Dr. G. Takács, Coburg A hidroxilapatit bevonatok kérdésköre - Good or bad news? Egy új implantátum és egy explantátum elektromikroszkópos és metallográfiai összehasonlító vizsgálata háromhónapos kezelési/gyógyulási/pihenési idő után. 2. Ábra: Sikertelen implantáció a regio 24-ben explantáció előtt A német irodalomban ennek a fogalomnak alábbi ellentétei találhatók meg: a) Disztrakciós oszteogenezis b) Kapcsolt oszteogenezis és c) Kötött oszteogenezis A kapcsolt oszteogenezis fogalom jelentése szinte megegyezik az oszteointegráció fogalommal, azt az egy dolgot azonban figyelembe kell venni, hogy oszteointegráció esetén a csontos kötés a felületen nem csupán gyógyult, hanem gyógyult és terhelés alá vetett implantátumra vonatkozik. (1. irod). Kötött oszteogenezis 1. Ábra: Új implantátum explantátum összehasonlítás Történeti kitekintés Az enosszális implantátumok története az anyagtudomány tekintetében szorosan összekapcsolódik a különböző fémötvözetek és kerámiák szelekciójával. A történeti visszatekintésből kiderül, hogy csak néhány anyag váltotta be a hozzá fűzött reményeket; a kerámiák közül a monokristályos zafír és a tömörített alumíniumoxid alapú kerámiák, a fémek közül alapvetően a titán és a tantál, de utóbbi értékesítési okokból nem jutott főszerephez. Megszoktuk, hogy ezeket az anyagokat biokompatibilisként jellemezzük, amihez a kereskedelemben szorosan kapcsolható az oszteointegráció fogalom. A kötött oszteogenezis fogalom még ennél is szorosabb kapcsolatra irányul. Itt tulajdonképpen az anyagátalakulás szempontjából megközelíthető cseréről van szó az implantátum felülete és a csontok között, amelynek köszönhetően a felületen egy még intenzívebb kötés jön létre (2. irod.). A hidroxilapatit, ez a kálcium-foszfát-vegyület a test keményszövetének alapvető alkotóeleme. A csontok tömegének 60 70%-át teszi ki. Így kézenfekvő volt, hogy a fogászati implantológiában hidroxilapatitet alkalmazzanak bevonatolási technológiaként. Ma tucatnál is több különböző implantátumrendszer kapható a kereskedelemben. A hidroxilapatitbevonatokkal készült implantátumokkal kapcsolatos klinikai tapasztalatok azonban jelenleg csak kb. 8 évre nyúlnak vissza (4. irod.) Egyhangú vélemények szerint ez még csak a fele annak a beválással kapcsolatos időtartamnak, ami egy enosszális implantátumtól elvárható. Nem ritka, hogy az oszteointegráció kritériumai szerint készített bevonat nélküli implantátumok 25 éve jól működnek. A hidroxilapatit bevonatos implantátumoknak e tekintetben még bizonyítaniuk kell, hogy hosszú távon is beválnak.
Ebben az összefüggésben a hidroxilapatit bevonatos implantátumokkal kapcsolatban újra és újra két alapvető tulajdonságot kérdőjeleznek meg: 1. A bevonat bírja-e a reszorpciót 2. Hogyan viselkedik a bevonat bakteriális eredetű fertőzés esetén (3. és 5. irod.). Fentiek kapcsán a feladat az, hogy megalapozott, hosszútávra szóló statisztikákat kutassunk fel arról, hogy a hidroxilapatit bevonattal ellátott implantátumok esetében a gyógyulási idő a bevonat nélküli konkurenciáival megegyezően zajlik-e, úgy, ahogy azt eddigi klinikai tapasztalataink alapján megszokhattuk. Ebben az összefüggésben mindig arra hívják fel a figyelmünket, hogy a hidroxilapatit bevonatok között bizony vannak különbségek (6. irod.) Másrészről ide tartozik az a megállapítás is, hogy az implantátumokat gyártó cégek 80%- a ugyanazt a gyártót bízza meg a bevonatolással (7. irod.) GOTTLANDER és ALBREKTSSON bevonatolt és bevonat nélküli implantátumokat összehasonlító kísérletei során (8. irod.) mindig felbukkan az a megjegyzés, hogy nem commercional available bevonatról van szó. Így az eredményt összességében megkérdőjelezhetővé vált. Bevonatolási technológia A bevonatolás során maga a bevonatolási technológia kétségtelenül döntő szerepet játszik. Több tulajdonságnak kell megfelelőnek lennie. Az nyilvánvaló, hogy a nagykristályos szerkezetek váltak be. A nagykristályos szerkezetnek abból a szempontból van jelentősége, hogy a bevonat mennyire bírja a reszorpciót. Továbbá a termikus szórási eljárásban a hidroxilapatit melegítése során nem zárható ki mindig teljesen a bomlás béta-trikalcium-foszfátra. Utóbbi reszorpcióra való hajlamossága általánosan ismert tény, ami a múltban a defektus-sebészet bizonyos alkalmazási területein kifejezetten kívánatos volt. Amikor azonban lerakódásokat figyeltek meg a nyirokcsomóban, csökkent az érdeklődés az anyag iránt. Utolsó hátrányként újra és újra megnevezik a hőhatásfüggő repedések képződésével együtt járó inhomogén lerakódásokat az implantátumok felületén a hidroxilapatit bevonat lehűlése után. Ennek következtében az implantátum és a bevonat közötti kötés mechanikailag nem lesz megfelelő, ami bizonyos exponált helyeken, a menetek bevágásánál, stb. a bevonat lerepedezését okozhatja akár már az implantátum csontba történő behelyezésének időpontjában. Ebből az okból vetettünk alá elektromikroszkópikus és metallográfiai összehasonlító vizsgálatnak egy (gyulladás szempontjából begyógyult) explantátumot három hónap pihenési idő/gyógyulási idő után egy új implantátummal. Az implantátum elvesztésének folyamatáról Egy 50 éves páciensnél a felső állcsont oldalsó fogainak területén implantológiai kezelést végeztünk. A páciens az arcüreg előtti területen két hidroxilapatit bevonatos csavarimplantátumot kapott, a tuber területen pedig szintén hidroxilapatit bevonatos tuber-pengeimplantátumot. A három implantátum közül kettő komplikációmentesen begyógyult a D3 sűrűségi osztályba tartozó csontokban. Az explantátumon a felül szűk viszonyok miatt először egy alveoláris gerinctágítással próbálkoztunk a guided bone regeneration kritériumai szerint. A varratok eltávolításának időpontjában a hártya feletti burok még teljesen zárt volt; a következő 10 hétben mégis szétnyílt a seb, és jelentkezett minden ismert másodlagos tünet. A Goretex hártyát szabaddá tettük egy gombostűfej méretű területen, amelyet kb. 2 cm 2 nagyságú területen baktériumok leptek el. A hártya eltávolítása után (3 hónap) a hártya alatt a teljes implantátum-ágy fölött láthatóvá vált a csont gyulladásos kötőszöveti elváltozása; az implantátum már elveszítette primer stabilitását, és el kellett távolítani. Vizsgálati módszer Az explantáció után az implantátumot megtisztítottuk a kötőszöveti maradványoktól (tisztítás ultrahangos tisztító oldatban). Annak kizárása érdekében, hogy az ultrahangos tisztító oldat károsodásokat okoz-e az új implantátummal történő összehasonlítás során, két azonos típusú és azonos hosszúságú új implantátumot szintén összehasonlítottunk. Az egyik új implantátumot alávetettük az ultrahangos tisztításnak, majd elektromikroszkópos vizsgálattal összehasonlítottuk a felületét egy steril csomagolású, új implantátummal. A két implantátum között nem mutatkozott különbség. Ebből az a következtetés vonható le, hogy egy ultrahangos kezelés miatt nem keletkezik újabb látható károsodás egy új implantátumon. 3. ábra: A hidroxilapatit réteg egy új implantátum a fejkérgen ezerszeres nagyításban Ezen a felvételen felismerhetők a hidroxilapatit réteg különböző mértékben fuzionált különböző szemcserétegei (szűrőrétegei). Egyértelműen kristályos szerkezet nem látható. Ez valószínűleg azzal magyarázható, hogy a plazmaáramban felhordott (tűz)folyós hidroxilapatit réteg gyorsan hűlt le, így az atomjainak nem volt ideje arra, hogy kristályos szerkezetet alakítsanak ki. Analógia: Amorf fémek Az atomoknak a nagyon gyors lehűlési folyamat alatt nincs idejük arra, hogy kristályos szerkezetbe rendeződjenek! Ezenkívül a 3. ábrán 7 óránál (fehér négyzet) látható a területhatár. A 4. ábrán ugyanez a metszet látható, csak itt 5000-szeres nagyításban.
Összehasonlításképpen a 6. ábrán ugyanez a részlet látható az explantátumon. Itt egyértelműen felismerhető, hogy a mechanikailag különösen igénybe vett vágóélen már az egykori implantátumon is lepattogzott a hidroxilapatit réteg a felső állcsont oldalsó fog területének puha D3-csontjaiban. Ez a jelenség másképp nehezen elképzelhető. BilcJ4 Itt egyértelműen láthatók a nagyobb hidroxilapatit egységeken a képződött repedések (lásd a nyilat). Érdekesek még a részletesebben nem jellemezhető (szervi eredetű?) húzott fonalak. Eredmény: a repedések (lehűléstől függő) képződésének jelensége bebizonyosodott az elektromikroszkópos vizsgálatok során 5000-szeres nagyításban. A tiszta hidroxilapatit-réteg összetételéről a béta-trikalciumfoszfát és hasonló szemcseképződésekkel összehasonlítva nem tudunk nyilatkozni, azonban nem találhatóak egyértelműen homogén, azaz egyforma kristályos szerkezetek. Az 5. ábra egy új implantátum retenciós alávájás előtti felső vágóélének elektromikroszkópos képét mutatja 75-szörös nagyításban. 6. ábra Az előző ábrához képest a hidroxilapatit réteg lepattogzása itt a mechanikailag különösen nagy igénybevételnek kitett vágóéleken és az első csavarmenetnél is felismerhető. Összegzés: A hidroxilapatit réteg mechanikai tartása úgy értékelhető, hogy nem lehet kizárni, hogy a hidroxilapatit réteg már az implantáció időpontjában lepattogzott az exponált helyeken. Ebből következik, hogy az implantáció időpontjában a hengeres vagy a press-fit implantátumok sima felülete a károsodásra való hajlamuk szempontjából esetleg előnyösebb. A 7. ábra egy új implantátum összehasonlító mintájának fénymikroszkópos kiértékelését jeleníti meg 18-szoros nagyításban, a 6. ábrán a fejkéreg környékén készült felvételen látható explantátummal megegyező metszeti képpel összehasonlítva. Itt egyértelműen látható, milyen mértékben vált le a bizonyos helyeken részlegesen a bevonat csupán háromhónapos pihenőidő után. 5. ábra Ezen a felvételen az egyenletes eloszlásó hidroxilapatit réteg látható a menet vágóélének végén az egyenetlen geometrián.
7. ábra Az új implantátum a fejkérgen. Ezen az alrétegen látható az ép hidroxilapatit réteg, továbbá az implantátum-testen egy axiális vájat az elfordulás elleni védelem létrehozásához. Ebben a tekintetben megvitatandó lenne, hogy a bevonat bakteriális tenyészete okozta rossz higiéniás körülmények között nem lenne-e még gyorsabb az ailing implantból failing implantá alakulás (kötőszövetes szubsztitúció a határoló rétegen). Elméletileg ez a variáció mindenképpen elképzelhető. SAADON és más szerzők már nem vitatják, hogy a higiénia problematikája fokozódott (10. irod.). Esetünkben ez jó ok volt arra, hogy az explantátum bevonatán végbement reszorpciót még egyszer meghatározzuk az új implantátummal összehasonlítva a hidroxilapatit bevonat és az implantátum anyagának metallografikus vizsgálatának kritériumai szerint. Az új implantátumot és az explantátumot műgyantába öntöttük, és a menetvégek magasságában előkészítettük a metallográfiai vizsgálathoz, hogy metallográfiai mikroszkópban meg lehessen határozni a titán tartószerkezetes, hidroxilapatit bevonatos kerek keresztmetszeteket A tartószerkezet láthatóvá tételéhez titánspecifikus marató eljárást alkalmaztunk. Az alábbi 4 ábrát 200-szoros nagyításban készítettük, azaz a 9. ábra jobb alsó részén látható oszlop hossza 100 µ. 9. ábra. Az új implantátum metallográfiai csiszolata, maratás nélkül, 200-szoros nagyításban. 8. ábra 9. ábra Az előző ábrával ellentétben itt az alaptest fémes csillogása miatt feltűnő a részben lepattogzott (és sérült) hidroxilapatit réteg. Mivel az implantátum (8. ábra) gyulladásos szövetben helyezkedett el, a hidroxilapatit réteg leválása viszonylag nagyon rövid idő alatt ment végbe. Mint ismeretes, a gyulladások a csontokban rendszerint nagyon gyors reszorpciós folyamatokat váltanak ki. Ez nyilvánvalóan nem csak a csontokra, hanem a hidroxilapatit rétegre is érvényes. Ezért azonban semmiképpen sem vonható le az a következtetés, hogy a hidroxilapatit bevonatok a nem gyulladt, egészséges csontokban ugyanolyan mértékű reszorpciónak vannak kitéve, mint az itt ismertetett gyulladásos esetben. Ugyanezt a jelenséget ismerjük a kollagén membránoknál, amelyek gyulladásos területen három héten belül reszorbálódnak, miközben a nem gyulladt terület csonthártya leválasztás esetén még hat hónap után is messzemenően intakt marad. Így nem vonhatunk le következtetéseket a hidroxilapatit bevonat reszorpcióra való hajlamosságáról a csontokban normál, egészséges körülmények között. Azonban vitathatatlan tény, hogy a bevonat gyulladásos körülmények között (pilastritisnek kitéve) kiemelkedően hajlamos a reszorpcióra. Ezen az ábrán kb. 80 µ méretű hidroxilapatit bevonat látható. 10. ábra. Az explantátum metallográfiai csiszolata, maratás nélkül, 200- szoros nagyításban. 10. ábra
Az ábrázolt széleken nincs hidroxilapatit bevonat. A környező sötét sáv a körben található, szétszakított műgyanta okozta repedés miatt keletkezett. 11. ábra. Az új implantátum metallográfiai csiszolata, maratással, 200-szoros nagyításban. 11. ábra..... Az alig 100 µ-es hidroxilapatit réteg mellett a másik oldalon a szinte hibátlan, homogén titánötvözetből készült tartószerkezet figyelhető meg. 12. ábra. Az explantátum metallográfiai csiszolata, maratással, 200-szoros nagyításban. Összefoglalás Bár a kezelést végző személy részére a klinikai tapasztalatok kifejezetten a felső állcsont oldalsó fogainak területén (az egyik oldalon bevonatolt implantátumok, az ellenkező oldalon bevonat nélküli implantátumok) újra és újra bebizonyítják, hogy a felső állcsont oldalsó fogainak területén, D3- as csontokban a bevonatolt implantátumok begyógyulása egy 6 9 hónapos begyógyulási fázis alatt jelentősen gyorsabban megy végbe (9. irod.) (folyamatos ellenőrzés Periotest készülékkel), a reszorpció gyulladásos körülmények között aggodalomra ad okot. Ezért ügyelni kell a páciens állapotának elemzésére és motiválására. A szerző nézete szerint az interforaminális területen található D1-es és D2-es sűrűségű csontok kezelése során a bevonat mechanikai károsodásra való hajlama alapján nem ajánlatos csavaros implantátumokat alkalmazni. A cilinderimplantátumoknál ez azonban még előfordulhat. 12. ábra Itt is adott a keresztmetszeten egy kifogástalan állapotú tartószerkezet hidroxilapatit bevonat nélkül. Az explantátum metallográfiai vizsgálata során összességében az eredeti 80 µ és a 20 µ közötti rétegvastagság-értékek voltak megfigyelhetők. Ez azt jelenti, hogy három hónap pihenési idő után a gyulladt szövetben a bevonat kb. max. 30%-os mértékben vált le. A bevont implantátum commercional available volt.
1. irod. P. Tesch: Gewebeintegrierter Zahnersatz, Osseointegration in klinischer Zahnheilkunde. Quintessenz-Verlag 1985 2. irod. Meffert RM, Block MS, Kent JN. What is osseoingration? Int J Periodont Rest Dent. 1987;7:9-21 3. irod. Kwan J, Meffert RM. Macroscopic, microscopic, and spectrometric comparison of HA-coated dental implants. Prac Periodont Aesthet Dent. 1990; 2:38-44 4. irod. Johnson B. Hydroxyapatite-coated dental implants: long-term consequences. Calif Dent Assoc J. 1992; 20:33-41 5. irod. Jovanovic S. Vorgetragen im ICOI-Sommerkongreß, Chicago 1992 6. irod. Kent JN, Block MS, Finger IM, et al. Biointegrated hydroxylapatitecoated dental implants: 5-year clinical observations. J Am Dent Assoc. 1990; 121:138-144 7. irod. K. Judy anläßlich eines Gespräches, Frühjahrkongreß ICOI, New Orleans 1993 8. irod. Gottlander M, Albrektsson T. Histomorphometric studies of hydroxyapatite-coated and uncoated CP titanium threaded implants in bone. Int J Oral Maxillofac Implants. 1991; 6:399-404 9. irod. Jaffin RA, Berman CL. The excessive loss of Branemark fixtures in type IV bone: a 5-year analysis. J Periodontol. 1991; 62:2-4 10. irod. Saadoun AP, Le Gall M. Clinical results and quidelines on Steri-Oss enosseous implants. Int J Periodont Rest Dent. 1992; 12:487-499