Сравнительная характеристика титанов, используемых в современных дентальных имплантатах


Бурное развитие дентальной имплантации за последние десятилетия привело к разработке различных конструкций, выпускаемых в развитых странах многими фирмами. На сегодняшний день предложено не менее 30 систем, среди которых достаточно известными являются Branemark System, Calcitek, Core-Vent, ITI, Steri-oss и ряд других. Некоторые из них в разное время были представлены на российском рынке. В нашей стране разработаны имплантаты ВНИИИМТ, МЕТТЭМ, КВС-1 (НПО «Плазма Поволжья»), «КОНМЕТ», «Контраст».
 
Проблему выбора оптимального материала для изготовления имплантатов решают на протяжении многих лет. В настоящий момент, по данным многочисленных фундаментальных и прикладных исследований, лучшим материалом для этих целей принято считать титан.
 
e8mpiwu8rbu
 
В нашей стране для производства дентальных имплантатов используют технически чистый титан марок ВТ 1−0 и ВТ 1−00 (ГОСТ 19807−91). За рубежом применяется так называемый «коммерчески чистый» титан четырех марок (Grade 1−4 ASTM, ISO) и титановый сплав Ti-6Al−4V (ASTM, ISO), являющийся аналогом отечественного сплава ВТ-6. Все эти вещества различны по химическому составу и механическим свойствам. Следовательно, можно утверждать, что проблема выбора более совершенного материала для имплантатов является актуальной.
 
Целью нашей работы явилось определение лучшего материала для изготовления дентальных имплантатов с точки зрения соотношения механических свойств и биосовместимости. Для достижения поставленной цели нами были сформулированы следующие задачи:
· определить, из каких материалов изготавливают имплантаты ведущие зарубежные фирмы;
· определить химический состав и механические свойства этих материалов;
· проанализировать данные об их биосовместимости.
 
Материалом исследования явились данные, представленные в научных статьях, методических и презентационных публикациях зарубежных компаний, стандарты ASTM, ISO, ГОСТ. Полученные результаты представляем в следующих таблицах:
 
 

Таблица 1. Материалы, используемые для производства дентальных имплантатов ведущими зарубежными фирмами

 

Торговое название имплантатов и фирм-производителей
Branemark System (Nobel Biocare), Швеция Replace (Steri-Oss Dental Care Company), США ITI (Straumann Institute), Швейцария Core-Vent (Corevent Corporation, Encio, CA), США Splin TwistTM (Sulzer Calcitek Inc.), Канада
Материал Коммерчески чистый титан Grade ATi24* Ti-6Al−4V сплав Чистый титан марки 4 (Grade 4)
Ti-6Al−4V сплав
Ti-6Al−4V сплав ASTM specification B348
* Химический состав имплантатов Branemark System в соответствии со шведским стандартом: С — 0,05%, N — 0,03%, О — 0,1%, Н — 0,012%, Fe — 0,05%, остальное — титан. Химический состав наиболее бблизок к «чистому» титану Grade 1.

 

Таблица 2. Химический состав титана по ISO 5832/II и ASTM F 67−89

 

Элемент Grade 1, % Grade 2, % Grade 3, % Grade 4, % Ti-6Al−4V, %
Азот 0,03 0,03 0,05 0,05 (0,05)
Углерод 0,1 0,1 0,1 0,1 (0,1)
Водород 0,015 0,015 0,015 0,015 (0,015)
Железо 0,2 0,3 0,3 0,5 (0,4)
Кислород 0,18 0,25 0,35 0,5 (0,4)** (0,2)
Алюминий нет нет нет нет (5,5−6,75)
Ванадий нет нет нет нет (3,5−4,5)
Титан остальное остальное остальное остальное остальное
** — Данные ISO и ASTM совпадают во многих пунктах, при их расхождении показатели ASTM приведены в скобках.
 
 

Таблица 3. Механические свойства титана по ISO 5832/II и ASTM F 67−89.

Grade 1, МПа Grade 2, МПа Grade 3, МПа Grade 4, МПа Ti-6Al−4V, МПа
Предел прочности на растяжении 240 345 450 550 (895)
Предел текучести 170 230 (275) 300 (380) 440 (483) (830)

 
 

Таблица 4. Химический состав титановых сплавов по ГОСТ 19807−91

Элемент Титановый сплав ВТ 1−0, % Титановый сплав ВТ 1−00, % Титановый сплав ВТ-6, %
Азот 0,04 0,04 0,05
Углерод 0,07 0,05 0,1
Водород 0,01 0,008 0,015
Железо 0,25 0,15 0,6
Кислород 0,2 0,1 0,2
Алюминий нет нет 5,3−6,8
Ванадий нет нет 3,5−4,5
Цирконий нет нет 0,3
Другие примеси* 0,3 0,1 0,3

 * В титане марки ВТ 1−00 допускается массовая доля алюминия не более 0,3%, в титане марки ВТ 1−0 — не более 0,7%.

 
 

Таблица 5. Механические свойства титановых сплавов по ГОСТ 19807−91

Показатели механических свойств Титановый сплав ВТ 1−0, МПа Титановый сплав ВТ 1−00, МПа Титановый сплав ВТ-6, МПа
Предел прочности на растяжение 200-400 400-500 850-1000***
Предел текучести 350 250 ***

** Данные приведены по ОСТ 1 90 173−75. *** В доступной литературе данных не обнаружено.
 
 

Обсуждение результатов

Проведенный анализ выявил, что самым прочным из рассмотренных материалов является сплав Ti-6Al−4V (отечественный аналог ВТ-6). Увеличение прочности достигается за счет введения в его состав алюминия и ванадия. Однако, данный сплав относится к биоматериалам первого поколения и, несмотря на отсутствие каких-либо клинических противопоказаний, он используется все реже. Это положение приведено в аспекте проблем эндопротезирования крупных суставов.
 
Как видно из Таблицы 1, некоторые зарубежные фирмы продолжают использовать этот сплав в производстве дентальных имплантатов. Исследования 1984 года показали, что содержащийся в нем ванадий должен вызывать опасения из-за токсического действия на биологические объекты. Это было также подтверждено комплексным исследованием в 1997 году. Кроме того, степень адгезии тканей к имплантатам из титановых сплавов несколько хуже, чем к нелегированному титану.
 
В этой же точки зрения, отечественные сплавы ВТ 1−0 и ВТ 1−00 не могут считаться оптимальными, так как существующие стандарты допускают в них содержание алюминия (Таблица 4), который хоть и не является токсичным элементом как ванадий, но приводит к образованию соединительно-тканной прослойки вокруг имплантата и значительному загрязнению тканей.
 
Положение о практическом значении токсичности ванадия и недостатках алюминия можно оспорить с той точки зрения, что результаты вышеупомянутых исследований касаются имплантатов из «чистых» металлов или сплавов с преобладанием в их составе данных металлов. Содержание же алюминия и ванадия в сплавах, используемых в производстве дентальных имплантатов, невелико (несколько процентов), а выход ионов металла из кристаллической решетки обусловлен процессом коррозии.
 
При этом, по данным фундаментальной работы Williams & Roaf, коррозионная стойкость некоторых сплавов титана под воздействием солей выше, чем у «чистого» металла. Однако, на сегодняшний день общепризнанным является положение о недопустимости содержания токсических элементов в имплантируемых материалах.
 
Таким образом, с точки зрения лучшей биологической совместимости, более перспективными представляются вещества, относящиеся к группе «чистого» титана. Необходимо отметить, что когда говорят о «чистом» титане, имеют в виду одну из четырех марок титана, допущенных для введения в ткани организма в соответствии с международными стандартами. Как видно из приведенных выше данных, они различны по химическому составу, который, собственно, и определяет биологическую совместимость и механические свойства.

Источник: medicum.ru

 

Подписаться на ежемесячную рассылку