6 marca 2009

Nadwrażliwość na tytan

Stomatologia

Od ponad 50 lat tytan znajduje zastosowanie w stomatologii. Kojarzy się głównie z prężnie rozwijającą się dziedziną implantologii. „Przypadkowe” odkrycie przez Branemarka faktu, że tytan ma zdolność integracji z tkanką kostną umożliwiło w konsekwencji wykonanie setek tysięcy implantów u ludzi.

Tytan to jednak nie tylko materiał wykorzystywany przy produkcji implantów śródkostnych, znajduje również zastosowanie w protetyce stomatologicznej. Spektrum zastosowań jest bardzo szerokie – od protez szkieletowych, prac kombinowanych z koronami teleskopowymi i zasuwami, poprzez konstrukcje stałe w postaci koron i mostów, aż do precyzyjnych rozwiązań suprakonstrukcji implantologicznych wspartych na filarach – implantach.
Tytan nie jest metalem łatwym w obróbce. Trudności sprawia proces odlewniczy (wysoka temperatura topnienia), do frezowania z gotowych bloczków tytanowych używa się specjalnych obrabiarek, a duża twardość metalu wymaga znacznego nakładu pracy przy polerowaniu jego struktury. Duża wytrzymałość i stabilność, a także małe przewodnictwo cieplne rekompensują jednak niedogodności związane z obróbką laboratoryjną.

W dobie coraz większej alergizacji społeczeństwa na różne czynniki zewnętrzne pojawia się dyskusja na temat nadwrażliwości na tytan stosowany w jamie ustnej, w postaci wszczepów śródkostnych i uzupełnień protetycznych. Objawy nadwrażliwości mogą być różne: od niegroźnej wysypki na twarzy, żółtej barwy płytki paznokciowej, poprzez bóle mięśniowe, aż do przewlekłego zapalenia i rozrostu tkanki łącznej wokół implantów.
Nadwrażliwość na metale jest badana rutynowo za pomocą testów skórnych. Ich wartość diagnostyczna bywa podważana ze względu na zbyt dużą liczbę wyników fałszywie dodatnich i fałszywie ujemnych. Co więcej, testy tego rodzaju same mogą wywołać nadwrażliwość na badany metal. Wiarygodnym badaniem in vitro jest test transformacji limfocytów (LTT). Najbardziej popularny – MELISA (Memory Lymphocyte Immuno Stimulation Assay) – ma możliwość sprawdzenia nadwrażliwości na 26 różnych metali, w tym na tytan. Po stymulacji alergenem pobiera się próbkę krwi pacjenta, a następnie poddaje ją analizie laboratoryjnej. Odpowiedź immunologiczną ocenia się na podstawie szybkości powstawania komórek limfoblastycznych z limfocytów. Udowodniono, że istnieje wyraźna korelacja pomiędzy reaktywnością testu LTT-MELISA a aktualną ekspozycją na metal. Potwierdzają to badania, w których po usunięciu danego metalu, pozostającego w kontakcie z pacjentem, następuje znaczący i długotrwały spadek reaktywności limfocytów. Zaobserwowano również poprawę obrazu klinicznego pacjenta. Jeśli natomiast ekspozycja na metal jest kontynuowana, limfocyty pozostają reaktywnie wzbudzone.
Wyniki testu MELISA należy jednak analizować pod kątem indywidualnej ekspozycji każdego pacjenta na tytan, a pozytywny wynik testu nie zawsze musi być równoznaczny z występowaniem nadwrażliwości w obrazie klinicznym. W grupie 700 pacjentów, poddanych diagnostyce w kierunku alergii na metale za pomocą testu MELISA, nadwrażliwość na dwutlenek tytanu wynosiła 4,2%. Szczegółowe badania prowadzone na grupie pacjentów z tytanowymi implantami nie są już takie optymistyczne. W grupie 56 badanych pozytywny wynik testu MELISA uzyskano w 37,5%. Interesujący jest fakt, że testy skórne, przeprowadzone w tej grupie pacjentów w kierunku nadwrażliwości na tytan, były negatywne, a po usunięciu tytanowych implantów nastąpiła również normalizacja w teście MELISA.

Niewątpliwie tytan jest bardziej biokompatybilny od stosowanych do niedawna protez ze specjalnej stali nierdzewnej. Podstawową wadą stali było przenikanie jej składników do otaczających tkanek, zwane metalozą. Pod tym względem tytan i jego stopy odznaczają się znacznie lepszymi właściwościami. Pomimo doniesień na temat metalozy (tytanozy) w tkankach otaczających tytanowe przeszczepy stawu biodrowego i kolanowego brakuje informacji na ten temat w odniesieniu do tkanek miękkich i twardych otaczających śródkostne implanty pogrążone w jamie ustnej u ludzi. Badania prowadzone na zwierzętach (szczurach), u których pogrążono wszczepy tytanowe w obrębie kości czołowej i kości udowej nie wykazały obecności tytanu w kości wokół implantów. Odnotowano wprawdzie miejscową obecność tytanu w tkankach mięśniowych królików białych, ale należy podkreślić, że były to implanty tytanowe pozbawione powierzchni ochronnej (azotku tytanu TiN czy hydroksyapatytu). Inni badacze stwierdzili natomiast akumulację aluminium, a nie tytanu, w kości po zastosowaniu minipłytek zespalających złamania kostne. Nie zaobserwowano różnicy w zachowaniu się tkanki kostnej oraz dziąsła brzeżnego przy zastosowaniu łączników wykonanych ze złota i łączników tytanowych na pojedynczych wszczepach z cementowanymi uzupełnieniami – 4-letni okres obserwacji potwierdził dobre właściwości tego metalu w kontakcie z żywą tkanką. Wysoka biozgodność tytanu jest związana z brakiem korozji, co potwierdzono w badaniach in vitro. Nie zaleca się jednak stosowania fluoru w okolicy wszczepów tytanowych, gdyż powoduje to wydzielanie ogromnej ilości jonów metalu. Dodatkowej akumulacji jonów sprzyja niskie pH.
Rozwiązaniem powszechnie stosowanym w procesie produkcji implantów tytanowych jest modyfikacja powierzchni metalu. W tym celu stosuje się azotek tytanu (TiN) oraz hydroksyapatyt. Udowodniono, że zastosowanie azotku tytanu (TiN) na powierzchni uzupełnień protetycznych metalowych, wykonanych ze stopów niklu, chromu i kobaltu (przy alergii kontaktowej błony śluzowej na ww.) może zmniejszyć alergię. Azotek tytanu uszlachetnia powierzchnie poprzez wytworzenie wysoce biokompatybilnej powłoki ceramicznej. Cienka warstwa hydroksyapatytu o grubości 50-200 ľm jest nanoszona zazwyczaj w procesie natryskiwania cieplnego. W przypadku tzw. warstwy kompozytowej typu – warstwa azotowana i hydroksyapatyt – grubość samej powłoki hydroksyapatytu wynosi poniżej 3 ľm, co jest bardzo korzystne. Właściwości hydroksyapatytu są niskie, a powłoka – wystarczająca do zapewnienia dobrego połączenia z osteoblastami.

Rozwój technologii produkcyjnej i stosowanie powierzchniowych warstw ochronnych mają na celu zminimalizowanie nadwrażliwości na tytan. Z klinicznego punktu widzenia jest to materiał optymalny do wykorzystania w jamie ustnej ze względu na jego właściwości i potwierdzoną biokompatybilność. Jeśli jednak po przeprowadzeniu szczegółowego wywiadu z pacjentem, wykonaniu testów skórnych, a w szczególności bardziej miarodajnych i wiarygodnych testów immunologicznych zostanie stwierdzona nadwrażliwość na tytan – należy rozważyć całkowitą eliminację tego metalu z jamy ustnej i zastosowanie innych rozwiązań rehabilitujących narząd żucia.
Alternatywnym rozwiązaniem – dla pacjentów z nadwrażliwością na tytan oraz przy braku możliwości użytkowania implantów śródkostnych wykonanych z tytanu – mogą być implanty cyrkonowe. Zainteresowanie materiałami ceramicznymi w stomatologii istnieje od kilkudziesięciu lat, a w literaturze nie ma doniesień na temat nadwrażliwości na tlenek cyrkonu. Implanty ceramiczne są proponowane jako jednoczęściowe, przezśluzówkowe, dla celów implantologicznych wykonane z ceramiki najwyższej jakości.

Prof. Andrzej Wojtowicz,
dr Piotr Wesołowski –
Zakład Chirurgii Stomatologicznej WUM

Tytan, zwany materiałem kosmicznym, jest zawarty w meteorytach; jego obecność zauważono na Słońcu. Jest dziewiąty pod względem występowania na Ziemi (0,63%) – stanowi w przybliżeniu 0,5-1,5% jej budowy. Zawsze występuje w rudach innych pierwiastków, głównie pod postacią minerałów: anatazytu, brukitu, ilmenitu, perowskitu, rutylu, tytanitu (sfen) oraz w wielu rudach żelaza. Znaczące złoża tytanu (ilmenitu) znajdują się w Australii, Kanadzie, Nowej Zelandii, Norwegii i na Ukrainie. Duże ilości rutylu są eksploatowane w Ameryce Północnej i Republice Południowej Afryki.
Tytan, odkryty w 1791 r. przez Williama Gregora, zawdzięcza swoją nazwę Martinowi Klaprothowi, który zaczerpnął ją z mitologii greckiej (Titanes – bogowie istniejący przed bogami olimpijskimi, dzieci Gai i Uranosa). Tytan ma dużą wytrzymałość mechaniczną w stosunku do niskiego ciężaru, charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia: 1649°C, jest lekki, odporny na korozję (w tym również wody morskiej i chloru). Stopy tytanu są m.in. wykorzystywane w lotnictwie (silniki odrzutowe, promy kosmiczne), w przemyśle militarnym i motoryzacyjnym. Dwutlenek tytanu można dziś odnaleźć w produktach spożywczych (cukierkach, gumach do żucia, oznaczany np. jako E171), kosmetykach (lakier do paznokci, cienie do powiek, pudry i szminki) czy biżuterii (kolczyki, zegarki). Szacuje się, że każdego dnia człowiek spożywa 0,8 mg tytanu, ale większość nie jest przyswajana przez organizm.

Andrzej WOJTOWICZ, Piotr WESOŁOWSKI

Archiwum

Okręgowa Izba Lekarska w Warszawie im. prof. Jana Nielubowicza