ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3.
Микроструктура металлов. Сплавы.
Твердые фазы. Фазовые диаграммы. Неравновесные состояния. Введение. Механизмы
полимеризации (аддитивная и конденсационная). Строение полимеров. Композиции
полимеров (пластификаторы, композиты)
Цель практического занятия
1. Изучить
структуру металлов и их сплавов.
2. Изучить
краткую историю стоматологической имплантации. Материалы, из которых изготавливаются
имплантаты.
3. Знать
классификацию имплантационных систем в стоматологии.
4.
Понимать, как влияет покрытие имплантатов на остеоинтеграцию.
5.
Ориентироваться, что такое феномен остеоинтеграции.
6. Знать
основные свойства сплавов.
7. Знать о
применении сплавов титана в стоматологии.
Содержание
Тысячелетиями
проводился поиск подходов к замене отсутствующего зуба. Из истории известно,
что майя были первыми, кто начал использовать эндооссальные имплантаты (имплантаты,
встроенные в кость) более 1400 лет назад, чтобы поддерживать зубные протезы.
Было много
попыток облегчить проблемы удерживания протезов (особенно во второй половине XX
в.), связанные с рассасыванием альвеолярных гребней и другими патологическими
состояниями, которые препятствовали или строго ограничивали обычное протезирование.
Вышеперечисленные
подходы включали в себя использование триангулированных штифтов, обычно
изготовленных из химически инертного тантала, чтобы поддержать мосты.
Другой
подход заключался в литье из сплава кобальта и хрома субпериостальных
имплантатов, которые полностью повторяли форму оставшегося альвеолярного гребня
и были расположены под слизистой оболочкой, но имели выступы (абатменты),
выпирающие через слизистую оболочку, на которой были размещены зубные протезы.
Лопастные
имплантаты Линкова, разработанные в 1950-е годы Леонардом Линковым (Leonard
Linkow), «отцом» современной имплантологии, использовались с большим успехом в
течение многих лет.
Имплантаты
Линкова состояли из титановых (и других сплавов) лопастных эндооссальных
имплантатов, вводимых в челюсть, на которой размешались протезы или моноблоки
для замещения отсутствующего зуба. Современный «винтовой» имплантат
одновременно был изобретен Stefano Tramonte (Италия) и Pеr-Ingvar Вranemark
(Швеция), которые доказали необходимость применения титана в зубных
имплантатах. Они оба выступали за применение титана в зубных имплантатах.
Особые
физические свойства и достаточная биосовместимость титана были подтверждением
необходимости применения этого металла. В частности, Branemark описал
клиническое наблюдение близкого расположения и сцепления кости с титаном и
назвал остеоинтеграцией.
Клинический
успех применения зубных имплантатов требует хорошей техники, точного расположения
и тщательного отбора пациентов с хорошим качеством кости.
С тех пор
множество различных винтовых и корнеподобных эндооссальных имплантатов успешно
применяются в настоящее время и рассматриваются как важные компоненты в
реставрационной стоматологии.
I
. Структура металлов и сплавов. Основные свойства
Сплавы металлов
– это смесь двух и более различных металлов, образующийся сплав которых
обладает совершенно новыми качествами.
Сплавы
металлов должны иметь ряд таких физико-химических свойств, как прочность,
твердость, легкоплавкость, пластичность, легкость, коррозионная стойкость,
химическая инертность и биосовместимость.
Прочность
–
это способность металлов и сплавов без разрушения сопротивляться действию
внешних сил, вызывающих деформацию.
Твердость
характеризует свойства металла противостоять пластической деформации при
проникновении в него другого твердого металла.
Упругость (эластичность)
– способность металлов и сплавов восстанавливать свою
форму после прекращения действия внешних сил, вызвавших изменение его формы
(деформацию).
Пластичность
– это способность металлов и сплавов деформироваться без разрушения под
действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения их действия
(свойство, обратное упругости).
Коррозией
называется процесс разрушения металлов вследствие их взаимодействия с внешней
средой или в результате внутриструктурных процессов.
II
. Сплавы для имплантатов
Титан и
титановые сплавы предпочтительны для применения в стоматологии, в основном благодаря
биосовместимости, высокой прочности и стойкости к коррозии (табл.5).
Титановые
имплантаты вживляют в костную ткань челюсти. Стандартные верхушечные штифты из
титана используют для закрытия корневого канала при его резекции.
Из соединений титана в зуботехнической практике применяется двуокись
титана. Она представляет собой белый порошок, который используется в качестве
замутнителя при производстве пластмасс, а также при приготовлении лаков для
покрытия металлических частей зубных протезов. Однако в зубном протезировании
можно применять не только соединения титана с кислородом, но и конструкционный
титан – легкий, прочный, биологически инертный, хорошо поддающийся обработке
металл.
Материал имплантата может подвергаться коррозии и износу, приводящему к
образованию микронных и субмикронных загрязнений, которые, в свою очередь,
могут вызывать местные и общие реакции организма. Металлы более подвержены
электрохимическому разрушению по сравнению с керамикой. Благодаря инертной
оксидной пленке на поверхности титановых имплантатов этот металл дает хорошие
результаты при имплантации.
К
механическим свойствам материалов, которые особенно важны для зубных
имплантатов, можно отнести
жесткость,
предел текучести и предел прочности.
Жесткость или модуль упругости должны
быть таковыми, чтобы имплантат был способен передавать напряжения от
функциональных нагрузок соседним с ним тканям и поддерживать жизнеспособность
окружающих тканей длительное время.
Анализ
современных научных исследований убедительно показывает практически
неограниченную возможность обработки сплавов титана штампованием и литьем.
Для любого
металла в ротовой полости самой важной характеристикой является устойчивость к
коррозии, а также механическая прочность. Следовательно, большинство
современных имплантатов производится из титана и его сплавов, в основном
Ti-6A1-4V, так называемого сплава 6-4 и Ti-13Cu-4,5Ni.
Эффективность
и частота остеоинтеграции кости и имплантата повышается, когда применяются такие
методики, как разработка имплантата с винтообразным профилем, нанесение
микротекстуры на поверхность имплантата, а также покрытие поверхности гидроксиапатитом.
Не так
давно был разработан новый подход к стоматологической имплантатологии, при
котором поверхность имплантата покрывается нанометровым слоем протеина,
содержащего биофосфонатный компонент.
В
исследованиях на животных было выявлено, что кость, окружающая имплантат,
становится тверже и прочнее, обеспечивая более прочное взаимодействие металла и
кости, чем при других подходах.
|
Таблица 5
|
|||
|
Свойства сплавов из основных металлов
|
|||
|
Характеристика
сплавов |
На основе кобальта |
На основе никеля |
Титан |
|
Прочность при растяжении, МПа |
400-1000 |
520-820 |
240-900 |
|
Модуль упругости, ГПа |
150-210 |
145-220 |
103-114 |
|
Удлинение, % |
8-20 |
6-15 |
10-20 |
|
Твердость, г/мм² |
210-380 |
330-465 |
125-350 |
|
Плотность, г/см³ |
7,5-7,7 |
7,5-7,6 |
4,4-4,5 |
Характеристики титана и титановых сплавов:
-
доброкачественная биологическая реакция;
-
высокая коррозионная стойкость;
-
быстрая репассивация (10-9 с);
-
низкая плотность (4,5 г/см³);
-
низкий модуль упругости (100 ГПа);
-
высокая прочность (240-550 МПа).
Вывод
Биологическая
индифферентность, малый удельный вес, высокая прочность, коррозионная стойкость
во многих агрессивных средах, нетоксичность и доступность, дешевизна сделали
титан и его сплавы почти универсальным и необходимым материалом в медицине.
Вопросы
для самоконтроля
1. Назовите «первооткрывателей» винтовых имплантатов.
2. Сравните различные покрытия имплантатов.
3
. Из каких
сплавов наиболее часто изготавливают имплантаты?
4. Основные
свойства сплавов металлов.
5.
Преимущества применения титановых сплавов.
Литература:
[2.
С. 50 – 55, 6. С. 24 – 40, 7. С. 111 – 115, 8. С. 33 – 74].