Пн. - Сб. с 9:00 до 21:00      Мы в

В данной главе приведены результаты недавних исследований различных аспектов процесса остеоинтеграции (эксперименты in vivo) с учетом состояния поверхности металлических имплантатов. Эти состояния формируются путем различных механических, физических и химических обработок.

3.1. Пескоструйная обработка
Влияние воздушной пескоструйной обработки оксидом циркония (ZrO2) на остеоинтеграцию винтовых титановых имплантатов изучено в работе [72]. Параметр шероховатости после данной обработки Ra=1,52 (1) и 1,32 мкм (2). Имплантаты устанавливались в костные ткани овец (большеберцовая кость и позвоночник). Для имплантатов после механической обработки Ra=0,56 мкм (3). Анализы показали, что через две недели после операции количество новой костной ткани в зависимости от уровня шероховатости уменьшалось в последовательности 1→2→3.
Таким образом, процесс остеоинтеграции протекает интенсивнее для более шероховатой поверхности имплантатов.

3.2. Оксидированные имплантаты
Биоактивность оксида титана, содержащего ионы кальция, исследована авторами [73]. В данной работе винтообразные титановые имплантаты обрабатывались методом микродугового окисления в электролите, содержащем ионы кальция.
По данным химического анализа, концентрация кальция в оксидном слое TiO2 (анатаз) толщиной 1,3 нм составляла около 11 %; кальций находился в соединении СаTiO3. Оксидный слой содержал поры размером 1,3 мкм. После 6 недель имплантации в большеберцовую кость кролика определяли усилие удаления имплантатов: для обработанного имплантата оно оказалось на 53 % выше по сравнению с контрольным образцом. Плотность костной ткани после указанной обработки увеличивалась на 272 %. Таким образом, введение кальция в оксидный слой на поверхности титанового имплантата повышает эффективность остеоинтеграции по результатам испытаний in vivo (рис. 3.1 – 3.4).
Новые подходы в развитии метода микродугового окисления имплантатов рассмотрены авторами [74]. Они основаны на дополнительном внедрении в оксид титана TiO2 атомов серы (S), фосфора (Р) или кальция (Са). Исследования были проведены на винтообразных титановых имплантатах с полированной поверхностью. Толщины полученных оксидных слоев составляли 17, 1080 и 1296 нм для оксидов, легированных S, Р и Са, соответственно. 
Морфология поверхности имплантатов, показанная на рис. 3.3 для всех трех случаев и не окисленной поверхности, свидетельствуют о формировании пористих оксидных покрытий. Химический состав и другие характеристики оксидного слоя приведены в табл. 3.1. Испытания на усилия удаления имплантатов, вживленных в большеберцовую кость кролика, показали существенное увеличение прочности сцепления по сравнению с контрольными образцами (рис. 3.4). 
Наиболее прочным вживлением характеризуются имплантаты с добавками в оксид кальция. Для этих же материалов отмечается и более высокая площадь контакта между имплантатом и костью (272 %) по сравнению c неокисленной поверхностью. 
Однако для получения качественных оксидных покрытий методом микродугового окисления необходимы дополнительные исследования условий достижения определенной толщины и шероховатости титановых поверхностей. 
Такая раданной работе использовался электролит следующего состава: 0,15 М ацетата кальция + 0,102 М глицерофосфата кальция + вода. На электроды подавался пульсирующий постоянныйпотенциал величиной 190 – 600 В с частотой пульсации 660 Гц. 
Морфология оксидного покрытия в зависимости от величины потенциала приведена на рис. 3.5. При изменении потенциала видно постепенное увеличение количества равномерных пор и кратеров. На рис. 3.6 и рис. 3.7 приведены зависимости толщины оксидного слоя и величина рельефа от подаваемого потенциала, соответственно. По данным рентгеноструктурного анализа, оксид представляет собой фазу рутил состава TiO2, легированного кальцием и фосфором до 10 – 18 % в зависимости от потенциала.
Испытания in vivo имплантированных образцов в большеберцовую кость кролика показали существенное увеличение силы сцепления с живой костной тканью (в три раза) имплантатов, обработанных методом МДО.
Более подробно роль химического состояния поверхности титанового имплантата на взаимодействие с костью рассмотрена в недавній публикации [76]. Исследовались винтообразные титановые имплантаты, обработанные методом МДО [77 – 80]. Одна часть имплантатов была покрыта оксидом TiO2, другая –  оксидом TiO2, содержащем магний. Имплантаты вживлялись в большеберцовую кость кроликов.
Комплексный анализ состояния поверхности этих имплантатов проводился спустя 6 месяцев после хирургического вмешательства. По данным химического анализа, второй тип оксида содержал 9 ат.% магния. Анализ показал, что оба типа имплантата имели пористе поверхности. Средняя пористость составляла 19 % для TiO2 и 24 % для MgTiO2 покрытий. Средний размер пор равнялся 3 и 1,5 мкм для первого и второго типа имплантата, соответственно. 

Рентгеноструктурный анализ показал присутствие в обоих случаях двух фаз: анатаз и рутил. Рельеф поверхности для TiO2 и Mg TiO2 характеризовался величинами 0,86 и 0,69 мкм, соответственно. Усилия, требуемые для удаления имплантатов из места их локализации, составляли 15 Н/см для TiO2 и 37 Н/см для MgTiO2 типов имплантатов. Важные результаты были получены также при проведении послойного химического анализа системы оксид-костная ткань, исследованной после удаления имплантата с оксидом типа MgTiO2. 
С помощью энергодисперсионного анализа было установлено присутствие кальция и фосфора, как основных элементов в оставшейся ткани и наличие атомов кальция, фосфора, магния и титана на поверхности металлического имплантата. Концентрационный градиент кальция, фосфора и магния был обнаружен между оксидом и зрелой костью, тогда как концентрации титана, азота, серы и кислорода имели постоянные значения вдоль данного раздела. По мере углубления в костную ткань содержание магния постепенно снижалось, а концентрация кальция и фосфора постепенно повышалась.
Отмечен также резкий концентрационный пик атомов углерода на границе между оксидным слоем и окружающей зрелой костной тканью. По мнению авторов работы [76], основной причиной усиления прочности связи между имплантатом и костью является перераспределение химических элементов, главным образом кальция, фосфора и магния, между оксидным флоем имплантата и окружающей живой тканью (аморфной костью и мягкими тканями).