Остеоинтеграция (от лат. osseus « костный » и integrare «делать целым») — это прямая структурная и функциональная связь между живой костью и поверхностью искусственного имплантата , несущего нагрузку («несущий нагрузку» по определению Альбректсона и др. в 1981 г.). Более позднее определение (Шредера и др.) определяет остеоинтеграцию как «функциональный анкилоз (сцепление кости)», при котором новая кость закладывается непосредственно на поверхность имплантата, а имплантат проявляет механическую стабильность (т. е. устойчивость к дестабилизации под действием механического возбуждения или сдвигающих сил ). Остеоинтеграция расширила науку о медицинских методах замены костей и суставов , а также зубных имплантатов и улучшения протезирования для ампутантов . [ требуется ссылка ]
Остеоинтеграция также определяется как: «образование прямого интерфейса между имплантатом и костью без вмешательства мягких тканей». [1]
Остеоинтегрированный имплантат — это тип имплантата, определяемый как «эндостальный имплантат, содержащий поры, в которые могут мигрировать остеобласты и поддерживающая соединительная ткань». [2] Применительно к оральной имплантологии это относится к кости, выращенной прямо до поверхности имплантата без промежуточного слоя мягких тканей. Между костью и поверхностью имплантата нет рубцовой ткани , хряща или связочных волокон . Прямой контакт кости и поверхности имплантата можно проверить микроскопически . [ требуется цитата ]
Остеоинтеграцию можно также определить как: [ необходима цитата ]
Остеоинтеграцию впервые наблюдали — хотя и не указывали явно — Боте, Битон и Дэвенпорт в 1940 году. [3] [4] Боте и др. были первыми исследователями, имплантировавшими титан животному, и отметили, что он имеет тенденцию к срастанию с костью. [3] [4] Боте и др. сообщили, что благодаря элементарной природе титана, его прочности и твердости он имеет большой потенциал для использования в качестве будущего материала для протезов. [3] [4] Готтлиб Левенталь позже описал остеоинтеграцию в 1951 году. [3] [5] Левенталь поместил титановые винты в бедренные кости крыс и сказал: «По истечении 6 недель винты были немного туже, чем когда были изначально установлены; по истечении 12 недель винты было труднее удалить; а по истечении 16 недель винты были настолько тугими, что у одного образца бедренная кость сломалась при попытке удалить винт. Микроскопические исследования структуры кости не выявили никакой реакции на имплантаты, трабекуляция казалась совершенно нормальной». [3] [5] Реакции, описанные Левенталем и Боте и др., позже были введены в термин «остеоинтеграция» Пер-Ингваром Бранемарком из Швеции. В 1952 году Бранемарк провел эксперимент, в котором он использовал камеру с титановым имплантатом для изучения кровотока в кости кролика. В конце эксперимента, когда пришло время удалить титановые камеры из кости, он обнаружил, что кость настолько плотно срослась с имплантатом, что камеру невозможно было удалить. Бранемарк назвал это «остеоинтеграцией» и, как и Боте и др. и Левенталь до него, увидел возможности для использования человеком. [3] [4] [5]
В стоматологии внедрение остеоинтеграции началось в середине 1960-х годов в результате работы Бранемарка. [6] [7] [8] [9] В 1965 году Бранемарк, который в то время был профессором анатомии в Гетеборгском университете , установил зубные имплантаты первому пациенту-человеку — Йёсте Ларссону. У этого пациента был дефект нёба, и ему требовались имплантаты для поддержки небного обтуратора . Йёста Ларссон умер в 2005 году, а оригинальные имплантаты все еще были на месте после 40 лет функционирования. [10]
В середине 1970-х годов Brånemark заключила коммерческое партнерство со шведской оборонной компанией Bofors для производства зубных имплантатов и инструментов, необходимых для их установки. В конечном итоге было создано ответвление Bofors, Nobel Pharma, чтобы сосредоточиться на этой линейке продуктов. Nobel Pharma впоследствии стала Nobel Biocare. [10]
Бранемарк провел почти 30 лет, борясь с научным сообществом за признание остеоинтеграции как жизнеспособного метода лечения. В Швеции его часто открыто высмеивали на научных конференциях. Его университет прекратил финансирование его исследований, заставив его открыть частную клинику, чтобы продолжить лечение пациентов. В конце концов, появляющееся поколение молодых ученых начало замечать работу, проводимую в Швеции. Джордж Зарб из Торонто, канадский протезист мальтийского происхождения, сыграл важную роль в распространении концепции остеоинтеграции по всему миру. Конференция в Торонто 1983 года обычно считается поворотным моментом, когда, наконец, мировое научное сообщество приняло работу Бранемарка. Остеоинтеграция теперь является весьма предсказуемым и распространенным методом лечения. [10] С 2010 года профессор Мунджед Аль Мудерис в Сиднее, Австралия, использовал высокопрочный титановый имплантат с плазменным напылением поверхности в качестве интрамедуллярного протеза, который вставляется в костный остаток ампутантов, а затем соединяется через отверстие в коже с роботизированным протезом конечности. Это позволяет ампутантам двигаться с большим комфортом и меньшим потреблением энергии. Аль Мудерис также опубликовал первую серию комбинированных остеоинтеграционных протезов с заменой суставов, что позволяет ампутантам ниже колена с артритом колена или короткой остаточной костью ходить без необходимости в протезе гнезда. [11]
7 декабря 2015 года два ветерана операции «Иракская свобода»/операции «Несокрушимая свобода», Брайант Джейкобс и Эд Салау, стали первыми в Америке, кому установили чрескожный остеоинтегрированный протез . [12] На первом этапе врачи госпиталя ветеранов Солт-Лейк-Сити вживили титановый штифт в бедренную кость каждого пациента. Примерно через шесть недель они вернулись и прикрепили стыковочный механизм для протеза. [ требуется цитата ]
В 2021 году профессор Аль Мудерис опубликовал диссертацию на соискание степени доктора медицинских наук, в которой обсуждается остеоинтеграция для людей с ампутированными конечностями: прошлое, настоящее и будущее — фундаментальная наука, инновации в хирургической технике, дизайн имплантатов и стратегии реабилитации. [13]
Остеоинтеграция — это динамический процесс, в котором характеристики имплантата (например, макрогеометрия, свойства поверхности и т. д.) играют роль в модулировании молекулярного и клеточного поведения. [14] Хотя остеоинтеграция наблюдалась с использованием различных материалов, чаще всего она используется для описания реакции костных тканей на титан или титан, покрытый производными фосфата кальция. [15] Ранее считалось, что титановые имплантаты удерживаются в кости за счет механической стабилизации или межфазной связи. В качестве альтернативы считалось, что имплантаты, покрытые фосфатом кальция, стабилизируются посредством химической связи. Теперь известно, что как имплантаты, покрытые фосфатом кальция, так и титановые имплантаты стабилизируются химически с костью либо посредством прямого контакта между атомами кальция и титана, либо посредством связи со слоем, подобным цементной линии, на границе имплантата и кости. [16] [17] Хотя есть некоторые различия (например, отсутствие хондрогенных предшественников), остеоинтеграция происходит посредством тех же механизмов, что и заживление переломов костей. [18] [19]
Для остеоинтегрированных дентальных имплантатов использовались металлические, керамические и полимерные материалы, [2] в частности титан . [20] Чтобы называться остеоинтеграцией, соединение между костью и имплантатом не обязательно должно быть 100%, и суть остеоинтеграции больше вытекает из стабильности фиксации, чем из степени контакта в гистологических терминах. Короче говоря, это процесс, при котором клинически бессимптомная жесткая фиксация аллопластических материалов достигается и поддерживается в кости во время функциональной нагрузки. [21] Время заживления имплантата и начальная стабильность являются функцией характеристик имплантата. Например, имплантаты, использующие конструкцию винтовой формы, достигают высокой начальной механической стабильности за счет воздействия их винтов на кость. После установки имплантата заживление обычно занимает несколько недель или месяцев, прежде чем имплантат полностью интегрируется в кость. [22] [23] [24] Первые признаки интеграции появляются через несколько недель, в то время как более прочное соединение постепенно достигается в течение следующих месяцев или лет. [25] Имплантаты, имеющие конструкцию в форме винтового корня, приводят к резорбции кости с последующей граничной ремоделировкой кости и ростом вокруг имплантата. [26]
Имплантаты с дизайном формы корня плато (или имплантаты формы корня винта с достаточно большим зазором между шагами винтов) подвергаются другому режиму оссификации вокруг имплантата. В отличие от вышеупомянутых имплантатов формы корня винта, имплантаты формы корня плато демонстрируют образование кости de novo на поверхности имплантата. [27] Тип заживления кости, демонстрируемый имплантатами формы корня плато, известен как интрамембранозное заживление. [26]
Хотя остеоинтегрированный интерфейс со временем становится устойчивым к внешним воздействиям, он может быть поврежден длительными неблагоприятными стимулами и перегрузками, что может привести к отказу имплантата. [28] [29] В исследованиях, проведенных с использованием «Мини-дентальных имплантатов», было отмечено, что отсутствие микродвижения на интерфейсе кость-имплантат было необходимо для обеспечения надлежащей остеоинтеграции. [30] Также было отмечено, что существует критический порог микродвижения, выше которого происходит процесс фиброзной инкапсуляции, а не остеоинтеграции. [31]
Другие осложнения могут возникнуть даже при отсутствии внешнего воздействия. Одной из проблем является рост цемента . [32] В обычных случаях отсутствие цемента на поверхности имплантата препятствует прикреплению коллагеновых волокон. Обычно это происходит из-за отсутствия клеток-предшественников цемента в области, принимающей имплантат. Однако, когда такие клетки присутствуют, цемент может образовываться на поверхности имплантата или вокруг нее, и к нему может прикрепляться функциональное коллагеновое соединение. [33]
С 2005 года ряд производителей ортопедических устройств представили продукцию с пористой металлической конструкцией . [34] [35] [36] Клинические исследования на млекопитающих показали, что пористые металлы, такие как титановая пена, могут позволить сформировать сосудистые системы внутри пористой области. [37] Для ортопедических целей часто используются такие металлы, как тантал или титан , поскольку эти металлы обладают высокой прочностью на разрыв и коррозионной стойкостью с превосходной биосовместимостью . [ необходима цитата ]
Процесс остеоинтеграции в металлических пенах аналогичен процессу остеоинтеграции в костных трансплантатах . Пористые костеподобные свойства металлической пены способствуют обширной инфильтрации кости, что позволяет остеобластам проявлять активность. Кроме того, пористая структура обеспечивает адгезию мягких тканей и васкуляризацию внутри имплантата. Эти материалы в настоящее время используются при замене тазобедренного сустава , замене коленного сустава и зубных имплантатах . [ необходима цитата ]
Существует ряд методов, используемых для оценки уровня остеоинтеграции и последующей стабильности имплантата. Одной из широко используемых диагностических процедур является перкуссионный анализ, при котором стоматологический инструмент постукивает по носителю имплантата. [38] Характер получаемого звона используется как качественная мера стабильности имплантата. Интегрированный имплантат будет вызывать более высокий «кристаллический» звук, тогда как неинтегрированный имплантат будет вызывать глухой, низкий звук. [39]
Другой метод — это тест на обратный крутящий момент, при котором носитель имплантата откручивается. Если он не откручивается под давлением обратного крутящего момента, имплантат стабилен. Если имплантат вращается под давлением, он считается неудачным и его удаляют. [40] Этот метод сопряжен с риском перелома кости, которая находится на полпути в процессе остеоинтеграции. [38] Он также ненадежен при определении потенциала остеоинтеграции костной области, поскольку испытания показали, что вращающийся имплантат может быть успешно интегрирован. [41]
Неинвазивным и все более широко применяемым методом диагностики является резонансно-частотный анализ (РЧА). [38] Устройство резонансно-частотного анализатора вызывает вибрации в небольшом металлическом стержне, временно прикрепленном к имплантату. Когда стержень вибрирует, зонд считывает его резонансную частоту и переводит ее в коэффициент стабильности имплантата (ISQ), который варьируется от 1 до 100, где 100 указывает на наивысшее состояние стабильности. Значения в диапазоне от 57 до 82 обычно считаются стабильными, хотя каждый случай должен рассматриваться отдельно. [38]
Одной из особенностей остеоинтегрированных протезов является то, что механические события на протезе (например, прикосновение) передаются в виде вибраций через кость. [42] Эта «остеоперцепция» означает, что пользователь протеза восстанавливает более точное ощущение того, как протез взаимодействует с миром. Пользователи протезов нижних конечностей с костной фиксацией сообщают, например, что они могут определить, по какому типу почвы они ходят, благодаря остеоперцепции. [43]
Недавние исследования пользователей протезов верхних и нижних конечностей с костной фиксацией показали, что эта остеоперцепция опосредована не только механорецепторами , но и слуховыми рецепторами . [44] [45] Это означает, что пользователи не просто чувствуют механическое воздействие на устройство, они также слышат движения своего протеза. Это совместное механическое и слуховое сенсорное восприятие, вероятно, отвечает за улучшенное восприятие окружающей среды пользователями остеоинтегрированных протезов по сравнению с традиционными подвесными устройствами. Однако неясно, в какой степени эта неявная сенсорная обратная связь фактически влияет на пользователей протезов в повседневной жизни. [46]
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )