Предложена методика ионно-плазменного покрытия нитридом титана и гафния для получения бактерицидных свойств металлических конструктивных элементов функциональных назубно-десневых шин для лечения переломов челюстей. Доказаны антимикробные свойства покрытий и их коррозионная стойкость.
The study of biostability and bactericidal of a new corrosion-resistant coating when used in the oral cavity of human
The technique of ion-plasma coating of titanium nitride and hafnium for the bactericidal properties of metallic structural elements of the functional of tooth-gum tires for the treatment of fractures of the jaws. It was proved antimicrobial properties of coatings and their corrosion resistance.
Практическая медицина предъявляет все более высокие требования к функциональным свойствам имплантатов и медицинских инструментов, которые в значительной мере зависят от качества материала. В настоящее время для изготовления имплантатов используют различные виды материалов и сплавов, предпочтение отдают инертным, не коррозирующим, с большой механической прочностью, обладающим биосовместимостью, биологически безопасным материалам.
Несмотря на то, что имплантаты изготовлены из коррозионно-стойких материалов, они работают в специфических условиях постоянного контакта с биологически активными средами живого организма, теряя указанные выше свойства. Одним из перспективных способов защиты имплантата от коррозии является нанесение на его поверхность защитных покрытий с использованием новых современных методов. Такие покрытия могут улучшить биосовместимость с тканями живого организма, предотвратить процессы нагноения и отторжения имплантатов.
Целью работы явилось изучение биостойкости и бактерицидности нового коррозионно-устойчивого покрытия при использовании его в полости рта человека. Среди множества причин, влияющих на эффективность ортопедического лечения переломов нижней и верхней челюсти, особое место занимают конструктивные особенности шин. При этом в клинической практике не исключаются ситуации, когда использование фиксируемых к зубному ряду шин становится невозможным из-за недостаточного количества зубов. В таких случаях (при отказе больных от остеосинтеза) методом выбора могут быть верхнечелюстные шины со спускающимися книзу опорными плоскостями. Однако они имеют ограниченные показания, а их конструктивные особенности не позволяют в процессе лечения перемещать фрагменты сломанной челюсти в необходимом направлении (в частности, по сагиттальной и вертикальной оси).
Все модификации шины Ванкевич были в основном направлены на облегчение ее базиса и не касались опорных плоскостей. Вместе с тем их можно использовать, применяя пружинящие плоскости (4), для функционально-физиологического лечения больных с переломами нижней и верхней челюсти. Однако металлические пружинящие плоскости имеют ряд недостатков, связанных с невысокой стойкостью к коррозии, особенно под воздействием биологически активных сред, что приводит к металлозу, несовместимости с тканями живого организма и различным осложнениям.
Разработанное биологически инертное покрытие обладает антимикробным эффектом и выполняет защитную функцию для металлических конструктивных элементов шин. Основу ионно-плазменного покрытия составляет нитрид титана и гафния. Он обладает бактерицидным эффектом как металлическое серебро в отношении многих патогенных микроорганизмов, таких как стафилококк, протей, клебсиелла, синегнойная палочка и др. Покрытие является барьером для проникновения к металлу активных реагентов, вызывающих коррозию (кислород, хлор, биоактивные белки), с одной стороны, и выходу продуктов коррозии в полости тканей живого организма, с другой. Эти продукты коррозии определяют совместимость материала с тканями живого организма и вызывают реакцию отторжения. Кроме того, если покрытия имеют отслоения, поры, то в них создаются благоприятные условия для размножения болезнетворной микрофлоры, что способствует воспалению и формированию вторичных эффектов отторжения, резорбции. Долговременный бактерицидный и бактериостатический эффект от материала покрытия исключает эти отрицательные явления.
Материалы и методы. Объектами исследования были образцы, изготовленные в виде пластин размером 2х1 см. (Имплантат и имплантат с покрытием.) Исследование бактерицидных свойств образцов проводили на культурах микроорганизмов, выделенных из полости рта больных и определенных до вида. Были использованы следующие культуры:
- Streptococcus viridans (стрептококк)
- Candida tropicalis (грибы)
- Staphylococcus aureus (стафилококк)
- Escherichia coli (кишечная палочка)
Для определения антимикробного действия покрытий была отобрана методика, в основе которой лежит воздействие «вытяжки» из исследуемого образца на микробную взвесь. Вытяжку получали путем термостатирования при 370С в течение 30 суток образцов, погруженных в физиологический раствор. По истечении указанного срока в вытяжку вносили 18-часовую культуральную взвесь из расчета 0,1 мл на 5м л вытяжки, предварительно убрав образцы. Плотность культуральной взвеси перед внесением в колбу составляла 1∙106 клеток/мл. Отбор проб и посев их на питательные среды проводили через 12 часов инкубации.
В качестве контроля использовали физиологический раствор, в который добавляли культуральную взвесь. О результатах судили по количеству жизнеспособных клеток, выросших на питательных средах: для бактерий — мясопептонный агар с добавлением 0,5%-ной глюкозы; для грибов — сусло-агар.
Результаты исследований. Нами было показано, что через 12 часов инкубации имплантат оказывал антимикробное действие на все исследуемые культуры по сравнению с контролем (К):
- стрептококки — 9% (рис. 1)
- грибы — 17% (рис. 2)
- стафилококки — 35% (рис. 3)
- кишечная палочка — 15% (рис. 4)
Что касается образца (имплантат + покрытие), результаты исследований показали, что количество жизнеспособных клеток по сравнению с контролем (К) составляло:
- у стрептококка — 38%
- у грибов — 51%
- у стафилококка — 75%
- у кишечной палочки — 15%
Это свидетельствует о том, что имплантат с покрытием оказывает сильное ингибирующее действие на все исследуемые культуры и намного эффективнее при использовании одного имплантата.
Рис. 1. Количество жизнеспособных клеток Streptococcus viridans после воздействия образцов через 12 часов культивирования (за 100% принят К — физиологический раствор + культуральная взвесь, О1 — физиологический раствор + имплантат + культуральная взвесь, О2 — физиологический раствор + имплантат с покрытием + культуральная взвесь)
Рис. 2. Количество жизнеспособных клеток Candida tropicalis после воздействия образцов через 12 часов культивирования (за 100% принят К — физиологический раствор + культуральная взвесь, О1 — физиологический раствор + имплантат + культуральная взвесь, О2 — физиологический раствор + имплантат с покрытием + культуральная взвесь)
Рис. 3. Количество жизнеспособных клеток Staphylococcus aureus после воздействия образцов через 12 часов культивирования (за 100% принят К — физиологический раствор + культуральная взвесь, О1 — физиологический раствор + имплантат + культуральная взвесь, О2 — физиологический раствор + имплантат с покрытием + культуральная взвесь)
Рис. 4. Количество жизнеспособных клеток Escherichia coli после воздействия образцов через 12 часов культивирования (за 100% принят К — физиологический раствор + культуральная взвесь, О1 — физиологический раствор + имплантат + культуральная взвесь, О2 — физиологический раствор + имплантат с покрытием + культуральная взвесь)
Выводы
1. В результате исследования выявлены антимикробные свойства сверхтвердого покрытия из смеси нитрида титана и гафния на поверхности из стали 12Х18Н10Т.
2. Применение биологически безопасного покрытия нитрида титана и гафния применительно к металлическим элементам в конструкции шин для лечения переломов челюстей позволяют увеличить коррозионную стойкость, уменьшить обсемененность поверхности микроорганизмами, предупредить вторичное инфицирование.
3. Предлагаемая назубно-десневая шина с пружинящими плоскостями для ортопедического лечения больных с неосложненными и осложненными переломами тела нижней и верхней челюсти, имеющая нитридо-титаногафниевое покрытие, обладает бактерицидными свойствами и препятствует возникновению воспалительных процессов.
И.Ш. Абдуллин, И.Г. Ямашев, А.И. Рафф, М.М. Миронов, В.В. Кудинов
Казанский государственный технологический университет
Казанская государственная медицинская академия
Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН, Москва
Рафф Алла Ибрагимовна — кандидат медицинских наук, ассистент кафедры ортопедической стоматологии
Литература:
1. Вельховер Е.С., Роматов Ф.Н. Применение меди и ее солей в лечебной практике. — М., 1982.
2. Роуэр Э. Химическая микробиология. — М., 1971.
3. Студеникина Ф.Г., Миронов М.М., Денисов В.П. и др. Исследование антимикробных свойств некоторых металлов и покрытий для медицинских изделий // В сб. «Медицинская техника». — М., 1993. — № 5. — С. 6-8.
4. Ямашев И.Г., Рафф А.И. Назубно-десневые шины для лечения переломов челюстей \\ Акт. вопросы челюстно-лицевой хирургии и стоматологии. — С.-Петербург, 1997. — С. 66-67.
