Биосовместимые материалы

Согласно определению W. Wagner (1991) биосовместимые материалы – это материалы, имеющие небиологическое происхождение и применяемые в медицине для достижения взаимодействия с биологической системой.Биосовместимым с костной тканью может считаться материал, который в достаточной степени инертен относительно остеоиндукции и активен относительно остеокондукции.Объяснить это положение можно следующим образом. Остеоиндуктивными свойствами обладают только специфические белки – остеоиндукторы. Поэтому подобные свойства присущи только биологическим материалам и препаратам, содержащим эти белки и специфические факторы роста. Небиологические материалы не могут вызвать экспрессию генов, отвечающих за митоз и дифференциацию остеогенных клеток в остеобласты, и, следовательно, любая активность этих материалов по отношению к геному стволовых мезенхимальных клеток, скорее всего, будет оказывать неадекватное или негативное воздействие на процесс остеоиндукции. Исходя из вышесказанного, материал имплантата, с одной стороны, не должен воздействовать на геном клеток организма, ингибировать белки-остеоиндукторы, угнетать митоз остеогенных клеток, а в дальнейшем деятельность остеобластов и остеоцитов. С другой стороны, поверхность материала должна обеспечивать адсорбцию белков и адгезию клеток, органического и минерального компонентов костного матрикса, а также его физико-химическую связь с поверхностью имплантата. С точки зрения активности по отношению к остеокондукции и взаимодействию с костным матриксом V. Strunz (1984) и J. Osborn (1985) разделили биосовместимые материалы на биоактивные, биоинертные и биотолерантные. Биоактивные небиологические материалы – это материалы, которые включаются в ионный обмен и метаболизм костного матрикса и частично или полностью замещаются костной тканью в процессе её регенерации. Характерной особенностью этих материалов является полная либо частичная их деградация (рассасывание) со временем и замещение нормальной костной тканью. Биоактивными материалами являются кальций-фосфатные соединения, сульфат кальция, биостекло и материалы на основе некоторых высокомолекулярных полимеров. Кальций-фосфатные материалы (трикальцийфосфат и гидроксиапатит) получают не только из биологического сырья, но и методами химического осаждения, синтеза или спекания. Являясь аналогом главного компонента минеральной основы кости, гидроксиапатит обладает выраженными остеокондуктивными свойствами, обеспечивает адгезию белков и клеток костной ткани, активно включается в ионный обмен и метаболизм костного матрикса, поддерживает ионные и ковалентные связи с минералами кости. Создавая оптимальные условия для остеокондукции, гидроксиапатит в то же время подвергается остеокластической резорбции, растворяется в жидкой среде и рассасывается в течение 6-10 месяцев. Причём его резорбция в губчатом слое кости происходит быстрее, чем в компактном. В клинической практике применяется и нерассасывающийся гидроксиапатит, который представляет собой композиционный гидроксиапатитно-керамический материал в виде блоков или крупных гранул, полученных при спекании. Этот материал подвергается частичной резорбции, причём отдельные гранулы или фрагменты блоков, инкорпорированные вновь образованной костью, могут сохраняться на протяжении 3–5 лет. Трикальцийфосфат не является аналогом аморфных кальций-фосфатных соединений минеральной части костного матрикса. Вместе с тем этот материал метаболически достаточно активен. In vivo большая его часть трансформируется в гидроксиапатит, а оставшаяся часть растворяется.Сульфат кальция, или «парижский пластырь», – один из первых биосовместимых остеопластических материалов. Впервые был использован Dreesman в 1892 г. для заполнения костных дефектов. Этот материал обладает остеокондуктивными свойствами, хорошо переносится тканями, резорбируется в течение месяца, при этом происходит его замещение костной тканью. Сульфат кальция широко используется в оториноларингологии, ортопедии и травматологии [Coetzee A., 1980]. Может применяться при операции синус-лифт, а также хирургическом лечении заболеваний пародонта в качестве остеопластического материала. Стекло – неорганический твердый материал, состоящий из трёх основных химических соединений: SiO₂, CaCO₃ и Na₂CO₃. К биосовместимым относятся стёкла, в состав которых входят: SiO₃ или SiO₂ (30–45 %), Р₂О₅ или Р₂О₂ (6 %), СаО (15–25 %) и Na₂O (около 25 %). Разновидностью биосовместимого стекла являются некоторые виды ситаллов. С физической точки зрения ситалл – это закристаллизованное стекло. Биосовместимые ситаллы имеют схожий химический состав со стеклом, но кроме SiO₃, P₂O₅, СаО и Na₂O могут содержать ещё ряд соединений: MgO, А1₂О₃, Та₂О₅ и др. Биологическая активность биосовместимых стёкол и ситаллов проявляется за счёт химической деградации (растворимости) в жидких биологических средах поверхности этих материалов. В результате на поверхность выходят ионы кальция и соединения фосфора, способствующие образованию на поверхности материала кристаллов апатитов, которые формируют центры минерализации остеоида и обеспечивают физико-химическую связь матрикса кости с поверхностью материала. Биоактивные полимеры молочной и лимонной кислот применяются в качестве рассасывающихся барьерных мембран. К подобным полимерам также относятся композиционные материалы на основе высокомолекулярного полиэтилена с минеральными наполнителями – гидроксиапатитом или гидроксидом кальция, применяемые для остеопластики дефектов и наращивания костной ткани.

Биоинертные материалы К этой группе относятся материалы, поверхность которых может обеспечить физико-химическую связь с костным матриксом, но при этом практически не включающиеся в метаболизм костной ткани и не подвергающиеся деградации на протяжении всего периода взаимодействия с окружающими тканями.Биоинертные материалы или их поверхность являются простейшей по химическому составу керамикой, имеющей обычные ионные связи. Основу её составляют оксиды, представляющие собой химическое соединение металла и кислорода.Наиболее известной керамикой из группы биоинертных материалов является алюмооксидная (АI₂О₃).Внутрикостные имлантаты, изготавливаемые из оксида алюминия, имеют поли– и монокристаллическую структуру. Алюмооксидная керамика с поликристаллической структурой имеет белый цвет; моно-кристаллическая прозрачна, по химическому составу и структуре идентична сапфир.Алюмооксидная керамика имеет выраженный отрицательный заряд поверхности за счёт радикалов ионов О², что связывает молекулы эндогенных протеинов и может обеспечить физико-химическую связь костного матрикса с поверхностью материала. К биоинертным металлам относятся титан и некоторые его сплавы, а также цирконий. Титан – легкий, прочный металл, обладающий высокой устойчивостью к коррозии. Титан имеет небольшой коэффициент теплопроводности и немагнитен. Широко распространён в природе и составляет 0,44 % массы земной коры. Титан содержится практически во всех камнях, песке, глине и других грунтах, а также в воде и метеоритах. В незначительных количествах он находится во всех живых организмах и растениях. Химическое соединение в виде оксида титана было открыто в 1791 г. английским геологом W. Georg, а в 1795 г. немецкий химик М.Н. Klatproth выделил титан как химический элемент. Спустя 100 лет титан стал доступен для промышленной разработки. В 1910 г. инженер-металлург М. Hunter выделил из минералов ильменита и рутила тетрахлорид титана. В 1950 г. благодаря лабораторным магниетермическим процессам был получен технически чистый титан, который содержит около 99,95 % титана, а в качестве основных примесей кислород, азот и железо в минимальных количествах. Содержание некоторых других элементов (кальций, алюминий, водород, молибден и др.) в химически чистом титане составляет не более тысячных процента. На воздухе за счет адсорбции атомов кислорода на поверхности титана спонтанно образуется оксидная пленка. В результате поверхность титана с химической точки зрения превращается в стойкое керамическое соединение. Оксидный слой на поверхности титана определяет также его умеренно выраженные остеокондуктивные свойства. Многочисленные исследования показали, что на нем происходит адгезия и связывание белков, а также ионов кальция и фосфора.Таким образом, оксидная пленка является базой для формирования остеокондуктивной матрицы, на которой может осуществляться митоз остеогенных клеток и последующая жизнедеятельность остеобластов и остеоцитов. В хирургии титан широко используется с 1952 г., хорошо изучен и является основным материалом для производства различных имплантатов. Материал для внутрикостного имплантата может считаться биосовместимым, если на его поверхности происходит формирование кост-ной ткани и создаётся интерфейс, способный к адекватному распределению функциональной нагрузки на окружающие имплантат ткани. Исходя из этого определения, материал, пригодный для изготовления внутрикостных имплантатов, должен обладать определёнными физико-химическими, биологическими, биохимическими и биомеханическими свойствам.

45) Выделяют следующие основные группы материалов для оттисков:
- твердеющие
- термопластические
- эластичные

Твердеющие оттискные материалы.
К твердеющим оттискным материалам относят гипс и цинкоксидэвгенольные пасты.

Гипс
Химическая природа зуботехнического гипса - полуводный сульфат кальция. Для повышения прочности в состав природного гипса вводят синтетические добавки.Гипс довольно широко применялся для получения оттисков при изготовлении штамповано - паяных конструкций, съемных протезов. В свое время, он был материалом выбора, так как обладает высокой точностью воспроизведения деталей протезного ложа, регулируемой вязкостью, размерной стабильностью. Благодаря мукостатичности гипсовой смеси, его очень широко применяли для снятия оттисков с беззубых челюстей. Однако снимать гипсом оттиск с зубного ряда крайне затруднительно. Гипс в фазе окончательного затвердевания – абсолютно не пластичный материал. Малейшее поднутрение в полости рта затрудняет выведение оттиска, ведет к отлому его элементов. Процедура получения такого оттиска неприятна для пациента. В настоящее время гипс практически не применяется для снятия оттисков. Область его применения сместилась в зуботехническую лабораторию. Зуботехнический гипс получают из природного путем его обезвоживания при обжиге.

Выделяют пять классов гипса в зависимости от степени твердости в соответствии с международным стандартом ISO:

1 степень твердости – мягкий
2 степень твердости – средний
3 степень твердости – твердый
4 степень твердости – повышенной твердости
5 степень твердости – сверхтвердый.
1-2 классы применяются в стоматологии в качестве вспомогательных материалов для получения оттисков, загипсовки моделей в окклюдатор и артикулятор и других технических целей;
3 класс – при изготовлении диагностических моделей, рабочих моделей для съемного протезирования;
4-5 классы – для получения разборных и сверхпрочных моделей при изготовлении несъемных и сочетанных конструкций.