Патофизиологическое обоснование оптимального использования современных стоматологических материалов (пластмасс м металлов) в практике дентальной имплантации (экспериментально-клиническое исследование)

Постоянное стремление человека заменить потерянные зубы различными материалами животного, человеческого и минерального происхождения известны еще с древних времен. Это подтверждают археологические находки. Найденный, например, на территории современного Гондураса фрагмент нижней челюсти инка (VI в. до н.э.), в котором на месте 42,41 и 31-го зубов сохранились имплантаты из панциря морских мидий. На территории Шантамбре (Франция) найден череп женщины, жившей в 1 в.н.э., с металлическим имплантатом в лунке клыка верхней челюсти. Ученые начали поиск имплантационного материала. В 1809 г. Maggilio использует имплантантат из золота. В 1888 г. Berry разрабатывает принцип биосовместимости. Начинается использование различных биологических материалов для изготовления, как имплантата, так и протеза, изучаются свойства инертности, толерантности, происходит активное внедрение в клиническую практику металлов. Были выявлены уникальные свойства титана — легкость, устойчивость к коррозии.

В 1965 профессор Ингвар Бранемарк возглавлял группу исследователей в Университете Гетеборга (Швеция) проводивших исследования, которые, в конечном счете, привели к открытию явления остеоинтеграции (приживления титана в костной ткани).

Важным направлением стали поиски приемлемых для имплантации материалов. Так, J. Magillo в 1807 г. предложил имплантат из золота, J. Edmuns и Н. Harris — фарфоровый имплантат на платиновой основе, J. Bonwell — имплантат в виде золотых и иридиевых трубок, а I. Pedchelon — серебряную капсулу в качестве имплантата для фарфоровой коронки.

К прообразам современного винтового имплантата следует отнести конструкции американских врачей R. Adams и A. Strock. Первый в 1937 г. изобрел имплантат с винтовой нарезкой на поверхности, а второй в 1939 г. предложил имплантат из кобальта, хрома и молибдена.

Одновременно с конструированием имплантатов проводились оригинальные исследования морфогенеза, физиологии и биомеханики при имплантационном лечении. В нашей стране быстрое развитие дентальной имплантации началось в 80-х годах прошлого столетия. Разработанные СП. Чепулисом, А. С. Черникисом, О. П. Суровым и другими специалистами плоские имплантаты в 1983 г. были переданы для клинических испытаний в ЦНИИС (В.М. Безруков, А. И. Матвеева, А. А. Кулаков и соавт., 1987;1996) и в МГМСУ (Т.Г. Робустова, А. И. Ушаков и соавт., 1987—1996). Полученные положительные результаты и изучение клинико-теоретических вопросов при использовании плоских имплантатов нашли отражение в методических рекомендациях, составленных В. М. Безруковым и соавт., А. И. Матвеевой, А. А. Кулаковым, Т. Г. Робустовой и соавт. и в диссертационных работах А. И. Матвеевой, А. А. Кулакова, В. А. Вигдерович, И. В. Балуды, Абу Асали Эяда,.

A.И. Сидельникова, А. И. Жусева, Р. Ш. Гветадзе и др. Официальное утверждение плоских конструкций, выпуск их ВНИИМТ, а также монография О. Н. Сурова способствовали внедрению плоских имплантатов в практику стоматологических клиник нашей страны. На их основе ряд новых конструкций разработали Э. Г. Амрахов, В. В. Трофимов и В. Ф. Дадыкина,.

B.Н. Лясников и соавт., А. И. Ушаков, С. Ю. Иванов. Эволюционировали также опорные, надальвеолярные части имплантатов для фиксации протезов. В 80-х годах в СССР, ас 1991 г. в России были созданы отечественные имплантаты в форме корня зуба. Первыми разработчиками отечественных имплантатов в форме корня зуба стали М. З. Миргазизов и соавт. В. Э. Гюнтер, В. И. Итин и соавт.

Опыт зубной имплантации во всех ее аспектах продолжает накапливаться и критически оцениваться. От хирургов стоматологов и специалистов ортопедической стоматологии теперь, как никогда раньше, требуется прочное знание общей терапии для правильного отбора, предымплантационной оценки, подготовки и лечения больных.

В последний годы поиск быстрых и эстетических решений в период ортопедической реабилитации пациентов после дентальной имплантации привел к применению большого количества временных зубопротезных конструкций (коронок, абатментов) из различных материалов. Таких как пластмассы, металлические сплавы и т. п. Влияние этих конструкций на физиологические процессы на окружающие ткани и организм в целом изучаются во всем мире и будут требовать дальнейших исследований.

Актуальность проблемы. Применение минералов и металлов в лечебных целях известно еще со времен древнейших цивилизаций Китая, Индии и Месопотамии. Широкое применение в лечебной стоматологической практике различных синтетических материалов началось в XX веке и особенно остро поставило проблему влияния входящих в них элементов на гомеостаз организма. Интенсивное изучение влияния различных элементов на физиологическое состояние организма привело к возникновению нового научного направления — биоэлементологии [Скальный А.В., Рудаков И. А., 2004].

Известно, что многие (если не все) формально устойчивые с теоретической физико-химической точки зрения материалы, под влиянием биологически активных сред подвергаются в организме коррозии и постепенному разрушению [Hench L., Wilson I., 1984]. Продукты коррозии имплантированных материалов могут обладать токсическими свойствами в ультранизких концентрациях, приводя к развитию устойчивых патологических изменений в окружающих тканях, и, более того, вызывая подчас весьма значительные нарушения в деятельности организма, на фоне внешне вполне успешной интеграции имплантата в костную ткань.

Химические элементы в свободном состоянии и в виде множества химических соединений входят в состав всех клеток и тканей организма. Они являются важнейшими катализаторами различных биохимических реакций, непременными участниками процессов роста и развития организма, обмена веществ, адаптации к меняющимся условиям окружающей среды.

Физиологическое действие различных элементов зависит от их дозы. Поэтому токсические элементы (мышьяк, ртуть, сурьма) при низких концентрациях могут действовать на организм как лекарство, тогда как натрий, калий, кальций, железо, магний и ряд других элементов (входящих в состав человеческого тела) в высоких концентрациях могут обладать выраженным токсическим эффектом. В организме химические элементы находятся преимущественно в виде соединений, избыточное образование или распад которых может приводить к нарушению так называемого металло-лигандного гомеостаза, а затем и к развитию патологических изменений [Скальный А.В., Рудаков И. А., 2004].

Химические элементы обычно разделяют на группы, в зависимости от величины их содержания в теле млекопитающих и человека.

При соприкосновении пластмасс, металлических или металлокерамических сплавов с живой тканью организма, не смотря на то, что используемые в настоящее время материалы считаются полностью биотолерантными или биосовместимыми, происходит медленное (или даже очень медленное) вымывание некоторых элементов из их состава. Учитывая, как было сказано выше, что многие химические элементы, могут влиять на функционирование организма, причем далеко не всегда положительным образом, мы решили изучить как местный тканевой ответ, так и реакцию внутренних органов (в частности, печени) на клеточном и особенно субклеточном уровне при имплантации различных материалов в подкожную соединительную ткань. При этом имплантаты будут продолжительное время соприкасаться с влажной биоактивной средой.

Учитывая характер различных заболеваний общего (а не стоматологического характера), возникающих от избытка в крайне незначительных концентрациях некоторых микроэлементов, входящих в состав имплантатов, мы посчитали недостаточно убедительным отсутствие выраженных реакций воспалительного или иного характера в ротовой полости в ответ на имплантацию, как убедительно и однозначно свидетельствующих о биоинертности и безвредности этих материалов для здоровья.

Цель исследования: разработать на основе полученных данных наиболее оптимальные подходы к ведению сложных стоматологических больных на основе изучения местного тканевого ответа и реакции внутренних органов в ответ на имплантацию различных стоматологических материалов.

Задачи исследования:

1. Определить характер, объемы, динамику и степень устойчивости изменений в подкожной соединительной ткани экспериментальных животных, окружающей помещенные туда имплантаты из пластмасс и металлов.

2. Определить возможность влияния имплантированных материалов на внутренние органы, в частности на ткани печени крыс при длительном (до года) нахождении имплантатов в подкожной соединительной ткани. Оценить степень тяжести изменений и их характерные черты.

3. Сравнить уровень токсичности для организма изученных дентальных материалов на основе оценки клеточной реакции в соединительной ткани и ткани печени в эксперименте.

4. Провести клиническую оценку различных методов ведения стоматологических больных при проведении сложных вмешательствах при имплантации и протезировании современными материалами.

Научная новизна полученных результатов. Широкое использова-нее электронной микроскопии позволило впервые провести сопоставительное исследование местного тканевого ответа и реакции внутренних органов при имплантации общеупотребительных стоматологических материалов на клеточном и субклеточном уровнях. Установлено, что, не смотря на отсутствие воспалительной реакции вокруг сформированной из соединительной ткани капсулы, окружающей имплантаты, продолжается их влияние на организм. В частности, через 1 год имеются признаки токсичности материалов, которые считаются биоинертными для организма (титан) и, в меньшей степени, золота. Обнаружены ранее не описываемые закономерности отдаленных влияний на организм базисных пластмасс и всех изученных видов металла в виде местных и системных отдаленных репаративных изменений в тканях печени.

Разработана система объективных критериев оценки состояния организма и имплантатов, а также рекомендована в качестве метода выбора тактики ведения пациентов без установки временных коронок.

Практическая значимость работы. Полученные в эксперименте на ультраструктурном уровне новые сведения о влиянии современных имплантированных дентальных материалов на ткани и органы свидетельствуют об их значимом патогенетическом влиянии на местные и системные клеточные и тканевые процессы. Разработанный методический подход может быть с успехом применен как один из адекватных патогенетических методов анализа влияния имплантированных материалов на внутренние органы и системы, в том числе и при внедрении вновь разрабатываемых имплантов.

Полученные результаты клинической апробации экспериментальных данных позволяют рекомендовать использовать в практике имплантационного лечения в качестве метода выбора тактику лечения без использования у" временных коронок на этапе временного протезирования. Результаты исследований могут быть использованы при разработке профилактических и лечебных мероприятий и рекомендаций по ведению стоматологических больных с имплантатами различной природы.

Положения, выносимые на защиту:

1. При экспериментальной имплантации двух видов базисных пластмасс (фторакса и протакрила) и образцов трех различных металлов (образцы из нержавеющей стали, титана и золота) в подкожную соединительную ткань формируется быстрый местный тканевой ответ, имеющий как общие, так и характерные (специфические) признаки развития его в динамике, интенсивности и клеточном составе воспалительного инфильтрата. Начиная с 7 -14 суток в соединительной ткани отмечаются внутриклеточные и тканевые признаки процесса асептического воспаления с мобилизацией процессов фиброгенеза и ангионеогенеза, с последующим формированием вокруг имплантатов барьера из соединительнотканной муфты. Местная тканевая реакция соединительной ткани вокруг образцов из сплавов титана значительно слабее, чем в случае с нержавеющей сталью, но значительно более выражена, чем в случае с образцами золота.

2. Анализ отдаленных и общих эффектов применения имплантов из пластмасс (фторакса и протакрила) и металлов (образцы из нержавеющей стали, титана и золота) через год после их имплантации, путем сравнительной оценки структурно-функционального состояния печени крыс, позволил выявить во всех случаях существенные отличия от состояния печени крыс контрольной группы.

В печени крыс основной группы через 12 месяцев после начала эксперимента выявляются локусы очагового разрушения цитоплазмы гепатоцитов: дезорганизации немембранных органелл (микротрубочек, микрофиламентов) и разрушения мембранных органелл (митохондрий, цистерн гранулярного эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи). Отмечается диффузный отек митохондрий, разрушение митохондриальных крист и просветление митохондриального матрикса. Общие закономерности перестройки печеночных клеток заключаются в изменении формы гепатоцитов и субмикроскопического строения их энергетических, биосинтетических и железисто-секреторных аппаратов. Обнаруженная система внутриклеточных изменений клеток печени свидетельствует о наличии неспецифических процессов, свойственных хроническому цитотоксическому воздействию на клетки печени.

3. Изменения, обнаруженные в ткани печени, свидетельствуют о том, что даже через год, на фоне хорошо сформированной соединительнотканной капсулы вокруг имплантатов, их коррозия продолжается, что подтверждено значимым (от 5−7% до 15−20%) снижением общей массы всех видов имплантатов, по сравнению с их массой до введения в организм животных, а также обнаружением существенно большего содержания контрастных веществ и элементов неправильной формы в клетках Купфера у крыс основной группы в отличие от группы контроля. Наличие в печени экспериментальных животных клеточных признаков патологических и компенсаторных процессов характерно для всех использованных в работе пластмасс и металлов, однако наиболее выраженные патологические изменения отмечены в печени при имплантации в подкожную соединительную ткань пластмасс и образцов из нержавеющей стали.

4. Экспериментально полученные данные и доказательства о значимом провоспалительном и цитотоксическом влиянии на окружающие ткани и печень применения типичных для зубоврачебного протезирования пластмасс и имплантов, позволили нам рекомендовать для клинической апробации, с целью выявления наиболее безопасного и оптимального, три методических подхода при работе с имплантами: типичный, при контакте со слизистой пластика и металлических элементов импланта, при отсутствие контакта со слизистой, и без временного протезирования вообще. Динамический клинический и рентгенологический анализ за состоянием кости и имплантов в течение года показал, что в качестве метода выбора оптимальние использовать тактику лечения без использования временных коронок после протезирования, что напрямую согласуется с данными, полученными в экспериментальной части работы.

Личный вклад автора в проведенное исследование. Автору принадлежит идея экспериментального моделирования и оценки системных местных и общих реакций организма на стоматологические материалы путем ультраструктурной оценки динамики клеточных и тканевых процессов в соединительной ткани и ткани печени животных. Лично автором проведены все эксперименты по исследованию, результаты которых приведены в данной работе. Автором проведено лечение с применением предложенных методических подходов у всех пациентов, включенных в исследование. Лично автором проведен сбор и статистическая обработка материала, предложенного в работе.

Апробация работы. Основные материалы диссертации изложены на научной конференции «Анатомия и военная медицина» (Санкт-Петербург, 2003), научном симпозиуме с международным участием «Фундаментальные проблемы морфологии» (Минск, 2004), международной научно-практической конференции «Медико-психологическая реабилитация: теория и практика, технология и перспективы» (Санкт-Петербург, 2004), II Международной научной конференции «Проблемы диагностики и коррекции состояния здоровья в напряженной экологической среде обитания» (Санкт-Петербург, 2006), «Актуальные вопросы клинической и экспериментальной медицины -2006» (Санкт-Петербург, 2006). На втором Санкт-Петербургском международном экологическом форуме «Окружающая среда и здоровье человека» (Санкт-Петербург, 2008), в целом ряде ежегодных клинических конференций в Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова (2007, 2008, 2009 г. г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 1 — в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ.

Внедрение в практику: Полученные данные внедрены в практику стоматологической клиники «Эверест» ООО «Идеальный зуб» Санкт-Петербурга.

Структура и объем диссертации

Материалы работы представлены на 226 страницах машинописного текста, включая 7 таблиц, 50 рисунков и 85 рентгенограмм. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, данных собственных исследований (4 главы), а также заключения, выводов и списка литературы, включающего 100 источников, из которых 74 зарубежных авторов.

ВЫВОДЫ.

1. В реакции соединительной ткани, развивающейся в период от 12 часов до 7 дней после имплантации изученных материалов, представлены все стандартные основные общепатологические процессы: дистрофия и некроз, нарушение (изменение) кровообращения, воспалительная реакция, репаративная регенерация.

2. Воспалительные процессы, характерные для местного тканевого ответа, не имеют хронического течения, но в зависимости от использованного для имплантации материала, характеризуются определенной динамикой и особенностями клеточного состава инфильтрата. Не наблюдается эффектов отторжения имплантатов.

3. Отсутствие воспалительных процессов в соединительной ткани в отдаленные сроки после имплантации использованных материалов (12 месяцев), и окружение их более или менее плотной соединительной капсулой не может служить гарантированным признаком биоинертности и безопасности стоматологических материалов для организма.

4. Интенсивность местного тканевого ответа, возникающего на ранней стадии в ответ на имплантацию стоматологических материалов в подкожную соединительную ткань, коррелирует с тяжестью патологических изменений, возникающих в отдаленный период во внутренних органах (в ткани печени).

5. Коррозия применяемых сегодня в имплантации и при протезировании на имплантатах материалов продолжается даже через 1 год после имплантации и формировании вокруг имплантатов соединительнотканной капсулы, что подтверждается патологическими изменениями в органах детоксикации, в частности в печени.

6. Наиболее токсичными, оказавшими выраженное патологическое влияние на печень, оказались базисные пластмассы и нержавеющая сталь. Наиболее нейтральным для организма было золото. Сплавы титана занимали промежуточное положение.

7. Методом выбора при ортопедической реабилитации после дентальной имплантации является тактика лечения без использования временных пластмассовых коронок. При таком ведении больных в течении от 6 месяцев до 1 года после окончательного протезирования общие и местные неспецифические реакции организма пациента, а также резорбция кости практически не наблюдаются.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Авторская методика хирургического внедрения пластмассовых и металлических имплантатов в подкожную соединительную ткань экспериментальных животных может быть успешно применена, как для изучения особенностей местного тканевого ответа, так и для изучения реакции внутренних органов на новые имплантационные материалы. Данная методика может быть весьма удобной при тестировании новых металлических сплавов и различных материалов, используемых для имплантации не только в дентальной практике, но в широком спектре I хирургических и нейрохирургических операций.

2. Согласованный системный анализ динамики ультраструктурных клеточных и внутриклеточных изменений в клетках соединительной ткани, клетках фагоцитарной системы и гепатоцитах, характеризующих системные провоспалительные и цитотоксические процессы в них, может быть использован при разработке экспертных диагностических систем, позволяющих высокоточно оценивать на первый взгляд даже общепризнанные биоинертные материалы. Модели структурно-функциональной оценки состояния печени в отдаленные сроки могут быть рекомендованы для дальнейшего совершенствования подходов к разработке искусственных материалов, имплантируемых в тех или иных целях в организм человека.

3. При применении традиционных титановых имплантов на основе трех методических подходов (с контактом временных пластмассовых коронок со слизистой, без контакта их со слизистой и вообще без временного протезирования) в качестве метода выбора оптимальнее использовать тактику лечения без временных коронок.

4. В случае необходимости быстрого эстетического восстановления на период остеоинтеграции предпочтительно использовать тактику выполнения временных коронок, избегая прямого контакта пластмассовых коронок и слизистой за счет использования титановых абатманов.