увеличивается сродство имплантата к костной ткани различной плотности, которое проявляется положительным влиянием на качественные и количественные признаки репаративного контактного остеогенеза.

По результатам проведенного исследования в течение 16 нед для имплантатов с биоактивной поверхностью продемонстрирована более полноценная остеоинтеграция по сравнению со стандартными имплантатами. Тест на выдергивание, гистоморфометрический анализ образцов, а также обработка компьютерных томограмм костных фрагментов показали заметную, по отдельным параметрам статистически значимую разницу в количественных и качественных показателях остеоинтеграции между имплантатами с биоактивной поверхностью и стандартными имплантатами.