Вопросам биологической совместимости дентальных имплантатов посвящено большое количество исследований. Несмотря на успехи, достигнутые в этом направлении, адекватный выбор имплантата и конструкции протеза, безупречное выполнение всех этапов лечения не устраняют риска его неудовлетворительного результата, связанного с отрицательным влиянием конструкционных материалов [2]. В связи с этим назрела необходимость обсуждения вопросов биологической совместимости не самого имплантата, а биотехнической системы «имплантат—протез» с целью значительного снижения риска осложнений, в том числе и электрогальванического характера.

Цель исследования — изучение in vitro электрохимической совместимости титанового имплантата и материалов зубных протезов. Для ее достижения проведены измерения электрохимических параметров: электродных потенциалов сплавов металлов в стационарном состоянии, взаимодействующих посредством слоя модельного раствора разной толщины; гальванических токов в изучаемой системе при разных расстояниях между контактирующими элементами; гальванических токов в условиях механического повреждения и обновления пассивированной поверхности конструкционного сплава.

Для эксперимента изготовлены методом центробежного литья на установке «Ducatron Serie 3» образцы стоматологических сплавов, применяемых для зубных протезов. Они представляют собой полированные круглые пластины, диаметром 20 мм и толщиной 2 мм, из следующих сплавов: сталь 1Х18Н9Т (С — 1,1%; Ni — 9%; Cr — 18%; Mn — 2%; Ti — 0,35%; Si — 1,0%; остальное — Fe); Целлит-Н (Ni — 62%; Cr — 24%; Mo — 10%; Si — 0,8%; остальное — С и редкоземельные элементы); Heraenium-P (Cо — 59%; Cr — 21%; Mо — 4%; Mn — 0,8%; Si — 1%; W — 6%); золотоплатиновый сплав Витерий (Au — 87%; Pt — 10,6%; Zn — 1,5%; остальное — In, Mn, Ta, Rh). 4 образца сплавов (1Х18Н9Т; Целлит-Н; Heraenium P; Витерий) не имели на поверхности окисной пленки, на поверхности 3 образцов (1Х18Н9Т-окс.; Целлит-Н-окс.; Heraenium P-окс.) была создана окисная пленка.

В связи с тем что в клинической части работы применяются имплантаты «Аxiom», изготовленные из титана V класса чистоты, в качестве модели, имитирующей дентальный имплантат, использовали образец титана V класса чистоты, изготовленный методом фрезерования в виде цилиндра диаметром 20 мм и высотой 10 мм. Внутри модели предусмотрена емкость для искусственной слюны площадью 1,0 см². Для исключения непосредственного контакта металлов поверхность титана изолировали пластиной из диэлектрического фторопласта. Пластины фторопласта изготовлены толщиной 4; 8 и 12 мм с целью изучения зависимости величины электропотенциалов и гальванического тока от расстояния между изучаемыми объектами. В титановую заготовку помещали модельный раствор до верхнего уровня изолирующей пластины, сверху накладывали поочередно образцы изучаемых материалов. Площадь контакта титана и сплава металла через искусственную слюну составила 1,0 см². В эксперименте использовали модельный раствор, имитирующий ротовую жидкость (рН=6,7), следующего состава: тиоционат калия KSNN — 0,517 г/л; бикарбонат натрия NaHCO₃ — 1,253 г/л; хлорид калия KCl — 1,471 г/л; дигидрофосфат натрия Na₂H₂PO₄·2H₂O — 0,188 г/л; молочная кислота CH₃CHOHCOOH — 0,900 г/л; вода — до 1 л.

Образцы выдерживали в стеклянной емкости с модельным раствором в течение 1 сут, после чего высушивали их фильтровальной бумагой, обезжиривали 70% спиртом, объединяли в систему и проводили измерения. Кинетику установления стационарного коррозионного тока изучали с помощью высокочувствительного амперметра «Вольтметр-амперметр В7-27А/1» через 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 с. Измерение электродных потенциалов проводили с помощью pH-метра-милливольтметра «PH-150МА» и набора электродов: платинового «ЭПЛ-02» (измерительного) и хлорсеребряного «ЭВЛ-1М3.1» (вспомогательного). Показания прибора регистрировали на протяжении 5 ч по схеме: спустя 30 с, 1, 2, 3, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500 мин. Измерения заканчивали при достижении стационарного состояния, отвечающего потенциалу коррозии сплава. Затем исследуемые образцы вновь выдерживали в стеклянной емкости с модельным раствором в течение 1 сут, после чего их извлекали из раствора. На поверхности сплава с помощью алмазного бора (50 об/с) производили надрез 0,2×5 мм, имитирующий истирание при эксплуатации зубного протеза. Образец объединяли в систему и измеряли коррозионные токи через 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100 и 120 с при расстоянии между контактирующими элементами 4, 8 и 12 мм. Проведено по 5 серий всех измерений.

Измерение электродных потенциалов, проведенное на 1-м этапе эксперимента, показало, что при установлении стационарных потенциалов сплавов Heraenium-P-окс. («Heraeus», Германия), Целлит-Н (Россия) и Витерий (Россия) происходило смещение их значений в положительную область (анодная поляризация), что свидетельствовало о формировании на их поверхности защитных слоев, способствующих торможению электрохимического растворения (рис. 1).

Дальнейшие исследования были направлены на определение электрохимической совместимости титанового имплантата и материалов зубных протезов по критерию коррозионного тока: при I<0,1 мкА/см² контактная пара признавалась электрохимически совместимой, при 0,12 — относительно электрохимически совместимой, при I>0,2 — несовместимой [1, 3]. При отсутствии повреждения поверхности конструкционных сплавов в системе «сплав металла — модельный раствор — титан» возникали коррозионные токи разных плотности и направления. Абсолютные величины тока во всех парах на 120-й секунде исследования не превышали 0,2 мкА/см² и соответствовали требованиям электрохимической совместимости. Несколько выше сила тока (0,12) была в относительно электрохимически совместимых системах «титан — Heraenium-P-окс.» при расстоянии 8 мм, «титан—Целлит-Н» — при расстоянии 4 мм.

Следует отметить, что динамика силы тока в рамках определенных контактных пар в целом идентична. Величина и направление токов зависели от вида сплава, наличия на нем окисной пленки и толщины слоя искусственной слюны. При увеличении расстояния между титаном и сплавами Целлит-Н, Целлит-Н-окс., Витерий, 1Х18Н9Т-окс. в 2 раза (с 4 до 8 мм) величина гальванического тока снижалась в 1,6—10 раз. Для нержавеющей стали 1Х18Н9Т 10-кратное снижение конечных показаний силы тока в паре с титаном наблюдали только при 3-кратном увеличении расстояния между элементами пары (с 4 до 12 мм).

На 3-м этапе эксперимента проанализирована электрохимическая совместимость системы «титан—конструкционный сплав» при повреждении последнего. Результаты исследований показали, что в условиях повреждения поверхности конструкционного сплава возникали коррозионные токи разных плотности и направления. Наибольшей сила тока была в системах «титан—Витерий» и «титан — 1Х18Н9Т». При увеличении расстояния между сплавами в 2 раза исходная величина гальванического «тока повреждения» снижалась в среднем в 1,7 раза, за исключением Витерия. Динамика электрохимических показателей свидетельствовала о том, что повреждение поверхности сплава является пусковым моментом для ее обновления (репассивации). Во всех контактных парах репассивация (время 90% спада тока) практически завершалась в течение 180—100 с, что превышало скорость коррозионного разрушения анодных элементов системы, а сила тока достигала значений, свидетельствующих о совместимости всех образцов. Достоверные различия результирующих значений силы тока в меньшей мере зависели от расстояния между элементами пары, за исключением стали и Целлита. Конечные показания силы тока в паре титана со сплавами при толщине слоя модельного раствора 4 мм составили: Heraenium-P — 0,01±0,01 мкА; Heraenium-P-окс. — 0,05±0,01 мкА; Целлит-Н — 0,03±0,01 мкА; Целлит-Н-окс. — 0,4±0,07 мкА; 1Х18Н9Т — 0,1±0,02 мкА; 1Х18Н9Т-окс. — 0,2±0,32 мкА; Витерий — 0,2±0,02 мкА; при толщине слоя модельного раствора 8 мм — соответственно 0 мкА (р>0,05); 0,01±0,01 мкА (р>0,05); 0,03±0,01 мкА (р>0,05); 0,05±0,04 мкА (р<0,05); 0,02±0,01 мкА (р<0,05); 0,07±0,02 мкА (р<0,05); 0,2±0,03 мкА (р>0,05). Таким образом, расстояние между элементами пары при повреждении поверхности одного из элементов в большей степени влияет на величину «тока повреждения», в меньшей — на скорость репассивации и значения результирующего тока. Наличие на поверхности сплавов искусственно созданной окисной пленки отрицательно влияет на динамику электрохимических показателей в условиях ее повреждения.

Таким образом, с учетом совокупных параметров электрохимических показателей, в том числе и в условиях репассивации поверхности сплавов, по степени электрохимической совместимости следует выделить как наиболее рекомендуемые контактные системы «титан — Heraenium P» и «титан-Целлит». Для уменьшения плотности коррозионных токов в полости рта необходимо свести к минимуму возможность повреждения металлической поверхности протезов, например, за счет нанесения керамического или пластмассового покрытия. Сплав Целлит-Н рекомендуется применять только для изготовления металлокерамических протезов с полной облицовкой поверхности. Для прогнозирования возникновения электрохимического взаимодействия при наличии уже имеющихся металлических протезов и вновь изготавливаемых протезов на имплантатах необходимы соответствующие измерения потенциалов и токов непосредственно в полости рта. Применение нержавеющей стали и золотосодержащих сплавов чревато определенным риском возникновения осложнений электрохимической природы при изготовлении протезов на имплантатах.