Из книги Andre Schroeder et al., Oral Implantology, 2nd revised edition, Thieme, 1996, p. 45, ISBN 3-13-744302-4 (Thieme), ISBN- 0-86577-545-1 (TMP)

Свойства титана

 

Биологическая совместимость

Эксперименты по изучению коррозии in vivo всегда могут быть завершены гистологическим исследованием тканей. Наблюдаемая реакция тканей затем может быть сравнена с количеством «нежелательного» продукта коррозии, который был подсчитан в электрохимическом эксперименте. Надо ожидать корреляций.

Бесспорные характерные типы реакции тканей наблюдались неоднократно. Достаточно провести различие между токсичностью (пикноз, стерильный абсцесс), изоляцией (плотная неваскуляризованная соединительная ткань в контакте с имплантатом, отсутствие патологических клеток) и инертностью (рыхлая васкуляризованная соединительная ткань). Эти показатели представлены на оси абсцисс на рис. 3.8. Осью ординат является поляризационное сопротивление. Значения приведены в соответствии с данными экспериментов по изучению коррозии, описанными ране в данной главе. Данные показывают, что токсическая реакция на Co, Cu, Ni, и V коррелирует с их высокой степенью коррозии. Кроме того, инертные металлы, которые не вызывают реакции тканей, а именно: Pt, Ta, Nb, Zr и Ti все обладают высокой стойкостью к коррозии. Следовательно, может быть определён бесспорный принцип, что проявляется жёсткая корреляция между химической и биологической совместимостью.

Рис. 3.8 Коррозионная стойкость и реакция тканей для чистых металлов и сплавов (FeNiCrMo является нержавеющей сталью, CoCrNiMo является кобальтовым сплавом, который используется для эндопротезов в ортопедии, сплавы титана включают Ti-6Al-4V, Ti-15Mo и т.д.). Диаграмма показывает взаимосвязь между «химической совместимостью» и «биологической совместимостью». Токсичные металлы коррозируют со скоростью во много раз большей (около 10 000 раз быстрее) чем инертные металлы. Однако, токсическая реакция специфична и многие металлы, не смотря на степень коррозии, только инициируют незначительную повреждающую реакцию изолирования. Напротив, высокая коррозионная стойкость не гарантирует совместимости. Нержавеющая сталь и кобальтовые сплавы, не смотря на минимальный выход токсических продуктов коррозии, тем не менее, вызывают реакцию инкапсуляции.

 

Реакция изоляции наблюдается между двумя крайними – токсичностью и толерантностью. Инородное тело инкапсулируется – безопасная форма отторжения. Этот тип реакции наблюдается для обоих коррозионно-стойких материалов – нержавеющей стали (FeCrNiMo) и кобальт-хром-молибденовых сплавов и для сильно коррозирующих металлов Fe, Mo и Al. Необходимо предположить, что нежелательные продукты коррозии сами являются определяющим фактором. Железо, молибден и алюминий как нетоксичные металлы не вызывают крайней реакции ткани, не смотря на высокую степень коррозии (почти в 300 раз выше нержавеющей стали). С другой стороны, очень низкая коррозия нержавеющей стали и кобальтохромовых сплавов, сравнимая с Ti, Nb и Zr высвобождает достаточное количество высокотоксичных элементов никель и кобальт для инициализации заметной реакции тканей. Здесь необходимо отметить, что не существует общепринятых предельных концентраций для развития аллергической реакции. Золото и серебро также должны быть отнесены к этой средней группе, так как эти благородные металлы могут также коррозировать в живых тканях.

Как показано выше, одна низкая степень коррозии не достаточна для гарантии совместимости, и не является основной составляющей единственно определяющего фактора. По-видимому, существенная токсичность конкретного элемента и его способность связываться с макромолекулами являются в равной степени важными (Zitter; Luckey and Venugopal; Steinemann and Perren). Механизмы реакций подобного типа хорошо известны. Основные пути реакции показаны на рис. 3.9.

Рис. 3.9 Основной продукт коррозии - или ион металла или гидроокись (МеОН) могут реагировать с протеином (HPr), формируя металлопротеиновые комплексы, которые являются потенциально токсичными.

 

Возможно или нет превращение гидроокиси металла в потенциально токсичный металло-протеин? Химические данные о титане, цирконии, ниобии и тантале говорят, что органические комплексы этого типа являются маловероятными и так же известно, что металлоорганические структуры, насколько они существуют, являются нестабильными.