A fémes nano- és mikrorészecskék szerepe a periimplantitiszben
Dr. Ioannis Papadimitriou (Németország)

A fogászati ​​implantológia a szájrehabilitáció alapvető részévé vált, és szorosan összefügg a protetikai rehabilitációval. Az implantológia és protetika együttes célja az elvesztett természetes fogak pótlása, továbbá a restitutio ad integrum elérése. E cél érdekében már évszázadok óta különböző anyagokkal és technikákkal próbálkoztunk. Az elmúlt néhány évtizedben a fém implantátumok rendkívül sikeresnek bizonyultak a hagyományos protetikai kezelések alternatívájaként; azt azonban érdemes közelebbről megvizsgálni, hogy ezen eljárásoknak milyen, a szervezetre gyakorolt negatív hatásai lehetnek, illetve, hogy mennyire vannak összefüggésben az esetleges gyulladásos reakciókkal [1,2]. 

A huszadik század közepén a Brånemark vezette göteborgi kutatócsoport elsőként tanulmányozta a különböző anyagok csonttal kapcsolatos biokompatibilitását, így segítve azóta is a fogászati ​​implantológia elterjedését. Megfigyelték, hogy a teljes egészében titánból készült implantátumok képesek a gyulladás vagy kilökődés jelei nélkül a csontba „begyógyulni”. Brånemark ezt a folyamatot csontintegrációként definiálta, amely a biokompatibilitás minden elemét, a bioinert anyagot és bioaktivitást is magába foglalja [1,3]. A „biokompatibilitás” kifejezés olyan anyagokat jelöl, amelyek nem rendelkeznek negatív hatással az élő szervezetekre. Ez a tulajdonság rendkívül fontosnak bizonyul az implantátumok esetében, mivel ezek arra hivatottak, hogy hosszú időt töltsenek el az élő szövetben. Az implantációs anyagoknak bioinertnek is kell lenniük, ami annyit jelent, hogy nem szabadulhatnak fel belőlük mérgező anyagok. A bioaktivitás az implantátum és a szövet között létrejött kémiai integrációt jelenti [1,3]. Mivel a Brånemark bizonyítani tudta a teljes egészében titánból készült implantátum ezen tulajdonságait, manapság elsősorban ilyen implantátumokat alkalmaznak. A titán alternatívája a cirkónium-dioxid, amely szintén nagyon jó biokompatibilis tulajdonságokkal rendelkezik. Emellett az orvostudományban más fémeket, fémötvözeteket, polimereket és kerámiákat is használnak biokompatibilis anyagként [1,3]. Az osszeointegráció szempontjából fontos csontépülést a titán implantátum felületén számos tanulmány is megerősítette. A primer stabilitás a behajtással érhető el.

Míg a természetes fogak a periodontális szövettel egyidejűleg válnak funkcionális egységgé, addig az enosszeális implantátumok mesterségesek, mivel szervetlen anyagból készülnek, amelyhez még nem fejlesztettek ki mesterséges periodontális szövetet. Ez hátrányt jelent a későbbi implantátum körüli gyulladások szempontjából [4,5].  A természetes fog és a titán implantátum közötti morfológiai különbségek miatt az implantátumok hajlamosabbak a gyulladásra [32]. Összességében a fémek jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, viszont korrózióra való hajlamosságuk, illetve, hogy esetlegesen fémionokat szabadíthatnak fel a szervezetben, hátrányt jelent alkalmazásuk során. Ezért az implantátum körüli, a szájüregbe benyúló, stabil, gallér alakú lágyszövet elengedhetetlen az implantátum hosszú távú sikeréhez, beleértve a protetikai helyreállítást is. A behelyezés utáni gyógyulási folyamatok alapfeltétele a vitális csont [6,7].

Parodontitisz és periimplantitisz

A biofilm a parodontitisz kialakulásának alapfeltétele. Az ebből származó baktériumok beszivárognak a parodontális szövetbe, gyulladásos reakciókat, majd visszafordíthatatlan szövetkárosodást okoznak. Az olyan kockázati tényezők, mint a nikotin- és alkoholfogyasztás, valamint a szisztémás betegségek (pl. diabétesz mellitusz) vagy akár a stressz, elősegítik a baktériumok szövetbe való migrációját [6]. A periimplantitisz progresszív implantátum körüli csontvesztés, egyidejűleg gyulladásra hajlamos és már gyulladt lágyrészekkel. Kiváltó okai a bakteriális fertőzés és a biomechanikai túlterhelés. Ezek klinikailag és radiológiailag is felismerhető károkat eredményeznek, mivel a parodontális ligamentum hiányában a csont sokkal inkább ki van téve a gyulladásos infiltrátumnak. Mivel a periimplantitisz klinikailag és mikrobiológiailag is hasonlít a krónikus marginális parodontitiszhez, az a következtetés vonható le, hogy a plakk implantátum körüli betegséget okozhat. Még nem tisztázott azonban, hogy a fogágybetegségre való hajlam kedvez-e az implantátum körüli gyulladásnak.

Az olyan pácienseknél, akiknél a fogágybetegségre való fokozott hajlam mutatkozik, javasolt az implantátumok helyett alternatív kezeléseket alkalmazni [6,8,9–14]. Egy 2017-es konferencián (World Workshop on the Classification of Periodontal and Peri-Implant Diseases) a periimplantitiszt úgy definiálták, mint „az implantátum körüli szövetekben fellépő plakkal összefüggő kóros állapotot, amelyet a periimplantáris nyálkahártyájában fellépő gyulladás jellemez, így okozva progresszív volumen-vesztést a támasztó csontban”. Ez a meghatározás azonban nem veszi figyelembe a fém részecskéket vagy a fémek citotoxicitását, mint lehetséges tényezőket.

A periimplantitisz klinikai eseteit az 1/a-b. ábrákon szemléltetjük. Jól észrevehető az implantátum ágy körül felgyülemlett gennyes váladék. A lágyszövet mandzsetta már nincs jelen, és feltételezhető a csontvesztés. Tudományos konszenzus van abban, hogy a parodontitiszt, illetve a periimplantitiszt a fogíny túlzott bakteriális kolonizációja okozza, amely a nem megfelelő fog- és szájhigiénia eredménye. Kimutatták, hogy a progresszív parodontitisz gyakrabban fordul elő családokban. Bár eredete többtényezős, a genetikai hajlam azért fontos, mert egyes géneket kockázati tényezőként izoláltak, köztük az interleukin-1 gént, a proteináz 3-at és a katepszint [15,16]. A jelenlegi kutatások egyre inkább fókuszálnak azon nanorészecskékre, amelyek magukon a sebészeti eszközökön keresztül, illetve az implantátum beültetése révén jutnak be a csontszerkezetbe, így előidézve a periimplantitiszt. Ennek ellenére még mindig nincs egyértelműen meghatározott szabály vagy protokoll a periimplantitisz kezelésére. Tekintettel arra, hogy a periimplantitisz egy év elteltével a terápiás (sebészeti vagy nem sebészeti) beavatkozás után is nagyon magas kiújulási aránnyal rendelkezik, felmerül a kérdés, hogy az implantátum felületéről származó fém részecskék esetlegesen közrejátszanak a periimplantitisz fennmaradásában. Egyetlen tanulmány sem hasonlította össze a nem sebészeti eredményeket a sebészetiekkel [2,17,18].

Nanorészecskék

Az elmúlt 20 évben a nanotechnológia gyors fejlődésen ment keresztül. A 100 nm alatti részecskéket nanorészecskéknek nevezzük. Ezeket képesek vagyunk iparilag előállítani, de előfordulnak a természetben is (például vírusok, vulkáni hamu és erdőtüzek esetén). Kis tömegükhöz képest rendkívül nagy felület jellemzi őket. A nanorészecskéket főként szilikátokból és különféle fém-oxidokból, köztük titán- és alumínium-oxidokból állítják elő. Megtalálhatók például a cukorkákban és számos bőrápoló termékben, különösen a fényvédőkben. Stabilizátorként titán-dioxid részecskéket és cink-oxidot használnak. Bebizonyosodott, hogy a szájon át bevitt titán-dioxid részecskék a bélben és más szövetekben (hashártyaszövetben, májban, lépben, vesében és szívben) lerakódnak anélkül, hogy kiürülhetnének, hámrendellenességeket, és a bélsejtek krónikus károsodását okozzák. Ép bőr esetén a titán-dioxidra utaló jelek csak az epidermális réteg legfelső rétegében mutathatók ki [19].  A nanorészecskéket a gyógyászatban is alkalmazzák. A nanorészecske alapú fluoreszcens jelölés a nagyobb hatékonyság és pontosság miatt nélkülözhetetlen a diagnosztikában és a képalkotásban. A nanorészecskék gyógyszeripari felhasználása azt mutatta, hogy jobb a biológiai hozzáférhetőségük és hatékonyságuk, kevesebb a mellékhatásuk és mindenekelőtt a szerveket érintő toxicitásuk is csökken [20]. Ezen pozitív és negatív szempontok mentén felmerül a kérdés, hogy az implantátumokból származó nano- vagy mikrorészecskék, illetve fémes műszerek növelik-e a periimplantitisz kockázatát a beültetést követően. Nagyon keveset tudunk a titán-dioxid nanorészecskék implantátumokból vagy fémes műszerekből származó kockázatairól és transzlokációjáról. A 2010-től meglévő szakirodalomban találunk hivatkozásokat a témában, mivel az implantátum beültetése során történő részecskeképződés szempontjait csak az utóbbi években kezdték el részletesebben vizsgálni.

A titán tulajdonságai

A titán szürke színét a fém oxigénnel való érintkezése után a felületen közvetlenül kialakuló 2-5 nm vastag oxidréteg okozza. Ez, az általában nagyon sűrű és kémiailag stabil oxidréteg biztosítja a titán biokompatibilitását, és segíti az osszeointegrációt azáltal, hogy lehetővé teszi a sejtadhéziós molekulák felhalmozódását. Egyes esetekben azonban klinikailag különböző típusú korrózió figyelhető meg: lyuk-, rés- és feszültség-korrózió, valamint erózió (2/a-b. ábra), [7,21,22]. A lyuk-korrózió elsősorban és túlnyomórészt az implantátum  és a felépítmény csatlakozási pontján jelentkezik, ami rés-korróziót okozhat. Ennek eredményeként kloridionok halmozódnak fel, amelyek az implantátum közvetlen közelében csökkentik a pH-t. Így a titán implantátum oxidrétege helyreállíthatatlanul feloldódik, és a Streptococcus sanguinis miatt nem tud megújulni. Ezek a baktériumok meggátolják az oxigénhez való hozzáférést az implantátum körül kialakult biofilmen keresztül; az oxigénhiány miatt titán ionok és részecskék szabadulnak fel a bonyolult titán szerkezetből. Ez a folyamat részben gyulladást vált ki a szövetben, másrészt pedig a titán implantátum további korróziójához vezet. A nyál – amely elektrolitként működik – hozzájárul az oxidréteg maradandó károsodásához, mivel a korróziót a szájban zajló elektrokémiai folyamatok tovább támogatják [23,24]. Az implantátum felületén keletkezett jelentős károsodást a 3/a–d. ábrán láthatjuk [24]. 

Nakagawa és mtsai egy további tanulmányban megállapították, hogy a teljes egészében titán és a titánötvözetek gyorsabban korrodálódnak a fluoridok hatására alacsony oxigéntartalom mellett, míg fluor nélkül nagyobb korrózióállóságot mutattak ugyanazon oxigénkoncentráció mellett [25].  Ehhez a megfigyeléshez a kereskedelemben kapható fogkrémeknek a fluorid koncentrációját vették alapul, amely túl magasnak bizonyult, és nem védi a fémeket a korróziós károktól [25].

Fémkopás a behelyezés során és annak következményei

Az implantátum eredeti felülete és formája a beültetése során módosulhat. A túlságosan mély behelyezés nagyobb károsodást okoz a csontban és az implantátumban, mint a kevésbé erőltetett behelyezés. Az implantátum torziója és súrlódása révén az implantátum felületi szerkezetéből titán részecskék szabadulnak fel és kerülnek a már sérült csontszövetbe. A felszabaduló titán részecskék mérete 10 nm és 20 µm között változik. Az implantátum éles szélein a behelyezés következtében a teljes oxidréteg részben elvész. Az oxidréteg elvesztése az implantátum típusától is függ [26–28]. Martini és mtsai megfigyelték, hogy a fluoro-hidroxiapatittal bevont implantátumok kevésbé voltak érzékenyek a behelyezés során a kopásra, mint a plazma bevonatú implantátumok. A plazma bevonatú implantátumokból felszabaduló titán részecskéket az implantátum felületétől 200-250 µm távolságban találták meg, amelyek megakadályozták a neo-oszteogenezist. Az érintett csontban az implantátum menetének deformációja látható, elsősorban mikrotörések formájában. A titán kopás mind az implantátum körüli nyálkahártyában, mind az újonnan képződött csontban felfedezhető. 

A titánrészecskéket még távolabbi szervekben is kimutatták: a májban, a vesében, a tüdőben és a szívben [29,30]. Az implantátum beültetése mellett az implantátum és a felépítmény közötti kapcsolat nagy mechanikai terhelése is hozzájárul a fémrészecskék felszabadulásához. Ennek következtében az implantátum elvesztése is előfordulhat. Emellett az implantátum és felépítmény közötti csatlakozásnál mikrorések keletkezhetnek, ahonnét további titán- és fémrészecskék is felszabadulhatnak. A mikroszivárgás, az anyagkopás, az anyagfáradás és a csavarok kilazulása további lehetséges következmények lehetnek, amelyeket a mikrorések idéznek elő. A mikroszivárgás különösen szembetűnő a laza illeszkedéssel rendelkező hatszögletű csatlakozásoknál (4/a-d. ábra), amelyen keresztül – a fémkopáson és az anyagban keletkezett károkon kívül – folyadék és baktériumok jutnak be az implantátum belsejébe, így okozva az implantátum belső korrózióját. A mikrorés által okozott mozgások az implantátum és a felépítmény közötti kúpos csatlakozással mérsékelhetők [31].

Konklúzió

Az implantológia korszakának elején az osszeointegráció problémájának megoldása volt a fókuszban, az utóbbi években azonban egyre inkább előtérbe kerültek azok a kutatások, amelyek az implantátumok lerövidült élettartamának okaira próbálnak választ adni. Az olykor terápia-rezisztensnek bizonyuló periimplantitisz bizonyítja, hogy a lege artis behelyezés mellett egyéb tényezők is befolyásolhatják az osszeointegráció kialakulását. A nano- és mikroméretű titán- és cirkónium-dioxid részecskék mind a műszerekről, mind az implantátumokról leválhatnak a behelyezés, valamint a műtéti, a protetikai és az utókezelési fázis során. Kimutathatók csontokban és más szövetekben, és csak nemrégiben bizonyosodott be róluk, hogy citotoxikusak. A jelenlegi kutatások szerint ezeknek a részecskéknek a felszabadulása még nem akadályozható meg függetlenül attól, hogy az implantátum milyen  felszínnel rendelkezik. Az implantátum körüli kemény- és lágyszövetbe diszpergált fém- és titán-ionok és részecskék olyan sejtes reakciókat váltanak ki, amelyek az aszeptikus, krónikus gyulladáshoz hasonlíthatók. Ez sikertelen csontintegrációhoz vagy terápiarezisztens periimplantitiszhez is vezethet.

Ezek a klinikailag és radiológiailag is észrevehető implantátum körüli elváltozások nagyon hasonlítanak a parodonti­tiszhez, de a periimplantitisz nem minden esetben bakteriális. A periodontitisz klasszikus kezelési koncepciója ezért általában nem ültethető át a periimplantitiszre. Jelenleg a nem baktériumok által okozott periimplantitisz kezelésére nem áll rendelkezésre koncepció. A részecskék által kiváltott periimplantitiszt gyakran oszteolízis kíséri, amely nyilvánvalóan nem tekinthető bakteriálisnak. Ilyen esetekben el kell távolítani az implantátumot, majd alaposan ki kell tisztítani a csontdefektust. További vizsgálatok elvégzése javasolt, hogy megállapíthassuk, szükséges-e, illetve milyen mértékben érdemes további csontregeneráló kezeléseket elvégezni. A 2017-es  „World Workshop on the Classification of Periodontal and Peri-Implant Diseases and Conditions” úgy definiálta a periimplantitiszt, hogy nem vett figyelembe olyan tényezőket, mint a fémrészecskék és azok citotoxicitása. Így határozottan kijelenthető, hogy a fémes nanorészecskékkel kapcsolatos további kutatásokra feltétlenül szükség van azok potenciális veszélye miatt.

Forrás: Implants 2021/4