Остеоинтеграция - Osseointegration

Остеоинтеграция (от латинского osseus « костный » и integrationre «составлять единое целое») - это прямая структурная и функциональная связь между живой костью и поверхностью несущего искусственного имплантата («несущий», как определено Альбректссоном и др. В 1981). Более позднее определение (по Шредера и др.) Определяет остеоинтеграции как «функциональный анкилоз (примыкания кости)», где новая кость , установленной непосредственно на поверхности имплантата и имплантатов проявляет механическую стабильность (т.е. устойчивость к дестабилизации путем механического перемешивания или поперечные силы ). Остеоинтеграция расширила науку о медицинских методах замены костей и суставов , а также о зубных имплантатах и улучшении протезирования людей с ампутированными конечностями .

Определения

Остеоинтеграция также определяется как «образование прямого контакта между имплантатом и костью без вмешательства в мягкие ткани».

Оссеоинтегрированные имплантат представляют собой тип имплантат определяется как «эндостальная имплантат , содержащая поры , в которые остеобласты и поддерживать соединительную ткань может мигрировать». Применительно к оральной имплантологии это относится к кости, растущей прямо до поверхности имплантата без промежуточного слоя мягких тканей. Между костью и поверхностью имплантата нет рубцовой ткани , хрящей или волокон связки . Прямой контакт кости и поверхности имплантата можно проверить под микроскопом .

Остеоинтеграцию также можно определить как:

  1. Костная интеграция, очевидное прямое прикрепление или соединение костной ткани с инертным аллопластическим материалом без вмешательства в соединительную ткань.
  2. Процесс и возникающее в результате очевидное прямое соединение поверхности эндогенного материала и костной ткани хозяина без вмешательства соединительной ткани.
  3. Граница раздела между аллопластическим материалом и костью.

История

Титановый имплантат (черный), интегрированный в кость (красный): гистологический срез

Остеоинтеграцию впервые наблюдали - хотя и не указывали в явной форме - Bothe, Beaton и Davenport в 1940 году. Bothe et al. были первыми исследователями, имплантировавшими титан животным, и отметили, что он имеет тенденцию сливаться с костью. Bothe et al. сообщили, что из-за элементарной природы титана, его прочности и твердости у него есть большой потенциал для использования в качестве материала для будущих протезов. Позже остеоинтеграция была описана Готтлибом Левенталем в 1951 году. Левенталь поместил титановые винты в бедренные кости крыс и заметил, что «через 6 недель винты стали немного более тугими, чем при первоначальной установке; через 12 недель винты было труднее удалить. ; и через 16 недель винты были настолько тугими, что в одном образце бедренная кость была сломана, когда была предпринята попытка удалить винт. Микроскопические исследования структуры кости не выявили реакции на имплантаты. Трабекуляция оказалась совершенно нормально ". Реакции, описанные Leventhal и Bothe et al. позже будет введен в термин «остеоинтеграция» Пер-Ингваром Бранемарком из Швеции. В 1952 году Бранемарк провел эксперимент, в котором он использовал титановую камеру для имплантата для изучения кровотока в кости кролика. В конце эксперимента, когда пришло время удалить титановые камеры из кости, он обнаружил, что кость настолько полностью интегрировалась с имплантатом, что удалить камеру невозможно. Бранемарк назвал это «остеоинтеграцией», и, как и Bothe et al. и Левенталь до него видели возможности для использования человеком.

В стоматологической медицине внедрение остеоинтеграции началось в середине 1960-х годов в результате работы Бранемарка. В 1965 году Бранемарк, который в то время был профессором анатомии в Гетеборгском университете , установил зубные имплантаты первому пациенту-человеку - Гёста Ларссон. У этого пациента был дефект волчьей пасти, и ему потребовались имплантаты для поддержки небного обтуратора . Гёста Ларссон умер в 2005 году, и оригинальные имплантаты все еще были на месте после 40 лет эксплуатации.

В середине 1970-х годов Brånemark заключил коммерческое партнерство со шведской оборонной компанией Bofors по производству зубных имплантатов и инструментов, необходимых для их установки. В конце концов, дочернее предприятие Bofors, Nobel Pharma, было создано, чтобы сконцентрироваться на этой линейке продуктов. Впоследствии компания Nobel Pharma стала Nobel Biocare.

Бранемарк потратил почти 30 лет на борьбу с научным сообществом за принятие остеоинтеграции как жизнеспособного метода лечения. В Швеции его часто открыто высмеивали на научных конференциях. Его университет прекратил финансирование его исследований, вынудив его открыть частную клинику, чтобы продолжить лечение пациентов. Со временем появившаяся группа молодых ученых начала замечать работу, выполняемую в Швеции. Джордж Зарб из Торонто, канадский ортопед мальтийского происхождения, сыграл важную роль в распространении концепции остеоинтеграции в мире. Конференция в Торонто 1983 года считается поворотным моментом, когда, наконец, мировое научное сообщество приняло работу Бранемарка. Сегодня остеоинтеграция - это очень предсказуемый и банальный метод лечения. Совсем недавно, с 2010 года, Аль Мудерис из Сиднея, Австралия, использовал титановый имплантат с высокой прочностью на разрыв с высокопрозрачной поверхностью, напыляемой плазмой, в качестве интрамедуллярного протеза, который вставляется в костный остаток людей с ампутированной конечностью и затем соединяется через отверстие в коже с роботизированным протезом конечности. Это позволяет инвалидам мобилизоваться с большим комфортом и с меньшим потреблением энергии. Аль Мудерис также опубликовал первую серию комбинированных остеоинтеграционных протезов с заменой суставов, которые позволили людям с ампутированными конечностями ниже колена с артритом коленного сустава или короткой остаточной костью мобилизоваться без необходимости использования ортопедических протезов.

7 декабря 2015 года двое ветеранов операции «Иракская свобода» / «Несокрушимая свобода», Брайант Джейкобс и Эд Салау, первыми в Америке получили чрескожный остеоинтегрированный протез . На первом этапе врачи больницы по делам ветеранов Солт-Лейк-Сити вставили титановую шпильку в бедренную кость каждого пациента. Примерно через шесть недель они вернулись и установили стыковочный механизм для протеза.

Механизм

Остеоинтеграция - это динамический процесс, в котором характеристики имплантата (например, макрогеометрия, свойства поверхности и т. Д.) Играют роль в модуляции молекулярного и клеточного поведения. Хотя остеоинтеграция наблюдалась с использованием различных материалов, она чаще всего используется для описания реакции костных тканей на титан или титан, покрытый производными фосфата кальция. Ранее считалось, что титановые имплантаты удерживаются в кости за счет механической стабилизации или межфазного соединения. В качестве альтернативы считалось, что имплантаты с покрытием из фосфата кальция стабилизируются посредством химического связывания. В настоящее время известно, что как имплантаты, покрытые фосфатом кальция, так и титановые имплантаты стабилизируются химически с костью либо за счет прямого контакта между атомами кальция и титана, либо за счет связывания с цементным слоем на границе раздела имплантат / кость. Хотя есть некоторые различия (например, отсутствие хондрогенных предшественников), остеоинтеграция происходит по тем же механизмам, что и заживление переломов костей.

Техника

Для остеоинтегрированных зубных имплантатов использовались металлические, керамические и полимерные материалы, в частности титан . Чтобы называть остеоинтеграцией, связь между костью и имплантатом не обязательно должна быть 100%, и суть остеоинтеграции больше зависит от стабильности фиксации, чем от степени контакта с гистологической точки зрения. Короче говоря, он представляет собой процесс, посредством которого достигается и поддерживается клинически бессимптомная жесткая фиксация аллопластических материалов в кости во время функциональной нагрузки. Время заживления и первоначальная стабильность имплантата зависят от характеристик имплантата. Например, имплантаты, использующие форму корня винта, достигают высокой начальной механической стабильности за счет воздействия их винтов на кость. После установки имплантата заживление обычно занимает несколько недель или месяцев, прежде чем имплант полностью интегрируется в окружающую кость. Первое свидетельство интеграции происходит через несколько недель, в то время как более надежная связь постепенно устанавливается в течение следующих месяцев или лет. Имплантаты, имеющие форму винтового корня, приводят к резорбции кости с последующим ремоделированием межфазной кости и ростом вокруг имплантата.

Имплантаты, использующие форму плато-корня (или имплантаты в форме корня винта с достаточно широким зазором между винтами), подвергаются другому режиму окостенения вокруг имплантата. В отличие от вышеупомянутых имплантатов в форме винтового корня, имплантаты в форме плато-корня демонстрируют образование костной ткани de novo на поверхности имплантата. Тип заживления кости, демонстрируемый имплантатами в форме плато-корня, известен как внутримембранозное заживление.

Хотя остеоинтегрированный интерфейс со временем становится устойчивым к внешним ударам, он может быть поврежден длительными неблагоприятными раздражителями и перегрузкой, что может привести к выходу имплантата из строя. В исследованиях, проведенных с использованием «мини-дентальных имплантатов», было отмечено, что отсутствие микродвижений на границе раздела кость-имплантат было необходимо для обеспечения правильной остеоинтеграции. Кроме того, было отмечено, что существует критический порог микродвижения, выше которого происходит процесс фиброзной инкапсуляции, а не остеоинтеграции.

Другие осложнения могут возникнуть даже при отсутствии внешнего воздействия. Одна из проблем - выращивание цемента . В нормальных случаях отсутствие цемента на поверхности имплантата препятствует прикреплению коллагеновых волокон. Обычно это происходит из-за отсутствия клеток-предшественников цемента в области установки имплантата. Однако, когда такие клетки присутствуют, цемент может образовываться на поверхности имплантата или вокруг нее, и к нему может прикрепляться функциональное коллагеновое соединение.

Достижения в области материаловедения: металлические пены.

С 2005 года ряд производителей ортопедических устройств представили изделия с пористой металлической конструкцией . Клинические исследования на млекопитающих показали, что пористые металлы, такие как пена титана, могут способствовать образованию сосудистых систем внутри пористой области. Для ортопедических целей часто используются такие металлы, как тантал или титан , поскольку эти металлы обладают высокой прочностью на разрыв и коррозионной стойкостью с превосходной биосовместимостью .

Процесс остеоинтеграции в металлических пеноматериалах аналогичен процессу костных трансплантатов . Пористые костеподобные свойства металлической пены способствуют обширной инфильтрации костной ткани, что способствует активности остеобластов . Кроме того, пористая структура обеспечивает адгезию мягких тканей и васкуляризацию внутри имплантата. Эти материалы в настоящее время используются при замене тазобедренного сустава , коленного сустава и при операциях по имплантации зубов .

Процедуры тестирования

Существует ряд методов, используемых для оценки уровня остеоинтеграции и последующей стабильности имплантата. Одна из широко используемых диагностических процедур - это перкуссионный анализ, при котором стоматологический инструмент постукивает по держателю имплантата. Характер возникающего в результате звонка используется как качественная мера стабильности имплантата. Встроенный имплант будет вызывать более высокий «кристальный» звук, тогда как неинтегрированный имплантат будет вызывать глухой низкий звук.

Другой метод - это испытание на обратный крутящий момент, при котором держатель имплантата откручивается. Если он не откручивается под действием обратного крутящего момента, имплантат стабилен. Если имплант вращается под давлением, это считается неисправным и удаляется. Этот метод сопряжен с риском перелома кости, который находится на полпути процесса остеоинтеграции. Это также ненадежно при определении потенциала остеоинтеграции костной области, поскольку тесты показали, что вращающийся имплантат может успешно интегрироваться.

Неинвазивным и все более широко применяемым методом диагностики является частотно-резонансный анализ (RFA). Устройство анализатора резонансной частоты вызывает колебания в небольшом металлическом стержне, временно прикрепленном к имплантату. Когда стержень вибрирует, зонд считывает его резонансную частоту и переводит ее в коэффициент стабильности имплантата (ISQ), который находится в диапазоне от 1 до 100, где 100 указывает на наивысшее состояние стабильности. Значения в диапазоне от 57 до 82 обычно считаются стабильными, хотя каждый случай следует рассматривать независимо.

Остео-восприятие

Одной из особенностей остеоинтегрированных протезов является то, что механические воздействия на протез (например, прикосновение) передаются через кость в виде вибраций. Это «остеовосприятие» означает, что пользователь протеза вновь обретает более точное представление о том, как протез взаимодействует с окружающим миром. Пользователи протезов нижних конечностей с костной фиксацией сообщают, например, что они могут определить тип почвы, по которой они ходят, благодаря остововосприятию.

Недавние исследования пользователей протезов верхних и нижних конечностей с костной фиксацией показали, что это остеовосприятие опосредуется не только механорецепторами, но и слуховыми рецепторами . Это означает, что пользователи не только ощущают механические воздействия на устройство, но и слышат движения своего протеза. Это совместное механическое и слуховое сенсорное восприятие, вероятно, отвечает за улучшенное восприятие окружающей среды пользователями остеоинтегрированных протезов по сравнению с традиционными устройствами, подвешенными в гнездах. Однако неясно, в какой степени эта неявная сенсорная обратная связь действительно влияет на пользователей протезов в повседневной жизни.

Приложения

Смотрите также

Примечания и ссылки

дальнейшее чтение

  • Зарб Г.А., Шмитт А. (июль 1990 г.). «Продольная клиническая эффективность остеоинтегрированных зубных имплантатов: исследование в Торонто. Часть II: результаты протезирования». Журнал ортопедической стоматологии . 64 (1): 53–61. DOI : 10.1016 / 0022-3913 (90) 90153-4 . PMID  2200880 .
  • Апсида П., Зарб Г.А., Шмитт А., Льюис Д.В. (1991). «Продольная эффективность остеоинтегрированных зубных имплантатов. Исследование в Торонто: реакция слизистой оболочки вокруг имплантата». Международный журнал пародонтологии и восстановительной стоматологии . 11 (2): 94–111. PMID  1718917 .
  • Чайтор Д.В., Зарб Г.А., Шмитт А., Льюис Д.В. (1991). «Продольная эффективность остеоинтегрированных зубных имплантатов. Исследование в Торонто: изменения уровня кости». Международный журнал пародонтологии и восстановительной стоматологии . 11 (2): 112–25. PMID  1938184 .
  • Барбер А.Дж., Баттерворт С.Дж., Роджерс С.Н. (январь 2010 г.). «Систематический обзор первичных остеоинтегрированных зубных имплантатов в онкологии головы и шеи». Британский журнал оральной и челюстно-лицевой хирургии . 49 (1): 29–36. DOI : 10.1016 / j.bjoms.2009.12.007 . PMID  20079957 .
  • Hultin M, Gustafsson A, Klinge B (февраль 2000 г.). «Долгосрочная оценка остеоинтегрированных зубных имплантатов в лечении пациентов с частичной адентией». Журнал клинической пародонтологии . 27 (2): 128–33. DOI : 10.1034 / j.1600-051x.2000.027002128.x . PMID  10703659 .
  • Оливе, Жорди; Апарисио, Карлос (1990). «Имплант периотест как показатель стабильности остеоинтегрированного орального имплантата». Международный журнал оральных и челюстно-лицевых имплантатов . 5 (4): 390–400.
  • Холмгрен Е.П., Секингер Р.Дж., Килгрен Л.М., Мант Ф. (1998). «Оценка параметров остеоинтегрированных дентальных имплантатов с использованием анализа конечных элементов - двухмерное сравнительное исследование, изучающее влияние диаметра имплантата, формы имплантата и направления нагрузки». Журнал оральной имплантологии . 24 (2): 80–8. DOI : 10,1563 / 1548-1336 (1998) 024 <0080: EPOODI> 2.3.CO; 2 . PMID  9835834 .

внешние ссылки