Pobierz PDF - Dental and Medical Problems

Pobierz PDF - Dental and Medical Problems

prace poglądowe
Dent. Med. Probl. 2010, 47, 1, 81–88
ISSN 1644-387X
© Copyright by Wroclaw Medical University
and Polish Dental Society
Krzysztof Makuch, Ryszard Koczorowski
Biokompatybilność tytanu oraz jego stopów
wykorzystywanych w stomatologii
Biocompatibility of Titanium and Its Alloys Used in Dentistry
Klinika Gerostomatologii Uniwersytetu Medycznego im. K. Marcinkowskiego w Poznaniu
Streszczenie
Szeroko stosowane współcześnie biomateriały, w tym tytan i jego stopy, wykazują wiele cech i właściwości fizykochemicznych, które determinują sposób ich wykorzystania. Znany ze swojej dużej biokompatybilności, odporności na korozję i niewielkiej alergizacji tytan występuje w kilku postaciach (czterech klasach czystego tytanu oraz
w związkach z innymi metalami) o odmiennej charakterystyce. Wiedza o właściwościach czystego tytanu i jego stopach, nowe dane z zakresu korozji oraz coraz częstsze doniesienia o przypadkach alergii na ten pierwiastek, wynikające z powszechności stosowania implantów tytanowych w medycynie, pozwolą klinicystom mieć świadomość
różnej reakcji organizmu na ten powszechnie uznawany za idealny alloplastyczny materiał. Odmiany czystego
tytanu charakteryzują się większą biokompatybilnością przy mniejszej wytrzymałości i elastyczności, w przypadku
stopów sytuacja przedstawia się natomiast odwrotnie. Polepszenie właściwości mechanicznych czystego tytanu
wydaje się być dominującym trendem określającym materiały komercyjnie stosowane w implantologii. Wykazano,
na podstawie przeglądu piśmiennictwa, korelację niepowodzenia leczenia implantologicznego z liczbą i jakością
uwalnianych w wyniku korozji związków oraz przypadki występowania nadwrażliwości na tytan typu czwartego o mechanizmie reakcji podobnym do alergii na nikiel. Podkreślono przydatność dla celów stomatologicznych
testów immunologicznych, np. MELISA, jako skutecznej metody określania wrażliwości na tytan, wykazując jednocześnie, iż powszechnie stosowane w przypadkach alergii na inne metale testy skórne, nie są wiarygodnym sposobem detekcji (Dent. Med. Probl. 2010, 47, 1, 81–88).
Słowa kluczowe: tytan, stopy tytanu, implanty, alergia, korozja, test MELISA.
Abstract
The widely used biomaterials, including titanium and its alloys, manifest a range of physicochemical properties
which determine the way they are exploited. Titanium, known for its great biocompatibility, resistance to corrosion
and low allergic action, occurs in several forms (four classes of pure titanium and compounds with other metals)
of varied characteristics. The knowledge of the properties of pure titanium and its alloys, new data regarding
corrosion as well as more and more frequent reports on allergy cases resulting from the common use of titanium
implants allow clinicists to be aware of the different reactions of patients to this alloplastic material generally
considered ideal. The forms of pure titanium are characterized by greater biocompatibility and less resistance and
elasticity, while in the case of alloys the situation is reverse. The improvement of mechanical properties of pure
titanium seems to be a dominating trend defining commercial materials used in implantology. A correlation of
implantological treatment failure with the quantity and quality of the compounds released as a result of corrosion
has been demonstrated, on the basis of the literature review, in addition to cases of oversensitivity to type four
titanium whose reaction mechanism is similar to nickel allergy. The article emphasizes the relevance of immunological tests, such as the MELISA test, to dental prosthetics as an effective way of determining sensitivity to titanium,
proving that the skin tests commonly used in cases of allergy to other metals are not a reliable detection method
(Dent. Med. Probl. 2010, 47, 1, 81–88).
Key words: titanium, titanium alloys, implants, allergy, corrosion, MELISA test.
Bliższe poznanie właściwości biologicznych i fizykochemicznych tytanu spowodowało znaczny przełom w biomedycynie. Dzięki
obserwowanej klinicznie dobrej biotolerancji
(biozgodności) i osteointegracji tytan i jego
stopy są wykorzystywane do produkcji licz-
82
nych elementów przydatnych w różnych gałęziach medycyny.
Pod względem częstotliwości występowania
w skorupie ziemskiej tytan jest czwartym metalem po żelazie (Fe), glinie (Al) i magnezie (Mg).
Ulega przemianie alotropowej w temperaturze
882°C. Poniżej tej temperatury występuje jako
α-Ti o sieci heksagonalnej, a powyżej jako β-Ti
o sieci regularnej przestrzennie centrowanej,
która ma lepsze właściwości plastyczne i dlatego
nadaje się do obróbki mechanicznej. Tytan i jego
stopy charakteryzują się dużą wytrzymałością (do
1800 MPa) w odniesieniu do ciężaru właściwego,
dobrą odpornością korozyjną oraz żaroodpornością (do 800°C), szczególnie w środkach utleniających. Wynika to z tego, że w atmosferze utleniającej części ze stopów tytanowych pokrywają się
warstewką tlenku (TiO2), a niektórzy wykazali, że
w skład pasywnej warstwy tlenkowej może wchodzić także podtlenek tytanu. Reaktywność ciekłego tytanu z tlenem, azotem i wodorem stwarza
trudności metalurgiczne. Z uwagi na korzystne
właściwości fizyczne i chemiczne tytan znalazł
zastosowanie w przemyśle, medycynie oraz takich
specjalnościach stomatologicznych, jak: chirurgia
szczękowa, implantologia, endodoncja, ortodoncja i protetyka stomatologiczna [1–7].
Stopy niklowo-tytanowe (Nitinol) posiadające pamięć kształtu (po dostarczeniu energii
– np. w temperaturze ludzkiego ciała – wracają
do uprzednio zapamiętanego kształtu) są wykorzystywane jako łuki ortodontyczne, klamry chirurgiczne, stenty przywracające drożność naczyń
krwionośnych, jelit, przewodów żółciowych i dróg
moczowych oraz protezy naczyniowe [6, 8, 9].
Materiały alloplastyczne mogą oddziaływać na
kontaktujące się z nimi tkanki, wywołując różne
reakcje toksyczne lub zapalne. Reakcje na tytan
obserwowano najczęściej w przypadku protez biodra, stymulatorów serca, w klamrach i spinkach
chirurgicznych oraz osteosyntezach.
W stomatologii tytan początkowo stosowano
głównie w formie gotowych fabrykatów, takich jak:
wszczepy, ćwieki kanałowe i okołomiazgowe. Szybki
rozwój technologii otworzył możliwość wykonywania z tytanu w warunkach laboratoryjnych prawie
wszystkich konstrukcji protetycznych, takich jak:
wkłady i nakłady, korony i mosty licowane, szkielety
protez częściowych, korony teleskopowe, mezo- i suprastruktury konstrukcji wszczepowych [1, 9, 10].
Wszechstronne zastosowanie tytanu w medycynie i stomatologii zawdzięcza się w dużym stopniu odkryciu w 1965 r. przez profesora
Branemarka zdolności jego integracji z tkanką
kostną, czyli tzw. osteointegracji [11, 12]. Dzięki
unikatowym właściwościom tytan sprzyja kontaktowemu nawarstwianiu się kości, czyli oste-
K. Makuch, R. Koczorowski
ogenezie kontaktowej. W obrazie histologicznym
wgajanie się wszczepów tytanowych przebiega
w kości podobnie jak naprawa rany kostnej, czasem ze zmodyfikowaną nieznaczną reakcją zapalną na ciało obce. Zjawisko to we współczesnej
stomatologii zostało wykorzystane do odbudowy
różnych braków zębowych poprzez zastosowanie
tytanowych wszczepów śródkostnych jako filarów
różnego typu protez [6, 13].
Liczba wszczepów zarówno w Polsce, jak i w
innych krajach zwiększa się proporcjonalnie do
zamożności społeczeństwa i liczby stomatologów
przeprowadzających zabiegi implantacji, co skutkuje wielką liczbą obserwacji klinicznych, w tym
rzadkimi opisami zróżnicowanych reakcji na tytan i jego stopy.
O sukcesie w implantologii decyduje osteolub osseointegracja, czyli „bezpośrednie strukturalne i funkcjonalne połączenie między kością
a powierzchnią obciążonego implantu”. Materiały,
takie jak tytan mogą, podobnie jak inne materiały
alloplastyczne, wywoływać różne reakcje obronne,
włącznie z odrzuceniem wszczepu. Takie reakcje
wydają się przebiegać jednak zdecydowanie mniej
ostro i intensywnie niż w przypadkach przeszczepów. Materiał jest uznawany za biokompatybilny
wówczas, gdy nie wywołuje reakcji patologicznych w tkankach, nie wydziela żadnych substancji dezintegracyjnych, a w przypadku implantów
pozwala na narastanie kości bezpośrednio na ich
powierzchni śródkostnej [2, 4, 12].
Za zjawisko osteointegracji odpowiada wiele
czynników związanych zarówno z użytym materiałem, techniką zabiegową, a często także stanem
otaczających wszczep tkanek [14–16]. Budowa implantów, ich kształt, dobór długości i szerokości,
stabilizacja pierwotna, a przede wszystkim rodzaj
powierzchni śródkostnej odgrywają także istotną
rolę w procesie integracji i mają wpływ na czas
ich użyteczności [17–22]. Rozwój technik rozwijających powierzchnię części śródkostnej wszczepu umożliwia lepszą proliferację osteoblastów
i opłaszczenie implantu przez kość poprawiając
zarówno stabilizację pierwotną, jak i wtórną [8,
11, 20, 22, 23].
Rodzaj materiału użytego na implanty oraz
duża odporność na korozję znacznie warunkuje
wieloletni sukces implantoprotetyczny a tym samym protetyczny komfort użytkowy [3, 24, 25].
Do metali mających najkorzystniejsze powinowactwo do tkanek (metale bierne) należą tantal,
niob i tytan. Początkowo uważano, że ten ostatni
jest odporny na korozję dzięki powierzchownej
warstwie tlenków, które tworzą się na nim prawie natychmiast. Wykazano, że mimo pasywnego działania warstwy tlenków pokrywających
implant, w jamie ustnej może zachodzić elektro-
83
Biokompatybilność tytanu oraz jego stopów wykorzystywanych w stomatologii
chemiczna i galwaniczna korozja, a tym samym
uwalnianie jonów tytanu do otaczających tkanek.
Sprzyjają temu reakcje z płynami ustrojowymi
oraz ich solami, tworząc fosforany oraz zawierające wapń grupy wodorotlenowe.
Tytan wykorzystywany na implanty występuje w formie czystej (cp – commercially pure) lub
w formie stopów z aluminium i wanadem (np.
Titanaloy®), jednak nawet ten pierwszy rodzaj zawiera niewielkie ilości takich pierwiastków, jak
tlen, azot, węgiel, wodór. Tlen, którego jest najwięcej, ma istotny wpływ na właściwości czystego
tytanu. W zależności od stopnia zawartości tego
pierwiastka podzielono go na cztery klasy [3, 9, 26,
27] (tab. 1). Międzynarodowy standard ISO 5832-2
(1999) oraz amerykański ASTM F 67 wyznaczają
właściwości chemiczne i mechaniczne czystego
tytanu jako materiału implantacyjnego [3, 27].
Tytan na rynku jest dostępny w sześciu postaciach, wliczając cztery stopnie czystego tytanu
i dwa stopy, z których są wykonywane implanty.
Czysty tytan klasy I (cp I), czysty tytan klasy II
(cp II), czysty tytan klasy III (cp III), czysty tytan
klasy IV (cp IV), Ti6Al4V i Ti6Al4V (ELI – extra
low interstitial) są zróżnicowane w zależności od
właściwości fizycznych i mechanicznych (tab. 2)
Tabela 1. Skład chemiczny klas czystego tytanu (CP) oraz stopów Ti6Al4V (%) (cyt. wg 3)
Table 1. Chemical composition of the classes of pure titanium and its alloys Ti6Al4V (%) (acc. 3)
Cp Klasa
(Grade) I
Cp Klasa
(Grade) II
Cp Klasa
(Grade) III
Cp Klasa
(Grade) IV
Ti6Al4V
Ti6Al4V ELI
N
0,03
0,03
0,03
0,03
0,05
0,05
C
0,10
0,10
0,10
0,10
0,08
0,08
H
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
0,012
Fe
0,02
0,03
0,03
0,05
0,30
0,10
O
0,18
0,25
0,35
0,40
0,20
0,13
Al
–
–
–
–
5,50–6,75
5,50–6,50
V
–
–
–
–
3,50–4,50
3,50–4,50
Ti
pozostałość
(balance)
pozostałość
(balance)
pozostałość
(balance)
pozostałość
(balance)
pozostałość
(balance)
pozostałość
(balance)
Tabela 2. Zestawienie niektórych właściwości mechanicznych wybranych materiałów stosowanych w implantologii według
ASTM i ludzkich tkanek twardych (cyt. wg 3)
Table 2. Specification of some mechanical properties of selected materials used in implantology in accordance with ASTM
(acc. 3)
Materiał
(Material)
Moduł
sprężystości
(Young’s modulus) GPa
Wytrzymałość
na rozciąganie
(Ultimate tensile
strength) MPa
Granica
wytrzymałości
(Yeld strength)
MPa
Wydłużenie
(Elongation) (%)
Gęstość
(Density) g/cm³
Cp I Ti
102
240
170
24
4,5
Cp II Ti
102
345
275
20
4,5
Cp III Ti
102
450
380
18
4,5
Cp IV Ti
104
550
483
15
4,5
Ti6Al4V ELI
113
860
795
10
4,4
Ti6Al4V
113
930
860
10
4,4
Co-Cr-Mo
240
700
450
8
8,5
Stal 316 L 200
965
690
20
7,9
Kość (Bone)
18
140
bd
1
0,7
Zębina (Dentine)
18,3
52
bd
0
2,2
Szkliwo (Enamel)
84
10
bd
0
3
84
[3, 27]. Obiecujący pod względem właściwości fizycznych oraz biokompatybilności jest nowy stop
z niobem Ti6Al7Nb niezawierający toksycznych
jonów wanadu [8, 28, 29]. Większość obecnie produkowanych wszczepów dentystycznych dostępnych na polskim rynku jest produkowana z czystego tytanu (cp) klasy IV (np. Osteoplant®, Neoss®,
ITI Straumann®, BEGO-Semados®), często poddanego specjalnie ukierunkowanej obróbce technologicznej w celu zwiększenia wytrzymałości (np.
formowany na zimno cp IV- SKY® czy cp IV MTA
009 – Nobel Biocare®). Tytan klasy I, II, lub III jest
obecnie używany rzadko, przede wszystkim z powodu małej wytrzymałości mechanicznej.
Jednym z najczęściej stosowanych materiałów tytanowych jest stop α–β Ti6Al4V zawierający 6% glinu (Al) i 4% wanadu (V). Stanowi dobrą
kompozycję takich właściwości, jak odporność na
korozję, wytrzymałość i elastyczność [8]. Balfour
wykazał, że implanty z tego stopu charakteryzują
się lepszą stabilnością strukturalną niż wykonane
z czystego tytanu i mogą podlegać większym obciążeniom [cyt. wg 8]. Wielu producentów wykorzystuje ten stop (głównie w postaci ELI), do wykonania narażonych na siły zgryzowe elementów
łącznikowych wszczepów, rzadziej do produkcji
całych implantów czy ich części śródkostnej (system ADIN®). Często jest określany również jako
tytan klasy V, co wprowadza w błąd, jakoby był to
czysty tytan, a nie jego stop.
Współzależność biokompatybilności i dużej
wytrzymałości mechanicznej wszczepów jest głównym kierunkiem badań i rozwoju technologicznego we współczesnej stomatologii. Wytrzymałość
i elastyczność determinują użycie danego materiału
odpowiednio do sytuacji klinicznej, uwzględniając
np. warunki zwarciowo-zgryzowe, parafunkcje
i dobór parametrów wszczepu (długość, średnica,
kształt) [3]. Zdecydowanie lepszym materiałem
uwzględniającym te parametry wydaje się Ti6Al4V,
a nieco gorszym czysty tytan klasy IV.
Brak procesów korozyjnych jest uważany za
jeden z najważniejszych czynników odpowiedzialnych za osteointegrację i biozgodność materiałów
stosowanych w implantologii [8, 17, 30–35]. Tytan,
choć uważany za materiał biozgodny, również
może podlegać zjawiskom chemicznym, jednakże
w znacznie mniejszym stopniu niż inne stosowane
w medycynie metale. Spośród dwóch typów korozji (korozja chemiczna – sucha i korozja elektrochemiczna – mokra) ta ostatnia wymaga obecności wody lub innego płynnego elektrolitu i stąd
jest bardziej istotna w przypadku materiałów stosowanych w stomatologii [30, 32, 36]. Materiały
tytanowe wykazują różną aktywność korozyjną
w zależności od składu chemicznego i pH środowiska, w którym się znajdują [35, 37–40].
K. Makuch, R. Koczorowski
Wielu autorów uważa, że współistnienie korozji, naprężeń oraz obecność bakterii wpływa
na niepowodzenie w leczeniu implantologicznym
[14, 21, 41]. Badania in vitro i in vivo wykazały, że
czysty tytan ma zdecydowanie większą odporność
korozyjną i grubszą warstwę pasywacyjną (TiO2)
niż jego stopy [8, 3, 30, 32, 34, 37, 42–44]. Dlatego
w przypadku stopu Ti6Al4V istnieje prawdopodobieństwo, że zarówno jony Ti, jak i jony toksycznych dla organizmu metali glinu i wanadu mogą
uwalniać się do tkanek [8]. Wielu autorów jest
zwolennikami stosowania wszczepów śródkostnych wykonanych wyłącznie z czystego tytanu
[34]. Niektórzy wykazują, że obecność makrofagów w przypadku okołowszczepowej reakcji zapalnej (periimplantitis) jest powiązana z korozją
oraz prowadzi do utraty wszczepu, a jony tytanu
hamują wzrost hydroksyapatytów [15, 16, 45].
Zasadne jest więc stosowanie implantów wykonanych z materiału o maksymalnej biokompatybilności, wysokiej odporności na korozję przy
zachowanej dużej wytrzymałości i elastyczności.
Obecnie producenci starają się zwiększyć procentowy udział czystego tytanu klasy IV, który po
odpowiedniej obróbce nie będzie obniżał parametrów fizycznych stopów, zachowując dużą biozgodność i odporność na korozję.
Potencjalnie niekorzystnym zjawiskiem powiązanym z obecnością implantów metalowych
są odczyny alergiczne wynikające z procesów
korozyjnych i uwalniania się jonów. Najczęściej
uczulającymi metalami spotykanymi w praktyce ogólnomedycznej i stomatologicznej są nikiel,
chrom i kobalt [36, 46, 47]. W ciągu ponad 40 lat
pojawiły się nieliczne opisy przypadków sugerujące uboczne reakcje po zastosowaniu wszczepów, w tym też wykonanych z czystego tytanu
[6, 4, 48–51]. W większości przypadków były to
odczyny w postaci metaloz, często mające postać
wyprysków, rumieni, świądu w rejonie wszczepu [6, 8, 52]. Reakcje alergiczne typu późnego na
protezy metalowe przebiegają w postaci zapalenia
kości lub szpiku bez jakichkolwiek zmian skórnych. Większość tych zjawisk zaobserwowano
w przypadku implantów ortopedycznych w wyniku kontaktu z alergenami niklu, chromu i kobaltu, rzadziej natomiast w przypadku tytanu [8,
27, 46, 50]. Istnieje obawa, że problem ten w dobie
coraz powszechniej występujących reakcji alergicznych może również dotyczyć tytanowych wszczepów śródkostnych stosowanych w stomatologii. W większości przypadków objawy alergiczne
powodują przykre, długofalowe skutki w postaci
zmian skórnych, które ustępują po usunięciu alergenu, uważa się jednak, iż odczyn może być na
tyle poważny, że wywołuje komplikacje z odrzuceniem wszczepu włącznie [50, 53].
Biokompatybilność tytanu oraz jego stopów wykorzystywanych w stomatologii
Podobnie jak w przypadku zabiegów ortopedycznych, u pacjentów leczonych stomatologicznie
po implantacji śródkostnej odnotowywano reakcje
skórne. U pacjentki bezzębnej z dobrymi wynikami ogólnymi obserwowano po implantacji 2 wszczepów stomatologicznych występowanie silnej reakcji alergicznej w postaci egzemy [54]. Zmiany na
skórze i błonie śluzowej ustąpiły całkowicie krótko
po usunięciu wszczepów tytanowych. Być może
sugerowana nadwrażliwość na tytan jest w istocie
reakcją organizmu na śladowe ilości innych metali,
takich jak nikiel, kobalt, pallad, gdyż nierzadko wszczepy deklarowane jako czysto tytanowe zawierają
w składzie niewielkie domieszki tych metali [7, 55].
Nie ma natomiast naukowo udowodnionego mechanizmu powstania reakcji alergicznych na tytan
[6, 56]. Teoretycznie wskazuje się na mechaniczne,
chemiczne, toksyczne reakcje wyzwalające reakcje
układu odpornościowego typu autoimmunizacji
lub alergii na skutek ogólnych lub miejscowych
zaburzeń odporności, jak i z właściwości materiału implantowanego, który może podlegać różnym
zmianom fizykochemicznym (np. pod wpływem
środowiska), a tym samym i reakcja na niego może
się zmienić.
Jeśli chodzi o alergię na tytan i jego związki, to
sugeruje się, iż uwalniane cząstki/jony jako hapteny łączą się z białkami tkanki i mogą indukować
IgE zależną alergię. Zjawisko to jednak do chwili
obecnej nie zostało potwierdzone [57].
85
Ryc. 2. Jony metalu wnikają do wnętrza komórki
APC, łącząc się z białkami wewnątrzkomórkowymi
i po rozłożeniu w endosomach są przedstawione
w kontekście MHC I limfocytom Tc (CD 8+)
via TCR: H – jon metalu (hapten), B – białko
wewnątrzkomórkowe, MHC I – kompleks zgodności
tkankowej klasy I, TCR – receptor limfocytów T,
CD 8+ – limfocyt Tc (cyt. wg 13)
Fig. 2. Metal ions enter the APC cell, mix with intracellular proteins and, after decomposition in endosomes,
are presented to Tc (CD 8+) via TCR lymphocytes in
the MHC I context: H – metal ion (hapten), B – intracellular protein, MHC I – class I tissue compatibility
complex, TCR – lymphocyte T receptor, CD 8+ – Tc
lymphocyte (acc. 13)
Ryc. 3. Jony metalu aktywują limfocyty T łącząc się
bezpośrednio z MHC komórki prezentującej antygen oraz TCR limfocytu T, podobnie jak to się dzieje
w przypadku superantygenów: H – jon metalu (hapten), MHC – kompleks zgodności tkankowej, TCR
– receptor limfocytów T (cyt. wg 13)
Fig. 3. Metal ions activate lymphocytes T, directly mixing with MHC of the cell presenting an antigen and
TCR of lymphocyte T, similarly to the case of superantigens: H – metal Ion (hapten), MHC – tissue compatibility complex, TCR – lymphocyte T receptor (acc. 13)
Ryc. 1. Mechanizm reakcji alergicznej na metale.
Jony metalu łączą się z białkami pozakomórkowymi,
wnikając do komórki prezentującej antygen (APC) i są
prezentowane limfocytom Th (CD4+) via TCR: H –
jon metalu (hapten), B – białko pozakomórkowe, MHC
II – kompleks zgodności tkankowej klasy II, TCR – receptor limfocytów T, CD4+ – limfocyt Th (cyt. wg 13)
Fig. 1. Mechanism of allergic reaction to metals. Metal
ions mix with extracellular proteins, entering the cell
presenting an antigen (APC) and are presented to lymphocytes Th (CD4+) via TCR: H – metal ion (hapten),
B – extracellular protein, MHC II – class II tissue compatibility complex, TCR – lymphocyte T receptor,
CD 4+ – lymphocyte Th (acc. 13)
Uważa się, że tytan może alergizować, podobnie jak inne metale, np. nikiel przez swoiste
uwrażliwienie limfocytów T, wywołując IV typ
nadwrażliwości. Do zjawiska tego może dochodzić w różny sposób:
1) jony metalu łączą się z białkami pozakomórkowymi, wnikając do komórki prezentującej
antygen (APC) i są prezentowane limfocytom Th
(CD4+) via TCR (ryc. 1),
2) jony metalu wnikają do wnętrza komórki
APC, łączą się z białkami wewnątrzkomórkowymi i po rozłożeniu w endosomach są prezentowane w kontekście MHC I limfocytom Tc (CD 8+)
via TCR (ryc. 2),
3) jony metalu aktywują limfocyty T, łącząc
się bezpośrednio z MHC komórki prezentującej
86
K. Makuch, R. Koczorowski
antygen oraz TCR limfocytu T, podobnie jak to
się dzieje w przypadku superantygenów (ryc. 3) [6,
13, 56–59].
Problemy z diagnozowaniem tej szczególnej
alergii są związane z brakiem swoistych testów.
Często stosowany w innych rodzajach alergii test
płatkowy nie jest odpowiedni w przypadku tytanu
i potwierdza się tylko w około 20% rzeczywiście
dodatnich reakcji [46, 50, 51, 53, 60]. Materiał diagnostyczny słabo przenika w głąb skóry i nie daje
odpowiedzi komórkowej, która jest spotykana przy
innych alergizujących materiałach stomatologicznych. Reakcja immunologiczna jest związana często z produktami korozji implantu niewystępującymi w tej formie w teście. Odpowiedniejszym
testem wydaje się diagnoza in vitro próbki krwi
przez immunologiczny test transformacji blastycznej limfocytów (LTT – Lymfocyte Transformat
Test). Modyfikacja testu – MELISA (Memory
Lymphocyte ImmunoStimulation Assay) ocenia zdolność transformacji blastycznej limfocytów (proliferacji limfocytów) i test zahamowania ich migracji pod wpływem czynnika inicjującego, jakim mogą być metale [4, 6, 7, 50, 61].
Przeprowadzone na szeroką skalę badania z zastosowaniem testu MELISA zarówno dla alergenów
skórnych, jak i nieskórnych udowodniły, że nadwrażliwość na metale w krajach rozwiniętych jest
częsta, związki tytanu znajdowały się także wśród
alergenów metalicznych [7, 50, 55, 61]. Valentine-Thon et al. testując 700 pacjentów, wykazali
w 4,2% przypadków reakcję na tlenek tytanu
[cyt. wg 59]. Odnotowali korelację objawów klinicznych z wynikami testu MELISA, a usunięcie
materiału tytanowego powodowało ustąpienie
objawów klinicznych. Müller i Valentine-Thon
[50] w innych badaniach wśród 56 testowanych
pacjentów odnotowali w 37,5% wynik pozytywny.
Stwierdzono, iż tytan może wpływać na istotną
klinicznie nadwrażliwość ujawnioną u pacjentów
poddanych oddziaływaniu protez dentystycznych
i wszczepów śródkostnych. Obecnie uważa się, że
test ten jest najbardziej użyteczny, powtarzalny
i wiarygodny do identyfikacji i monitorowania
wrażliwości na metal u osób wykazujących objawy uczuleniowe.
Podsumowanie
Alergia na tytan jest nadal zjawiskiem rzadkim, a jego właściwości sprawiają, że jest wysoce
biozgodnym materiałem, który ma coraz nowsze
zastosowania w medycynie i stomatologii, pod
warunkiem że nie zawiera innych metali pojawiających się w śladowych ilościach w wyniku procesów przetwarzania. Doniesienia o niekorzystnym
oddziaływaniu tytanu na organizm ludzki nie pozwalają definitywnie wykluczać reakcji kontaktowej otaczających tkanek na tytan. Obecnie brakuje
wystandaryzowanych, swoistych i prostych testów
diagnostycznych dla alergii na ten metal.
Piśmiennictwo
[1] Dutkiewicz J., Maziarz W., Kuśnierz J., Jaworska L.: Nanokrystaliczny tytan i jego stopy – wytwarzanie i własności. Inż. Stomat. Biomat. 2007, 4, 1, 2–6.
[2] Lijian Z., Ti-Sheng C., Wei W., Lei C.: Study of commercially pure titanium implants bone integration mechanism. Eur. J. Plast. Surg. 2000, 23, 301–304.
[3] McCracken M.: Dental implant materials: commercially pure titanium and titanium alloys. J. Prosthod. 1999, 8,
40–43.
[4] Pryliński M., Limanowska-Shaw H.: Właściwości tytanu i problem nadwrażliwości na ten metal. Implantoprote­
tyka 2007, 7, 4, 50–52.
[5] Roberts H.W., Berzins D.W., Moore B.K., Charlton D.G.: Metal-ceramic alloys in dentistry: a review.
J. Prosthod. 2009, 18, 188–194.
[6] Rusinek B., Stobiecka A., Obtułowicz K.: Alergia na tytan i implanty. Alergol. Immunol. 2008, 1, 5, 5–7.
[7] Stejskal V.D.M., Danersund A., Lindvall A., Hudecek R., Nordman V., Yaqob A., Mayer W., Bieger W.,
Lindh U.: Metal-specific lymphocytes: biomarkers of sensitivity in man. Neuroendocrin. Let. 1999, 20, 289–298.
[8] Singh R., Dahotre N.B.: Corrosion degradation and prevention by surface modification of biometallic materials.
J. Mater. Sci. Mater Med. 2007, 18, 725–751.
[9] Orlicki R., Kłaptocz B.: Tytan i jego stopy – właściwości, zastosowanie w stomatologii oraz sposoby przetwarzania. Inżyn. Stomat. Biomat. 2003, 1, 3–8.
[10] Berg E.: Dentists’ opinions on aspects of cast titanium restorations. J. Dent. 1997, 25, 113–117.
[11] Li J., Liao H., Fartash B., Hermanssoni L., Johnssont T.: Surface-dimpled commercially pure titanium implant
and bone ingrowth. Biomaterials 1997, 18, 691–696.
[12] Brandt H.H.: Materiały implantacyjne. W: Wprowadzenie do implantologii. Red.: Kryst L., Wydawnictwo
Medyczne Urban & Partner, Wrocław 1998, 27–33.
[13] Czarnobilska E., Obtułowicz K., Wsołek K., Piętowska J., Śpiewak R.: Mechanizmy alergii na nikiel. Przegl.
Lek. 2007, 64, 502–505.
[14] Ferreira S.B., Figueiredo C.M., Almeida A.L., Assis G.F., Dionísio T.J., Santos C.F.: Clinical, histological, and
microbiological findings in peri-implant disease: a pilot study. Implant Dent. 2009, 18, 334–344.
Biokompatybilność tytanu oraz jego stopów wykorzystywanych w stomatologii
87
[15] Olmedo D., Fernández M.M., Guglielmotti M.B., Cabrini R.L.: Macrophages related to dental implant failure. Implant Dent. 2003, 12, 75–80.
[16] Olmedo D.G., Michanié E., Olvi L., Santini-Araujo E., Cabrini R.L.: Malignant fibrous histiocytoma associated with coxofemoralarthrodesis. Tumori 2007, 93, 504–507.
[17] Chen G., Wen X., Zhang N.: Corrosion resistance and ion dissolution of titanium with different surface microroughness. Biomed. Mater. Eng. 1998, 8, 61–74.
[18] Paschoal A.L., Vanâncio E.C., de Campos Franceschini Canale L., da Silva O.L, Huerta-Vilca D.,
de Jesus Motheo A.: Metallic biomaterials TiN-coated: corrosion analysis and biocompatibility. Artif. Organs.
2003, 27, 461–464.
[19] Stenport V.F., Johansson C.B.: Evaluations of bone tissue integration to pure and alloyed titanium implants.
Clin. Implant. Dent. Relat. Res. 2008, 10, 191–199.
[20] Shan-Hui H., Bai-Shuan L., Wen-Hung L., Heng-Chieh Ch., Shih-Ching H., Shih-Shyong Ch.:
Characterization and biocompatibility of a titanium dental implant with a laser irradiated and dual-acid etched
surface. Biomed. Mater. Eng. 2007, 17, 53–68.
[21] Shibli J.A., Marcantonio E., d’Avila S., Guastaldi A.C., Marcantonio E.: Analysis of failed commercially
pure titanium dental implants: A scanning electron microscopy and energy-dispersive spectrometer x-ray study.
J. Periodontol. 2005, 76, 1092–1099.
[22] Scharnweber D., Beutner R., Robler S., Worch H.: Electrochemical behavior of titanium-based materials
– are there relations to biocompatibility. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2002, 13, 1215–1220.
[23] Koller G., Cook R.J., Thompson I.D., Watson T.F., Di Silvio L.: Surface modification of titanium implants
using bioactive glasses with air abrasion Technologies. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2007, 18, 2291–2296.
[24] Aparicio C., Gila F.J., Fonseca C., Barbosa M., Planell J.A.: Corrosion behaviour of commercially pure titanium shot blasted with different materials and sizes of shot particles for dental implant applications. Biomaterials
2003, 24, 263–273.
[25] Gil F.J., Planell J.A., Padros A., Aparicio C.: The effect of shot blasting and heat treatment on the fatigue
behavior of titanium for dental implant applications. Dent. Mater. 2007, 23, 486–491.
[26] Ada Council On Scientific Affairs: Titanium applications in dentistry. J. Am. Dent. Assoc. 2003, 134, 347–349.
[27] Pohler O.E.M.: Unalloyed titanium for implants in bone surgery. Injury Int. J. Care Injured. 2000, 31, 7–13.
[28] Fathi M.H., Mortazavi V.: Tantalum, niobium and titanium coatings for biocompatibility. Improvement of
dental implants. Dent. Res. J. 2007, 4, 2, 74–82.
[29] Srimaneeponga V., Yoneyamab T., Kobayashic E., Doid H., Hanawad T.: Comparative study on torsional
strength, ductility and fracture characteristics of laser-welded α+β Ti-6Al-7Nb alloy, CP Titanium and Co–Cr
alloy dental castings. Dent. Mater. 2008, 24, 839–845.
[30] Adya N., Alam M., Ravindranath T., Mubeen A., Saluja B.: Corrosion in titanium dental implants: literature
revive. J. Ind. Prosthod. Soc..2005, 5, 126–131.
[31] Bedi R.S., Beving D.E., Zanello L.P., Yan Y.: Biocompatibility of corrosion-resistant zeolite coatings for titanium alloy biomedical implants. Acta Biomater. 2009, 5, 3265–3271.
[32] Chaturvedi T.P.: An overview of the corrosion aspect of dental (titanium and its alloys). Ind. J. Dent. Res. 2009,
20, 91–98.
[33] Cortada M., Giner L.L., Costa S., Gil F.J., Rodriâguez D., Planell J.A.: Galvanic corrosion behavior of titanium implants coupled to dental alloys. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2000, 11, 287–293.
[34] Grosgogeat B., Boinet M., Dalardb F., Lissac M.: Electrochemical studies of the corrosion behaviour of titanium and the Ti–6Al–4V alloy using electrochemical impedancje spectroscopy. Bio-Medical Mater. Engineer.
2004, 14, 323–331.
[35] Ionescu D., Popescu B., Demetrescu I.: The kinetic parameters in electrochemical behaviour of titanium in
artificial saliva. http://www.chimie.unibuc.ro/biblioteca/anale/2002a/77-83.pdf.
[36] Taher N.M., Al Jabab A.S.: Galvanic corrosion behavior of implant suprastructure dental alloys. Dent. Mater.
2003, 19, 54–59.
[37] Krupa D., Baszkiewicz J., Kozubowski J.A., Lewandowska-Szumieł M., Barcz A., Sobczak J.W., Biliński
A., Rajchel A.: Effect of calcium and phosphorus ion implantation on the corrosion resistance and biocompatibility of titanium. Biomed Mater. Eng. 2004, 14, 525–536.
[38] Kinani L., Najih R., Chtaini A.: Corrosion inhibition of titanium in artificial saliva containing fluoride. Leonardo
J. Sci. 2008, 12, 243–250.
[39] Johanson B.I., Bergman B.: Corrosion of titanium and amalgam couples: Effect of fluoride, area size, surface
preparation and fabrication procedures. Dent. Mater. 1995, 1, 41–46.
[40] Strietzel R., Hösch A., Kalbleisch H., Buch D.: In vitro corrosion of titanium. Biomaterials 1998, 19, 1495–1499.
[41] Koczorowski R., Hemerling M., Szponar E., Wiśniewska-Spychała B.: A study of bacterial flora of intrabony pockets after the loss of implants caused by periimplantitis. Pol. J. Environ. Stud. 2007, 16, 6C, 124–129.
[42] Kuphasuk C., Oshida Y., Andres C.J., Hovijitra S.T., Barco M.T., Brown D.T.: Electrochemical corrosion of
titanium and titanium-based alloys. J Prosthet. Dent. 2001, 85, 195–202.
[43] Martin E., Manceur A., Polizu S., Savadogo O., Wuc M.H., Yahia L.: Corrosion behaviour of a beta-titanium alloy. Biomed. Mater. Eng. 2006, 16, 171–182.
[44] Oda Y., Okabe T.: Effect of corrosion on the strength of soldered titanium and Ti–6Al–4V alloy. Dent. Mater.
1996, 12, 167–72.
88
K. Makuch, R. Koczorowski
[45] Olmedo D.G., Duffo G., Cabrini R.L., Guglielmotti M.B.: Local effect of titanium implant corrosion: an
experimental study in rats. Int. J. Oral Maxillofac. Surg. 2008, 37, 1032–1038.
[46] Śpiewak R., Brewczyński P.: Powikłania po stabilizacji płytą metalową złamania kości udowej u chorej z alergią
kontaktową na chrom, nikiel i kobalt. Pol. Tyg. Lek. 1993, 38, 29–30.
[47] Muris J., Feilzer A.J.: Micro analysis of metals in dental restorations as part of a diagnostic approach in metal
allergies. Neuroendocrinol. Lett. 2006, 27, 49–52.
[48] Ungersböck A., Perren S.M., Pohler O.: Comparison of the tissue reaction to implants made of a beta titanium
alloy and pure titanium. Experimental study on rabbits. J. Mater. Sci. Mater. Med. 1994, 11, 788–792.
[49] Tomizawa Y., Hanawa T.: Corrosion of pure titanium sternal wire. Ann. Thorac. Surg. 2007, 84, 1012–1014.
[50] Müller K., Thon E. V.: Hypersensitivity to titanium: clinical and laboratory evidence. Neuroendocrinol. Lett.
2006, 27, 31–35.
[51] Stejskal V., Hudecek R., Stejskal J., Sterzl I.: Diagnosis and treatment of metal-induced side-effects.
Neuroendocrinol. Lett. 2006, 27, 7–16.
[52] Urbanek-Brychczyńska M.: Ilościowa ocena uwalniania jonów metali ciężkich ze stopów dentystycznych.
Rozprawa doktorska, Poznań 2001.
[53] Śpiewak R.: Alergia kontaktowa – diagnostyka i postępowanie. Alergia Astma Immunol. 2007, 12, 109–127.
[54] Egusa H., Ko N., Shimazu T., Yatani H.: Suspected association of an allergic reaction with titanium dental
implants: a clinical report. J. Prosthet. Dent. 2008, 100, 344–347.
[55] Thon E. V., Müller K., Guzzi G., Kreisel S., Ohnsorge P., Sandkamp M.: LTT-MELISA® is clinically relevant
for detecting and monitoring metal sensitivity. Neuroendocrin. Lett. 2006, 27, 17–24.
[56] Lalor P.A., Gray A.B., Wright S., Railton G.T., Freeman M.A., Revell P.A.: Contact sensitivity to titanium
in a hip prosthesis? Contact Dermat. 1990, 23, 193–198.
[57] Friedmann P.C.: Contact sensitization and allergic contact dermatitis: immunobiological mechanism. Toxicol.
Lett. 2006, 162, 49–54.
[58] Czarnobilska E., Obtułowicz K., Wsołek K., Piętowska J., Śpiewak R.: Mechanizmy alergii na nikiel. Prz.
Lek. 2007, 64, 7–8.
[59] Thomas P., Bandl W.D., Maier S., Summer B., Przybilla B.: Hypersensitivity to titanium osteosynthesis with
impaired fracture healing, eczema, and T-cell hyperresponsiveness in vitro: case report and review of the literature.
Contact Dermat. 2006, 55, 199–202.
[60] Śpiewak R.: Patch testing for contact allergy and allergic contact dermatitis. Allergy J. 2008, 1, 42–51.
[61] Thon E. V., Schiwara H. W.: Validity of MELISA® for metal sensitivity testing. Neuroendocrinol. Lett. 2003, 24,
57–64.
Adres do korespondencji:
Krzysztof Makuch
Klinika Gerostomatologii UM
ul. Bukowska 70
60-812 Poznań
e-mail: [email protected]
Praca wpłynęła do Redakcji: 25.01.2010 r.
Po recenzji: 16.02.2010 r.
Zaakceptowano do druku: 16.03.2010 r.
Received: 25.01.2010
Revised: 16.02.2010
Accepted: 16.03.2010