CC BY
92
$ БИОМЕДИЦИНА • № 6 2007, с. 81-88
РЕЛЕВАНТНОЕ И АЛЬТЕРНАТИВНОЕ БИОМОДЕЛИРОВАНИЕ
Использование мини-свиней в экспериментальной дентальной имплантологии
Ж.А. Ашуев, А.А. Кулаков, Г.Д. Капанадзе
Центральный НИИстоматологии Росздрава, Москва Научный центр биомедицинских технологий, РАМН, Москва
На лабораторных мини-свиньях была проведена экспериментально-морфологическая работа для установления наиболее оптимальных сроков функциональных нагрузок при внутрико-стной имплантации (1; 3; 6,5 месяцев). Морфологически в динамике от 1 до 6,5 месяцев наблюдали, как вокруг имплантата формируется соединительнотканная капсула, которая быстро созревает, уплотняется и истончается за счёт репаративного остеогенеза. Наблюдалось нарастание костной массы на поверхности имплантата. Преобладание соединительных или опорных структур в зоне «имплантат-костная ткань» зависело от анатомо-топографических условий в полости рта и от достижения первичной стабилизации.
Ключевые слова: непосредственная имплантация, биомодель, остеоинтеграция, фи-броостеоинтеграция, непосредственные нагрузки.
Развитие стоматологии постепенно превращает имплантацию в обычное традиционное лечение. Мировоззрение людей меняется, и они хотят в кратчайшие сроки получить лечебный и эстетический эффект, необходимый для комфортной жизни.
По данным литературы, предпочтение отдают двухэтапной методике имплантации, при которой после удаления зубов необходимо выдержать период 4-6 месяцев, чтобы на следующем этапе провести операцию внутрикостной имплантации [9, 11, 10]. По ряду причин это не всегда удовлетворяет пациентов. Минимизировать сроки восстановления жевательной функции можно, только начав ортопедическое лечение в более ранние сроки. После удаления зуба кость, ранее имевшая нагрузку, постепенно атрофируется, не получая полно -ценной нагрузки и питания.
Для достижения оптимальных морфологических и функциональных условий в системе имплантат-кость, в первую очередь нужно добиться первичной стабилизации, далее — продолжительного сохранения этой стабилизации; важно ещё и состояние слизистой оболочки по пери-
ферии шейки имплантата, которая изучается клиническими методами [13].
В экспериментальных исследованиях [7] сравнивали воздействие на челюстную кость одномоментной и отсроченной имплантации и не обнаружили различия в строении костной ткани. По мнению авторов, немедленная умеренная функциональная нагрузка ускоряет костные регенерационные процессы. Кроме того, в лунке имплантат может быть позиционирован как удаленный зуб, что облегчает изготовление конечной ортопедической конструкции и позволяет избежать использования угловых супраструктур или телескопической фиксации. Использование техники одномоментной имплантации сокращает сроки всего лечения и периода, когда пациент пользуется или не пользуется временными протезами [8, 6, 12].
Раннее восстановление дефектов зубного ряда имеет не только теоретическое, но и практическое значение, и поэтому при использовании метода непосредственной имплантации одной из основных задач является определение безопасного уровня нагрузки [3, 13].
Для проведения экспериментальных исследований в большинстве лабораторий мира в настоящее время используют в основном мини-свиней в качестве биологических моделей, поскольку их зубочелюстная система наиболее близка к таковой у человека. Кроме того, реакции мини-свиней на действие химических веществ или физических факторов во многом подобны эффектам, наблюдающимся у человека [2], что связано с общностью характеристик метаболических процессов.
Однако в настоящее время недостаточно экспериментальных данных по изучению динамики процессов остеогенеза в различные сроки наблюдения при непосредственной имплантации, а также для анализа эффективности различных методик проведения непосредственной имплантации и влияния геометрии имплантата на процесс остеоинтеграции в более ранние сроки протезирования.
Основной целью нашей работы явилась разработка методики непосредственной имплантации, обоснование показаний и противопоказаний к операции, определение оптимальных сроков нагрузки при непосредственной имплантации и выбор конструкции имплантата, исследование процесса остеоинтеграции в разные сроки.
Материалы и методы
Анатомическое строение альвеолярных отростков челюстей мини-свиньи позволяло установку внутрикостных имплантатов длиной 12 мм, и диаметром цилиндрической части 3,5 и 4,5 в зависимости от толщины гребня. В большинстве случаев при установке имплантатов добивались хорошей первичной стабилизации. После инсталляции имплантата непосредственно в полости рта, изготавливали временные коронки из отечественной пластмассы «Акродент».
После завершения операции, животным, содержавшимся в специальных клетках по одному, корма предоставлялись в измельченном запаренном (вареном) виде. В послеоперационном периоде мини-свиньи получали терапию: внутримышечно линкомицин 10% — 4 мл 1 раз в день в течение 7 дней, чтобы исключить инфекционные осложнения.
В запланированный срок — через 1, 3 и 6,5 месяцев после операции мини-свиней (7 животных) выводили из эксперимента 1месяц (2 животных), 3 месяца (3 животных) и 6,5 месяцев (2 животных). Выпиливали зубочелюстные блоки вместе с имплантатом. Проводили макроскопическое изучение, после чего материал фиксировался в 10 % нейтральном формалине и подвергался декальцинации в 10 % растворе трилона Б в течение 4 месяцев. После этого из декальцинированной кости вывинчивали винтообразный имплантат, разделяли блоки на отдельные лунки с окружающей костной тканью альвеолярного отростка нижней и верхней челюсти мини-свиньи. Всего морфологически изучено 21 образца имплантационного костного ложа от 7 мини-свиней: 5 образцов в срок 1 месяц, 9 образцов в срок 3 месяца и 7 образцов в срок 6,5 месяцев.
Образцы тканей после проводки по восходящим спиртам заливали в парафин и готовили как поперечные, так и сагиттальные (продольные) срезы толщиной 68 мк. для изучения архитектоники формирующейся вокруг имплантата капсулы. Срезы окрашивались гематоксилином и эозином, пикрофуксином по Ван-Гизону, часть срезов окрашивались толуидино-вым синим для выявления кислых глико-заминогликанов (ГАГ).
Перед операцией внутрикостной имплантации проводилась премедикация (за 30 мин. до наркоза внутримышечно диазепам 4 мл, внутримышечно пипольфен 8 мл, за 10 мин до наркоза атропин 2 мл).
Наркоз: 5% раствор тиопентал-натрия в физрастворе внутривенно 10 мл (0,5 г). Глубина наркоза корректируется внутривенным введением 5% раствора тиопен-тал-натрия в физ растворе. Общий расход тиопентал-натрия: 1,5 г/гол.
Выход из наркоза: кальция хлорид 10% — 4 мл внутривенно, сульфокамфокаин — 2 мл подкожно.
Под 5% тиопенталовым наркозом удалялись премоляры на верхней и нижней челюсти у мини-свиньи (благоприятная зона для установки имплантатов) и непосредственно с помощью специальных боров формировали ложе в ячейках
удаленных зубов для установки имплантатов. Всего было установлено 34 имплантатов, В эксперименте использовали отечественную имплантационную систему «Биомал».
Результаты
В ходе экспериментов наблюдались случаи отторжения имплантатов, что, вероятно, связано с плохими анатомо-топо-графические условиями в операционной зоне, из-за недостаточной первичной стабилизации (см. таб.).
Таблица
Доля отторгнутых и интегрированных имплантатов
№ Срок наблюде- ния Количество установ- ленных имплан- татов Размеры имплантатов Количество интегри- рованных имплан- татов Доля интегриров анных имплантатов, %
3,5х12 4,5х12
Свинья 1 1 мес 6 6 - 3 50
Свинья 2 1 мес 4 4 - 2 50
Свинья 3 3 мес 6 4 2 4 66,7
Свинья 4 3 мес 6 6 3 50
Свинья 5 3 мес 4 3 1 2 50
Свинья 6 6,5 мес 4 - 4 4 100
Свинья 7 6,5 мес 4 2 2 3 75
Итого - 34 24 9 21 61,8
Морфологическое исследование показало, что через один месяц после операции вокруг имплантатов наблюдалось формирование зрелой соединительнотканной капсулы, рельеф которой повторял винтовую нарезку имплантата. Лимфо-макрофа-гальная инфильтрация капсулы была слабой и имела очаговый периваскулярный характер. Уже в этот ранний период соединительная ткань капсулы имела зрелый фиброзный характер, состоящей из плотных пучков коллагеновых волокон и фибробла-стов (рис. 1).Только в части наблюдений на небольших участках ещё сохранялась относительно незрелая соединительная ткань и более выраженная воспалительная инфильтрация, свидетельствующая о пролонгации воспалительного процесса.
ла интимно соединена с соединительной тканью капсулы, причем на границе местами были видны небольшие скопления макрофагов. Однако гигантские клетки инородных тел встречаются крайне редко. Такая тканевая реакция свидетельствует о биоинертности использованных нами титановых имплантатов с «сапфировым» покрытием. Слизистая оболочка десны незначительно изменена только в непосредственной близости от имплантата: там встречаются участки очаговой периваскулярной воспалительной инфильтрации в подэпите-лиальном слое, гиперплазия и акантоз эпителия, умеренная дистрофия слоя шиповидных клеток и небольшая десквамация поверхностных кератиноцитов. При небольшом отдалении от края альвеолярной лунки эти изменения исчезают.
Рис 1. 1 месяц после операции. Соединительная - тканная капсула, состоящая из зрелой фиброзной ткани. Коллагеновые волокна и веретеновидные фибробласты вблизи внутренней поверхности расположены циркулярно, а в глубине косо и продольно. Плотные пучки коллагена отсутствуют, отмечается периваскулярный лимфомакрофагальный и плазмоклеточные инфильтраты (только в глубоких слоях капсулы).
В области пришеечной части имплантата по ходу его стержня происходило врастание тонкого эпителиального пласта из эпителия десны, что вело к образованию неглубокого физиологического кармана (рис. 2). Большая часть поверхности имплантата бы-
Рис 2. 1 месяц после операции.
Плотная фиброзная капсула в верхней части альвеолярной лунки вблизи шейки имплантата, выстланная тонким эпителиальным пластом. Ткань капсулы зрелая, но видны очаговые лимфо-макрофагальные инфильтраты с примесью плазматических клеток. Окраска гематоксилином и эозином, увеличение Х 200.
Важнейшим процессом на этот срок является активный репаративный неоостеогенез в кости альвеолярного отростка, что является реакцией на внедрение имплантата в зубную лунку. Одновременно с пазушным остеокластическим рассасыванием и дистрофическими изменениями
остеоцитов края материнской кости идет активное новообразование костных балок разной степени зрелости: остеоидных, грубоволокнистых, сетчатых, минерализованных и компактизирующихся (рис.3).
Рис 3. 1 месяц после операции. Формирование фиброзной капсулы вокруг имплантата. Разнонаправленные пучки коллагена в капсуле с преобладанием циркулярной ориентации. В глубоких слоях формирование новообразованных костных балок с фиброзной тканью между ними. Окраска гематоксилином и эозином, увеличение Х 100.
В глубоких отделах лунки новообразованная костная ткань замещает соединительную ткань капсулы, что приводит к сужению последней (рис.4).
Рис 4. 1 месяц после операции.
Тонкая фиброзная капсула отделяет имплантат от новообразованной губчатой кости. Слева видны линии склеивания, справа новообразованная трабекула. Окраска гематоксилином и эозином, увеличение Х 400.
Через 3 месяца после операции происходит дальнейшее созревание, уплотнение и истончение фиброзной капсулы вокруг имплантата. Она шире в выступах (зубцах), соответствующих углублениям винтового имплантата (рис.5).
Рис 5. 3 месяца после операции. Соединительно-тканная капсула вокруг имплантата. Отмечается неровная внутренная линия с зубцами, соответствующими винтообразной нарезке имплантата. Внутренний слой капсулы состоит из плотной фиброзной ткани, коллагеновые пучки имеют продольную и циркулярную направленность, воспалительная инфильтрация минимальна. Клетки в основном -фибробласты. На внутренней поверхности немногочисленные макрофаги.
Окраска гиматоксилином и эозином, увеличение Х 200.
Характерно, что пучки коллагеновых волокон фиброзной капсулы имеют разнонаправленную ориентацию в различных слоях: циркулярную, продольную и косонаправленную (рис.6).
По-видимому, у свиньи, которая, как и человек (в отличие от собаки) перетирает пищу зубами, такое строение капсулы не только фиксирует имплантат, но и способствует равномерному распределению механической нагрузки при жевании. Следует отметить, что в нижней челюсти мини-свиньи разнонаправленность коллагеновых пучков капсулы выражена более четко, чем в верхней челюсти.
Рис 6. 3 месяцев после операции. Плотная фиброзная капсула вокруг имплантата. Различная направленност коллагеновых пучков.
Воспалительная инфильтрация отсутствует.
Окраска гематоксилином и эозином, увеличение Х 200.
Истончение капсулы связано с продолжением остеогенеза и наращиванием костной массы в стенке альвеолярной лунки. Незрелых костных балок становится значительно меньше. Капсула в основном граничит либо со зрелой губчатой костью (чаще в верхнем отделе лунки), либо с компактизированной костной тканью остеонной структуры (рис.7).
Рис 7. 3 месяца после операции. Тонкая фиброзная капсула между имплантатом и костной тканью альвеолярного отростка. Костная ткань - зрелая компактная, остеонная, но с четкими линиями склеивания. Окраска гематоксилином и эозином, увеличение Х 200.
Многочисленные линии склеивания свидетельствуют о постепенном напластовании при новообразовании костной ткани. Местами продолжается перестройка костной ткани с остеокластической резорбцией костных балок, новообразованием других балок и переходом в губчатую или компактную кость.
Через 6,5 месяцев после операции значительных изменений по сравнению с трёхмесячным сроком уже не происходит, так как перестройка костной ткани альвеолярного отростка и формирование капсулы вокруг имплантата в основном заканчивается. Костная стенка лунки в большей степени компактизируется, хотя местами остается губчатая кость (рис.8). Костная ткань появляется также в зубцах, соответствующих углублениям в имплантате. Местами процесс расширения костной ткани за счет новообразования костных балок продолжается, но значительно меньше, чем в трёхмесячный срок. Фиброзная капсула еще больше истончается, но полностью не исчезает. Воспалительная инфильтрация в капсуле и слизистой оболочке десны уменьшается или исчезает.
Рис 8. 6,5 месяцев после операции. Тонкая фиброзная капсула состоит из правильно организованных коллагеновых волокон. Капсула вплотную прилежит к компактизированной зрелой кости, в которой четко видны линии склеивания. Окраска гематоксилином и эозином, увеличение Х 200.
Обсуждение результатов
Результаты, полученные при экспериментальном исследовании, показали, что мини-свиньи являются адекватной (физиологической) биомоделью при изучении процессов капсулообразований и реакции мягких и твердых тканей при установке имплантата. Морфологически в динамике от 1 до 6,5 мес. показано, что вокруг имплантата формируется соединительнотканная капсула, которая быстро созревает, уплотняется и истончается за счет ре-поративного остеогенеза в стенках альвеолярной лунки и нарастания там костной массы. Фиброзная капсула содержит разнонаправленные пучки коллагеновых волокон и по своей архитектоники близка к пародонтальной связке естественного зуба. Это усиливает фиксацию имплантата и способствует равномерному распределению нагрузки на костную ткань. Таким образом, благодаря ранней физиологической нагрузке быстро происходит остео-фиброинтеграция и остеоинтеграция имплантата. Преобладание фиброзных или костных структур в зоне контакта зависит также от достижения первичной стабилизации, конструкции и геометрии имплантата, качества его поверхности и, особенно, оптимальной ранней нагрузки на имплантаты. Кроме того, быстрое снижение и исчезновение воспалительных и дистрофических изменений в слизистой оболочке десны и в капсуле имплантата свидетельствует о высокой биоинертности титанового имплантата, покрытого искусственным сапфиром.
Следует согласиться с АЪгеквоп [4], что достичь истинной остеоинтеграции невозможно, особенно, когда на имплантат действуют сгибающие латеральные силы, противоречащие законам биомеханики. А создание устойчивой ортопедической конструкции в соответствии с законом биомеханики у человека, с его жевательными
особенностями, так чтобы на имплантант действовали жевательные силы только в одном вертикальном направлении, невозможно. Наличие тонкой соединительнотканной капсулы, по-видимому, является благоприятным фактором, способствующим смягчению механического стресса во время функциональной нагрузки. К тому же формирование разнонаправленных коллагеновых пучков в капсуле (как и в паро-донтальной связке) способствует равномерному распределению нагрузки при жевании. Под влиянием ранней нагрузки происходит растяжения и сжатие коллагеновых волокон, имплантат быстрее адаптируется в лунке, физиологическое механическое давление ускоряет перестройку и утолщение костной ткани альвеолярного отростка, происходит процесс остеофиброинтегра-ции, который в связи с тонкостью фиброзной капсулы близок к остеоинтеграции.
Исходя из результатов нашего экспериментального исследования, а также данных зарубежной литературы, можно с большей уверенностью утверждать об эффективности непосредственной имплантации и более ранних нагрузках на них.
Резюмируя вышеизложенное, можно сказать, что непосредственная имплантация с ранней функциональной нагрузкой являются технически несложными операциями и при соблюдении определенных показаний и противопоказаний необходимо рекомендовать этот метод лечения для скорейшей реабилитации пациентов, что весьма актуально в настоящее мобильное время.
ЛИТЕРАТУРА
1. Балуда И.В. Состояние тканей протезного ложа у больных с концевыми дефектами зубных рядов при лечении с использованием имплантатов. — Автореф. дис. ... канд. мед. наук. — М., 22 с. 1990.
2. Каркищенко Н.Н. Основы биомоделирования. — М.: Изд-во ВПК, 2004.
3. Параскевич В.Л. Дентальная имплантология. Основы теории и практики: Науч.-практ. пособие. — Минск, с. 240-275, 2002.
4. Albrektsson T, Jacobsson M. Bone-metal interface in osseointegration. // J Prosthet Dent;57:597-6O7,1987.
5. Babbush C.A. Guidlines for extraction immediate implant placement. // Newsletter. February.1998.
6. Banat O. Daftary F. Surgical reconstruction. A prereguisite for longterm implant success. A philosophic approach. // Prast. Periodontics Aesthet. Dent. Vol. 9. P. 21.1995.
7. Barzilay I., Graser G.N., Iranpour B. et al. Imediate implantation of pure titanium implants into extraction sockets of Macaca fascicularis. Part I : Clinical and radiographic assessment. // Int-J-Oral-Maxillofacial-Implants. May-Jun;11(3): 299-310, 1996.
8. Blosck M.S., Kent J.N. Endosseous implants for maxillofacial reconstruction. — Philo-delphia, 1995.
9. Branemark P.L. Introduction to osseointegration. // In: Branemark P-l, Zarb GA, Albrektsson T (eds). Tissue-Integrated Prostheses: Osseointegration in Clinical Dentistry. Chicago: Quintessence. 11-76,1985.
10. Hahn J. Лекции по оральной имплантологии. // Инфодент, №1. С. 7-9. 1999.
11. Linkov L.I., Wertman J. Keemtry implants and their procedures // J. Oral implantol. Vol.12, No. 4. P. 590- 626. 1986.
12. Saadoun A. P., Le Gall M. Implant positioning for periodontal functional and aesthetic results // Prast. Periodontics Aesthet. Dent. Vol. 7. P. 43.
13. Weiss Ch. Chort-and long-term bone maintenance surrounding fibro-osteal and osteal integrated dental implants // J. Oral Implantol. Vol. 16, No.1. 1990.
USING OF MINIPIGS IN EXPERIMENTAL DENTAL IMPLANTOLOGY G.A.Ashuev, A.A.Kulakov, G.J. Kapanadze
Central scientific Research Stomatology Institute of Roszdrav, Moscow The Reseach Center for Biomedical Technologies of RAMS, Moscow
Key word: direct implantation, model, osteointegration, fibreosteointegration, direct loads.
The experimental work have been done on big biomodels (laboratory minipigs) for establishing of optimal timing (1, 3 and 6,5 months) for functional loads in intraosseons implantation. It was shown in morphological dynamic studies in the period from 1 to 6,5 months connective tissue capsule was formed around implant which is maturing quickly, packing and thinning by reparation osteogenesis. The osseous mass growing is noted on implant surface and alveolar process thickening in the implantation zone under alveolar process the influence early functional loads.
