Металлы с памятью формы в имплантологии
Обновлено: 27.04.2024
Изобретение относится к медицине, а именно к хирургической стоматологии, и предназначено для использования в качестве опоры протеза у пациентов с дефектами зубного ряда, в том числе для непосредственной имплантации. Внутрикостный имплантат с памятью формы для установки в лунку многокорневого зуба или в соседние лунки однокорневых зубов верхней или нижней челюсти состоит из опорной головки в форме усеченного конуса с бороздками и внутрикостной части. Внутрикостная часть выполнена в виде S-образной ленты, контуры внутрикостной части в горизонтальной плоскости имеют форму буквы Н с закругленными сторонами, с активными элементами в верхней и нижней половине внутрикостной части, слева и справа от вертикальной оси имплантата. Изобретение позволяет повысить первичную стабильность и устойчивость конструкции к жевательным нагрузкам, адаптации имплантата к анатомо-топографическим особенностям лунки зуба. 6 ил.
Изобретение относится к медицине, а именно к хирургической стоматологии, и предназначено для использования в качестве опоры протеза, возмещающего отсутствие 1-2 зубов верхней и нижней челюсти, в том числе для непосредственной имплантации.
При уменьшении объема альвеолярного отростка вследствие атрофии, в том числе уменьшение толщины альвеолярного гребня, снижается возможность применения внутрикостной имплантации цилиндрическими и винтовыми конструкциями. Доказана эффективность использования пластиночных имплантатов для протезирования зубных рядов. Однако фиксация пластиночных конструкций в костном ложе недостаточная, что требует длительного (4-6 месяцев) погружного периода для полной остеоинтеграции перед протезированием.
Преимуществом имплантатов из никелида титана является высокая первичная стабильность, обеспечивающаяся срабатыванием эффекта термомеханической памяти формы с фиксацией активных элементов в костной ткани. Вторым качеством являются упруго-механические свойства нитинола, близкие к таковым костной ткани, что делает возможным включение в протез наряду с имплантатами естественных зубов.
Известен челюстной имплантат (Патент на полезную модель РФ №48754, МПК 7 А61С 8/00, опубл. 10.11.2005), выполненный из металла с термомеханической памятью в виде стержня, состоящий из опорной головки, шейки и внутрикостной части эллипсовидной формы с двумя фиксирующими элементами в виде лепестков, поверхность каждого лепестка снабжена поперечными выступами. Имплантат предназначен для установки в узкий альвеолярный гребень. Перед установкой имплантат охлаждается, например, хлорэтилом, и активные элементы приводятся до угла 0° между собой. Имплантат вводится в подготовленное костное ложе, в костной ткани имплантат согревается, за счет эффекта термомеханической памяти стремится принять первоначальную форму, фиксируясь таким образом в кости.
Недостатком данного устройства является отсутствие вторичной фиксации в костной ткани, так как отсутствуют углубления или выемки для прорастания костной ткани, что особенно важно при функционировании имплантата в костной ткани низкой плотности, присутствующей на верхней челюсти в 80% (по данным Ортопедическое лечение с опорой на дентальные имплантаты / Карл Е. Миш; пер. с англ. - М.: Рид Элсивер, 2010. С.147). Вторым недостатком является разведение ножек, притом достаточно сильное во фронтальной плоскости, травмирующее ткани периодонта зуба. Устойчивость данного пластиночного имплантата в лунке многокорневого зуба при единичном дефекте зубного ряда неудовлетворительная.
Известен листовидный имплантат для боковых сегментов верхней челюсти, выполненный из металла с термомеханической памятью (Патент на полезную модель РФ №86452, МПК А61С 8/00, опубл. 10.09.2009) в виде пластины с опорными коническими головками и тремя фиксирующими элементами в виде восьмерки с кольцами, в виде кольца, имеющего вертикальную прорезь, и в виде горизонтальной прорези в торцевой части.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является имплантат для боковых сегментов верхней челюсти, выполненный из металла с термомеханической памятью (Патент на полезную модель РФ №86451 МПК А61С 8/00, опубл. 10.09.2009) в виде пластины с опорной головкой и двумя фиксирующими элементами в виде восьмерки с кольцами и в виде пластины с горизонтальной прорезью.
Недостатком указанных имплантатов является ограниченная область применения - протяженные дефекты бокового сегмента верхнего зубного ряда. Установка данных конструкций при одиночных (отсутствие одного зуба) включенных дефектах невозможна в силу большой длины конструкции. Третьим недостатком является крайне низкая устойчивость данных плоских конструкций в лунках зубов, особенно многокорневых.
Задача изобретения состоит в следующем:
1. Обеспечение устойчивости конструкции в альвеолярном отростке, в том числе при установке непосредственно в лунку многокорневого зуба или соседние лунки однокорневых зубов;
2. Адаптация конструкции к дефекту, образовавшемуся после удаления зуба.
3. Расширение показаний к имплантации при утрате 1-2 зубов с образованием включенного дефекта зубного ряда, в том числе при установке в лунку зуба.
Указанные задачи достигаются тем, что внутрикостная часть имплантата из материала с термомеханической памятью формы выполнена в виде сплошной S-образной ленты небольшой ширины (6,0-18,0 мм) с вогнутым пришеечным контуром. Контуры внутрикостной части в горизонтальной плоскости имеют форму буквы Н с закругленными сторонами. Активные элементы находятся на двух уровнях (в верхней и нижней половине внутрикостной части) по обе стороны от вертикальной оси имплантата и расходятся в сагиттальной плоскости, что способствует достижению имплантатом хорошей устойчивости во всех трех плоскостях. В изгибах внутрикостная часть имплантата имеет отверстия для прорастания костной ткани, что обеспечивает вторичную стабильность конструкции. Имплантат имеет одну головку, которая представляет усеченный конус с бороздками для лучшей фиксации коронки, заканчивающуюся уступом.
1. Благодаря S-образной форме внутрикостной части механические напряжения в теле внутрикостного имплантата с памятью формы, а соответственно, их перераспределение на костную ткань происходит равномерно, т.е. оптимально.
2. Форма внутрикостной части имплантата в горизонтальной плоскости имеет закругления с обеих сторон, повторяя форму буквы Н, что повышает устойчивость конструкции и способствует максимальному использованию имеющегося дефекта кости.
3. Предлагаемый внутрикостный имплантат с памятью формы имеет небольшую ширину, что делает возможным его использование для замещения одного-двух зубов.
4. В предлагаемом внутрикостном имплантате имеющиеся активные элементы разведены в сагиттальной плоскости на разных уровнях (верхней и нижней половине внутрикостной части) и по обе стороны от вертикальной оси тела имплантата, профилактирующие травму периодонтальных тканей и повышающих фиксацию имплантата, по сравнению с гребешковыми конструкциями. При установке в лунку многокорневого зуба внутрикостный имплантат с памятью формы устанавливается таким образом, что один активный элемент проходит через лунку одного корня, другой - в лунке второго корня, обеспечивая устойчивость конструкции.
5. Внутрикостная часть внутрикостного имплантата имеет отверстия для прорастания костной ткани, что обеспечивает вторичную фиксацию имплантата и его долгосрочное функционирование.
6. Пришеечная часть внутрикостной части имплантата вогнута, что соответствует характеру атрофии альвеолярного отростка, и профилактируя оголение плеч имплантата.
7. Головка имплантата в форме усеченного конуса с ретенционными пунктами в виде бороздок и уступом в основании головки, способствует удержанию коронки протеза и способствует поддержанию хорошей гигиены полости рта.
Техническим результатом изобретения является обеспечение устойчивости конструкции в альвеолярном отростке при установке инплантата в лунку многокорневого зуба или соседние лунки однокорневых зубов. Имплантат лучше адаптируется к дефекту, образовавшемуся после удаления зуба. Имплантат может использоваться в качестве опоры протеза, возмещающего отсутствие 1-2 зубов верхней и нижней челюсти.
Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-6.
Фиг.1. Внутрикостный имплантат с памятью формы - вид спереди.
Фиг.2. Внутрикостный имплантат с памятью формы - вид сбоку.
Фиг.3. Внутрикостный имплантат в изометрической проекции.
Фиг.4. Внутрикостный имплантат с памятью формы - вид снизу.
Фиг.5. Фотография рентгенограммы пациентки до лечения (отсутствуют клыки и первые премоляры с обеих сторон верхней челюсти)
Фиг.6. Фотография рентгенограммы той же пациентки через год после операции (зубной ряд восстановлен металлокерамическими коронками на двух пластиночных имплантатах).
Внутрикостный имплантат с памятью формы содержит опорную коническую головку 1, внутрикостную часть 2, выполненную в виде S-образной ленты с вогнутой пришеечной частью 3 и активными элементами 4, 5 в верхней и нижней половине внутрикостной части, слева и справа от вертикальной оси имплантата. Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3. Внутрикостная часть в горизонтальном сечении имеет форму буквы «Н», с закругленными сторонами, граница закругления 6. Фиг.4.
Внутрикостный имплантат с памятью формы предназначен для установки в лунку зуба. Применяют внутрикостный имплантат следующим образом. После анестезии делают разрезы по вестибулярному и небному (язычному) скатам альвеолярного отростка, выкраивают трапециевидные слизисто-надкостничные лоскуты. Следующим этапом максимально атравматично удаляют зуб. Хирургической фрезой толщиной на 0,1-0,15 мм меньше ширины имплантата в кости подготавливают ложе имплантата в соответствии с его контурами. Имплантат охлаждают например, хлорэтилом или аэрозолем FriscoSpray и приводят активные элементы 4, 5 в единый с внутрикостной частью 2 контур. Имплантат устанавливается в костное ложе до плотной посадки. Нагреваясь, активные элементы 4, 5 имплантата, благодаря термомеханической памяти никелида титана, стремятся восстановить свою первоначальную форму, при этом активные элементы продавливаются в периимплантатную костную ткань, за счет чего обеспечивается прочное сцепление имплантата с костью. Все участки костной раны, свободные от имплантата, включая область над пришеечной частью 3 внутрикостной части имплантата, заполняют остеопластическим материалом (например, «Биоматрикс»). Слизисто-надкостничные лоскуты мобилизуются, и рана ушивается наглухо. Головка 1 внутрикостного имплантата с памятью формы возвышается над уровнем слизистой, выступая в полость рта. Ввиду надежной первичной стабильности имплантата к ортопедическому этапу приступают через 10 дней-3 месяца после операции, в зависимости от клинической картины.
Больная К, 35 лет, поступила в клинику с жалобами на сложности при пережевывании пищи и косметическом дефекте улыбки. У пациентки имеются корни 4 зубов-клыков и премоляров, верхней челюсти с обеих сторон. (Фиг.5). Больному в ходе единой операции удалены 4 зуба, установлены 2 пластиночных S-образных имплантата. Через 2 недели осуществлено протезирование временными протезами их термопластмассы BioXL, в опору протеза включены естественные зубы. Через 5 месяцев протезы заменены на постоянные металлокерамические. На контрольном осмотре через 1 год после операции имплантаты стабильны, признаков воспаления слизистой оболочки нет, резорбция костной ткани вокруг имплантатов отсутствует. Перкуссия протезов безболезненная. (Фиг.6)
Внутрикостный имплантат с памятью формы для установки в лунку многокорневого зуба или в соседние лунки однокорневых зубов верхней или нижней челюсти, состоящий из опорной головки в форме усеченного конуса с бороздками и внутрикостной части, отличающийся тем, что внутрикостная часть выполнена в виде S-образной ленты, контуры внутрикостной части в горизонтальной плоскости имеют форму буквы Н с закругленными сторонами, с активными элементами в верхней и нижней половине внутрикостной части, слева и справа от вертикальной оси имплантата.
Получение и использование материалов с памятью формы Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»
Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Бойцова Маргарита Викторовна
Приведен краткий обзор литературных данных по получению и применению МПФ в стоматологии и черепно-лицевой хирургии. Показаны преимущества и уникальность этих сплавов.
Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Бойцова Маргарита Викторовна
Влияние числа вариантов дисперсных частиц на сверхэластичность в монокристаллах сплава CoNiGa при деформации сжатием
Перспективы применения сверхупругих безникелевых сплавов титана в дентальной имплантологии по результатам экспериментальных исследований
Влияние химического состава и температуры предварительного нагрева смеси порошков Ti + Ni на свойства пористых сплавов TiNi, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
RECEIPT AND USE OF SHAPE MEMORY MATERIAL
A brief review of the literature on the preparation and use of the SMM in dental and craniofacial surgery is given. The advantages and uniqueness of these alloys are shown.
Текст научной работы на тему «Получение и использование материалов с памятью формы»
opment under loading thermoelastic B2-L10 martensitic transformations (MT), value of super-elasticity (SE), temperature interval SE is investigated at deformation by compression. It is shown, that precipitation of disperse y'-phases particles leads to increase in temperature interval SE in 2 times in comparison with mono-phase
crystals. Influence of variants number of particles on development B2-L10 MT under loading and on size of a mechanical hysteresis Aa is established.
Key words: single crystals; shape memory effect; superelasticity; y'-phase particles.
ПОЛУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ
Ключевые слова: материалы с памятью формы; мартенсит; импланты.
Приведен краткий обзор литературных данных по получению и применению МПФ в стоматологии и черепнолицевой хирургии. Показаны преимущества и уникальность этих сплавов.
Материалы с памятью формы (МПФ) были открыты в конце 60-х гг. ХХ в. В настоящее время для МПФ определенны функциональные свойства: одно- и двухсторонний эффект памяти, псевдо- или суперэластичность, высокая заглушающая способность и т. д. [1].
МПФ уже нашли широкое применение в медицине в качестве имплантируемых в организм длительно функционирующих материалов. Они проявляют высокие эластичные свойства, способны изменять свою форму при изменении температуры и не разрушаться в условиях знакопеременной нагрузки. Сложный характер фазовых превращений мартенситного типа, происходящий в сплавах на основе никелида титана, ярко проявляется в пористых структурах. Фазовые переходы в таких сплавах характеризуются широким гистерезисом и продолжительным температурным интервалом, в котором материал проявляет эффекты памяти формы и сверхэластичности [2]. Кроме сплавов на основе №-Ті мартенситные превращения существуют, например, в таких системах, как К-Ті, РЮа, К-А1.
Механизм реализации эффекта памяти формы. В исходном состоянии в материале существует определенная структура (рис. 1).
При деформации (в данном случае изгибе) внешние слои материала вытягиваются, а внутренние сжимаются (средние остаются без изменения). Эти вытянутые структуры - мартенситные пластины, что не является необычным для металлических сплавов. Необычным является то, что в материалах с памятью формы мартенсит термоупругий.
При нагреве начинает проявляться термоупругость мартенситных пластин, в них возникают внутренние напряжения, которые стремятся вернуть структуру в исходное состояние, т. е. сжать вытянутые пластины и растянуть сплюснутые. Поскольку внешние вытянутые пластины сжимаются, а внутренние сплюснутые растягиваются, материал в целом проводит автодеформацию в обратную сторону и восстанавливает свою исходную структуру, а вместе с ней и форму.
Никелид титана - это интерметаллид эквиатомного состава с 55 мас. % №. Температура плавления 12401310 °С, плотность 6,45 г/см3. Исходная структура ни-
келида титана - стабильная объемно-центрированная кубическая решетка типа С8С1 - при деформации претерпевает термоупругое мартенситное превращение с образованием фазы низкой симметрии.
Суть эффекта памяти формы
Рис. 1. Реализация эффекта памяти формы
Никелид титана обладает:
- превосходной коррозионной стойкостью;
- хорошими характеристиками формозапоминания. Деформация до 8 % может полностью восстанавливаться. Напряжение восстановления при этом может достигать 800 МПа. Хорошая совместимость с живыми организмами. Высокая демпфирующая способность материала.
- из-за наличия титана сплав легко присоединяет азот и кислород. Чтобы предотвратить реакции с этими элементами при производстве, надо использовать вакуумное оборудование;
- затруднена обработка при изготовлении деталей, особенно резанием, (оборотная сторона высокой прочности).
Мартенситные превращения. Для интерметалли-дов N1-11 с составом, близким к эвтектическому, характерен переход от кубической (аустенитной фазы) к моноклинной (мартенситной) фазе при комнатной температуре. Такие превращения обычно происходят в сплавах при высоких напряжениях, но в результате наличия эффекта памяти или суперэластичности превращения могут происходить и при низких напряжениях. Аустенитные N1-11 сплавы проявляют суперэла-стичное поведение при механических нагрузках и растяжении (8 %), вызванное мартенситным превращением. При разгрузке мартенсит становится нестабильным и переходит в аустенит с компенсацией всех макроскопических напряжений [3].
Мартенситное превращение - полиморфное превращение, при котором изменение взаимного расположения составляющих кристалл атомов происходит путем их упорядоченного перемещения, причем относительные смещения соседних атомов малы по сравнению с междуатомным расстоянием. Перестройка кристаллической решетки в микрообластях обычно сводится к деформации ее ячейки, и конечная фаза мар-тенситного превращения - однородно деформированная исходная фаза. Величина деформации мала (—1-10 %), и, соответственно, мал по сравнению с энергией связи в кристалле энергетический барьер, препятствующий однородному переходу исходной фазы в конечную.
Получение сплавов с памятью формы. Сплавы с памятью формы получаются путем сплавления индивидуальных компонентов. Расплав быстро охлаждают и проводят высокотемпературную обработку [4].
Предложен целый класс композиционных материалов «биокерамика - никелид титана» для медицины. В таких материалах одна составляющая (никелид титана) обладает памятью формы и сверхэластичностью, а другая сохраняет свойства биокерамики. В качестве керамической составляющей наиболее часто используется фарфор, который широко используется в ортопедической стоматологии и является хрупким материалом. Для изготовления таких образцов используют порошки никелида титана и фарфоровой массы, которые после смешивания и просушивания спекают в вакууме [5].
Немедицинское применение. Впервые сплав с памятью формы был применен в самолете Е-14 в 1971 г., это был №-ТкРе. Использование №-П-ЫЪ сплава стало большим достижением, но также и Ее-Мп-81 сплавы получили много внимания, несмотря на их более низкое восстанавливаемое напряжение.
Полезные космические грузы типа солнечных батарей или антенн спутников сейчас используют в основном пиротехнические способы раскрытия, которые создают множество проблем. Использование материалов с памятью формы позволит устранить все эти проблемы, также предоставит возможность неоднократно проверить работоспособность системы еще на Земле.
Недавнее исследование относительно N1-11 сплавов показало, что суперэластичное поведение приводит к повышению износостойкости. Псевдоэластичное поведение уменьшает область упругого контакта во время
скольжения. Уменьшение области упругого контакта между двумя скользящими частями увеличивает износостойкость материала. Специальный тип износа -кавитационная эрозия, которая создает специфические проблемы в гидравлических машинах, винтах судов, водяных турбинах.
Медицинское применение. В медицине используется новый класс композиционных материалов «биокерамика - никелид титана», которые являются биосо-вместимыми [5]. В качестве керамической составляющей может выступать фарфор, который широко используется в ортопедической стоматологии.
Из этих материалов изготавливаются перчатки, применяемые в процессе реабилитации и предназначенные для реактивации групп активных мышц с функциональной недостаточностью. Они могут быть использованы в межзапястных, локтевых, плечевых, голеностопных и коленных суставах. Противозачаточные спиральки, которые после введения приобретают функциональную форму под воздействием температуры тела. Фильтры для введения в сосуды кровеносной системы. Искусственные мышцы, которые приводятся в действие электрическим током. Крепежные штифты, предназначенные для фиксации протезов на костях. Искусственное удлинительное приспособление для т. н. «растущих» протезов у детей. Замещение хрящей головки бедренной кости. Стержни для коррекции позвоночника при сколиозе. Временные зажимные фиксирующие элементы при имплантации искусственного хрусталика. Оправа для очков. Проволока (ортодонти-ческая дуга) для исправления зубного ряда. Имплантаты дентальные (самофиксация расходящихся элементов в кости).
Применение сплавов №-Ті в стоматологии и ор-тодонтологии. Проблема имплантации является одной из центральных в медицине, в т. ч. и в стоматологии, поскольку имплантируемые конструкции широко применяются для остеосинтеза костей, замены, реконструкции и восстановления тканей и органов [6]. Оптимальный имплантат по своим свойствам должен быть подобен живой ткани, т. е. обладать эластичностью, иметь близкие к ней диаграмму «напряжение - деформация» и присущую тканям величину гистерезиса на диаграмме «нагрузка - разгрузка».
Другое свойство сплавов с эффектом памяти формы - способность восстанавливать свою исходную форму после деформации в хладагенте и развивать в процессе формовосстановления силовые воздействия,-позволяет изготавливать из них имплантаты и конструкции с заранее заданными свойствами и открывает новые перспективы в различных разделах стоматологии: травматологии и ортопедии, реконструктивной хирургии, ортодонтии и др.
Стабильная фиксация костных фрагментов с одномоментным замещением дефекта мягких тканей хорошо васкуляризированными тканями и ранней послеоперационной нагрузкой на жевательный аппарат создает благоприятные условия для заживления раны, значительно сокращает сроки реабилитации больных [7].
Внедрение сверхэластичных конструкций с памятью формы позволило революционировать ортодонти-ческие технологии, т. е. лечение зубочелюстных деформаций, которыми страдают до 25 % детей (рис. 2). Изменились принципы воздействия на зубочелюстную систему.
Использование при этом новых литейных сплавов позволяет создавать удивительные по эффективности и комплексу воздействия ортодонтические аппараты и зубные протезы [8].
Конструкции из никелида титана нашли широкое применение при реставрации твердых тканей зубов путем использования каркасов, вкладок, а также в па-родонтологии особенно в качестве шинирующих устройств.
ИСПРАВЛЕНИЕ ЗУБНОГО РЯДА
Рис. 2. Исправление прикуса при помощи брекетов, изготовленных из МПФ
В отдельных клинических наблюдениях сроки успешного функционирования дентальных имплантатов уже составили 14 лет [9, 10].
Вывод. Удивительный материал с памятью формы постепенно занимает все большее место в нашей жизни. Уже достаточно трудно представить современную стоматологию без композитных материалов на основе N111. Доставленные на орбиту в «свернутом» виде солнечные батареи разворачиваются сами на несколько десятков квадратных метров и т. д. Диапазон применения этих материалов увеличивается с каждым днем.
1. Van Humbeeck J. Non-medical applications of shape memory alloys // Materials Science and Engineering. 1999. A. 273-275. С. 143-148.
2. Гюнтер В.Э., Ясенчук Ю.Ф., Клопотов А.А., Ходоренко В.Н. Физико-механические свойства и структура сверхпластичных пористых сплавов на основе никелида титана // Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26. № 1. С. 71-76.
3. Vaichyanathan R. et al. Shape memory materials // Acta mater. 1999.
V. 47. № 12. P. 3353-3366.
4. Biggs T. et. al. Martensite-type transformations in platinum alloys //
Materials Science and Engineering 1999. A273-275. С. 204-207.
5. Итин В.И., Шевченко Н.А., Коростелева Е.Н., Тухфатуллин А.А., Миргазизов М.З., Гюнтер В.Э. Функциональные композиционные материалы «биокерамика-никелид титана» для медицины // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23. № 8. С. 1-6.
6. Вильямс Д.Ф., Роуф Р. Имплантаты в хирургии: пер. с англ. М., 1978. 552 с.
8. Гюнтер В.Э., Сысолятин П.Г., Темерханов Ф.Т., Пушкарев В.П. и др. Сверхэластичные имплантаты с памятью формы в челюстнолицевой хирургии, травматологии, ортопедии и нейрохирургии. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1995. 224 с.
9. Олесова В.Н. // Сверхэластичные медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Томск, 1998. С. 367-368.
10. Темерханов Ф.Т., Гарафутдинов Д.М., Мухин А.В. // Сверхэла-стичные имплантаты с памятью формы в медицине: материалы докладов междунар. конф. Новосибирск, 1995. С. 205-206.
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Boytsova M.V. RECEIPT AND USE OF SHAPE MEMORY MATERIAL
Key words: materials with shape memory; martensite; implants.
ЭФФЕКТ ОБРАТНОЙ МАГНИТОСТРИКЦИИ В ТРУБНОЙ СТАЛИ ПРИ ДВУХОСНОМ МЕХАНОЦИКЛИРОВАНИИ
© И.Н. Андронов, В.В. Мусонов
Ключевые слова: трубопровод; механоциклирование; изменение магнитных параметров.
Исследовано изменение магнитных свойств стального трубопровода при двухосном механоциклировании.
Выполнено исследование изменения составляющих магнитного поля в трех взаимно перпендикулярных направлениях вблизи поверхности трубы с помощью прибора МАГ-01 (изготовитель ОАО «Гипрогазцентр») при циклическом изменении давления в процессе проведения гидравлических испытаний. Установлено, что циклическое изменение внутреннего давления в трубе приводит к обратимому изменению составляющих магнитного поля. Сделано предположение, что обратимое изменение магнитного поля связано с эффектом обратной магнитострикции, инициированным пульса-ционным механоциклированием материала.
Исследования проводили на трубе, выполненной из стали 17Г1С длиной 11,7 мм, диаметром 1200 мм и толщиной стенки 12 мм.
Компоненты напряженности магнитного поля в осевом - Нх, радиальном - Ну и окружном направлении - Н2 измеряли в нескольких точках на разных расстояниях от поверхности металла в соответствии методикой, приведенной в [1]. Измерения проводили при циклическом изменении давления в трубе при значениях давления 0; 2,0; 4,0; 5,5; 6,8 МПа. Всего было осуществлено 40 бароциклов. Чему отвечало двухосное механоциклирование в двух взаимно перпендикуляр-
Применение металлических материалов для медицинских имплантатов Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»
Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Илларионов А.Г., Гриб С.В., Юровских А.С., Волокитина Е.А., Гилев М.В.
Описаны недостатки и преимущества применения металлических материалов для создания имплантатов . Приведены принципиальные системы легирования стандартизированных металлических материалов медицинского назначения и комплекс их физико-механических свойств .
Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Илларионов А.Г., Гриб С.В., Юровских А.С., Волокитина Е.А., Гилев М.В.
Биологическая совместимость медицинских изделий на основе металлов, причины формирования патологической реактивности (обзор иностранной литературы)
Различные подходы к оценке работоспособности имплантатов в стоматологии: материалы, моделирование, современные тенденции
Usage of metal materials for medical implants
Disadvantages and advantages of metal materials’ usage for implant development are described. Principal systems of alloyage of standardized metal materials for medical purposes and complex of their physical and mechanical properties are adduced. Approaches which allow to improve metal material implant quality are described.
Текст научной работы на тему «Применение металлических материалов для медицинских имплантатов»
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ ИМПЛАНТАТОВ
А. Г. Илларионов1, кандидат технических наук, С. В. Гриб1*, кандидат технических наук, А. С. Юровских1, кандидат технических наук, Е. А. Волокитина1,2, доктор медицинских наук, М. В. Гилев12, кандидат медицинских наук, Т. С. Азорина1
1 ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина», 620002, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19
2 ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России, 620028, Россия, г. Екатеринбург, ул. Репина, д. 3
РЕЗЮМЕ Описаны недостатки и преимущества применения металлических материалов для создания им-плантатов. Приведены принципиальные системы легирования стандартизированных металлических материалов медицинского назначения и комплекс их физико-механических свойств.
Ключевые слова: металлы, имплантаты, свойства.
Под биоматериалом обычно подразумевают любой материал, предназначенный для частичного или полного замещения органа или ткани живого организма и выполнения их функции [19]. Поэтому в ортопедии выделяют две основных функции биоматериалов: 1) замещение (аугментация) дефектов костной ткани, например при лечении переломов; 2) замена и реконструкция опорно-двигательного аппарата, например суставов,
связок, межпозвонковых дисков, резецированных фрагментов кости. В последнем случае металлические материалы широко применяются в качестве фиксирующих кость устройств и штифтов протезов [26]. Для замещения и реконструкции костных дефектов используются материалы биологического происхождения - аутогенные (донор -сам пациент), аллогенные (донор - другой человек), ксеногенные (донор - животное), а также синтетические, полусинтетические и композиционные. Синтетические материалы получают путем химического синтеза, к ним относятся керамики и полимеры; полусинтетические - методами химической, термической обработки натуральных материалов, включая минералы и кораллы. Композиционные материалы состоят из нескольких компонентов органической/неогранической матрицы и дополнительных органических/неорганических компонентов. Существует ряд проблем при использовании описанных выше материалов [2,5]:
- использование костных ауто- и аллотрансплан-татов требует травматизации донора, кроме того, велика вероятность развития инфекцион-но-воспалительного процесса;
- при использовании алло- или ксенокости присутствует риск инфицирования реципиента;
- зачастую скорость деградации биорезорбиру-емых (биодеградируемых) синтетических материалов существенно превышает скорость регенерации кости, кроме того, продукты ре-
зорбции могут вызывать воспалительные реакции в организме;
- некоторые материалы не обладают удовлетворительной остеоиндуктивной способностью: так, резорбирующаяся керамика на основе три-кальцийфосфата и гидроксиапатита обладает остеокондуктивными, но не остеоиндуктивны-ми свойствами;
- физико-механические свойства материала могут быть неудовлетворительными для конкретного применения трансплантата: например, керамику на основе гидроксиапатита можно использовать только для замещения участков костей, не несущих значительных механических нагрузок, что обусловлено хрупкостью материала и его высокой чувствительностью к коррозии в физиологических жидкостях организма, приводящей к разрушению имплантата. Высокая порозность естественных кораллов обусловливает хрупкость материала, поэтому биоконструкции рекомендовано использовать либо для восстановления дефектов губчатой
костной ткани, либо в сочетании с металлическими пластинами, несущими опорную функцию [4].
Как правило, металлические материалы обладают высокими прочностными характеристиками (предел текучести а02 и временное сопротивление разрушению аВ) и высоким сопротивлением усталости (а_1) (табл. 1) по сравнению с керамикой и полимерами (табл. 2), в связи с чем в настоящее время более 60% всех имплантатов изготовлены из металлических материалов [14]. Из табл. 2 видно, что полимеры характеризуются низким сопротивлением ползучести, а керамики достаточно хрупкие.
Сейчас в ортопедической хирургии применяют такие металлические материалы, как нержавеющая сталь, сплавы на основе кобальта, титан и его сплавы.
Можно отметить ряд преимуществ титановых сплавов среди других металлических материа-
Таблица 1. Физико-механические свойства стандартизированных металлических материалов медицинского назначения, применяемых в ортопедии [3, 10, 14, 15, 17, 22, 26]
Сплавы (система легирования) физические механические
ASTM 1БО Модуль упругости Е, ГПа Плотность р, кг/м3 Предел текучести ст02, МПа ' Предел прочности стВ, МПа ст_г МПа (107 циклов) Предел усталости стВ/р, км
Fe-18Cr-14Ni-2,5Mo F138 5832-1 190-230 7800 170-1213 465-1351 180-820 6,0-17,3
Сплавы на основе кобальта
Co-28Cr-6Mo F799 5832-4
Co-20Cr-15W-10Ni-1,5Mn F90 5832-5
Co-35Ni-20Cr-10Mo F562 5832-6
Титан и его сплавы
CpTi (Grade 1-4) (нелегированный титан) F67 5832-2
Ti-6Al-4V F136 5832-3
Ti-6Al-7Nb F1295 5832-11
Ti-15Mo-5Zr-3Al 5832-14 50-121 4500 480-1060 240-1312 300-689 5,3-29,2
Примечание. Приводимые интервалы значений физических и механических свойств соответствуют свойствам, которые могут быть получены в сплавах методами различного термомеханического воздействия; плотность р приведена для чистых металлов ^е, Со, ТО.
Таблица 2. Физико-механические свойства кости и неметаллических материалов, применяемых в ортопедии
физические механические (при растяжении)
Модуль упругости Е, ГПа Плотность р, кг/м3 Предел текучести ст02, МПа Предел прочности стВ, МПа Предел усталости ст_г МПа (107 циклов)
Трабекулярная 0,17 [21] 100-1500 [6] - 3,85 [21] -
Полимерные материалы [10]
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (иНМ^РЕ) 0,5-1,3 930-950 20-30 30-40 13-20
Керамики [9, 10, 22]
А|203 366-380 3990 - 310-350 -
ZrO2 150-201 5680 - 200-500 -
лов: по прочностным характеристикам титановые сплавы не уступают кобальтовым сплавам и нержавеющей стали, при этом по удельной прочности (ав/р) могут их превосходить. Кроме того, сплавы на основе титана демонстрируют значительно более низкий модуль упругости Е (50-121 ГПа) по сравнению с другими металлическими сплавами -нержавеющей сталью (190-230 ГПа) и сплавами на основе кобальта (200-541 ГПа), что обеспечивает лучшую механическую совместимость сплавов титана с костью, модуль упругости которой составляет менее 30 ГПа.
Следует отметить, что наиболее явными недостатками и нержавеющих сталей, и комохромов, и ряда сплавов титана, применяемых в медицине, являются, во-первых, неблагоприятные реакции организма на входящие в их состав химические элементы (А1, V, Со, Сг); во-вторых, несоответствие между имплантатом и окружающей его костной тканью, обусловленное различием в значениях модуля упругости [3, 21].
В последние два десятилетия исследования в области разработки металлических материалов медицинского назначения были направлены на решение этих проблем. Одним из направлений является получение новых сплавов титана, не содержащих химических элементов, которые вызывают токсические и аллергические реакции организма. Эти новые сплавы разрабатываются на основе молекулярно-орбитальных расчетов электронных структур с последующим созданием специальных структурно-фазовых состояний методами термодеформационной обработки, позволяющих получить более низкие значения модуля упругости (90-42 ГПа) [7, 11, 13, 18, 21]. Однако
многочисленные исследования [7, 11, 13, 18, 21] показали, что снижение модуля упругости методами легирования и структурообразования ограничено: невозможно получить значение модуля ниже предела в 40 ГПа, что по-прежнему является слишком высоким для костного имплантата.
Дальнейшее снижение модуля упругости при сохранении приемлемых прочностных характеристик связано, очевидно, с переходом на использование пористых (сетчатых, пенообразных) структур изделия, получаемых методами порошковой металлургии [20, 24] или послойного лазерного сплавления (3D-печать) [1]. Пористый титан и его сплавы обеспечивают движение телесных жидкостей и прорастание костной ткани при размере пор 200-500 мкм [25], тогда как уменьшение размера до 100 мкм делает невозможным прорастание остеобластов [23]. Кроме того, размер, форма и доля пор и их распределение в материале оказывают существенное влияние на комплекс физико-механических свойств. Так, титан с пористостью 78% имеет прочность на сжатие в 35 МПа при модуле упругости в 5,3 ГПа, что близко к характеристикам кости [25].
Таким образом, среди металлических материалов медицинского назначения особый интерес представляют сплавы на основе титана благодаря их высокой удельной прочности и биосовместимости, а математическое моделирование и создание пористых титановых имплантатов для замещения дефектов костной ткани (аугментов) является перспективным направлением в обла-
сти разработки новых металлических материалов медицинского назначения, так как физико-меха-
нические характеристики аугмента приближаются к таковым у костной ткани.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ, субсидия на реализацию комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства в рамках реализации постановления Правительства Российской Федерации от 9 апреля
2010 г. № 218, очередь 8 по теме «Создание высокотехнологичного цифрового производства прецизионных металлических комплексов для имплантации на базе аддитивных технологий», номер соглашения 03.G25.31.0234 от 03.03.2017.
3. Проблемы и перспективы применения титановых сплавов в медицине/ М. Ю. Коллеров [и др.] // Титан. - 2015. - № 2. - C. 42-53.
4. Роль аутогенных мультипотентных мезенхималь-ных стромальных клеток в ткани инженерных конструкциях на основе натуральных кораллов и синтетических биоматериалов при замещении костных дефектов у животных/ Н. С. Сергеева [и др.] // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. -2009. - № 4. - С. 56-62.
6. Хлусов, И. А. Основы биомеханики биосовместимых материалов и биологических тканей: учебное пособие / И. А. Хлусов, В. Ф. Пичугин, М. А. Ряб-цева. - Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2007. - 149 с.
7. Abdel-Hady, M. General approach to phase stability and elastic properties of р-type Ti-alloys using electronic parameters / M. Abdel-Hady, K. Hinoshita, M. Morinaga // Scripta Materiala. - 2006. - P. 476-480.
8. Bhullar, S. K. Smart biomaterials - a review / S. K. Bh-ullar, N. L. Lala, S. Ramkrishna // Rev. Adv. Mater. Sci. - 2015. - № 40. - P. 303-314.
9. Biodegradable Materials for Bone Repair and Tissue Engineering Applications / Zeeshan Sheikh [et al.] // Materials.- 2015. - № 8. - Р. 5744-5794.
10. Biomaterials science: an introduction to materials in medicine [Electronic resource] / ed. by B. D. Ratner [et
12. Currey, J. D. Mechanical properties of vertebrate hard tissues / J. D. Currey // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part H: Journal of Engineering in Medicine. - 1998. - Vol. 212, Iss. 6. - P. 399-412.
13. Gepreel M. Abdel-Hady. Biocompatibility of Ti-alloys for long-term implantation / M. Abdel-Hady Gepreel, M. Niinomi // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. - 2013. - № 20. - P. 407-415.
14. Golish, S. R. Principles of Biomechanics and Biomaterials in Orthopaedic Surgery / S. R. Golish, W. M. Mi-halko // The Journal of Bone & Joint Surgery. - 2011. -Vol. 93-A, № 2. - P. 206-212.
18. Laheurte, P. Mechanical properties of low modulus ß titanium alloys designed from the electronic approach / P. Laheurte, F. Prima, A. Eberhardt // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. -2010. - P. 566-573.
19. Mahyudin, F. Biomaterials in Orthopaedics / F. Mahyu-din, L. Widhiyanto, H. Hermawan // Biomaterials and Medical Devices. Advanced Structured Materials. -2016. - Vol. 58. - P. 161-181.
20. Nakajima, H. Fabrication of lotus-type porous metals and their physical properties / H. Nakajima, T. Ikeda, S. K. Hyun // Advanced Engineering Materials. -2004. - Vol. 6. - P. 377-384.
21. New Developments of Ti-Based Alloys for Biomedical Applications / Y. Li [et al.] // Materials. - 2014. - Vol. 7, № 3. - P. 1709-1800.
22. Patel, N. R. A Review on Biomaterials: Scope, Application & Human Anatomy Significance/ N. R. Patel, P. P. Gohil // International Journal of Emerging Tech-
nology and Advanced Engineering. - 2012. - Vol. 2, Iss. 4. - P. 91-101.
23. Processing and biocompatibility evaluation of laser processed porous titanium / W. C. Xue [et al.] // Acta Biomater. - 2007. - Vol. 3. - P. 1007-1018.
24. Processing and mechanical properties of autogenous titanium implant materials / C. E. Wen [et al.] // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. - 2002. -Vol. 13. - P. 397-401.
25. Processing of biocompatible porous Ti and Mg / C. E. Wen [et al.] // Scr. Mater. - 2001. - Vol. 45. -P. 1147-1153.
26. Review. Biomaterials in orthopaedics / M. Navarro [et al.] // J. R. Soc. Interface. 2008. - № 5. - P. 1137-1158.
usage of metal materials for medical implants
A. G. Illarionov, S. V. Grib, A. S. Yurovskikh, E. A. Volokitina, M. V. Gilev, T. S. Azorina
ABSTRACT Disadvantages and advantages of metal materials' usage for implant development are described. Principal systems of alloyage of standardized metal materials for medical purposes and complex of their physical and mechanical properties are adduced. Approaches which allow to improve metal material implant quality are described.
Металлы с памятью формы в имплантологии
ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России, Москва, Россия
ФГБУ Центральный НИИ стоматологии и челюстно-лицевой хирургии МЗ РФ, Москва
НУЗ «Центральная клиническая больница им. Н.А. Семашко» ОАО «РЖД», 129128 Москва, ул. Будайская, д. 2 ,Российская Федерация
Возможности применения нового типа сплава титана с памятью формы в имплантологии
Журнал: Стоматология. 2013;92(1): 4‑8
Григорьян А.С., Филонов М.Р., Архипов А.В., Селезнева И.И., Жукова Ю.С. Возможности применения нового типа сплава титана с памятью формы в имплантологии. Стоматология. 2013;92(1):4‑8.
Grigoryan AS, Filonov MR, Arkhipov AV, Selezneva II, Zhukova IuS. New type titan alloy with shape memory for use in dental implantology. Stomatologiya. 2013;92(1):4‑8. (In Russ.).
Проведенные in vitro и in vivo исследования показали, что сплавы на основе Ta и Ti-Nb-Ta обладают характеристиками, свидетельствующими об их медико-биологической безопасности. В то же время, судя по данным, полученным in vitro, сплав Ti-Nb-Ta обладает определенными преимуществами перед Ta, так как он увеличивает адгезионный потенциал клеточных элементов.
Как показывает анализ литературы, широко применяемые сплавы на основе титана, обладающие памятью формы, теперь рассматриваются с позиций признания за ними еще одной немаловажной характеристики, а именно «памяти упругости».
Сплавы на основе титана нашли широкое применение в качестве материалов для медицины благодаря уникальному сочетанию свойств: высокой прочности, малой плотности, высокой коррозионной стойкости, хорошей биосовместимости [1, 2].
Известно, что материал для изготовления имплантатов, во-первых, должен обладать биохимической и биомеханической совместимостью с костной тканью. Биомеханическая совместимость подразумевает в первую очередь низкий модуль Юнга (для кости он равен 10—30 ГПа) во избежание повреждения окружающей кости [1]. Во-вторых, имплантаты должны обладать хорошими конструкционными свойствами (для работы под нагрузкой) и, в-третьих, хорошей технологичностью.
Из всех металлических материалов наиболее перспективным можно признать класс псевдоупругих сплавов, так как они характеризуются схожим с живой костью гистерезисным деформационным поведением, что существенно улучшает их биомеханическую совместимость.
Одними из самых распространенных материалов для имплантов являются чистый титан и сплав Ti-6Al-4V. Это сравнительно легкие, прочные материалы, обладающие хорошей биологической совместимостью. Однако по своим механическим свойствам титан несовершенен в плане совместимости с костью (модуль Юнга 105 ГПа) [1], что заставляет искать ему замену.
Из всех металлических материалов наиболее перспективным представляется класс псевдоупругих сплавов, так как они характеризуются схожим с живой костью гистерезисным деформационным поведением, что существенно улучшает их биомеханическую совместимость.
В настоящее время активно ведутся работы, направленные на создание «безникелевых» титановых сплавов [3—6], включающих биологически безопасные элементы, такие как титан, ниобий, тантал, цирконий [7].
Наиболее перспективной можно признать идею создания материала на основе твердых растворов систем Ti-Nb-Ta(-Zr).
Очень важно, что они состоят только из биосовместимых, разрешенных к медицинскому применению компонентов и в то же время могут проявлять эффект псевдоупругости [8] за счет реализации обратимого мартенситного превращения с ресурсом полностью обратимой деформации около 3% [9].
Следует указать, что в последнее время особое внимание исследователей привлекают сплавы Ta и Nb. Они в высшей степени интересны тем, что обладают чрезвычайно высокой коррозионной стойкостью и, что важно, суперупругостью, с чем связано повышение их износоустойчивости. Механизмы реализации указанных свойств являются до сих пор предметом дискуссий. Тем не менее развитие исследований по проблеме поиска путей использования указанного класса металлических изделий в целях создания дентальных имплантатов не вызывает сомнений.
В задачи настоящего исследования входило изучение характера реакций клеточных элементов и тканей на контакт со сплавами на основе Ta и Nb.
Материал и методы исследования in vitro . Для исследования были использованы 5 образцов материалов и покровное стекло, взятое в качестве контроля:
1) Основная группа: Ti-Nb-Ta, металлические пластины с напылением Ti-Nb-Ta, 8 образцов.
2) Группа сравнения 1: Та-пластиковый диск 18 мм с напылением Та, 8 образцов.
3) Группа сравнения 2: покровное стекло.
Все образцы материалов были стерильно упакованы, перед проведением тестов из них были нарезаны фрагменты размером 10×10 мм и помещены в лунки 4-луночного планшета для культивирования клеток.
Исследования проводили с использованием первичной культуры фибробластов человека, которые были выделены из кожно-мышечной ткани эмбриона на сроке 6 нед (CD133–, Cd117–, CD45–, CD90+, CD54–, CD62L–, CD62P–, CD9+, CD34–, CD31–, CD71–, CD20–, CD157–, CD106+, CD62E+). Клетки культивировали при температуре 37 °С в атмосфере 5% СO2 в среде ДМЕМ/F12 (1:1) с добавлением 5% эмбриональной телячьей сыворотки (ЭТС) и 100 Ед/мл пенициллин/стрептомицина.
Клетки высевали на поверхности образцов с плотностью 34,2 тыс./см 2 и культивировали в течение 72 ч, при этом объем среды ДМЕМ/F12 (1:1) составил 1 мл/лунку. После окончания культивирования проводили флюоресцентное окрашивание клеток. SYTO 9 окрашивает все клетки в зеленый цвет, иодид пропидия окрашивает в красный цвет ядра погибших клеток. Оценку морфологии и жизнеспособности клеток проводили на микроскопе Axiovert 200.
Опыты in vivo. Эксперименты были проведены на 8 кроликах породы шиншилла с массой тела приблизительно 2000 г. Животным под инъекционным наркозом (внутримышечно реланиум 0,4 мл/кг), после депиляции через разрез в области спины помещали под кожу фрагменты проволоки диаметром 2 мм, длиной 3 мм из сплава ниобия (основная группа наблюдений) и, несколько отступя, через разрез кожи помещали контрольный образец из Та тех же размеров. Сроки опытов 7 и 12 сут, по 4 животных на точку наблюдений.
Каждому животному на левой стороне спины под кожу имплантировали образцы основной группы, 4 образца, на левой стороне симметрично такое же число образцов группы сравнения. Таким образом, на исследование брали по 16 образцов каждой группы.
По окончании эксперимента животных выводили из опыта посредством передозировки реланиума.
Участки кожи и подкожной клетчатки, содержащие исследуемые образцы, вырезали и помещали в 10% формалин. Через 24 ч тканевые фрагменты аккуратно отделяли от имплантатов и подвергали гистологической обработке: проводка через спирты восходящей концентрации, заливка в парафин. Готовили срезы, которые окрашивали гематоксилиом и эозином. Гистопрепараты изучали в системе визуализации Axioplan 2 (ZEISS).
Критерием для оценки медико-биологической толерантности к испытуемым образцам служили выраженность и характер процесса капсулообразования вокруг имплантатов. При этом учитывалась зрелость капсулы и возможные признаки клеточных девиаций.
Результаты исследования in vitro. Характерный вид клеток, культивируемых на поверхности материалов, представлен на микрофотографиях.
Результаты по группам наблюдений in vitro
Как показало проведенное исследование in vitro, фибробласты, культивируемые на поверхности пластины с напылением Ti-Nb-Ta, обладают характерной распластанностью и высокой жизнеспособностью. Внешний вид клеток свидетельствовал об их высокой адгезивности и отсутствии токсического воздействия Ti-Nb-Ta (рис. 1). Рисунок 1. a — фибробласты, культивированные на поверхности пластины с напылением Ti-Nb-Ta. Линейка 100 мкм; б — сокультивирование клеток с материалом. Флюоресцентная окраска клеток CYTO; в — флюоресцентная окраска нежизнеспособных клеток иодидом пропидия.
Отсутствие изменений морфологии клеток, сокультивируемых с диском с напылением Та, также свидетельствовал об отсутствии токсичности данного материала (рис. 2). Рисунок 2. a — оптическая микроскопия; б — флюоресцентная окраска клеток CYTO; в — флюоресцентная окраска нежизнеспособных клеток иодидом пропидия. Однако на поверхности этих пластин адгезия и распластывание клеток были выражены слабо, что говорит о его низких адгезивных свойствах (рис. 3). Рисунок 3. Фибробласты, культивируемые на поверхности диска с напылением Та. Группа сравнения 1. Линейка 100 мкм. Сокультивирование клеток с материалом. a — оптическая микроскопия; б — флюоресцентная окраска клеток CYTO; в — флюоресцентная окраска нежизнеспособных клеток иодидом пропидия.
Результаты, полученные в экспериментах на кроликах. Как показало гистоморфологическое исследование тканевого материала из области имплантации образцов сплава, содержащего Ta и Nb, а также в группе сравнения с Ta, на 7-е сутки вокруг имплантатов начинала формироваться преимущественно рыхлая соединительнотканная капсула, богатая клеточными элементами, представленными главным образом фибробластами с некоторыми незначительными примесями макрофагов. Местами отмечалось незначительное уплотнение соединительнотканной капсулы (рис. 4, 5). Рисунок 4. Фибробласты, культивируемые на поверхности покровного стекла — группа сравнения 2. Линейка 100 мкм. а — оптическая микроскопия; б — флюоресцентная окраска клеток CYTO; в — флюоресцентная окраска нежизнеспособных клеток иодидом пропидия. Рисунок 5. Микрофотограмма. 7-е сутки опыта. Имплантат из сплава Ta. Соединительнотканная капсула вокруг имплантата имеет преимущественно рыхлое строение. Ув. 100.
Следует заметить, что в группе сравнения (образцы с Ta) клеточность формирующейся капсулы была несколько ниже, чем в основной группе. Однако сделать вывод о достоверности этого различия не представлялось возможным из-за недостаточной репрезентативности материала наблюдений.
К 12-м суткам капсула вокруг имплантатов в обеих группах экспериментов была представлена плотной фиброзной пластинкой (рис. 6). Рисунок 6. Микрофотограмма. Сплав на основе Ta и Nb. 12 суток опыта. Соединительнотканная капсула представлена плотной фиброзной пластинкой (стрелки углом). Ув. 100.
Заключение
Таким образом, проведенные in vitro и in vivo исследования показали, что сплав на основе Ta и Ti-Nb-Ta обладают характеристиками, отвечающими требованиям медико-биологической безопасности.
Судя по данным, полученным in vitro, сплав Ti-Nb-Ta обладает определенными преимуществами перед Ta. Как показали наши наблюдения, он, в частности, повышает жизнеспособность клеточных элементов и определенно увеличивает их адгезионный потенциал.
Читайте также: