W86. augusztus
hXXIX.
F O G O R V O S I
évfolyam 8. szám
S Z E M L E
Fogorvosi Szemle J9, 225—231. 1986.
Szentes Városi Tanács Kórház-Rendelőintézet Szájsebészet (igazgató-főorvos : Dr. Bod Péter) Szentes, Szilikátipari Központi Kutató és Tervező Intézet, Budapest (igazgató : Simon Jenő) Semmerlweis Orvostudományi Egyetem Szájsebészeti és Fogászati Klinika (igazgató : Dr. Szabó György egyetemi tanár) Budapest
Humán állcsont és alumíniumoxid-biokerámia implantátum határozójának elemzése fény mikroszkópos, scanning (pásztázó) elektronmikroszkópos és röntgensugár mikroanalízis vizsgálatokkal DE.
V A J D O V I C H ISTVÁN, DK. K A C S A L O V A LÍDIA, D E . S U B A Z S U Z S A és D E . S Z A B Ó G Y Ö R G Y
A z orális enossealis implantáció lehetősége az utóbbi években ismét fokozatosan előtérbe került, mivel sikerült o l y a n szövetbarát anyagokat előállítani, amelyek kötőszövetes határzóna nélkül képesek közvetlen szerves kapcsolatba lépni a környező csontszövettel. Orvosi implantáció céljára elsősorban o l y a n biokompatibilis anyagok felelnek meg, melyek porózus felszínébe képes behatolni a fiatal, újdonképzett csontszövet, és ezáltal rendkívül szilárd teherbíró kapcsolat k e letkezik a csontágy és a biokerámia implantátum között. Állatkísérletek során bebizonyították, hogy a bioaktív kerámiák mellett [7, 8, 9, 18, 19] a nagy tisztaságú bioinert alumínium-oxid-kerámia (biokorund) is megfelelő orvosi implantáció céljára [2, 4, 5, 6, 7]. Morfológiai vizsgálatokkal Karagianes [10], Krempien [14] és Thieme [20] bebizonyították, hogy ez a szo ros alumíniumoxid-implantátum-csont kapcsolat emberben is létrejön. Jelen vizsgálataink arra irányultak, hogy humán állcsontba ültetett magyar gyárt mányú alumíniumoxid-biokerámia műgyökér határzónáját vizsgáljuk morfo lógiai módszerekkel annak tisztázására, hogy létrejön-e a megfelelő szoros k a p csolat a csont és az implantátum között. Anyag és módszer I. F. 33 éves betegnek 1983 márciusában a már korábban elvesztett 11-es foga helyére magyar gyártmányú alumíniumoxid-biokerámia műgyökeret* ül tettünk be hiányzó fogának pótlása céljából. Három hónappal később az i m plantátumba ragasztott műcsonkra szóló k o z m e t i k a i borító koronát készítet tünk. A z implantátum 14 hónapig k l i n i k a i l a g tünetmentes és stabil volt, ezután t r a u m a kapcsán a műgyökér koronái harmadában haránt irányban kettétört. Eltávolítása feltárásban történt, csak a környező csontrészlet egy darabjával együtt v o l t lehetséges. Érkezett: 1985. július 25. Elfogadva: 1986. január 21. * D I A K O R Implantátum alaptípus SZIKKTI-KAZÉP CO.
225
A z így keletkezett preparátumot 10%-os neutrális formaiinban fixáltuk, m a j d a csont-kerámia egységet eltörtük. E g y i k felét vákuumban történő porlasztás segítségével vékony grafitfilmmel borítottuk és J E O L típusú scanning (pász tázó) elektronmikroszkóppal, 20 K V gyorsító feszültség alkalmazásával vizs gáltuk. A talált elváltozásokról scanning elektronmikroszkópos felvételeket ké szítettünk. A röntgen-mikroanalitikai mérések a csont-kerámia határ morfoló giailag identifikálható pontján történtek. Elsősorban a határzóna alumínium-, k a l c i u m - és foszfortartalmát vizsgáltuk, a m i a kétféle anyag bensőséges kapcso latának tisztázására szolgált. A z anyag másik felét elektromos úton dekalcináltuk, és a csontos állományt annak felpuhulása után óvatosan leválasztottuk a kerámiacsonkról. A csont beágyazása praffinban történt, 4—6 m i k r o n vastag ságú metszeteket készítettünk és ezeket haematoxylin-eosinnal festettük, m a j d fénymikroszkópos vizsgálatokat végeztünk. Eredmények Fénymikroszkópos vizsgálatok A biokerámia műgyökeret körülfogó csontrészlet (1. ábra) szövettani fel dolgozása során sorozatmetszetek segítségével vizsgáltuk a csontszövet biokerámia-műgyökér felé eső felszínét. Kitűnt, hogy szabályos, lamelláris szerkezetű
1. ábra. A biokerámia műgyökeret körülfogó csontrészlet makroszkópos
képe
újdonképzett csontgerendák határolják mandzsettaszerűen a szövetbarát i m plantátumot. A z implantátumágy vizsgálata során sehol nem találtunk kötő szöveti rostkötegeket, amelyek a szoros kapcsolatot megszakították volna. A metszetek vizsgálata során feltűnő volt, hogy nemcsak k o m p a k t lamelláris szerkezetű csontgerendák, hanem néhol szabályos csontvelőüregek határolták közvetlenül az implantait biokerámiát. Előfordultak a beültetett idegen anyag szomszédságában reszorpciós lacunák és osteoblastok is, amelyek egyértelműen arra utalnak, hogy a csontrészlet normál anyagcsere-folyamatai zavartalanok. Gyulladásos reakció, illetve idegentest típusú granulációs szövet az implantátumágyban nem jelentkezett. Scanning (pásztázó ) elektronmikroszkópos ( SEM) vizsgálatok A pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálatokat kétféle dimenzióban végez tük a csont és biokerámia határzónájára merőleges törési felszíneket, ahol mor fológiailag jól lehetett tanulmányozni a biokerámia és csonthatárzóna válto zatos felszínű struktúráját (2. ábra). E z e k e n kívül a csont és a biokerámia erő művi behatással történő szétválasztása után frontális felvételeken is tanulmá nyoztuk a k o n t a k t felszíneket. 226
28-szoros nagyítású felvételen jól megfigyelhető, hogy a beültetett biokerámia szemcsés szerkezetű szabad szélei szabályosak, egyenes lefutásúak (3. ábra). A szomszédos csontágy felszíni képe az élő, dinamikusan újra és újra át épülő csontos állomány morfológiai jellegzetességeit mutatja. A csont és a beül tetett biokerámia közvetlen szoros kapcsolata jól megfigyelhető a 3300-szoros
2 2. ábra. A biokerámia-csont
3 határzóna SEM felvétele (28 X). a— csont b = biokerámia 3. ábra. A biokerámia felszínének SEM felvétele részben kötőszövettel borítva (3300 X ) . a = biokerámia, 6 = kötöszövetes felszín
227
nagyítású felvételen, ahol a csontszövet ráterjed a kerámia felszínére (4. ábra). Az. újdonképzett f i a t a l csontszövet felszíne köteges, hálózatos struktúrájáról ismerhető fel, ezen kötegek a kollagénrostok mentén kicsapódó kalcium-apatit kristályok törési felszínei (5a ábra). A kép aktív mineralizációs folyamatra u t a l . A csontágy jó életképességét jelzi, hogy a gazdag érellátásra jellemző há lózatos lefutású csatornácskák megtalálhatók az i m p l a n t a i t biokerámia köz vetlen szomszédságában (5b ábra). Néhol felismerhetők a csont reszorpciós aktivitását igazoló Howship-féle reszorpciós lacunák, melyek az osteoklastok aktív jelenlétére utalnak (6. ábra). A szomszédos biokerámia implantátum felszíne kuboidalis, ül. gömbölyded, változatos nagyságú, egymáshoz szorosan kapcsolódó egységekből épült fel (7. ábra).
6. ábra. A csontszövetben lévő Howshipféle lacuna (790 X)
7. ábra. Csontsejtekkel benőtt kerámiafelszín (1100 X )
Al
a
8. ábra. A rtg-sugár mikroanalízis
228
eredményei, c = csont
a = biokerámia, b = határzóna,
Mindezen leletek arra utalnak, hogy a csont és a beültetett biokerámia kö zött rendkívül szoros kapcsolat a l a k u l k i és sehol nem bontja meg a két anyag határzónájának stabilitását a közbeiktatódó burjánzó kötőszövet. Röntgensugár mikroanalízis vizsgálatok A csont és a biokompatibilis biokerámia határzónájának röntgensugár m i k r o analízis vizsgálata elősegíti, hogy a kétféle anyag kapcsolatát morfológiai érté kelésen túlmenően a jellegzetes elemi összetétel relatív mennyiségi analízisével is alátámasszuk. A csontszövetre jellemző elemi összetétel a magas k a l c i u m koncentráció, amihez jelentős foszforkoncentráció társul (8. ábra). A biok o r u n d kerámiában mérhető jellegzetes elem az alumínium. A biokerámia csonk területének megfelelően rendkívül magas Al-koncentrációt találtunk (8a ábra). Más elemek nem fordultak elő detektálható mennyiségben. A határ zóna mellett a csont területén jellegzetesen magas k a l c i u m - és foszforértékeket találtunk. A z o k o n a mérési pontokon, ahol a csont és a biokerámia kapcsolatát morfológiailag egyértelműen igazolni lehetett, a jellegzetes elemek megoszlása is keveredett. A biokorund pórusaiba behatoló csontszövet jelenlétét alátá masztotta, hogy a magas Al-koncentrációhoz a C a - és P-szint emelkedése tár sul (8b ábra). A határzónában mindenhol sikerült k i m u t a t n i a csontra jellemző elemeket (Ca, P ) , a m i arra utal, hogy a csont és kerámia között hézagmentes az átmenet, kötőszövetes lágyrészt közbeiktatódása kizárható (8c ábra). Megbeszélés A stabil, k l i n i k a i l a g sikeresnek mondható humán biokerámia implantátumot 14 hónapi funkcionális terhelés után traumás törés útján nyertük, így sikerült emberi anyagon vizsgálni annak biokompatibilitását és a határzóna stabilitását morfológiai módszerekkel. A z utóbbi évtizedben számos szerző [3, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 17, 22, 23] t a n u l mányozta állatkísérletek útján, hogyan viselkednek a szövetbarát biokerámia implantátumok a csontszövetben. Á beültetésre alkalmas anyaggal szembeni követelmények a következők: szövetbarát legyen, ne okozzon t o x i k u s károso dást (necrosist) a környező élő szövetekben; ne okozzon semmiféle gyulladásos reakciós vagy idegentest-típusú sarjszövet képződést; kötőszövetes ágy nélkül, közvetlenül kapcsolódjon a környező, élő csontszövethez, mert stabilitását csak így t u d j a megtartani; az esetleges kioldódó elemeivel ne zavarja meg a környező csontszövet normál anyagcseréjét, ne akadályozza a dinamikus csontfelszívó dási és épülési folyamatok egyensúlyát; és mechanikailag szilárd legyen. A z utóbbi években az alumíniumoxid-biokerámia tűnt k i kedvező tulajdon ságaival, így állatkísérletekben és a humán gyakorlatban egyaránt előszeretet tel alkalmazzák [7, 16, 19, 21]. A fénymikroszkópos vizsgálatok során megálla pítottuk, hogy a biokorund műgyökér közömbösnek bizonyult a környező szövetek vitalitására vonatkozólag. Semmiféle kóros reakciót nem váltott k i , sőt a szomszédos csontszövet (lamelláris csont és velőüregek egyaránt) körül fonták, hézagmentesen megtámasztották az implantátumot. Kötőszövetes válaszfalat sehol nem találtunk az implantátum és a csontszövet között, az iro d a l m i adatokkal egybehangzólag. Scanning elektronmikroszkópos vizsgálatainak során a határzónára merőle ges és a határzónák mentén képzett törési felszínek vizsgálata során egyaránt kitűnt, hogy a szövetbarát anyag pórusaiba behatol az újdonképzett zavartalan anyagcseréjű dinamikusan épülő és bomló csontszövet, a m i a két anyag kapcso latát jelentősen megerősíti. Mindezen eredményeink az irodalmi adatoknak megfelelőek. 229
A Bunte, illetőleg Strunz és m t s a i által [1] 1977-ben közölt eredmények sze r i n t a csont-implantátum közötti intermedier kötőszöveti réteg jelenléte a D I A K O R implantátum esetében n e m v o l t igazolható. A röntgensugár mikroanalízis vizsgálatok alátámasztották, hogy a csont és a biokerámia felszín hézagmentes, sőt egymással interdigitáló kapcsolatot képez, m i v e l a határterületeken m i n d e n h o l kimutatható a csontra jellemző C a - és P koncentráció. Következtetések A leírt vizsgálatok egyetlen humán eset kapcsán történtek, így ezekből az eredményekből jelentősebb következtetéseket levonni n e m lehet. A fenti adatok azonban alátámasztják azon k l i n i k a i megfigyeléseket, melyek szerint az a l u míniumoxid biokerámia beültetés megfelel fogpótlások és csontprotézisek cél j a i r a egyaránt. Kedvező tulajdonságai a r r a ösztönöznek, hogy minél t ö b b t a pasztalatot nyerjünk a k l i n i k a i g y a k o r l a t b a n ezen anyag alkalmazásával. I R O D A L O M : 1. Bunte, M., Strunz, V., Gross, U. M. és mtsai: Vergleichender U n tersuchungen über die H a f t u n g verschiedener I m p l a n t a t m a t e r i a l e n i m K n o c h e n . D t s c h . zahnärztl. Z . 32, 825, 1977. — 2. Busing, C. M., d Hoedt, B.: D i e Knochenanlage r u n g a n das Tübinger I m p l a n t a t bei Menschen D t s c h . zahnärztl. Z . 36, 563, 1981. — 3. Busing, C. M., Schulte, W., d Hoedt, B. és mtsai: H i s t o l o g i c a l results w i t h biomechanically shaped i m p l a n t s w i t h A l 0 - c e r a m i c . I n : H e i m k e G . , D e n t a l I m p l a n t s . Hanser, München, 1980. 21—4. Bränemark, P. J., Breine, U., Adell, B. és mtsai: Intra-osseous anchorage of dental prostheses. Scand. J . P l a s t . Reconstr. S u r g . 3, 81, 1969. — 5. Clark, A. E., Hench, L. L., Pschall H. A.: The influense of surface chemistry o n i m p l a n t inter face h i s t o l o g y : A theoretical basis for i m p l a n t materials selection. J . B i o m e d . M a t e r . R e s . 10, 160, 1976. — 6. Dörre, E. : A l u m i n i u m o x i d k e r a m i k — ein Werkstoff für enosseale I m p l a n t a t e . Zahnärztl. P r a x . 31, 343, 1980. — 7. Griss, P., Andrian- Werburg, H. v. und Heimke, G.: Ergebnisse der experimentallen Prüfung u n d klinische Anwendungs möglichkeiten der A l u m i n i u m o x i d k e r a m i k i n der A l l o a r t h r o p l a s t i k Z . O r t h o p . 113, 756, 1975. — 8. Gross U. M., Brandes J., Strunz V. és mtsai : The ultrastructure of the inter face between a glass ceramic and bone. J . B i o m e d . M a t e r . R e s . 15, 291, 1981. — 9. Hulbert, S. F., Morrison S. J., Klawitter J. J.: Tissue reaction to three ceramics of porous and non-porous structures. J . B i o m e d . M a t e r . R e s . 6, 347, 1972. — 10. Karagianes, M. T'., Westerman, B. E., Basmussen, J. J. és mtsai : Development and evaluation of porous dental i m p l a n t a t e i n miniature swine. J . D e n t . R e s . 5, 85, 1976. — 11. Köhler, St., Betemeyer, K., Berger, G. és mtsai: Untersuchungen der Grenzflächen zwischen I m p l a n t a t und Knochen m i t dem Elektronenstrahlmikroanalizator ( E S M A ) . Zahn M u n d u . K i e ferheilk. 69, 4, 1981. — 12. Köhler, St., Köhler, S., Betemeyer, K. és mtsai: Rasterelektromikroskopische Untersuchungen der Oberflächen v o n I m p l a n t a t m a t e r i a l e n v o r u n d nach der I m p l a n t a t i o n . Z a h n - M u n d u . K i e f e r h e i l k . 69, 117, 1981. — 13. Krempien, B., Heidelberg, W., Schulte, H. és mtsai : L i c h t o p t i s c h e u n d rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen a n der Grenzfläche v o n I m p l a n t a t e n aus A l u m i n i u m - o x i d K e r a m i k i m Unterkieferknochen v o n H u n d e n . D t s c h . zahnärztl. Z . 33, 332, 1978. — 14. Münch, M., Krempien, B., Prüssner, P.: R E M u n d elektronenmikroskopische Untersuchungen v o n A 1 0 I m p l a n t a t e n . D t s c h . zahnärztl. Z . 38, 107, 1983. — 15. Natiella, J. B., Armitage, J. E., Meenaghan, M. A. és mtsai : Tissue response to dental i m p l a n t s p r o t r u d i n g t h r o u g h mucous membrane. O r a l Sei. R e v . 5, 85, 1974. — 16. Osborn, J. F., Newesely, H.: D y n a m i c aspects of the implantbone interface. I d : Heimke G. D e n t a l I m p l a n t s . H a n s e r , München, 1983. 11—123. — 17. Biess G.: B i o r e a k t i v e T C P - I m p l a n t a t e , SupraStruktur u n d R e s u l t a t e . D t s c h . zahnärztl. Z . 38, 100, 1983. — 18. Spector M., Harmon S. L., Kreutner A.: Characteristics of tissue g r o w t h i n t o problast a n d porous polyethylene i m p l a n t s i n bone. J . B i o m e d . M a t e r . R e s . 13, 677. 1979. — 19. Schultz P., Heimke G., Krempien B. és mtsai: E i n z e l z a h n i m p l a n t a t e aus A l u m i n i u m o x i d k e r a m i k i m Beagle Seitenzahnbereich u n d Frontzahnlücken des jugendlichen P a t i e n t e n . D t s c h . zahnärztl. Z . 36, 599, 1981. — 20. Thieme V., Hofman H., Heiner H. és mtsai: Rasterelektronen mikroskopische Untersuchungen z u r B i o k o m p a b i l i t a t v o n Glaskohlenstoffkörpern i m K o c h e n . Z a h n , M u n d u . K i e f e r h e i l k . 69, 472. 1981. — 21. Utz W.: Histologische U n t e r suchungen a n I m p l a n t a t m o d e l l e n . D t s c h . zahnärztl. Z . 29, 207. 1974. — 22. Weinstein A. M., Klawitter J. Jó, Cook S. D.: Implant-bone interface characteristics of bioglass dental i m p l a n t s . J . B i o m e d . M a t e r R e s . 14, 23, 1980. — 23. Warle M.: K l i n i s c h e E r f a h rungen m i t enossealen A l u m i n i u m - o x i d k e r a m i k I m p l a n t a t e n . D t s c h . zahnärztl. Z . 36, 591. 1981. 2
2
230
3
3
B a Ü Ä O B H M PL, K a i a J i o B a J l . , HI y 6 a }K., C a 6 o JJ, b . : AHÜAÜ3 nozpaHUHHOÜ 30HU Mewcdy HeAwcrrtbw HeAoeaca u UMtinaHmamoM aAWMüHueeooKCUOHOü öuoKepaMUKU c noMoufbw ceemoeoeo, pacmoeozo dAeitmpoHHozo MUKpoatona u c noMoufbw penrmeHOMUKpoaHuAumtmecKux Memodoe uccAedoeanuH FIpoBeaeHHbie HCCJieAOBaHHH nojrraep.nn.jiH, 4 T O T K a H e B o c o B M e c T H M b i K H M n u a H T a T 6 H J I OKpy»ceH HeH3MeHeHHoíí K O C T H O H T K a H b i o 6e3 n p o M e w y T o ^ H o i i npocjioííKH c o e a H H H T e j i b HOfi T K a H H . O T M M a j I O C b n p O H H K H O B e H H e B nopbl H M n u a H T a T a BHOBb o 6 p a 3 0 B a H H o t t HopM a U b H O H KOCTHOH T K a H H , STO 3HaMHTejlbH0 yCHJIHBajlO CBH3b A B y x TKaHeft.
V a j d o v i c h I. D r . , K a c s a l o v a L . D r . , S u b a Zs. D r . a n d S z a b ó G y . D r . : Analysis of the border zone of human jaw bone and aluminium oxide bioceramic implant by means of light microscope, scanning electronmicroscope and'X-Say microanalysis examinations Performed examinations proved t h a t pro-tissue i m p l a n t was t i g h t l y surrounded b y the a m b i a n t sound bone tissue w i t h o u t intermediary interstitial layer. The newly formed sound bone tissue penetrated into the pores of the i m p l a n t b y w h i c h the connection of both materials was significantly strengthened. D r . I . V a j d o v i c h , D r . L . K a c s a 1 o v a, D r . Z s . S u b a u n d D r . G y . S z a b ó : Analyse der Grenzzone der Humankiefer- und der Aluminiumoxyd-BiokeremikImplantate mit lichtmikroskopischen, Scanning-elektronenmikroskopischen und röntgenologischen Mikroanalyseuntersuchungen D i e Untersuchungen zeigten, daß das gewebefreundliche I m p l a n t a t das umgebende Knochengewebe, ohne eine intermediäre Bindegewebeschicht, lückenlos umgesponnen hat. D u r c h das i n die P o r e n des I m p l a n t a t s eingedrungene neugebildete Knochengewebe w i r d der K o n t a k t der beiden Substanzen wesentlich verstärkt.
