На сегодняшний день дентальная имплантация стала неотъемлемой частью современной стоматологии. Несмотря на то, что имплантаты по-прежнему изготавливают из титана, способы модификации их поверхности постоянно совершенствуются. Сегодня на стоматологическом рынке появляется все больше различных систем дентальных имплантатов, имеющих оригинальные способы обработки поверхности. Однако определиться с выбором врачу-имплантологу достаточно сложно, не имея четкого понимания отличий предлагаемых систем.
Рядом авторов доказано то, что поверхность используемого имплантата должна обладать высокой чистотой и достаточной шероховатостью для обеспечения адекватной остеоинтеграции [4,6,7]. Некоторые исследователи выделяют шероховатость поверхности как главный фактор, способствующий максимальному количеству костно-имплантационных контактов [1,3]. Однако шероховатость неразрывно связана с топографией поверхности. Наиболее значимым показателем структуры поверхности является средняя глубина шероховатости (Sa) [2]. Следует отметить, что средняя глубина шероховатости – это математический параметр структуры поверхности, а топография (рельеф) – морфологический. Степень развитости рельефа поверхности имеет первостепенное значение на ранних стадиях репаративного остеогенеза [5,8].
Совершенствование архитектоники поверхности винтовых дентальных имплантатов должно осуществляться параллельно исследованиям по определению оптимальных параметров микро – и макроструктуры поверхности имплантата. Следовательно, изучение топографии поверхности внутрикостной части винтовых дентальных имплантатов (ПВЧВДИ) разных фирм-производителей и обоснование их применения при дентальной имплантации является актуальным научным направлением.
Цель исследования: сравнительная оценка поверхностей винтовых дентальных имплантатов 5-ти различных систем с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ).
Материалы и методы исследования
Исследование выполнено с помощью зондового микроскопа фирмы NT-MDT NTEGRA Aura (Россия), предназначенного для визуальной и цифровой оценки поверхностей. Проведено сравнительное изучение качества ПВЧВДИ 5-ти различных систем: 1) "BCS" - Швейцария, машинная обработка поверхности (контрольная группа); 2) "NIKО (Lux)" - Россия-Германия, крупнозернистая пескоструйная обработка и травление кислотой (1-я основная группа); 3) "ENDURE" - США, пескоструйная обработка и травление кислотой (2-я основная группа); 4) "RADIX" - Россия, интенсивная пластическая деформация (3-я основная группа); 5) "SGS Dental Systems" - Швейцария электрохимически осажденная кальций-фосфатная бонитовая поверхность (4-я основная группа). Исследование выполнено на базе лаборатории нанопродуктов и наноматериалов Северо-Кавказского государственного технического университета.
В работе использована контактная методика измерения - контактная атомно-силовая микроскопия (c-AFM) зондами CSG30 (Фирмы NT-MDT). Данная методика позволяет получить изображение топографии и рельефа поверхности винтовых дентальных имплантатов.
Для изучения поверхности имплантатов выбраны следующие участки: вершина резьбы, скат резьбы, основание резьбы, расстояние между витками резьбы, желобок.
Таблица 1
Морфологические и цифровые показатели поверхности внутрикостной части винтовых дентальных имплантатов
|
Морфологические показатели |
Цифровые показатели |
|
|
АСМ-снимок |
Оптический снимок |
1. Средняя глубина шероховатости (Sa), нм |
|
1. Рельеф 2. Чередование вершин и впадин: -редкое или частое; -равномерное или неравномерное 3. Поры: -глубокие или неглубокие; -правильной или неправильной формы |
1. Структура: -металлическая, -неметаллическая 2. Структура: -крупнозернистая, мелкозернистая, -ультрамелкозер-нистая, -нанокристаллическая |
2. Расстояние между высшей и низшей точками (Sy), нм |
|
3. Корень из среднего квадратного отклонения глубины профиля шероховатости (Sq), нм |
||
|
4. Коэффициент эксцесса, т.е. коэффициент протяженности распределения (Ska) |
||
|
5. Толщина пористого слоя, мкм |
||
Вышеперечисленные участки ПВЧВДИ отсканированы у 5-ти одинаковых образцов в каждой группе.
После обработки в специальной программе снимки описаны по разработанной в ходе исследования схеме, включающей морфологические и цифровые показатели (табл. 1).
Результаты исследования
и их обсуждение
Морфологические показатели изучены по оптическим и АСМ-снимкам. При визуальной оценке снимков системы винтовых дентальных имплантатов "BCS" (рис. 1) видна металлическая структура и отсутствие зернистости. На АСМ-снимке поверхность выглядит гладкой. После машинной обработки поверхность внутрикостной части винтового дентального имплантата не является идеально гладкой, поэтому в сравнении с другими образцами уместно указывать показатели шероховатости.
При визуальной оценке топографии ПВЧВДИ образцов основных групп (рис. 2,3) видно, что системы винтовых дентальных имплантатов "НИКО" и "ENDURE", подвергнутые пескоструйной обработке и травлению по различным методикам, имеют схожий мелкобугристый рельеф на АСМ-снимках и идентичную металлическую и ультрамелкозернистую структуру на оптических снимках.
Рис. 1. Оптический, АСМ-снимок и ЗD-изображение ПВЧВДИ системы "BCS"
Чередование вершин (наиболее светлые участки) и впадин (наиболее темные участки) неравномерное, частое. При визуальной оценке глубины микропор видно, что они неглубокие; имеются достаточно крупные впадины, вытянутые в диаметре. Такое чередование микро- и макропор объясняется способом обработки поверхности (пескоструйная обработка образует крупные углубления на поверхности винтового дентального имплантата, а кислотное травление способствует образованию микропор).
Рис. 2. Оптический, АСМ-снимок и ЗD-изображение ПВЧВДИ системы "НИКО"
Рис. 3. Оптический, АСМ-снимок и ЗD-изображение ПВЧВДИ системы "ENDURE"
Система винтовых дентальных имплантатов "RADIX" (рис.4), поверхность которых подвергнута интенсивной пластической деформации, характеризуется крупнобугристым рельефом поверхности, наличием неглубоких, но крупных в диаметре пор, неравномерным и редким чередованием вершин и впадин; на оптическом снимке зерна измеряются не микрометрами, а нанометрами, что связано со способом обработки.
Рис. 4. Оптический, АСМ-снимок и ЗD-изображение ПВЧВДИ системы "RADIX"
ПВЧВДИ системы "SGS" (рис.5) значительно отличается от остальных своим рельефом в форме блоков, уложенных в различном направлении, неравномерным и частым чередованием плоских широких вершин и глубоких впадин, а также глубокими порами неправильной формы. Структура на оптическом снимке крупнозернистая, так как она имеет неметаллическое бонитовое покрытие.
Рис. 5. Оптический, АСМ-снимок и ЗD-изображение ПВЧВДИ системы "SGS"
Ряд авторов считают, что усложнение микрорельефа поверхности имплантатов непосредственно влечет повышение адгезии компонент периимплантатной зоны и вместе с тем интеграционного потенциала [2, 3, 7].
Согласно предложенной схеме, при оценке ПВЧВДИ по цифровым показателям установлено следующее: разброс величин средней глубины шероховатости (Sa) составляет от 30,15 нм в контрольной группе до 195,68 нм в 4-й основной группе ("SGS"); расстояния между высшей и низшей точками (Sy) – от 290,44 нм до 1687,39 нм соответственно; корня из среднего квадратного отклонения глубины профиля шероховатости (Sq) – от 34,62 нм до 296,27 нм соответственно. Различия показателей в основных группах статистически достоверны по сравнению с контрольной группой (р<0,01) и находятся в зоне значимости (р1<0,01). Следовательно, выявлена следующая восходящая последовательность значений у образцов винтовых дентальных имплантатов: 1 – контроль < 2 – "НИКО" < 3 – "ENDURE" < 4 – "RADIX" < 5 – "SGS", из которой видно, что система дентальных имплантатов с бонитовым покрытием имеет наибольшую шероховатость поверхности.
Результаты, полученные в ходе данного лабораторного исследования, значительно отличаются от сведений литературы [7], что связано с оборудованием, на котором выполнено исследование, со способами обработки данных (коррекция плоскостями, обработка фильтрами и т.д.), а также с шагом и площадью сканирования. Подтверждением достоверности полученной в ходе проведения атомно-силовой микроскопии информации является то, что данные других авторов также свидетельствуют о минимальной шероховатости дентальных имплантатов с машинной обработкой поверхности и максимальной шероховатости дентальных имплантатов с неорганическим неметаллическим покрытием [1, 6].
На основании данных лабораторного исследования предложена рабочая классификация систем винтовых дентальных имплантатов по следующим признакам (табл. 2):
· средняя глубина шероховатости,
· размер зернистости на оптическом снимке,
· рельеф поверхности на АСМ-снимке,
· толщина пористого слоя,
· наличие дополнительного (неметаллического) покрытия.
Таблица 2
Рабочая классификация винтовых дентальных имплантатов
|
Признак классифи-кации |
"BCS" (контроль) |
"НИКО" |
"ENDURE" |
"RADIX" |
"SGS" |
|
средняя глубина шерохова-тости |
низкошеро-ховатые (<50 нм) |
среднеше-роховатые (от 50 до 100 нм) |
высокоше-роховатые (от 100 до 150 нм) |
высокоше-роховатые (от 100 до 150 нм) |
сверхше-роховатые (>150 нм) |
|
размер зернистости на оптическом снимке |
оптически незернистые |
оптически ультрамел-козернистые |
оптически ультрамел-козернистые |
оптически нанокри-сталлические |
оптически крупнозер-нистые |
|
рельеф поверхности на АСМ-снимке |
с неразвитой структурой |
со слаборазвитой структурой |
со слаборазвитой структурой |
со среднераз-витой структурой |
с высокораз-витой структурой |
|
толщина пористого слоя |
непористые (<0,5 мкм) |
тонкопо-ристые (от 0,5 до 1 мкм) |
тонкопо-ристые (от 0,5 до 1 мкм) |
среднепо-ристые (от 1 до 1,5 мкм) |
высокопо-ристые (>1,5 мкм) |
|
наличие неметалли-ческого покрытия |
поверхност-но-металли-ческие |
поверхност-но-металли-ческие |
поверхност-нометалли-ческие |
поверхностно-металлические |
поверхностно-неметалли-ческие |
Таким образом, винтовые дентальные имплантаты с неорганическим бонитовым покрытием системы "SGS" являются сверхшероховатыми, оптически крупнозернистыми, с высокоразвитой структурой поверхности и высокопористыми.
Заключение
Атомно-силовая микроскопия является современной и востребованной методикой, позволяющей объективно выполнить визуальную и цифровую оценку поверхности винтовых дентальных имплантатов, оценить шероховатость их поверхности. Рабочая классификация, разработанная на основании данных атомно-силовой микроскопии, позволяет сравнить параметры макро- и микроструктуры поверхности винтовых дентальных имплантатов и выявить наиболее оптимальные из них. В проведенном исследовании система дентальных имплантатов с электрохимически осажденной кальций-фосфатной бонитовой поверхностью ("SGS") обладает наиболее развитой топографией поверхности и высокими показателями шероховатости. Это позволяет рекомендовать к использованию данную систему дентальных имплантатов в клинических ситуациях с выраженной атрофией альвеолярной части нижней челюсти или альвеолярного отростка верхней челюсти, а также в сочетании с субантральной аугментацией.