Метод дентальной имплантации подразумевает комплексную реабилитацию больных с частичным и полным отсутствием зубов с использованием имплантатов — искусственных опор несъемных и съемных протезов. Метод дентальной имплантации состоит из хирургического и ортопедического этапов и предполагает совместную работу стоматологов хирурга и ортопеда при планировании операции имплантации, конструировании протеза, разработке тактики диспансерного наблюдения.
Современные дентальные имплантаты можно классифицировать по разным признакам, учитывая, что ряд из них мало применяется в клинике в связи с недостаточной эффективностью в сравнении с наиболее распространенными осесимметричными титановыми имплантатами (табл. 1).
При всем многообразии характеристик имплантатов как в научном, так и в клиническом плане важнейшими условиями эффективности протезирования на имплантатах являются параметры биотехнического и технического контакта (интерфейса) имплантата: внутрикостной части имплантата — с костной тканью и десной, абатментом; абатмента — с мезо- и супраконструкцией; супраконструкции — с зубами-антагонистами.
Среди перечисленных взаимоотношений зона контакта имплантата с костной тканью является главной. Ее качество зависит от количественных и качественных характеристик костной ткани в области имплантации, способности ее к репаративному остеогенезу и длительному функционированию в неразрывной связи с поверхностью имплантата, а также от остеоинтегративных свойств поверхности имплантата и тщательности выполнения всех этапов имплантологического лечения (от предоперационной диагностики до диспансеризации пациента после завершения протезирования на имплантатах).
Рассматривая процесс остеоинтеграции, необходимо отметить, что при формировании костного ложа имплантата происходит повреждение кортикальной и губчатой кости. Такой же процесс происходит при имплантации в сочетании с методиками направленной тканевой регенерации (НТР), дистракционного остеогенеза, расщепления и уплотнения альвеолярного гребня, костной пластики, синус-лифтинга. Несмотря на локальный характер повреждения, он играет роль пускового механизма для целой серии последовательных событий как организменного (системного), так и локального характера. Подчеркивая общность процессов репаративной регенерации для всех биологических тканей организма, А.Б. Шехтер и В.В. Серов (1991) характеризуют ее как воспалительно-репаративную реакцию, каждая из фаз которой подготавливает и запускает следующую. Сходным образом протекает и процесс репаративного остеогенеза. При повреждениях костной ткани вначале нарушается местное кровоснабжение, что вызывает геморрагию, аноксию, смерть клеток и асептический воспалительный ответ.
В последующем развивается реваскуляризация, резорбция некротизированных тканей, а также пролиферация-дифференциация полипотентных преостеогенных клеток в функциональные фибробластические, хондрогенные и (или) остеогенные клетки в периосте, эндосте и строме костного мозга. По мнению Simmons (1995), процессы, вовлеченные в эту очередность, могут быть приостановлены или задержаны на любой стадии в присутствии инфекции.
От качества ремоделирования костной ткани зависит способность кости выдерживать ежедневные нагрузки. Эта способность зависит от двух процессов: постоянной адаптации к нагрузкам (моделирование) и коррекции механических микроповреждений (ремоделирование). Оба процесса основаны на согласованной работе клеточных популяций, резорбирующих и формирующих кость. Резорбция и образование костной ткани строго регулируются местными и системными факторами, что в норме обеспечивает баланс между двумя процессами. Нарушения регуляции могут привести как к потере костной ткани, так и к избыточному (патологическому) ее образованию.
Гистологически остеоинтеграция определяется как прямая структурная и функциональная связь между организованной, живой костью и поверхностью имплантата без вмешательства мягких тканей между имплантатом и костью. Различают две формы остеогенеза: контактный и дистантный. Остеогенез, начинающийся и завершающийся образованием новой костной ткани на поверхности имплантата в контакте с ее структурными элементами, получил название прямого контактного остеогенеза. Репаративный остеогенез, происходящий за пределами поверхности имплантата вне контакта с ней, завершившийся образованием новой костной ткани, вступающей впоследствии во взаимодействие с имплантатом, назвали дистантным остеогенезом.
Последовательность процессов, происходящих при контактном остеогенезе, укладывается в следующую схему: покрытие поверхности имплантата протеинами крови при контакте его с костной раной; оседание тромбоцитов на протеиновой пленке, осевшей на поверхности имплантата; появление капиллярной сети (васкуляризация); миграция костных клеток; образование внеклеточного матрикса; формирование остеоидной ткани; минерализация.
В этих процессах большую роль играет сохранившаяся от повреждений при формировании костного ложа под имплантат базисная многоклеточная единица, включающая в себя остеокласты, остеобласты, мезенхимальные клетки и микрососудистые петли. По соседству с имплантатом в неповрежденной кости протекают нормальные процессы перестройки костной ткани: остеокласты будут разрушать остеоциты, что является толчком к активации остеобластов, продуцирующих коллаген. На поверхности коллагена происходят эпитаксические процессы, в результате которых кристаллы гидроксиапатита связываются с коллагеном. Эпитаксические процессы могут распространяться и происходить не только на поверхности коллагена, но и на поверхности имплантата, если она по своим свойствам близка к структуре коллагена. Такой процесс может охватить всю поверхность имплантата и завершиться образованием прочной связи имплантата с костной тканью. Остеобласты в пограничных зонах будут продолжать продуцировать коллаген, поддерживая общие процессы регенерации и ремоделирования костной ткани.
Рисунок 1. Схема тканевой интеграции зуба и имплантата
При дистантном остеогенезе поверхность имплантата до заживления костной раны остается не занятой процессами, которые имеют место при контактном остеогенезе. Эта поверхность, оказавшись неиспользованной из-за несостоявшегося контактного остеогенеза, начинает вступать во взаимодействие с продуктами дистантного остеогенеза, протекающего по законам репаративной регенерации, проходя стадию воспаления (0-5-й день травмы), стадию формирования клеточной бластемы (4-40-й день), стадию реорганизации тканевых структур и минерализации кости (25-50-й день) и стадию ремоделирования. В конечном итоге материнская и новообразованная костная ткань становятся идентичными по структуре. Процессы последней фазы, ремоделирования, могут протекать в течение 8-10 нед, а в некоторых случаях, в результате действия факторов риска, растянуться на период от 6 до 9 лет.
Таким образом, репаративный остеогенез является многофазным процессом, имеющим стадийно-зональные и временные характеристики, а нарушение течения любой из его фаз может привести к нежелательным результатам. Случаи фиброоссальной интеграции и несостоявшаяся остеоинтеграция свидетельствуют о непредсказуемости дистантного остеогенеза по сравнению с прямым контактным остеогенезом.
Остеоинтеграция клинически определяется как тип жесткой фиксации имплантата в костной ткани, способный выдерживать окклюзионные нагрузки. Остеоинтеграция дентального имплантата — в большинстве случаев процесс прогнозируемый, управляемый, поскольку главные факторы, способствующие ее достижению, хорошо известны. К ним относятся: биосовместимость материала (имплантата); атравматическая операция (для сведения к минимуму повреждения тканей); имплантация в тесном контакте с костью; неподвижность имплантата по отношению к костной ткани в течение фазы заживления (первичная стабильность); сохранение остеоинтеграции имплантата.
Существующие протоколы хирургического и ортопедического этапов лечения построены с учетом перечисленных факторов и дают хорошие результаты. Атравматическая хирургическая техника в асептических условиях имеет решающее значение для сведения к минимуму механических и термических повреждений в кости. Это достигается высокоточными вращающимися режущими инструментами, позволяющими работать на низкой скорости с высоким крутящим моментом с сохранением нежного, прерывистого давления, и обеспечением при этом обильного орошения, которое может быть осуществлено либо извне, либо изнутри с помощью специальных наконечников и сверл. Цель состоит в том, чтобы поддерживать температуру кости в зоне вмешательства ниже 47°C. Любое отклонение в сторону превышения 47°C вызывает некроз кости и ставит под сомнение возможность полноценной остеоинтеграции.
Первичная стабильность имплантата должна быть достигнута и поддерживаться для образования новой костной ткани на поверхности имплантата. Стабильность в момент установки имплантата находится в зависимости от объема и качества костной ткани, которые обеспечивают тесный контакт имплантата с костью. Лучший вариант — когда имплантат достаточной длины и диаметра входит в резьбовое соединение с толстой кортикальной пластинкой, переходящей к плотной губчатой кости, и завершает свою связь в кортикальной кости (бикортикальное положение имплантата). Короткий, узкий имплантат, помещенный в зоне, имеющей тонкую кортикальную пластинку и минимально плотную губчатую кость и не доходящий до кортикальной кости в апикальной части, будет обеспечивать значительно меньшую стабильность и устойчивость.
Контакт (интерфейс) «имплантат-десна» формируется во внекостной части имплантата в пришеечной его области; его природным аналогом является маргинальный пародонт естественного зуба. Общность и различия структуры периимплантатных тканей и маргинального пародонта натурального зуба общеизвестны: как у первого, так и у второго есть десневая борозда с эпителиальным креплением; имеются соединительнотканные волокна, идущие в продольном направлении у имплантата, в то время как у натурального зуба они расположены в поперечном направлении и вместе с зубоальвеолярными и зубодесневыми связками образуют круговую связку; у имплантата зубоальвеолярные и зубодесневые связки вовсе отсутствуют. Все это резко снижает в первую очередь защитные свойства периимплантатных тканей.
Периимплантатные ткани и маргинальный пародонт натурального зуба можно сравнить, используя понятие о биологической ширине. Термин «биологическая ширина» обозначает комплекс десневых тканей вокруг зуба, который располагается над альвеолярной костью. Гистологически он включает в себя соединительную ткань (шарпеевы волокна) и прикрепленный к зубу эпителий. Некоторые авторы включают в биологическую ширину и десневую бороздку. Средние размеры биологической ширины таковы: прикрепленная соединительная ткань 1,07 мм + прикрепленный эпителий 0,97 мм = 2,04 мм. Размер десневой бороздки — 0,69 мм (рис. 1).
Важнейшей зоной в структуре имплантата является контакт внутрикостной его части и внутриротовой (абатмента). В естественных зубах технической проблемы соединения коронковой части зуба с корнем не существует: корень зуба через шейку неразрывно переходит в коронковую часть. Место перехода корня в коронку зуба природой четко обозначено и функционально предназначено для окружения десной. В этой зоне эмаль зубной коронки заканчивается и начинается тонкий слой цемента. Здесь волокна, идущие от периодонта, от надкостницы, переплетаясь между собой, образуют круговую связку зуба (ligamentum circulare), обеспечивающую его устойчивость и защиту костной ткани, окружающей корень зуба. Несмотря на это, в клиническом плане в пришеечной части зуба возникают большие проблемы: кариес шейки зуба, маргинальные периодонтит, гингивит, рецессия и резорбция мягких и твердых тканей, пародонтит и т.д. Все это указывает на важность зоны перехода корневой части зуба в коронковую. В пришеечной части зуба возникают проблемы и при проведении реставрационных терапевтических и ортопедических мероприятий (гингивит, рецессия десны, обнажение края искусственных коронок, изменение цвета десны и т.д.).
Существуют системы имплантатов, повторяющих анатомию зуба, у которых внутрикостная и внекостная части неразрывно переходят друг в друга, образуя шейку и культевую опору имплантата. Но пока большинство систем имплантатов представлены разборными конструкциями модульного типа, где представлены по отдельности: корневая, коронковая части, переходные структуры и соединительные компоненты. В результате этого образуется зона соединения (интерфейс), система соединений и вытекающие отсюда проблемы технического и клинического плана (раскручивание и поломки винтов, абатментов, чрезмерные зазоры между стыковочными поверхностями, микробные загрязнения, дурной запах, мукозиты, периимплантиты, рецессии и резорбции костной и мягких тканей и др.).
У профессионалов-имплантологов существуют определенные требования к интерфейсу «имплантат-абатмент»: высокая плотность соединения [без люфтов, зазоров, нависающих краев выступающей части абатмента из имплантата; технологически удобная форма сопрягающихся между собой деталей; достаточная прочность к нагрузке (как самого абатмента, так и соединительных винтов)]; эстетичность (форма, цвет), высокая биосовместимость материала.
На абатментах, прецизионно припасованных к имплантатам, на следующей стадии технологического процесса осуществляется припасовка ортопедических конструкций: одиночные коронки (металлокерамические, металлополимерные, металлические, керамические и др.); коронки, объединенные в блоки; мостовидные конструкции; каркасные и балочные конструкции, в том числе с замковыми устройствами.
Перечисленные конструктивные элементы составляют основу классификации зубных протезов на имплантатах (табл. 2).
Биомеханическое обоснование конструирования ортопедических конструкций на имплантатах позволяет прогнозировать их долговременное функционирование. Биомеханическое обоснование зубного протезирования с опорой на имплантаты включает в себя ряд известных понятий о механическом поведении технических элементов ортопедических конструкций и биологических компонентов, образующих единую биотехническую систему. Функционально нагруженная биотехническая система находится в напряженном и деформированном состоянии под влиянием внешних и внутренних сил. Основным источником силы являются жевательные мышцы, способные развивать значительные усилия (височная — 80 кг, жевательная — 75 кг, внутренняя крыловидная — 40 кг), однако во время жевания используется не вся сила. Сила жевательного давления благодаря физиологическим регуляторам (центральная нервная система, мышцы и пародонт) составляет лишь часть абсолютной силы мышц. Однако при замене зубов имплантатами возможности регуляции жевательного давления снижаются, что всегда следует учитывать при конструировании протезов с опорой на имплантаты, особенно у пациентов с мышечной дисфункцией.
Установлены основные закономерности распределения напряжений в системах «имплантат-кость», «имплантат-супраструктура», в частности, определено, что при применении винтовых имплантатов и супраструктур со стандартными параметрами функциональные нагрузки, возникающие при жевании, не создают опасные для тканей концентрации напряжений. Биомеханическое взаимодействие с тканями нестандартных имплантатов (коротких, чрезмерно длинных, узких и тонких) и супраструктурных конструкций недостаточно исследовано; по общему мнению, подобные имплантационные системы могут иметь осложнения в виде поломок технических элементов, перегрузки окружающей костной ткани с отрицательными последствиями.
Математическое моделирование методом конечно-элементного анализа позволило провести системные исследования напряжений и деформаций, возникающих в имплантационных конструкциях и тканях, вступающих во взаимодействие с ними (рис. 2). В частности, установлены сходства и различия биомеханического поведения имплантационных систем по сравнению с естественными зубами, выявлены специфические биомеханические проблемы, возникающие при протезировании с опорой на дентальные имплантаты.
В сравнении с зубами в губчатой кости у имплантата напряжения увеличиваются незначительно. Горизонтальная нагрузка имплантатов увеличивает напряжения в пришеечной зоне кортикальной кости в 2,8 раза в сравнении с резцом, в 2,5 раза — с клыком и в 2 раза — с моляром, еще более снижая степень распространения напряжений в другие отделы челюсти по сравнению с горизонтальной нагрузкой зубов. При этом изменения напряжений в губчатой костной ткани при нагрузке имплантатов незначительны; замена зубов внутрикостными имплантатами не меняет картину распределения напряжений в костной ткани нижней челюсти, однако снижает степень их распространения на другие отделы кортикальной кости вдоль зубного ряда и за его пределами за счет исчезновения напряжений у апикальной части и увеличения напряжений у шейки нагруженного имплантата в сравнении с вертикальной нагрузкой моляров в 2,3 раза (29,7 МПа), клыков — в 3 раза (30,9 МПа) и резцов — в 2,7 раза (28,6 МПа).
При всем сходстве общих закономерностей деформации тканей при интактных и неинтактных зубных рядах при протезировании с использованием имплантатов возникают свои специфические биомеханические проблемы. К ним можно отнести прочность и концентрацию напряжений и окклюзионные проблемы.
При исследовании прочности материалов наиболее часто рассматриваются два показателя: прочность на растяжение (или на разрыв) и прочность на сжатие. В обоих случаях прочность измеряется наименьшей силой, вызывающей разрушение образца данного материала, деленной на площадь его начального поперечного сечения, что позволяет измерять прочность в количественных показателях. В клинических условиях параметры зубопротезных элементов (толщина, длина и т.д.), изготовленных из различных материалов, установлены эмпирическим способом, конкретных цифровых выражений не имеют. Именно поэтому трудно вычислить прочностные характеристики конкретной ортопедической конструкции и распознать наличие или отсутствие концентраций напряжений в них. Однако, анализируя ортопедическую конструкцию с имплантатами и свойства материалов, из которых она изготовлена, зная свойства костной ткани, в которой произошла остеоинтеграция имплантатов, зная закономерности возникновения концентраций напряжений, можно утверждать о наличии их в том или ином случае. Общеизвестно, что концентрацию напряжения создают резкие угловые переходы, истончения, трещины, отверстия и любые другие дефекты.
Особенно опасна концентрация напряжения для хрупких материалов, поскольку в этих местах происходит разрушение материала. Концентрация напряжений в кости также имеет место. Однако имеющиеся в кости естественные отверстия, каналы для кровеносных сосудов существенно не уменьшают прочность кости. Наоборот, трещины, возникшие в определенных местах, доходя до костных полостей, завершаются в этих углублениях. Опасными могут быть искусственно созданные отверстия и каналы, например при формировании костного ложа под чрезмерно длинные и толстые имплантаты, дефекты после взятия аутотрансплантата, удаления зубов мудрости на нижней челюсти. Потенциальную опасность представляют все имплантаты, расположенные вне альвеолярной части нижней челюсти и глубоко в теле челюсти — в случае их дезинтеграции образуются множественные дефекты, ослабляющие прочность челюсти.
Рисунок 2. Эпюры интенсивности напряжений в кортикальной (а) и губчатой (б) кости вокруг имплантата при вертикальной нагрузке имплантата
Окклюзионные взаимоотношения интактных зубных рядов согласуются с особенностями строения височно-нижнечелюстного сустава (ВНЧС) и движениями нижней челюсти. Регуляция жевательного давления при этом происходит с участием барорецепторов периодонта. При нарушении целостности зубного ряда окклюзионные взаимоотношения меняются: механизмы рефлекторной регуляции жевательного давления с участием барорецепторов периодонта сохраняются в тех сегментах, где сохранились зубы с интактным пародонтом, а при полной адентии эти механизмы вовсе отсутствуют.
Остеоинтегрированные имплантаты в силу их анкилозированной связи с костной тканью не могут компенсировать механизмы рефлекторной регуляции жевательного давления. Именно эти обстоятельства вносят определенные особенности в конструирование окклюзионных взаимоотношений искусственных зубных рядов в протезах, опирающихся на внутрикостные имплантаты. Они заключаются в следующем: свободный переход из положения центрального соотношения челюстей в положение центральной окклюзии; билатеральная балансированная окклюзия (особенно при замещении зубными протезами с опорой на имплантаты при полном и множественном отсутствии зубов); клыковое ведение (при замещении несъемными протезами на имплантатах); переднеклыковое ведение (при замещении несъемными протезами с консольным удлинением на имплантатах); отсутствие преждевременных контактов и интерференций; точная юстировка окклюзионных контактов.
Ряд конструкций и клинических ситуаций в имплантологии характеризуются биомеханическим риском. К ним можно отнести одиночный имплантат, служащий опорой съемного протеза; имплантат с чрезмерно удлиненной коронкой (короткие имплантаты при большом межальвеолярном пространстве); имплантаты, блокированные с естественными зубами без компенсации жесткости соединений; имплантаты, подверженные окклюзионной перегрузке; имплантаты, хронически испытывающие неосевые нагрузки при их позиционировании с наклоном; недостаточная поверхность имплантата для нормального распределения функциональной нагрузки: имплантаты, объединенные (шинированные) в разных функциональных сегментах зубного ряда и без соблюдения принципа равноразмерности имплантатов в пределах одного сегмента; имплантаты с тонкостенным костным окружением, с потерей кости в пришеечной области (периимплантит) и находящиеся в костной ткани с низкими адаптационными свойствами к нагрузке.
Ортопедические конструкции, опирающиеся на имплантаты, содержат большое количество участков, которые могут оказаться концентраторами напряжений. Можно выделить три вида концентраторов напряжений: концентраторы формы (конструктивные), технологические (концентраторы, появление которых связано с нарушением структурообразования материала при изготовлении изделия), контактные концентраторы в области соединений. К конструктивным концентраторам относятся наружная резьбовая поверхность имплантата, соединительные винты и внутренние резьбовые отверстия имплантата, режущие кромки самонарезных винтовых имплантатов, соединения «имплантат-абатмент-супраструктура», отверстия и пазы в балочных и замковых конструкциях, точки неточного соединения деталей; к технологическим концентраторам относятся места соединения деталей с натягом, поры и дефекты в литых изделиях; к контактным концентраторам — напряжения в соединительных узлах из-за усталостного разрушения (питтинг) вследствие периодически изменяющихся контактных напряжений. Концентрация напряжений возникает и в поверхностном слое металла при контактном нагружении, когда сила действует на весьма ограниченном участке поверхности. Этот вид нагружения чаще всего встречается при соприкосновении сферических и цилиндрических тел с плоскими, сферическими или цилиндрическими поверхностями.
Для предупреждения возникновения концентраций напряжений необходимо строго соблюдать требования к имплантатам и супраструктурным компонентам на всех этапах работы с ними: на этапе производства, установки и протезирования, считая особо опасными с точки зрения преждевременного разрушения системы неточные контакты в соединительных узлах и перегрузки в интерфейсе «имплантат-кость».
Перечисленные закономерности подтверждаются клиническими исследованиями, которые показывают успешность имплантации в 98,0% случаев через 5-10 лет нагрузки при создании оптимальных условий функционирования имплантатов.
