Гистология и морфология остеоинтеграции титановых имплантатов
В серии публикаций описан процесс остеоинтеграции титановых имплантатов, установленных добровольцам (Bosshardt et al., 2011; Donos et al, 2011; Ivanovski et al., 2011; Lang et al., 2011). В этих исследованиях твердые винтовые устройства (имплантаты; Institute Straumann A.G., Basel, Switzerland) с умеренно шероховатой поверхностью помещали в ретромолярной области нижней челюсти с достижением заживления после их внедрения.
Биоптат, включающий имплантат с окружающими тканями, извлекали с использованием трепанирующего сверла после 1, 2, 4 и 6 нед. Исследования образцов включали гистологические и морфометрические измерения, особое внимание уделяли тканевым структурам, которые находились в непосредственном контакте или близко к поверхности имплантата (граница ткани и имплантата), например старая кость, остеоид, вновь образованная кость и неминерализованные мезенхимальные мягкие ткани.
Кроме того, во всех промежуточных исследованиях в ране, окружающей имплантат, присутствовали костные стружки и твердые частицы кости. Такие составные части, очевидно, были следствием сверления, применяемого для получения канала в твердых тканях, в который впоследствии вводили имплантат.
а) Целостная модель интеграции имплантата. Рис. 20 описывает изменения в ходе исследования морфометрических измерений на границе ткани и имплантата. После 1 нед заживления около 40% поверхности границы было представлено мягкими тканями (грануляционная ткань, незрелая соединительная ткань) и дополнительно 45% костной стружки и частиц старой кости. Через 2 нед количество вновь образованной костной ткани было еще небольшим, однако количество мягких тканей заметно снижалось.
Рисунок 20. Гистограмма, демонстрирующая долю новой кости, старую кость, кусочки костной стружки и мягких тканей на границе ткани и имплантата после 1-й, 2-й, 4-й и 6-й недель заживления. Обратите внимание, что доля старой кости, мягких тканей и костной стружки, которые присутствовали в области рядом с поверхностью имплантата, со временем уменьшается, а количество вновь образованной костной ткани увеличивается. Есть основания полагать, что (1) плотный контакт между старой костью и имплантатом создает начальную механическую (первичную) стабильность титанового устройства, пока (2) вновь образованная кость впоследствии не обеспечит остеоинтеграцию.
В интервале между 2-й и 4-й неделями формирование новой кости на границе заметно увеличивалось. Таким образом, в этом интервале доля вновь образованной костной ткани увеличивалась с 10 до 30%, в то время как количество частиц твердых тканей заметно снижалось. Кроме того, в период от 4 до 6 нед были выраженными образование новой кости (от 30 до 60%) и уменьшение старой кости, также заметно уменьшалось количество костных стружек. Другими словами, в организме человека процесс остеоинтеграции, видимо, наиболее активен в интервале от 2 до 6 нед.
Резюме. В течение 6 нед заживления, зарегистрированных в данном исследовании у человека, отмечено, что в то время как количество старой кости, костных стружек и мягких тканей, которые первоначально располагались в непосредственной близости от имплантата, постепенно уменьшалось, количество вновь образованной костной ткани увеличивалось (см. рис. 20). Эта картина заживления, которое в конечном итоге привело к остеоинтеграции, достаточно полно соотносится с результатами, полученными в экспериментах на животных, опубликованных ранее в статьях на сайте.
б) Результаты исследования биоптата:
Рисунок 21. Продольный срез биоптата, включающий твердое устройство винтового имплантата. В то время как компактная старая кость (СтК) находится в контакте с коронковой частью имплантата, апикальная часть состоит из менее плотных тканей и стружки.
1. Первичная рана. Срез биоптата имплантата с окружающими тканями, отобранного на ранней стадии после хирургической установки имплантата, представлен на рис. 21. Обратите внимание на наличие старой кости, особенно в кортикальной (маргинальной) области участка. Эта старая компактная кость оказалась в непосредственном контакте с имплантатом и, очевидно, обеспечила первоначальную механическую устойчивость имплантата (первичную стабильность). Отметим также, что более апикальные части имплантата были окружены неминерализованной тканью, костными стружками и частицами кости.
Рисунок 22. Компактная кость в непосредственном контакте с поверхностью имплантата в коронковой части после 1 нед заживления. Обратите внимание на присутствие частиц кости (ЧК) и костных стружек (КСтр) различного размера около поверхности имплантата.
2. Процесс заживления. После 1 нед заживления краевую часть подготовленного хирургическим путем участка (ложа) занимал значительный объем старой кости. Эта костная ткань оказалась в тесном контакте с имплантатом (рис. 22). Как было указано выше, это плотное прилегание между оставшейся старой костью и титановым устройством, скорее всего, необходимо для первичной стабильности имплантата и играет важную роль в создании оптимальных условий заживления раны в твердой ткани.
В этот ранний период вновь образованная костная ткань продолжает рост от поверхности старой костной ткани (рис. 23), в то время как в соседних областях раны могут присутствовать участки резорбции кости. Другими словами, процесс заживления на этой ранней стадии характеризуется аппозиционным ростом твердой ткани и резорбцией.
Рисунок 23. Начальная стадия аппозиционного роста кости от поверхности старой кости, происходящего на некотором расстоянии от поверхности имплантата после 1 нед заживления: 1 — старая кость; 2 — новый матрикс минерализованной костной ткани; 3 — минерализованные очаги на границе минерализации; 4 — остеоид выстлан остеобластами.
Рисунок 24. После 1 нед заживления в зазоре между поверхностью имплантата и препарированным костным ложем присутствует значительное количество костных стружек (КСтр) и более крупных частиц кости (НК).
Рисунок 25. После недельного периода заживления старая кость (СтК) до сих пор контактирует с резьбой имплантата. Вновь образованная кость (НК) присутствует на уступах старой кости и поверхности имплантата. На последней заметны прилипшие костные стружки (КСтр), они также внедрены в смежные мезенхимальные мягкие ткани. Вновь образованная кость состоит в основном из частично минерализованного остеоида, выстланного остеобластами.
Костные стружки, частицы кости, мягкие мезенхимальные ткани, а также тонкие слои остеоидной ткани также часто встречаются на поверхности имплантата или около нее (рис. 24, 25).
После 2-недельного интервала в краевой части имплантата еще присутствовали остатки старой кости. В непосредственной близости и на некотором расстоянии от имплантата можно найти области резорбции твердых тканей (лакуны Хаушипа; рис. 26). Кроме того, на боковой поверхности имплантата или в непосредственной близости от него появляются мельчайшие участки новообразованной кости. Это образование грубоволокнистой кости — первый признак того, что можно назвать остеоинтеграцией (рис. 27, 28).
Рисунок 26. Область компактной старой кости в контакте с наиболее коронковой частью имплантата после 2-недельного заживления. Обратите внимание на резорбцию кости в нижней части микрофотографии (стрелка).
Рисунок 27. Участок характеризуется моделированием активной ткани, другими словами — формированием грубоволокнистой костной ткани. Вновь образованные трабекулы грубоволокнистой кости простираются от старой кости к незрелой соединительной ткани (СтК — старая кость; НК — новая кость; КСтр — костные стружки).
Рисунок 28. Микрофотография отображает границу имплантата и ткани на месте имплантации после 2 нед заживления. Область заполнена временным матриксом соединительной ткани, различима зона новой кости, а также остеоидные ткани на поверхности имплантата. Обратите внимание на наличие костных стружек (КСтр) на поверхности имплантата. Тканевые элементы, в том числе минерализованный матрикс незрелой кости (МНК), остеоидные ткани (О) и старая кость (СтК), находятся в контакте с поверхностью имплантата. ОБ — остеобласты находятся на границе между остеоидом и соединительной тканью.
Кроме того, в этом интервале формировались крошечные выступы вновь образованной грубоволокнистой кости, по-видимому, связывающие старую кость с титановым винтом (см. рис. 28).
Рисунок 29. Микрофотография демонстрирует границу имплантата и ткани, периимплантатные ткани после 4 нед заживления. Новообразованная кость (НК) формирует крошечные островки трабекулярной сети, связывающие поверхность старой кости с поверхностью имплантата. Отложение новой кости на поверхности имплантата связано с наличием костных стружек (КСтр).
В 4-недельном интервале процессы характеризовались признаками моделирования и ремоделирования. В некоторых областях, близких к поверхности имплантата, были различимы процессы резорбции, в то время как в прилегающих областях образовывалась грубоволокнистая кость (рис. 29).
Рисунок 30. Микрофотография отображает границу имплантата и ткани после 4-6 нед заживления. На поверхности старой кости (СтК) и поверхности имплантата находится вновь сформированная кость (НК).
В 6-недельном интервале в непосредственной близости от имплантируемого устройства присутствовало большое количество вновь образованной грубоволокнистой костной ткани (рис. 30), а также пластинчатая кость и костный мозг. Этот вид новообразованной твердой ткани — часть более стабильного контакта между костью и имплантатом, другими словами — остеоинтеграции.
