שיחזור שיניים חסרות על ידי שתלים דנטליים העוברים אוסיאואינטגרציה מהווה התפתחות חשובה ומרכזית ברפואת שיניים קלינית בכל רחבי העולם אשר תחילתה באמצע שנות ה- 70 בשבדיה.
קבוצת חוקרים שבדים בראשותו של פרופסור Brane-mark הבחינה כי שתלים בורגיים העשויים טיטניום נקי והמוחדרים לתוך עצם במהלך כירורגיה עדינה ומבוקרת, מצליחים לקיים מגע ישיר עם עצם ויטלית לאורך זמן של שנים ללא תווך של רקמת ביניים. יציבות קשר זה הוכחה גם כאשר בוצעה העמסת השתלים על-ידי הפעלת כוחות לעיסיים על השתלים לאורך זמן רב.
תופעת המגע הישיר עם השתל העשוי טיטניום (כפי שתוארה במיקרוסקופ אור בלבד) נקראה בפי החוקרים אוסיאואינטגרציה – osseointegration.
יצוין כי במקרים מסוימים אוסיאואינטגרציה אינה מצליחה להתקיים בין שתלים עשויים טיטניום לבין העצם המאכסנת והסיבות לכך, בחלק גדול של המקרים, אינן ברורות דיין.
Alberktsson וחוקרים נוספים 1 איפיינו מספר גורמים חשובים התורמים להשגת אוסיאואינטגרציה בשתלים העשויים טיטניום נקי:
1. תאימות ביולוגית של הטיטניום -biocompatibility.
2. עיצוב השתל – design.
3. איכות וחיספוס שטח פני השתל – implant surface roughness and quality.
4. טכניקה כירורגית איכותית – surgical technique.
5. מצב העצם המאכסנת – state of host bed.
6. תנאי העמסת השתל – loading condition.
המדע שמאחורי תופעת האוסיאואינטגרציה פותח וקודם על ידי קבוצות מחקר רבות מכל רחבי העולם, וכיום הוא מיושם באופן נרחב בתחומים אחרים של הרפואה כמו: אורתופדיה, אף אוזן גרון, שיקומי פנים לאחר טראומה, או לצורך שיחזורי פנים לאחר כריתות כירורגיות.
סקירה זו תעסוק בסוגי הטיטניום מהם עשויים שתלים דנטליים, תפקיד איכות שטח פני השתל ביצירת אוסטיאואינטגרציה וטיפולי שטח פנים המשפרים את יציבות שתל הטיטניום הנקי שאינו מצופה, בתוך עצם הלסת.
סוגי הטיטניום הקיימים בשימוש לצורך ייצור שתלים דנטליים הם: טיטניום נקי commercially pure titanium (CPT) וסגסוגת הטיטניום titanium alloy שהרכבה הוא T1-6AL-4V, כלומר, כ-6% אלומיניום ו-4% ונדיום (vandium).
טיטניום נקי נמצא בשימוש בארבע דרגות ניקיון הנקראות Grade והשונות ביניהן בעיקר באחוז החמצן שלהן:
Grade I מכיל 0.18% חמצן.
Grade II מכיל 0.25% חמצן.
Grade III מכיל 0.35% חמצן.
Grade IV מכיל 0.40% חמצן.
סוגי הטיטניום בהם משתמשים לייצור שתלי טיטניום דנטליים מיוצרים מ- Grade 2 ו4- בלבד. כמו כן מכילים סוגי הטיטניום הנקיים כמויות נמוכות של ברזל, חנקן, מימן ופחמן.
סגסוגת הטיטניום מכילה אף היא ריכוזים נמוכים של האלמנטים המוזכרים למעלה אך מכילה בנוסף 6% אלומיניום ו- 4% ונדיום. האלומיניום מגביר את חוזק המתכת אך מקטין את צפיפותה (Density) ואילו הוונדיום מונע קורוזיה.
תכונות שטח פני הטיטניום הן בעלות חשיבות עליונה ביצירת תגובה ביולוגית חיובית מצד העצם המאכסנת. תחמוצת הטיטניום (TiO2), הנוצרת על פני שטח המתכת, הינה גורם חשוב ביותר, אשר השפעתו על תהליך "קליטת" השתל על ידי העצם הינה קריטית, ותקינותה והרכבה משנים את התאימות הביולוגית של המתכת.
באוויר, תהליך היווצרות שכבת התחמוצת מתחיל מספר ננו-שניות לאחר חשיפת המתכת ומגיע לעובי של 20 עד 100 אנגסטרם בתוך שנייה אחת.
עובי התחמוצת תלוי במספר גורמים כמו: צורת כירסום השתל במהלך ייצורו, חיספוס שטח פני השתל בתום ייצורו, מידת קירור השתל בתהליך ייצורו, תהליכי פסיבציה על ידי תחמוצת החנקן (nitrous oxide) ותהליכי סטריליזציה שעובר השתל בתום תהליך הכנתו.
הרכב התחמוצת משתנה כאמור, בהתאם לאמור למעלה, והוא מכיל TiO2, TiO ו-Ti2O3 בדרגות עובי שונות.
יצוין כי על פני התחמוצת ובתוכה קיימים מספר מזהמים (contaminants), אשר דרגת השפעתם על קליטת השתלים אינה ברורה דייה, אולם ברור כי יש לשאוף לקבל תחמוצת טיטניום נקיה ממזהמים, על מנת להגדיל את סיכויי האוסיאואינטגרציה.
בין המזהמים שנמצאו בעבודות מחקר שונות נמצאו: יוני סידן, נתרן, סיליקון, אשלגן, עופרת, מגנזיום, אלומיניום, פלואור ואבץ. העובי של שכבה זו הוא 9 אנגסטרם, על פי מספר רב של עבודות, והיא מייצגת מזהמים הנותרים משלבי הייצור, הניקוי והסטריליזציה של השתלים.
גילוי המזהמים השונים מתבצע בעזרת electrochemical spectroscopy, על ידי עיקרון המכונה auger. עיקרון השיטה מבוסס על תופעה שבה יונים של הגז האציל ארגון, המואצים לעבר אטומים שונים, מוסטים בצורה אופיינית על ידי אותם אטומים בדרך המאפשרת את זיהויים המוחלט.
תהליכי הניקוי, שמטרתם סילוק מזהמים אלה, כוללים שלבים רבים על פי דרישת התקן האירופי ה-CE והתקן האמריקאי ה-FDA, והם מחייבים את היצרני םהשונים. אך גם כאשר בודקים שתלים המוצאים מתוך האריזה ולפני החדרתם לתוך העצם האלביאולרית, נמצאים עדיין מזהמים רבים, ונראה שלחלקם לפחות י שתפקיד בהפרעה לקליטת שתלים.
במידה וניתן להגיע לשטח פני שתל המורכב מתחמוצת טיטניום בלבד, אפשר לצפות ששטח פני השתל יהווה גורם חיובי ביותר לתהליך של אוסיאואינטגרציה.
קיימות שיטות ניקוי מעבדתיות המסוגלות לסלק מזהמים מתחמוצת הטיטניום , אשר לחלקן מיושמות על ידי חלק מהיצרנים, אולם אלה מצניעים זאת מחשש לריגול תעשייתי.
אחת השיטות ה-sputtering, היא "blasting" של יוני ארגון במפלי מתח גבוהים אל עבר שטח פני השתל, וכתוצאה מפגיעת אטומים אלה מסולקות שכבות עדינות של חומר.
באופן זה, ניתן לנקות שכבות בקצב של מספר אנגסטרמים לדקה עד להשגת שטח טיטניום נקי. בשלב זה, תוך כדי יצירת סביבת אויר מסונן, מתאפשר חמצון מבוקר של הטיטניום ויצירת שכבת תחמוצת אחידה ונקיה.
כפי שצויין קודם, עובי שכבת תחמוצת הטיטניום הנקייה מזיהום, נע בין 20 ל – 100 אנגסטרם ונראה, שעובי תחמוצת הטיטניום עולה לאורך שנות נוכחות השתל בתוך העצם המושתלת.
למבנה המיקרוסקופי, המיקרו-גיאומטריה של שטח פני השתל והרכבה, ישנה תרומה לאינטגרציה וליציבות השתלים הדנטליים לאורך זמן.
המבנה המיקרוסקופי של השתל עוזר בייצוב השתל בתוך העצם, במיוחד בתקופה הראשונה מיד לאחר החדרתו, ואילו הרכב ("ניקיון") ואיכות שטח פניו, עוזרים בסיפוח ביו-מולקולות אל שטח פני השתל וביצירת אינטראקציה בין השתל לבין תאי הסביבה המאכסנת.
אין כיום הוכחה ברורה האם ישנו יתרון לשתלים בורגיים או צילינדריים בנוגע לאחוזי הצלחה או כישלון, אך כאשר משווים שתלים בורגיים חלקים, שלא עברו טיפולים של חיספוס שטח הפנים, עם שתלי טיטניום נקי שעברו תהליכים אלה, מתברר שלשתלים האחרונים אחוז הצלחה גבוה יותר.
יש לזכור כי שתלים דנטליים העשויים טיטניום או סגסוגת טיטניום, מתפקדים בתוך סביבה של רקמה ביולוגית שהינה עוינת מבחינה כימית.
עליהם להיות עמידים לקורוזיה מתחת לעומס הסגרי המופעל עליהם, ובד בבד עליהם ליצור סביבה אשר בה העצם כמעט ואינה נספגת כתגובה לכוחות אלה.
יכולת הטיטניום למנוע קורוזיה מוקנית לו על ידי תחמוצת הטיטניום הנוצרת באופן ספונטני (טיטניום הינה מתכת ריאקטיבית ביותר המשמשת כקטליזטור ליצירת תגובות כימיקליות בין מולקולות שונות). כך נוצרת שכבת מגן על פני הטיטניום העוזרת בבידוד מקורוזיה.
חשוב לזכור שתכונת התאימות הביולוגית (biocompatibility) מוקנית לטיטניום על ידי תחמוצת הטיטניום ולא על ידי הטיטניום עצמו, אשר על פי מספר רב של עבודות מהווה גורם המעכב מינרליזציה של עצם.
יציבות השתל בתוך העצם, ועמידותו בפני כוחות המנסים להוציאו מתוכה לאורך זמן, מוקנית לו על ידי מידת החיספוס שלו, כפי שעולה ממספר רב של עבודות 2-6.
קיימות מספר שיטות חיספוס של שתלי טיטניום נקי, המבוססות על התזת חלקיקים של אלומיניום אוקסיד (A12O3), או טיטניום אוקסיד (TiO2), או על ידי צריבה בחומצות שונות. חלק מהיצרנים משלב בין התזת חלקיקים (grit blast) וצריבה בחומצות.
צילום במיקרוסקופ סורק אלקטרוני (S.E.M) של שטח טיטניום המטופל בשיטות חיספוס אלה, מגלה מראה המזכיר את פני הירח. המכתשים הגדולים נוצרים כתוצאה מפגיעת חלקיקי תחמוצת המתכת המותזת, ובתוכם מכתשי משנה קטנים יותר, שהם תוצאה של כירסום על ידי החומצה.
מטרת שיטות אלה היא להגדיל את שטח פני השתל, בכך מושגת הגדלת שטח המגע בין השתל לבין העצם. שטח פנים מחוספס יותר מעודד אינטגרציה מהירה יותר וחזקה יותר. הדבר נבדק בניסיונות מעבדתיים שמטרתם למדוד את הכוח הסיבובי (removal torque), דהיינו, שטח פנים מחוספס יותר של שתל עשוי טיטניום נקי, מצריך כוח הוצאה גדול יותר בהשוואה לשתל ששטח פניו פחות מחוספס.
קיימים מספר מדדים המתארים את חיספוס שטח הפנים של שתל העשוי טיטניום נקי:
מדד אחד מתאר את החיספוס המומוצע, אשר גודלו האופטימלי במספר עבודות, נע בין 1 מיקרומטר לבין 1.5 מיקרומטר. מדד נוסף הוא המרחק בין תחתית המכתש הנוצר כתוצאה מפגיעת חלקיקי התחמוצת המותזת (grit blast) בטיטניום, לבין שפת המכתש. מדד נוסף מתאר את המרחק בין שפות המכתש והוא מתאר את רוחב המכתש.
מדידת שטח פנים מתבצעת על ידי מספר מכשירים, אולם שיטה אחת מקובלת כמדויקת ביותר והיא נקראת Atomic Force Microscopy (A.F.M).
בספרות המחקרית מתגבשת הסכמה על פיה רקמה רכה מגיבה טוב יותר לטיטניום חלק או מלוטש ואילו טיטניום מחוספס מעודד יצירת עצם ואינטגרציה טובה יותר של שתל עשוי טיטניום נקי.
החיספוס של שתלים עשויים טיטניום נקי תוצרת חברות שונות אינו זהה, מאחר שכל חברה מבצעת חיספוס בטכניקה שונה. חלקן עושות התזה של אלומיניום אוקסיד ואחרות מתיזות תחמוצת טיטניום (חברות שונות משתמשות בגודל שונה של חלקיקים להתזה).
לא כל החברות משתמשות בחומצה על מנת להגדיל שטח פנים, ואלה שצורבות את שטח הפנים משתמשות בחומצות שונות.
מעיון בספרות העוסקת במדע שטח הפנים עולה כי, ההסכמה הקיימת לגבי החיספוס האידיאלי מתבססת על עבודות מחקר בחיות, הנמשכות לכל היותר שניים עשר חודשים, ולא על ממצאים של עבודות מחקר קליניות השוואתיות באנשים, המבוצעות בשתלים המועמסים בכוחות לעיסה.
דרגת התאימות הביולוגית (biocompatibility) של מתכת הטיטניום ותנאי שטח הפנים של שתל וניקיונם, הם בעלי השפעה מכרעת על קליטה של שתלי טיטניום נקי לאורך זמן.
קיים צורך לקבוע סטנדרטים מחייבים של החיספוס האידיאלי של שתל העשוי טיטניום נקי ושל ההרכב הכימי האידיאלי המבטיח אוסטיאואינטגרציה ארוכת שנים.
המאמר פורסם בכתב העת הישראלי לניהול סיכונים ברפואת שיניים – גיליון מס' 4 – אפריל 1999
מקורות:
כל הזכויות שמורות להסתדרות לרפואת שיניים בישראל
כיכר דיזנגוף 9, תל אביב יפו
