Vývoj materiálů zubních implantátů. Absolventská práce. Chrudimská Agáta

Transkript

1 Vývoj materiálů zubních implantátů Absolventská práce Chrudimská Agáta Vyšší odborná škola zdravotnická a Střední zdravotnická škola Praha 1, Alšovo nábřeží 6 Studijní obor: Diplomovaný zubní technik Vedoucí práce: MUDr. Jaromír Piskáček Datum odevzdání práce: Datum obhajoby: Praha 2018

2 Prohlašuji, že jsem absolventskou práci vypracovala samostatně a všechny použité prameny jsem uvedla podle platného autorského zákona v seznamu použité literatury a zdrojů informací. Praha Podpis:

3 Děkuji MUDr. Jaromíru Piskáčkovi za odborné vedení absolventské práce. Dále bych ráda poděkovala panu Ing. Jakubovi Strnadovi, Ph. D., za poskytnutí rozhovoru k mé praktické části.

4 Souhlasím s tím, aby moje absolventská práce byla půjčována v knihovně Vyšší odborné školy zdravotnické a Střední zdravotnické školy, Praha 1, Alšovo nábřeží 6. Podpis:

5 ABSTRAKT Chrudimská Agáta Vývoj materiálů zubních implantátů Vyšší odborná škola zdravotnická a Střední zdravotnická škola, Praha 1, Alšovo nábřeží 6 Vedoucí práce: MUDr. Jaromír Piskáček Absolventská práce, Praha: VOŠZ a SZČ, 2018 Absolventská práce Vývoj materiálů zubních implantátů se zabývá historií a vývojem materiálů užívaných k výrobě zubních implantátů. Ve stručnosti jsou zmíněny počátky a vývoj samostatného oboru implantologie ve světě i u nás. Práce dále nabízí ucelený přehled požadavků na dentální implantáty se zaměřením na materiály a povrchové úpravy fixtur implantátů. Cílem práce bylo vytvoření přehledu jednotlivých materiálových skupin s charakterizací jejich kvality. Praktická část je zaměřena na dvě významné firmy působící na českém trhu, konkrétně na popis jejich produktů a vizí do budoucna. Klíčová slova: abutment, fixtura, augmentát, oseointegrace, biokompatibilita

6 ABSTRACT Chrudimská Agáta History of Dental Implants Materials Vyšší odborná škola zdravotnická a Střední zdravotnická škola, Praha 1, Alšovo nábřeží 6 Supervisor: MUDr. Jaromír Piskáček Graduate thesis, Prague: VOŠZ a SZČ, 2018 My thesis is about the History of Dental Implant Materials, which deals with history and development of materials used to make dental implants. It briefly mentions the origins and development of implantology as independent branch in the world and in our country. In addition, this work introduces a comprehensive overview of requirements for dental implants as well as focusing on materials and superficial finishing of implants. The aim of this work was to create a comprehensive overview of individual material groups with characteristics of their quality. The practical part is focused on two important companies operating on the Czech market, especially on the description of their products and vision of the future. Keywords: abutment, fixation, augmentation, osseointegration, biocompatibility

7 OBSAH ÚVOD VYMEZENÍ OBORU IMPLANTOLOGIE KONSTRUKČNÍ ČÁSTI IMPLANTÁTU HISTORICKÉ MATERIÁLY POČÁTKY IMPLANTOLOGIE VE SVĚTĚ BRÅNEMARKŮV PŘÍNOS POČÁTKY IMPLANTOLOGIE U NÁS POŽADAVKY NA MATERIÁL IMPLANTÁTU OSEOINTEGRACE A BIOINTEGRACE BIOKOMPATIBILITA BIOTOLERANTNÍ MATERIÁLY BIOINERTNÍ MATERIÁLY BIOAKTIVNÍ MATERIÁLY BIODEGRADABILNÍ MATERIÁLY ÚPRAVA POVRCHU FIXTUR PLAZMOVÉ SPREJOVÁNÍ POVLAKOVÁNÍ HYDROXYAPATITEM CHEMICKÁ BIOAKTIVACE SHRNUTÍ PRAKTICKÁ ČÁST LASAK STRAUMANN ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY A ZDROJŮ INFORMACÍ... 37

8 ÚVOD Chybějící zub v dutině ústní, převážně ve frontálním úseku chrupu v horní čelisti, je pro mnohé velmi traumatizující. Nejen z funkčního, fonetického, ale zejména estetického hlediska. Náhrady zubů představují dentální implantáty, tedy velmi estetické a z dlouhodobého hlediska vyhovující řešení. Velkou nevýhodou je ale finanční náročnost těchto zubních náhrad. Úspěšný implantační proces musí splňovat mnoho podmínek. Prvním krokem je vhodný materiál, který může vyvolat mnoho problémů, ale naopak může mít velký podíl na dlouhodobé funkčnosti této náhrady. Je zřejmé, že se materiály odedávna vyvíjely a s modernější dobou dochází k objevům dokonalejších materiálů, které jsou pevnější a schopné lepší oseointegrace. Dalším krokem je posouzení stavu pacienta a vyhodnocení nejlepšího léčebného postupu. Lékař musí dostatečně zhodnotit situaci v ústech pacienta, konkrétně kvalitu a kvantitu kosti, do které se bude implantovat, celkový stav pacienta, přidružené nemoci atp. Po vhodném určení délky a šířky implantátu je důležitá samotná operace: preparace štoly a zavedení implantátu. Velký podíl na celkovém výsledku má i spolupráce pacienta, kdy se bere v potaz, zda je pacient kuřák, alkoholik nebo zda dodržuje dostatečnou hygienu dutiny ústní. Posledním a neméně důležitým faktorem v celkovém výsledku má i zubní technik, který musí zhotovit fixní protetickou náhradu na implantát tak, aby splňovala všechny podmínky a nebyla například v supraokluzi a následně přetěžovaná. To by mohlo mít za následek předčasnou ztrátu implantátu a anomálii alveolární kosti. Pokud tedy plánujeme vložení jakéhokoliv cizího tělesa do živých tkání, musí být vždy zvážena reakce těchto tkání na cizí materiál. Existuje mnoho výzkumů, které mají za cíl stanovit, jaké druhy materiálů dokáže tělo tolerovat a jaké jsou příčiny nežádoucích reakcí. Cílem této práce je proto popsat vývoj materiálů používaných k výrobě zubních implantátů a prozkoumat vlastnosti materiálů, které jsou v současnosti považovány za nejvhodnější. 8

9 1. VYMEZENÍ OBORU IMPLANTOLOGIE Po celá desetiletí byly prováděny pokusy nahradit ztracené zuby esteticky příjemnou, bezpečnou náhradou, která se blíží přirozenému chrupu. Požadavky na zubní náhradu se samozřejmě týkaly jak vzhledu, tak funkčnosti. Největší pozornosti se dostalo oblasti výzkumu a vývoje zubních implantátů. S některými funkčními návrhy, jejichž hodnota byla prověřena léty používání, se můžeme setkávat dodnes. Tyto implantáty nejčastěji spadají do jedné ze dvou kategorií: enoseální implantáty a subperiostální implantáty. Dobrý implantát, bez ohledu na to, jakého je typu, musí samozřejmě splňovat určité požadavky. Za prvé, samotný design musí buď funkčně nahradit, nebo doplnit přirozené biomechanické síly v místě, kam je vkládán. Za druhé, operační postup použitý pro vložení implantátu musí být tak přesný, aby způsobil co nejmenší trauma a poškození místa. Platí totiž, že i sebelépe navržený implantát nebude úspěšný v místech, kde došlo k rozsáhlému poškození. Z tohoto důvodu nelze vývoj implantátu oddělit od přesného stanovení operačního postupu nezbytného pro jeho zavedení. Zubní implantáty, jak je dnes známe, byly vynalezeny v roce 1952 švédským ortopedickým chirurgem Perem Ingvarem Brånemarkem. Jedná se o umělé náhrady zubního kořene vložené na místo odstraněného zubu do čelistní kosti. Ve spojení s abutmentem tvoří základ pro připevnění korunky. Abutment je k implantátu připevněný fixačním šroubem a korunka je spojena s abutmentem buď pomocí dalšího šroubu, nebo cementem. V případě použití šroubu je horní část díry nad hlavičkou šroubu po utažení vyplněna kompozitem. Korunky jsou vyráběny z různě barevných materiálů tak, aby byly od přirozených zubů v ústech barevně k nerozpoznání. Cílem náhrady zubů je, aby pacient měl chrup funkčně i esteticky na stejné úrovni jako zdravé, přirozené zuby. Rozdíl mezi zubní náhradou a přirozenými zuby by z tohoto důvodu měl být nepatrný. V současné době existuje celá řada návrhů a modelů implantátů, které jsou s úspěchem široce využívány, ale vývoj v této oblasti stále pokračuje. Na jedné straně se zdokonalují operační postupy a používané nástroje, na druhé straně se prohlubují znalosti v oblasti biologického působení v místech vkládání. Prováděné výzkumy tedy vedou ke zvyšování efektivity nových modelů implantátů a lepšímu zvládnutí procesů implantace. Přesto je zřejmé, že v budoucnu nebude možné navrhnout univerzální implantát, protože množství variant dokonce i v ústech jednoho pacienta je skutečně velké. (3) 9

10 Dalším z faktorů, které podmiňují dlouhodobý úspěch implantačního procesu, je úplná spolupráce pacienta. Jedná se především o co nejlepší hygienu dutiny ústní, ale také o pravidelné kontroly u stomatologa, popřípadě i u specializovaného hygienisty. Pokud jsou tyto podmínky splněny, můžeme vážně uvažovat o tom, že taková léčba má vyhlídky na úspěch. Celkově lze tedy shrnout, že existuje několik minimálních požadavků a podmínek, které je třeba splnit, abychom dosáhli léčebného úspěchu. Na obrázku 1 je pomocí čtverce znázorněna vhodná konstrukce implantátu (z biomechanického hlediska), to znamená materiálová a povrchová morfologie. Kruh A představuje správnou indikaci a příznivý anatomický stav kosti a sliznice, kruhem B je vyjádřena dobrá operační technika včetně spolupráce s pacientem. Oblasti C odpovídá správně prováděná ústní hygiena a oblasti D adekvátní konstrukce. Teprve pokud jsou současně splněny výše uvedené podmínky (průnik všech obrazců), je možné úspěšně završit implantační proces. Obrázek 1Úspěch implantačního procesu 1.1 KONSTRUKČNÍ ČÁSTI IMPLANTÁTU Abychom porozuměli materiálovým charakteristikám a funkci implantátu, musíme nejdříve získat znalosti o všech konstrukčních částech. Obecně je dělíme na jednodílné implantáty, které mají všechny části spojeny v jeden celek, a na dvoudílný implantát. Dvoudílný implantát se skládá z těla implantátu, jde o intraoseální část nazývanou také jako fixtura - v našem případě jde o primární část dvoudílného implantátu. Fixtura je u většiny výrobců válcového nebo kuželového tvaru a je vyrobena převážně z čistého titanu, titanové 10

11 slitiny nebo ze zirkonia. Poté dochází k různým povrchovým úpravám těchto fixtur, které mají za cíl urychlit a optimalizovat biointegraci cizorodého materiálu v živé tkáni. Sekundární částí implantátu je intraorální, tzv. pilířová podpěra, abutment. Tato složka zajišťuje spojení mezi tělem implantátu a suprakonstrukcí (protetická náhrada). Abutment je obvykle spojen s tělem implantátu pomocí fixačního šroubu, který je kotvený do vnitřního závitu fixtury. Suprakonstrukce implantátu, zhotovená v zubní laboratoři, je připevněná k abutmentu pomocí šroubu nebo cementu. V případě implantátu ze zirkonia je potřeba dalšího konstrukčního prvku tzv. tibase (obrázek 2), který se zhotovuje z titanu či zirkonia. Tibase se připevňuje na tělo implantátu pomocí lepícího kompozita navrženého speciálně pro fixní implantáty, například Multilink Implant, popřípadě lze použít jiné duálně tuhnoucí lepidlo. Až poté se našroubuje abutment. (16) Obrázek 2 Implantát v kombinaci titanové primární části a sekundární části ze zirkonia 11

12 2. HISTORICKÉ MATERIÁLY Archeologické nálezy, již z dob starověku, potvrdily existenci předchůdců dnešních implantátů, kdy byl chybějící zub nebo skupina zubů nahrazována dostupnými materiály, mezi které patřily zlaté jehly, mušle, dřevo ale i zvířecí materiály, převážně slonovina, nebo lidské zuby. Byly vsazovány přímo do čelisti nebo stabilizovány zlatými drátky či pásky. To potvrzuje například nález mandibuly dvacetileté mayské ženy, žijící 600 let před n. l., která měla v čelisti zasazené části mušlí jako náhražky chybějících zubů. Nejdříve se předpokládalo, že mušle byly zasazeny posmrtně. Ale roku 1971 janovský profesor Amedeo Bobbio, přednášející implantologii na University of São Paulo v Brazílii, potvrdil růst kosti v těsné blízkosti implantovaných mušlí. Na základě získaných důkazů se zdá, že se jedná o první autentické enoseální implantáty. (1,2) 2.1 POČÁTKY IMPLANTOLOGIE VE SVĚTĚ Výše zmíněné náhrady byly ojedinělé a efekt byl krátkodobý, spíše estetický. Z hlediska žvýkací funkce byly zcela bezcenné. Z tohoto důvodu mluvíme o moderní dentální implantologii až od dob novověku, tedy od 18. a 19. století, kdy došlo k rozvoji přírodních věd a tím i získávání nových poznatků a rozvoji nových metod v oblasti medicíny. Za průkopníka dentální implantologie je považován J. Magiollo. Magiollo zavedl roku 1809 do čerstvé extrakční rány implantát ze zlaté trubičky. (4) Tehdy na něj navazovalo několik lékařů, kteří používali různé materiály, mezi které patřily převážně drahé kovy (zlato, stříbro, platina). Výběr těchto materiálů byl pravděpodobně založen na falešném předpokladu, že tyto drahé kovy budou dobře tolerovány. (3) Nicméně implantace s těmito kovy obvykle neměly trvalejší efekt. Zejména cizojazyčné publikace pak zmiňují jako významný implantační pokus Greenfieldův enoseální systém. Iridioplatinový implantát ve tvaru mřížkovitého koše, na který byla připevněna dvacetičtyřkarátová zlatá korunka, si nechal Edwin J. Greenfield roku 1901 patentovat (obrázek 3). Nejdříve se předpokládalo, že implantát podobající se kořenům zubů by měl fungovat nejlépe. Proto některé z prvních návrhů byly upraveny tak, aby připomínaly přirozené kořeny. Greenfield doufal, že v průběhu času bude kost prorůstat kolem mříží a přes mříže implantátu, a ten by proto byl bezpečně držen v takové poloze, aby vytvořil pevné ukotvení zubu. Nicméně tento návrh se setkal s omezeným úspěchem, jelikož přirozený zub je v lůžku stabilizován Sharpeyovými vlákny (dentoalveolární vazivové spojení), které dostatečně nenahradil. Bylo tedy zjištěno, že implantát musí obsahovat další, umělé, zadržovací zařízení. (3) 12

13 Obrázek 3 Greenfieldův iridioplatinový koš Inovace po Greenfieldovi nastala roku 1938 bratry Strockovými. Alvin E. Strock a Moses Strock poprvé implantovali šroubový implantát, vyrobený z chromkobalt-molybdenové slitiny (Vitallia). Tyto slitiny jsou pouze materiálem biotolerantním, proto se implantát nedostane do kontaktu s kostí, a i přes dostatečnou primární stabilitu dochází k odloučení implantátu a možné deformaci kostěného lůžka. (1,7) Italský zubní lékař Manlio S. Formiggini, který byl v publikaci GARG, Arun K. Implant dentistry: a practical approach. 2nd ed., nazvaný otcem moderní implantologie, navrhl s kolegou F. Zepponim enoseální implantát z tantalu v podobě drátěné spirály. Tantal je materiál bioinertní a svými vlastnostmi, převážně fyzikálními, podobný titanu. (8) Na obrázku 4 můžete vidět, že Formigginiho implantát umožnil růst kosti do spirály a kolem ní. Obrázek 4 Spirálový implantát z tantalu Chyby tohoto italského stomatologa jsou dnes zřejmé. Na rozdíl od jeho myšlenky není počet tzv. věží určujícím faktorem pro jejich úspěšné uchování v kosti, ale spíše jejich šířka, 13

14 vzdálenost a hloubka. Také nejvyšší vrcholy ve Formigginiho nejranějším implantátu byly širší směrem k povrchu alveolárního hřebene než na vrcholu. Toto, plus krátký krk, který dovolil, aby tyto široké věže ležely těsně u povrchu hřebene, vyvolalo neprůchodnost měkkých tkání a následné uvolnění implantátu (obrázek 5). (3) Obrázek 5 Formigginiho implantát selhal kvůli otevřeným věžím blízko alveolárního hřebene a krátkému krku Velkou změnu přinesl až Švédský stomatolog Gustav Dahl roku Nahradil bezzubou čelist, zkrácený zubní oblouk, popřípadě velkou mezeru mezi zuby jiným způsobem. Nekotvil implantát v čelistní kosti, ale zhotovil konstrukci, která se zaváděla na alveolární kost pod periost čelistní kosti, proto je nazýván jako subperiostální implantát. Z dásně následně vybíhaly kovové pilíře, které sloužily jako kotvy zubních náhrad. Nejdříve se otiskovalo protézní lože a implantát byl připraven předem v laboratoři, až poté se vsazoval na alveolární kost. Tam bylo třeba mnoho úprav, jelikož kost byla často atrofována a pouze z otisku protézního lože tato skutečnost nebyla poznat. Později se zavedl peroperační otisk, tedy otisk v průběhu operace. Šlo o získání obrazu skutečné situace přímo z povrchu alveolární kosti, poté se rána zašila. V zubní laboratoři tak bylo možné zhotovit přesnou konstrukci, která se vsadí pod periost až s třítýdenním odstupem. Celkový zákrok se prováděl v celkové či částečné anestezii. Subperiostální implantát byl zhotovován z chromkobaltových slitin, později z titanu s hydroxyapatitovým povlakem. (5,1) Hydroxyapatit patří do skupiny bioaktivních materiálů, které uvolňují vhodné ionty k lepšímu spojení implantátu s kostí, nazývané jako biointegrace. Avšak i přesto se v současné době subperiostální implantáty používají ve výjimečných případech, vždy jde o bezzubou čelist s vysoce atrofovanou alveolární kostí. (1) Dalším otcem zubních implantátů byl nazýván významný stomatolog Leonard Linkow, jehož stomatologická kariéra začala v roce 1952, ihned poté, co absolvoval newyorskou vysokou školu zubního lékařství a o čtyři měsíce později umístil svůj první implantát. Ve více než 14

15 padesátileté praxi léčil přes 100 tisíc pacientů. Byl také úspěšným autorem 22 knih a napsal řádově 100 klinických článků. Dále vlastnil 36 patentů v oblasti zubních implantátů. Od roku 1984 se zabýval subperiostálními implantáty pro bezzubé pacienty s pokročilou atrofií alveolární kosti, kteří nemohli být úspěšně léčeni obvyklými kořenovými implantáty. Linkow je významný především tím, že byl prvním zubním lékařem, který použil implantáty s titanovými čepelemi, poprvé zavedené v září roku Díky těmto čepelkovým, někdy nazývaným žiletkovým, implantátům šlo o největší skok ve vývoji enoseální implantologie. Nitrokostní implantáty byly zaváděny přímo do kosti, měly tvar holicí čepelky a vyráběly se z titanu s širokou škálou tvarů. I přes velké množství typů bylo třeba čepele ohýbat dle situace a konkrétního tvaru alveolární kosti. Z dokumentace se dochovalo například video z roku 1973, které je dostupné na youtube.com ( Můžeme na něm sledovat přesné zavedení čepelkového implantátu včetně komentáře samotného Leonarda Linkowa. Konkrétně šlo o dobrovolníka s bezzubou dolní čelistí, kterému se zhotovuje celková náhrada na několika čepelkových implantátech. Linkow nejdříve skalpelem rozřízl dáseň a laloky důkladně odkryl, utvořil si tak přístup k zavádění implantátu. Na vrcholu alveolární kosti rozřízl pomocí stomatologického vrtáku drážku pro snazší zavedení náhrady. Čepele implantátu upravil dle průběhu kosti a následně pomocí speciálního kladívka zatloukl čepele do kosti. Po zavedení všech potřebných čepelkových implantátů dáseň zašil a ihned nasadil na pilíře pronikající alveolární sliznicí suprakonstrukci. V tomto případě se jedná o celkovou náhradu dolní čelisti. Jelikož byla konstrukce jako jeden díl a zatížení implantátu nastalo ihned po operaci, nazýval se tento způsob jako jednodobý čepelkový implantát. Později se zhotovovaly i čepelkové implantáty dvoudobé, kdy se nejprve zavedlo tělo čepelky, které se nechalo dostatečně dlouhou dobu vhojit. Předpokládaným způsobem vhojování je v tomto případě oseointegrace. Až poté se přišrouboval pilíř a konstrukce se zatěžovala. Je uváděno, že dvoudobá čepelková konstrukce se může svou životností vyrovnat implantátům válcovým. Na Linkowa navazovalo mnoho dalších stomatologů, kteří navrhovali jiné tvary, šířky a délky čepelí těchto implantátů. Například Ugo Pasqualini popsal v publikaci Theories and techniques of oral implantology (1970), jejímž spoluautorem byl jeho bratr Marco E. Pasqualini, mnoho modifikací těchto implantátů. V současné době je tento druh implantátu používán jen výjimečně, ač dosahuje vynikajících výsledků a Linkow je jediným zubním lékařem, který byl roku 1969 nominován na Nobelovu cenu za medicínu. 15

16 2.2 BRÅNEMARKŮV PŘÍNOS Nejvýznamnější přelom v implantologii však způsobil rok 1952 Per Ingvar Brånemark popsáním oseointegrace, tedy vhojení implantátu do kosti bez mezivrstvy měkké tkáně. K tomuto objevu došlo roku 1952 víceméně náhodně, když Brånemark zkoumal krevní buňky a objevil se jev, který byl později nazván oseointegrací. Ve své práci použil titan, který nejdříve testoval na psech, a až od roku 1965 mohl být používán v praxi na prvních pacientech. Výstupy z výzkumu zaměřeného na šroubové implantáty, které byly zveřejněny po dvanácti letech používání, byly vynikající a tyto implantáty měly díky svým vlastnostem výborné dlouhodobé výsledky. Oficiální přijetí je pak spojováno s konferencí v Harvardu v roce Čistý titan se tak společně s titanovou slitinou stal nejvyhledávanějším materiálem pro výrobu dentálních implantátů. Tento významný vědec publikoval první klinický protokol v roce Zahrnuje jednotlivé technické postupy, protetické složky, časové intervaly a posloupnost všech úkonů. Protokol byl upraven po mnoha konzultacích se zubními lékaři po celém světě, jelikož sám Brånemark nebyl stomatolog. Tímto protokolem se řídili implantologové až téměř do konce 20. století. (1) Brånemarkův původní protokol obhajoval zavádění válcových implantátů ve dvou fázích. Později byl však protokol znovelizován a upraven pro jeho složitost a časovou náročnost. Avšak až na přelomu tisíciletí došlo ke zpochybňování protokolu Pera Ingvara Brånemarka. Většina vědců opustila názor, že hladký povrch implantátu je ideální. Proto dochází v dnešní době ke stále novým povrchovým úpravám fixtur, je preferován porézní či drsný povrch, který prokazuje lepší výsledky. 2.3 POČÁTKY IMPLANTOLOGIE U NÁS V publikaci Dentální implantologie Antonína Šimůnka a kol. je počátek implantologie u nás datován k polovině 50. let 20. století. Mezi první implantology patřil Sedláček z I. stomatologické kliniky LF UJEP v Brně, kde působil také jako asistent. Své první implantáty údajně zaváděl potají. Zaměřil se především na subperiostální implantáty u zkrácených zubních oblouků odlévané v laboratoři kliniky ze zlaté slitiny A-kovu. Ve své publikaci z roku 1960 popsal pracovní postup a výsledky práce se šroubovými implantáty zaváděnými u zkrácených zubních čelistí, které byly zhotovené z nerezavějící oceli. Díky své publikaci se zúčastnil soutěže Cena města Brna, kde však neuspěl. I přes zákaz dalších implantací Sedláček stále operoval, a proto s ním klinika ukončila spolupráci. V té době zavedl 16

17 na II. stomatologické klinice v Brně Zdeněk Vejrosta subperiostální implantáty odlité z chromkobaltové slitiny. Mezi další významné české implantology subperiostálních náhrad patřili Jaroslav Toman nebo Josef Hořejš, jejichž působištěm byly různé stomatologické kliniky v Praze, nebo Leon Sazama a L. Weiner, kteří koncem padesátých let pracovali v Hradci Králové. Po desetiletém útlumu nastala doba nového rozvoje implantologie, s nímž jsou spojována jména Boris Bílý a Jemelko, kteří se nechali inspirovat pracemi Linkowa a pacientce voperovali čepelkový implantát. I přesto, že Linkow používal titan, použili Bílý s Jemelkem ocel (AKV ultra 3), protože titan byl pro ně nedostupným materiálem. Nechali si také vytvořit sadu nástrojů na zavádění implantátů v Závodě Julia Fučíka. Pro osvojení operační techniky aplikovali první čepelkové implantáty do prasečí lebky, později také praktikovali tyto tréninky na živých prasatech. Díky těmto nácvikům si zhotovili vlastní šablonu z pryskyřice s okénkem pro snazší a přesnější nářez alveolární kosti, pro následné zavedení čepelky implantátu. Prvními pacienty byli především známý a příbuzní či dobrovolníci, díky kterým mohli upřesnit indikaci těchto implantátů. Jelikož byla výroba nákladná a obtížná, spolupráce s výrobními závody se přerušila. Vzhledem k obtížím v oblasti zásobování ocelí bylo nevyhnutelné určit pro výrobu jiný materiál. Ten jim poskytli až v Brně na VUT, šlo o chromkobalt-molybdenovou slitinu, která sloužil stejně jako čepelky z oceli, ačkoliv nebyly tak jemně opracované. Bílý patřil k průkopníkům české implantologie. Své práce přednášel po celé republice i na Slovensku, kde zmínil úspěchy mnoha čepelkových implantátů inspirovaných Linkowem. Až v osmdesátých letech se stal titan dostupnějším a ruku v ruce s tím vzrostla kvalita náhrad. Dostavovaly se nové technologie pro zhotovení čepelek k jednotlivým implantátům, jako byla například razicí metoda firmy Chirana. Následovaly enoseální implantáty z aluminiumoxidu. Ukázalo se, že implantáty z oxidu hlinitého mají vysokou biologickou kompatibilitu. Autoři článku Histological evaluation of bone reactions to aluminium oxide dental implants in man: A case report (12), uvádějí případ keramického implantátu z oxidu hliníku odstraněného z důvodu zlomení opěry. Bylo možné pozorovat mikroskopicky, že implantát byl pokryt vysoce mineralizovanou zralou kompaktní kostí a na rozhraní nebyly přítomny žádné zánětlivé buňky. Osteocyty byly pozorovány velmi blízko rozhraní kostního implantátu. Tyto vlastnosti ukazují na dobrou biologickou kompatibilitu implantátu 17

18 Monokrystaly Trurnov se nechaly inspirovat firmou Bioceram a vyvinuly safírové implantáty na bázi monokrystalů. Krystal safíru se nechal narůst do formy, která měla tvar implantátu nebo šroubu. Jedním z prvních implantologů používající monokrystalické implantáty byl také například MUDr. Jaromír Piskáček. U všech testů prováděných v USA a tehdejší NSR se potvrdila biokompatibilita safíru s živou tkání. Tyto testy byly prokázané při aplikaci stejného materiálu na několik dobrovolných pacientů, biologické vlastnosti tak byly potvrzeny. Čeští implantologové však byli zatlačeni do pozadí, při nástupu zahraničních firem na český trh. Objevilo se mnoho druhů implantátů a uskutečnily se také první přednášky vedené zahraničními implantology, například v roce 1988 německým profesorem Egonem Brinkmannem. (1) 18

19 3. POŽADAVKY NA MATERIÁL IMPLANTÁTU Je zřejmé, že od průkopnické práce Brånemarka v oblasti oseointegrace, je volbou materiálu stále titanová nebo titanová slitina, ačkoli nedávno vzbudily zájem alternativní materiály, především oxid zirkoničitý. Kvůli bíle zbarveným povrchům jsou zirkonové implantáty považovány za esteticky nadřazené ve srovnání s titanem šedé barvy, a mají široký vědecký a klinický zájem. Nicméně titanové implantátové šrouby jsou stále zlatým standardem pro aplikace při perorálním implantátu, především kvůli jejich překračující biologické kompatibilitě a jejich schopnosti oseointegrace, intimní a přímý kontakt povrchu implantátu s kostí na mikroskopické úrovni. Při výběru vhodného materiálu používaného v dentální implantologii je velký důraz kladen na vhojení implantátů. Samotné vhojení implantátu je také ovlivněno mnoha dalšími faktory, jako je věk pacienta, celkový zdravotní stav (přidružené nemoci, ať už chronické, nebo akutní onemocnění), nadměrné užívání tabákových výrobků, alkoholu či užívání drog. Dalším důležitým aspektem pro všechny materiály je to, že nezpůsobují lokální či celkové poškození, to znamená, že nesmějí být toxické, karcinogenní, alergenní nebo radioaktivní. Pokud jde o jejich přijatelnost, jako implantačních materiálů, jsou prioritní kritéria popsaná níže. 3.1 OSEOINTEGRACE A BIOINTEGRACE První implantáty lze zavádět až po ukončení růstu čelistí, což odpovídá osmnáctému roku věku. Pozdější implantace jsou zase ovlivněné množstvím a kvalitou neboli denzitou kosti, která vyšším věkem přirozeně atrofuje. Zavádění implantátu zasahuje do všech vrstev kosti, a proto je třeba klást dostatečný důraz na aktuální stav čelistních kostí. Pro dokonalé ukotvení implantátu v kosti je třeba docílit přímého kontaktu povrchu implantátu a kosti bez vzniku tenké vrstvy vazivové tkáně. Tato mezivrstva se časem rozšiřujeme a dochází poté k pohyblivosti až k eliminaci implantátu. Tento způsob vhojování je nazýván fibrointegrace. Fibrointegrace proto, jelikož při vhojování implantátu do kostěného lože dominují tkáně typu fibroplastů, které tvoří v poextrakční mezeře vrstvu vazivové tkáně. Pokud by byly aktivnější tkáně typu osteoblastů, dochází tak k zaplnění prostoru kostí - oseointegraci. (5) Oseointegraci jako jeden typů vhojování implantátu popsal již Per Ingvar Brånemark. Jde o žádanější, ale náročnější způsob vhojování, kde dojde při zátěži k přímému strukturálnímu a funkčnímu spojení mezi povrchem implantátu a živou kostí. Při vhojování tedy nedojde k vytvoření mezivrstvičky vaziva, ale k bezprostřednímu kontaktu povrchu implantátu a kosti. 19

20 Vyšší stupeň oseointegrace představuje pojem biointegrace, kdy kost naléhá přímo na fixturu implantátu a je spojena chemickými vazbami. K těmto chemickým vazbám dochází u biokeramických implantátů (hydroxyapatit) nebo u implantátů z čistého titanu, které mají speciálně upravený povrch. Podmínkou k dokonalé biointegraci implantátu je bioaktivní nebo bioinertní materiál a přesný kontakt kostního lože s povrchem implantátu. Proto je kladen velký důraz na preparaci kosti, která se provádí ostrými rotačními nástroji. V konečné fázi se používají ruční nástroje, které se svou velikostí a tvarem shodují s příslušným implantátem. V operační fázi je důležitým nárokem chlazení používaných nástrojů a jsou stanovené také maximální limity pro počet otáček těchto vrtáků, jelikož dochází k poškození kostní buňky již při teplotě 44 C po dobu jedné minuty. Po preparaci kostěného lože se zavede primární část implantátu, fixtura, a následně se překryje mukoperiostem. Doba vhojování implantátů neboli čas potřebný k oseointegraci implantátu, je uváděna tři měsíce u dolní čelisti a šest měsíců u čelisti horní. Avšak tato doba se může lišit dle kvality kosti a celkového zdravotního stavu pacienta v průběhu vhojování. (5) Pokud není kost pro zavedení nitrokostního implantátu dostačující, tím myslíme, že je oslabená a nemá dostatečný objem, doporučuje se tzv. augmentace. Jde o navýšení množství kostní tkáně. K augmentaci může zubní lékař použít vlastní kost pacienta (autologní), farmaceuticky upravenou zvířecí kost, kostní transplantát, nebo chemicky vytvořený materiál. Tento proces pro navýšení množství kosti je prováděn šest měsíců před samotnou implantací, nebo v případě menší atrofie se augmentát zavádí před vsazením implantátu do alveolárního lože. Zubní lékař si při preparaci štoly pomocí speciálních zubních vrtáků ukládá kostní piliny, které pak vloží do poextrakční rány před zavedením fixtury implantátu. Autologní augmentát získá lékař z intraorálního nebo extraorálního místa, které se nepoužívá často, z důvodu odlišných biologických vlastností. Pro intraorální odběrné místo je využívána oblast ramus mandibulae, retromolární, brady nebo z kosti kyčelní (spina superior anterior ossis illi). Jak uvádí Mazánek (2014), implantační materiály můžeme podle biologických vlastností rozdělit takto: Materiály biotolerantní (bioakceptabilní) Mezi tyto materiály patří ušlechtilé kovy, obecné kovy a legované ocele. Je pro ně charakteristická značná koroze implantátu s následkem distanční osteogeneze a případné lokální lýzy. 20

21 Materiály biokompatibilní (bioinertní) Jedná se buď o polymery, nebo inertní keramiky. Mezi polymery patří polysiloxan, silikon, polyetylen, polytetrafluoroetylen (PTFE), proplast, materiál HTR (hard tissue replacement), polypropylen, polyuretan metylmetakrylát, polyamid a bioplastik. Inertní keramiky jsou biologicky neaktivní keramiky hliníkové nebo karbonové. Tyto látky kolem sebe vytvářejí vazivové pouzdro, kterým jsou spojeny s okolní tkání, slouží jako pojítko mezi kostí a aloplastickým materiálem. Pokud dojde ke tvorbě kosti, označujeme proces jako kontaktní osteogenezi. Materiály bioaktivní (bioreaktivní, biokonduktivní) Tyto látky vytvářejí pevnou chemickou vazbu na rozhraní mezi implantátem a hostitelskou tkání bez účasti zánětlivých reparativních procesů. Obsahují skupinu neresorbovatelných (hydroxyapatit, sklokeramika, keramika) a resorbovatelných látek (trikalcium fostát). Uvedené látky podléhají korozi (interakcí materiálu s tělní tekutinou), která končí vytvořením korozní vrstvičky korozního materiálu kalciumfosfátu, který je stimulem pro oseokondukci, to je proces vrůstání živé kosti do materiálu implantátu, čímž vzniká pevná vazba materiálu s kostí vazbová osteogeneze. Materiály biodegradabilní Biodegradabilní materiály se používají ve formě dlažek a šroubů. Předpokládá se šestiměsíční doba fixace při 70% pevnosti, úplná během 12 měsíců. Materiály tohoto typu jsou kyselina polyglykolová PGA, polymerovaná kyselina mléčná PLA, kopolymery PLA-PGA a polydioxiom. 3.2 BIOKOMPATIBILITA S rozvojem velkého množství nových materiálových oborů a tím i přílivem dalších pokročilých produktů se přijatelnost implantačních materiálů netřídila empiricky, jako dřív, ale nejpřínosnější klasifikací je dle charakteru vznikajícího rozhraní mezi implantátem a tkání jako určujícím parametrem ovlivňujícím úspěšnost implantátu (Šimůnek, 2017). Za biokompatibilní materiál je považován takový produkt, který je zhotoven s dobrými fyzikálními, chemickými, mechanickými, biologickými vlastnostmi a zejména s výbornou snášenlivostí v biologickém prostředí. Biokompatibilitou rozumíme interakci mezi biomateriálem (umělým materiálem) a živou tkání, která v organismu vyvolává pouze požadované nebo tolerovatelné reakce. Materiál optimální biokompatibility nevyvolává žádné nežádoucí reakce tkáně. Již dlouho je známo, že biomateriály by měly být mechanicky a chemicky čisté v době chirurgického umístění. Tento nejkritičtější aspekt biokompatibility je samozřejmě závislý na základních vlastnostech a vlastnostech povrchu biomateriálu. Všechny aspekty základní 21

22 výroby, dokončování, balení a dodávky, sterilizace a umístění (včetně chirurgických) musí být přiměřeně kontrolovány, aby byly zajištěny čisté podmínky. Význam těchto úvah byl zdůrazněn prostřednictvím koncepce a praxe implantačních forem BIOTOLERANTNÍ MATERIÁLY Tyto materiály jsou především charakteristické svým vhojováním, které je v tomto případě označováno jako distanční osteogeneze. Kostní novotvorba probíhá podstatně pomaleji než u kontaktní osteogeneze a primárně se vyskytuje na povrchu staré kosti. Umělý povrch implantátu není nikdy přímo v kontaktu s kostí, jelikož se při jeho vhojení vytvoří různě silná vhojovací vazivová vrstva, která není pro dlouhodobou funkci ideální. Mezi klasické biotolerantní materiály patří především vzácné kovy (Pt, Au), obecné kovy (Fe, Ni, Cr, Co, Mo) nebo kobaltové slitiny (CoCrMo, CoNiCrMo, Vitallium). Obecné kovy však podléhají v tělních tekutinách korozi a uvolňují tak nepříznivé ionty (Ni, Cr) do okolních tkání. Z tohoto důvodu se z bioinertních materiálů používaly především vzácné kovy, které prokázaly vyhovující vlastnosti především biologické. Nedosahují však dostatečných estetických a mechanických vlastností, proto jsou v dentální implantologii používány spíše jako komponent (fixační šroubky). Další slitinou používanou pro chirurgické implantáty je nerezová ocel. První nerezová ocel ve formě austenitické korozivzdorné oceli byla jako implantát zavedena roku Tato ocel obsahovala 18 % chromu pro odolnost proti korozi a 8 % niklu pro stabilizaci austenitické struktury. Později ve stejném roce došlo ke změně této 18-8 oceli, do které se přidaly 2 % až 4 % molybdenu (Mo) a stala se tak ještě odolnější v kyselém a chloridovém prostředí. Jak je zřejmé z historie vývoje austenitické nerezové oceli, kompozice je založena na železe s přídavkem chromu, niklu a často molybdenu jako primárních legujících prvků. Chrom a molybden se přidávají k odolnosti proti korozi a k stabilizaci austenitické struktury se přidávají významná množství niklu. Dalšími běžnými legovacími prvky jsou křemík, mangan, niob, titan a uhlík. Později se prokázala kombinace chromu a niklu za biologicky nepříznivou s karcinogenními vlastnostmi. (1,9,15) Z tohoto důvodu nerezavějící ocel obměnily slitiny na bázi kobaltu 63 %, molybdenu 5 % a bohužel i 30 % chromu a niklu, v malém množství. Vitallium bylo vyvinuto Albertem W. Merrickem pro Austenal Laboratories v roce 1932 (16). I přesto, že byl materiál biologicky přijatelnější než austenitická ocel, bylo zde riziko vedlejších účinků chromu a niklu na lidský organismus. (15,16) 22

23 Biotolerantním materiálem jsou také polymerní látky, které však vykazují toxicitu svým zbytkovým monomerem vylučovaným do okolních tkání. Typickým polymerním materiálem je kostní cement Palacos na bázi polymetylmetakrylátu (PMMA), který se v kostní chirurgii často používá. (1) BIOINERTNÍ MATERIÁLY V základní charakteristice bioinertních materiálů je třeba zdůraznit, že jsou pro živou tkáň plně biologicky akceptovatelné a při interakci netoxické. Po vhodných povrchových úpravách dochází ke kontaktní osteogenezi (oseointegraci), kdy dochází k tvorbě nové kosti na povrchu implantátu bez vzniku vazivové spojovací vrstvy typické pro distanční osteogenezi Biologicky inertní a v současné době nejvýznamnější a nejpoužívanější materiály jsou titan a jeho slitiny. V chirurgii je využívaný čistý titan (cpti 1 ) s minimálním obsahem 99 % a příměsí dusíku, kyslíku a železa. Nelegovaný 2 cpti má různé stupně čistoty, které jsou odstupňovány od 1 do 4 a nazvány grades. V případě cpti Grade 1 jde o nejvyšší čistotu, největší odolnost vůči korozi, tvarovatelnost a nejnižší pevnost, zatímco cpti Grade 4 nabízí nejvyšší pevnost a střední tvarovatelnost. Většina zubních implantátů je vyrobena ze stupně 4, jelikož je silnější než ostatně stupně. Pro zlepšení zejména mechanických vlastností titanu existují jeho slitiny s obsahem např. V, Zr, Al, Nb, Mo, Sn, nebo Ta. V chirurgii je nejrozšířenější legovaný titan slitiny 5. stupně, která je obvykle označována jako Ti6Al4V. Tato slitina má chemické složení 6 % hliníku, 4 % vanadu, 0,25 % železa, 0,2 % kyslíku a 90 % titanu. Výhody Ti6Al4V představují vynikající odolnost proti korozi, vysokou pevnost a nízký modul pružnosti. Titan cpti má omezené mechanické vlastnosti. V těchto případech, jako například u laterální části zubního oblouku, kde jsou síly kousnutí vysoké, je preferována slitina Ti6Al4V. V šedesátých letech byl jako bioinertní materiál používán tantal. Uplatnil se především k výrobě šroubových i jehlových implantátů, bohužel se kvůli své nedostatečné tvrdosti přestal nadále používat. Do skupiny bioinertních materiálů patří také aluminiumoxidová keramika nebo zirkoniumoxidová keramika, která se pro medicínské účely používá jako yttriem stabilizovaný 1 cp = commercially pure 2 bez příměsi jiného kovu 23

24 tetragonální polykrystalický zirkonium oxid (Y-TZP) a hořčíkem částečně stabilizovaný zirkonium oxid (Mg-PSZ). Aluminiumoxidová keramika je používána ve formě korundové 3 keramiky, která obsahuje minimálně 99 % oxidu hlinitého (Al2O3). Mezi přednosti patří především její vysoká tvrdost, chemická odolnost a otěruvzdornost. Svou vysokou pevností v tlaku překonávají i pevnost kovů. Avšak značnou nevýhodou aluminiumoxidové keramiky je křehkost a nízká odolnost na ohyb. První zmínky o užití korundových keramiky spadá do roku 1932, avšak ve větší míře se začala užívat až v šedesátých letech. Do té doby se vyskytla v mnoha různých formách, tvarech a úpravách povrchu. Při hladké úpravě povrchu došlo ke zjištění, že se nevyskytla tvorba zubního kamene a prokázal se jako netoxický vůči gingivě. I přesto bylo využití tohoto materiálu omezeno, z důvodu příliš vysoké tvrdosti a náročné opracovatelnosti. (1,9) Vzácně se můžeme v dnešní době setkat s alternativou vyvinutou v Japonsku. Jedná se o monokrystalickou aluminiumoxidovou keramiku, která prokázala oproti polykrystalické aluminiumoxidové keramice trojnásobnou pevnost v ohybu. I přes svou bioinertnost neprokázala dobré dlouhodobé výsledky. Vyšší pevnost v ohybu poskytuje zirkoniumoxidová keramika, která se v dentální implantologii používala zejména ve dvou výše zmíněných typech Y-TZP a Mg-PSZ. Yttriem stabilizovaný oxid zirkoničitý je v současné době považován za atraktivní a výhodný materiál pro dentální implantologii. Oxid yttria zvyšuje odolnosti proti opotřebení. Y-TZP vykazuje zvýšenou biokompatibilitu, zlepšené mechanické vlastnosti a výjimečně vysokou pevnost. V článku Complexity of the relationships between the sintering-temperature-dependent grain size, airborne-particle abrasion, ageing and strength of 3Y-TZP ceramics (2015) z odborného časopisu Dental Materials (dostupného na se uvádí, že nevýhodou Y- TZP keramiky je její nízkotepelná degradace. Tento jev vzniká v případě, že je materiál vystaven vlhkosti při zvýšených teplotách, kdy se začnou tetragonální zrna na povrchu samovolně transformovat a dochází tak ke změně mechanických vlastností. V dnešní době našla yttriem stabilizovaná zirkoniumoxidová keramika uplatnění zejména při výrobě abutmentů. (8,17) Do skupiny bioinertních materiálů patří také velmi atraktivní polymerní materiály. Tyto materiály na bázi polyaryleterketonu (PAEK), především polyeterketonu (PEEK) včetně jeho 3 jde o materiál s vysokým obsahem Al 2O 3, výbornou mechanickou pevností i při vyšší teplotě 24

25 kompozitů. Vzhledem k tomu, že PEEK vykazuje rezistenci k degradaci in vivo, byl komerčně nabízen v roce 1998 jako biomateriál pro dlouhodobé užití. Od té doby se PEEK prokázal jako vysoce výkonný termoplastický polymer, který je schopen nahradit komponenty kovových implantátů v oblasti ortopedie a traumatologie. (19) Hodnota tuhosti těchto materiálů se blíží tuhosti kostní tkáně, oproti kovovým či keramickým materiálům, a zároveň se pevností vyrovnají kortikální kostní tkáni. Polyeterketony mají, ve srovnání s ostatními polymery, větší odolnost vůči otěru a snižují tak riziko osteolýzy 4. PEEK neuvolňuje toxické látky, je tedy biologicky inaktivní a projevuje se velmi nízkou interakcí s tkáněmi v okolí implantátu. Jelikož spadá do skupiny biokompatibilních/bioinertních materiálů, probíhá vhojení implantátu za tvorby vazivového pouzdra. Díky vývoji novým kompozitních materiálů s hydroxiapatitem, popřípadě s bioaktivním povlakem dochází k bioaktivaci těchto PEEK materiálů. (1) BIOAKTIVNÍ MATERIÁLY Bioaktivní materiál může být definován jako materiál, který stimuluje prospěšnou odpověď z těla, zejména vazbou na hostitelskou tkáň. Dochází tak k přímé vazbě mezi materiálem implantátu a živou tkání bez vzniku intermediátní vazivové vrstvy, tento proces vhojování nazýváme vazivovou osteogenezí. Kvalita bioaktivních materiálů je charakteristická především typem chemické reakce. Tyto materiály jsou fosforečnany vápenaté, nebo při reakci s krevní plazmou dojde k tvorbě těchto fosforečnanů vápenatých. Hlavní anorganickou složkou kostní tkáně je kalcium deficitní hydroxykarbonátový apatit (HCA), který slouží jako základ pro tvorbu nové kosti. Toto úspěšné fázové a chemické složení HCA je napodobené fosforečnanem vápenatým. Obecnou nevýhodou těchto biokonduktivních materiálů, vyjma sklokeramiky, jsou jejich nedostačující mechanické vlastnosti, konkrétně pro zátěž. Z tohoto důvodu se zátěžové dentální implantáty vyrábí z mechanicky pevnějších bioinertních materiálů, především titanu a jeho slitin, korozivzdorné oceli, oxidové keramiky. Jelikož se při vhojování bioinertních materiálů tvoří různě silná vazivová vrstva a nedochází tak k pevné vazbě mezi umělým materiálem implantátu a kostí. Pro zvýšení jejich bioaktivity byly vyvinuty nové přístupy: bioaktivní kompozita, bioaktivní povlakované materiály, mezi které patří titany povlakované hydroxyapatitem, nebo povrchově bioaktivní materiály. (1) 4 úbytek kostní tkáně 25

26 Do skupiny bioaktivních materiálů patří bioaktivní skla (BAG), bioaktivní sklokeramické materiály (sklokeramika A/W, Bioverit, BAS-O) a fosforečnany vápenaté (HAp, HA, tetrakalciumfosfát). BAG, bioaktivní skla, vynalezl Larry Hench v roce 1969 a staly se prvním materiálem implantátu, který mohl vytvořit stabilní vazbu s tkáněmi. Do té doby byly implantáty pouze bioinertní a vyvolávaly nežádoucí vláknité zapouzdření materiálu. První bioaktivní skla se skládala z 46,1 % SiO2, 24,4 % Na2O, 26,9 % CaO a 2,6 % P2O5 a byla nazývaná 45S5 nebo Bioglass. (20) Bioaktivita těchto skel je závislá na přesném chemickém složení skla a vztahem k jejich struktuře. Šimůnek (2017) uvedl, že pevnost rozhraní biosklo-kost roste s rostoucí bioaktivitou testovaného bioskla. Sondovápenatokřemičitá bioskla, které obsahují SiO2 > 65 %, mají velmi nízkou pevnost v rozhraní implantát kost, jelikož jejich vhojení probíhá se vznikem intermediátní vazivové vrstvy, kontakt s kostní tkání tak není přímý. Pevnost měřená v MPa je v tomto případě uvedena 0-0,5 MPa. Vyšší pevnost se prokázala u bioaktivního skla, kde dosáhla hodnoty 3-4 MPa při obsahu SiO2 52 % a vytvářejí přímý kontakt s kostí. Nejvyšších pevnostních hodnot dosáhla bioaktivní skla s obsahem SiO2 45 %, která vytvořila pevnost implantát-kost MPa díky přímému kontaktu s kostí a vhojení bez vmezeřeného vaziva. (1) Hydoxyapatitová keramika, trikalcium fosfát a dvoufázová keramika, která obsahuje směs těchto látek, patří mezi bioaktivní keramiku. Tyto sloučeniny jsou slinovány 5 za vzniku keramiky. Po slinování může být použita ve formě porézní, například pro kontakt s kostí (povlakování fixtury implantátu), nebo může být tato keramika rozdrcena a prosévána, aby se získaly granule pouze v určitém rozmezí velikostí, které mohou být použity pro kontakt s gingivou nebo jako augmentační materiál. (21) BIODEGRADABILNÍ MATERIÁLY Biodegradabilní materiály jsou Šimůnkem (2017) popsány jako materiály resorbovatelné. Jde o syntetizovaný resorbovatelný biomateriál, který se používá jako jeden z augmentačních materiálů, tedy umělá náhrada kostní tkáně. Mezi nejvýznamnější zástupce biodegradibilních materiálů patří například kyselina polyglykolová (PGA), kyselina polymléčná (PLA) a jejich kopolymery (PLA a PGA). Biomechanické vlastnosti polymerních biodegradabilních materiálů jsou ovlivněny jejich 5 zahřívány na vysokou teplotu 26

27 chemickým složením, výrobním procesem a faktory prostředí a času. Jejich nevýhodou je možná degradace v kyselém prostředí, která může vyvolat antigenní reakci organismu. (1,22) Významné oseoinduktivní a oseokonduktivní vlastnosti mají také keramické resorbovatelné materiály. Tento materiál na bázi vápenatofosforečných solí s makro a mikrostrukturou materiálu dokáže zvětšit objem kosti. 27

28 4. ÚPRAVA POVRCHU FIXTUR Jakýkoliv povrch dentálního implantátu by měl být optimalizován tak, aby splňoval různé požadavky: na rozhraní tvrdých tkání jsou potřebné osteogenní vlastnosti pro optimalizaci oseointegrace; na rozhraní měkké tkáně je pro zajištění křehkého epiteliálního utěsnění, které zabraňuje infiltraci bakterií, povinné připevnění dásní s buněčnou adhezívní funkcí 6 pro keratinocyty a fibroblasty. U obou rozhraní je bakteriální kolonizace považována za hlavní riziko pro závažné infekce, jako je periimplantitis. Tento zánět jde ruku v ruce s bakteriální kontaminací povrchů implantátu, následovanou ztrátou oseointegrace v důsledku imunologické hostitelské reakce nazývané kostní ztráta. Rozsáhlá kostní ztráta vede k následné ztrátě implantátu. (13) Z dnešního pohledu je překvapující, že povrchy implantátů nebyly považovány za důležité pro oseointegraci během prvního desetiletí zubní implantologie. Úloha povrchových charakteristik získala význam až na počátku 80. let minulého století. Tomas Albrektsson propagoval koncept oseointegrace tím, že připisoval povrchovým vlastnostem větší důraz a zkoumal možné biologické odezvy na implantát. S opatrností byla uvedena i teoretická možnost zlepšení upevnění implantátu. V případě změny povrchu implantátu především zdůraznil možnou efektivnost hrubšího povrchu ve srovnání s hladšími. Avšak důležitost tohoto parametru byla považována za obtížně vyhodnotitelnou. Hrubší povrch intraoseální části implantátu byl pro lepší oseointegraci optimalizován během posledních čtyř desetiletí. Nepravidelné povrchy snižují uvolnění implantátu. Kromě toho, že poskytují lepší mechanickou stabilitu mezi kostní tkání a implantovaným povrchem, drsnost je také uspořádáním, které udržuje krevní sraženiny a stimuluje proces hojení kostí. Klinicky je dlouhodobě známo, že množství kontaktů mezi kostmi a implantáty je důležitým faktorem dlouhodobého úspěchu zubních implantátů. Tento kontakt mezi kostmi a implantáty je zesílen drsností povrchu implantátu. Kontrolovaná drsnost povrchu nyní hraje důležitou roli při zvyšování oseointegrace titanových implantátů. Byla vytvořena řada modifikací povrchu titanové fixtury, popisuje je například Mazánek (2014): Leštěním povrchu implantátu do vysokého lesku, zdrsněním povrchu implantátu opískováním s následným elektrolytickým přeleštěním, potažením povrchu implantátu porézní vrstvou, která vzniká spečením kovových zrn, pokrýváním nekovovými materiály na bázi 6 adheze - schopnost dvou různých materiálů spolu přilnout 28

29 sklovitého uhlíku nebo keramických materiálů, plazmováním (na titanový implantát tryskají vysokou rychlostí v plazmovém hořáku a v ochranné argonové atmosféře drobné titanové partikule), preparací povrchu implantátu laserem nebo chemikáliemi (kyselinami, louhy). První (Brånemarkovy) titanové enoseální implantáty byly vyráběny s hladkým povrchem bez dalších úprav. Oseointegrace za těchto podmínek však není mnoha odborníky považována za ideální. Pro získání kvalitní oseointegrace takto zhotoveného titanu je důležité dbát na precizní preparaci kosti, dodržení dostatečné doby vhojení (tři měsíce v dolní čelisti a šest měsíců v horní čelisti), v této době je chráněn před zatížením, které způsobuje pohyby implantátu a může tak dojít k narušení integrace. Důležitým faktorem je zde také kvalita a objem preparované kosti. (1) Povrchové úpravy fixtur dentálních implantátů můžeme obecně rozdělit do dvou skupin: a) subtraktivní - úprava, při které se z povrchu implantátu ubírá (např.: pískování či chemické leptání) b) aditivní - úprava, při které se na povrch implantátu přidává (např.: sprejování, povlakování) 4.1 PLAZMOVÉ SPREJOVÁNÍ Plazmové sprejování patří do skupiny aditivních úprav, kdy se povrch implantátu zdrsní nanášením, nejčastěji titanového, prášku. Tento způsob je nazýván TPS titanium plasma spraying. Při TPS procesu povlakování implantátu dochází mezi nanášeným materiálem a proudem plazmatu předávání kinetické a tepelné energie. Titanový materiál je za vysoké teploty a v ochranné argonové atmosféře v proudu plazmatu roztaven a strháván na chladnější substrát. Po dopadu vytváří cca 30 až 40 µm silnou porézní vrstvu. Avšak v porovnání s jinými povrchovými úpravami se u TPS uvolňují snadněji částice titanu. (23) 4.2 POVLAKOVÁNÍ HYDROXYAPATITEM Povlakování titanového dentálního implantátu hydroxyapatitem (HA) pro dosažení lepší bioaktivity povrchu bylo řešeno již v osmdesátých letech. Kostní tkáň obsahuje minerál hydroxyapatit, avšak od syntetického HA se liší jak chemickým složením, tak krystalovou strukturou. Přesto bylo prokázáno, že HA povlakování poskytuje zlepšené připojení kosti implantátu a je osteokonduktivní povahy, která zvýší důležitou primární stabilitu implantátu a zkrátí tak dobu léčby. Zhotovení hydroxyapatitového povlaku na povrch implantátu probíhá metodou plazmového nástřiku. Povrch implantátu je nejdříve upravený (např. pískováním) a poté je nanášen HA, 29

30 který může být použit v částečně nebo zcela roztavené formě prášku. Základní vlastnosti HA povlaku je ovlivněno chemickou čistotou (chemickým složením) primárního prášku, poměr fosforu a vápníku, tloušťka nanesené vrstvy (od 50 µm až 200 µm), porozita, mikrostruktura, mechanické vlastnosti a krystalinita. U silnější vrstvy HA povlaku se zvyšuje riziko prasklin a snižuje se i spojení kost-implantát. Přeměna krystalického povlaku s nízkou krystalinitou na povlak s vysoce krystalický způsobila vyšší primární stabilitu implantátu. Zároveň se upravila aplikace povlaku, kdy došlo k uvolnění krčkového uzávěru, povlak se nanášel níže, což snížilo možnost komplikací (kontaminace, degradace povrchu). Je dostupných mnoho studií zabývající se primární a následně dlouhodobou stabilitou HA implantátů, převážně v porovnání s implantáty komerčně čistého titanu (cpti). Všechny studie zmíněné v publikaci Phillips' Science of Dental Materials (2013) ukazují, že implantáty potažené HA mají vyšší míru přežití u kosti typu IV 7. Proto mnozí odborníci doporučují použití implantátů potažených HA v oblastech s nedostatečně kvalitní kostí. (15) 4.3 CHEMICKÁ BIOAKTIVACE První snahy o vytvoření bioaktivního povrchu titanového implantátu chemickou cestou se objevily v devadesátých letech minulého století. Jednou z možností vytvoření bioaktivního povrchu je úprava Ti v alkalickém prostředí. Takovéto ošetření titanu v alkalickém prostředí popsal Šimůnek (2017). Dojde k rozrušení oxidové vrstvy a následným aktivním rozpouštěním kovu zakončeným interakcí s vodným prostředím vzniká hydratovaný mikro až nanoporézní oxid titaničitý. Podstatou jeho bioaktivního chování je schopnost adsorbovat z roztoků fosforečnan vápenatý a iniciovat tvorbu apatitu, hlavní anorganické složky kosti. (1) Tento typ bioaktivního povrchu na trhu jako první představila v roce 2000 společnost LASAK s.r.o. jako povrch BIO. 7 nejvíce ohrožené kostní prostředí pro stabilitu implantátu kvůli nedostatečné kvalitě a množství kosti 30

31 5. SHRNUTÍ Neexistují žádné komplexní vědecké studie, ze kterých by bylo možné odvodit, které provedení implantátu nebo povrchu je nejlepší. Celkový úspěch implantačního procesu závisí na plánování léčby, chirurgických dovednostech, protetickém návrhu a chování pacienta. Vlastnosti povrchu implantátu jsou pak pouze dalším z faktorů, který tento proces ovlivňuje pouze dílčím způsobem. V současnosti neexistují dostatečně zdokumentované série vědeckých studií, které by ukazovaly nadřazenost jednoho povrchu implantátu nad druhým, nebo porovnávaly vlastnosti všech dostupných produktů. Většina odborných studií se zaměřuje pouze na jeden implantační systém a jejich cílem je zdokumentovat jeho výhody. Důležitým kritériem kvality dentálního implantátu je tedy jeho dlouhodobá stabilita, prokázaná studiemi. 31

32 6. PRAKTICKÁ ČÁST V praktické části jsem se zaměřila na dvě významné firmy působící na českém trhu dentálních implantátů. 6.1 LASAK Jedná se o velmi perspektivní firmu, která jako jediná v tomto oboru získala titul Česká hlava Tato cena byla udělena firmě LASAK za jedinečnou bioaktivní úpravu povrchu implantátů, která umožňuje dosáhnout téměř dokonalou stabilitu v počáteční době vhojování a rychlejší, kvalitnější a bezpečnější oseointegraci do kostní tkáně. Jako první uvedla na trh BIO-povrch - jde o hydrofilní, bioaktivní úpravu povrchu implantátů. V současné době je značka LASAK uznávaná na mezinárodním trhu i v zemích, kde má dentální implantologie delší tradici a vyšší úroveň, např. v Německu, Švýcarsku. Pro získání podrobnějších informací byl požádán o rozhovor jednatel společnosti Ing. Jakub Strnad, Ph. D., syn jednoho ze zakladatelů firmy doc. Ing. Zdeňka Strnada, CSc. Rozhovor se uskutečnil v sídle firmy v Českobrodské ulici na Praze 9, a pro tuto práci poskytl informace týkající se založení firmy, testování nově vyráběných implantátů a vize společnosti do budoucna. Společnost LASAK se zabývá výzkumem, vývojem, výrobou a prodejem zdravotnických prostředků, zejména kostních a zubních implantátů, a prostředků pro regeneraci kostní tkáně. Společnost byla založena v Praze koncem roku 1991, po rozpadu Výzkumného ústavu Sklo Union. U jejího vzniku stáli dva spolupracovníci, zabývající se výzkumem a vývojem, tedy výše zmíněný doc. Ing. Zdeněk Strnad, CSc., a Ing. Igor Ridel, CSc. Jelikož práce, na kterou se dříve společnost zaměřovala, byla orientována převážně na sklo a keramiku, vznikl název Laboratoř skla a keramiky (ve zkratce LASAK). I první produkt této firmy byla bioaktivní sklokeramika, tedy první materiál v České republice, který srůstal přímo s kostní tkání bez vmezeřeného vaziva, a jednalo se tedy o takzvaný bioaktivní materiál. Byl patentován implantologický systém IMPLADENT, který se později zařadil ke světově významným systémům. Nejdříve byly tyto implantáty zhotovovány z titanu s pískovaným povrchem povlakovaným bioaktivním hydroxyapatitem. V roce 2000 byl systém novelizován úpravou povrchu a vznikl zmíněný BIO-povrch. Jako jedna z prvních firem na evropském trhu uvedla úzké implantáty s průměrem 2,9 mm a jako jediná je mohla prezentovat devítiletou studií s pozitivními výsledky. Obecně jsou klinické studie kontrolovány hlavní směrnicí Evropské unie, kterou vydala Evropská komise 32

33 ( Post market clinical follow up ), kde se uvádí, co vše v klinické studii musí být a jakým způsobem má probíhat. Protože se firma LASAK specializuje na klinické sledování vlastních produktů již od počátku firmy, má vyvinutou vlastní metodiku, protokol i sběrový formulář. Tyto dokumenty využívají vybraná klinická pracoviště, která následně jednotlivá data o implantátech a o zdravotnických prostředcích podle nich zpracovávají. Následně se vydávají, ve spolupráci s těmito klinickými pracovišti, studie ve formě článků či příspěvků na vědeckých konferencích, a jsou určeny k další publikaci. Výzkumné projekty probíhají často ve spolupráci i s mnoha českými vysokými školami jako je např.: Univerzita Palackého v Olomouci, 1. lékařská fakulta Univerzity Karlovy v Praze a mnoha dalšími. V současné době je v běhu výzkumný projekt zabývající se vývojem nových materiálů na bázi kovů. Jedná se o grantový projekt, který je zpracováván ve spolupráci s Vysokou školou chemicko-technologickou a s dalšími výrobci zdravotnických prostředků v České republice. Firma LASAK často spolupracuje i s mnoha zahraničními univerzitami, např. s univerzitou v Texasu San Antonio. Z této spolupráce vznikly články a publikace týkající se vlastností materiálů v kontaktu s buněčnými kulturami v in vitro 8 studiích. Jinak spolupracuje s mnoha dalšími firmami na dodávkách materiálů, na vývoji dílů a pro mnoho zahraničních výrobců. Mezi nejpoužívanější materiály na současném trhu patří tyčové implantáty na bázi čistého titanu a slitiny Ti6Al4V, takzvané slitiny Grade 5. Avšak LASAK v současné době používá pouze čistý titan, tedy Grade 4, o vysoké pevnosti. Partnerem společnosti LASAK je americký výrobce titanu, který je schopen vyrobit čistý titan s vynikajícími chemickými vlastnostmi. Firma LASAK tento materiál perfektně obrábí pomocí švýcarské technologie a vlastní biotechnologie, díky které lze vytvořit na povrchu titanu takovou strukturu, která podporuje integraci implantátu do kosti (implantát se vhojí rychleji) a může tak pacientovi nabídnout rychlejší a bezpečnější ošetření. Mezi nejvíce užívané produkty firmy řadíme novější LASAK BioniQ, který je na dentálním trhu od roku 2013, jeho dílčí součást - hydrofilní BIO-povrch - již od roku BioniQ implantační systém je zhotoven z čistého titanu s vysokou pevností, fixtura z prvního hydrofilního chemicky upraveného bioaktivního BIO-povrchu a krčková část má BIO-povrch 8 ve skle 33

34 s regulovanou drsností (hladký obrobený titan). Dodává se v mnoha tvarech (cylindrický, kónický) a je dostupný v různých délkách a průměrech (od 2,9 do 5,0 mm). Obrázek 6 BIO-povrch Starší systém LASAK IMPLADENT je na trhu již od roku 1993 (s hydrofilním BIOpovrchem pak od roku 2000). Implantační systém je zhotoven z čistého titanu s vysokou pevností, fixtura ve třech druzích povrchu: první hydrofilní, chemicky upravený, bioaktivní BIO-povrch; pískovaný nebo povlakovaný hydroxapatitem (HA), krčková část s BIOpovrchem (hladký obrobený titan). Hlavní vizí společnosti LASAK do budoucna je posilnění přítomnosti na globálním trhu dentálních implantátů, jelikož již nyní vyváží své produkty do zhruba dvaceti zemí světa. Cílem je rozšířit tuto síť a posílit spolupráci s distributory, která je už v mnoha zemích na velmi vysoké úrovni. V následujících letech je plánována silnější orientace na digitální technologie, které se v dentální implantologii využívají ve stále větší míře. 6.2 STRAUMANN Švýcarská společnost Straumann Research Institute AG byla založena v roce 1954 Dr. Ing. Reinhardem Straumannem a v roce 1974 představila své první dentální implantáty. V Praze byla společnost Straumann s.r.o. založena v roce 1991 a představuje součástí společnosti Straumann Holding AG. Velké historické mezníky této firmy zdokumentované na jejích webových stránkách jsou především nová technologie povrchu SLA, která zkracuje až o polovinu dobu hojení (1997). Tento SLA povrch, který byl uveden na trh roku 1998, byl vyroben z titanu, opískován a následně leptán kyselinou, která vytvořila mikrodrsný povrch. Výsledná úprava prokázala ideální uchycení buněk. Takto opracovaný povrch se používá i dnes u implantátů společnosti Straumann konkrétně u Straumann Soft Tissue Level, která ve své dlouhodobé klinické praxi prokázala vysokou životnost. 34

35 O osm let později (2005) byl představen upravený povrch SLA s názvem SLAactive, který zlepšuje dobu hojení (ze 6-8 týdnů na 3-4 týdny) a oseointegraci, tím snižuje možnost ztráty implantátu. Vyrábí se leptáním kyselinou a leptáním ve speciálních laboratořích bez dotyku lidské ruky. Obrázek 7 SLA povrch Materiál Roxolid byl firmou Straumann speciálně navržen pro dentální implantologii. Jde o extrémně silnou a vysoce výkonnou slitinu (slitina dvou biokompatibilních kovů, titanu a zirkonia) s vynikajícími schopnostmi oseointegrace (2013). Prokazuje sílu až o 50 % vyšší než u titanu Grade 4. Dokonalé estetické řešení představila firma roku 2014 svým výrobkem Straumann PURE Ceramic. A o rok později Straumann Bone Level. Obrázek 8 Straumann PURE Ceramic V posledních letech se také tato společnost zaměřuje na novinky pro digitální řešení této problematiky. 35