Vật liệu implant – Titan nguyên chất

Sử dụng titan làm vật liệu cấy ghép trong nha khoa đã được công bố vào cuối những năm 1960, nhưng các thí nghiệm đầu tiên đã có từ những năm 1950. Bạn có thể thường nghe thấy thuật ngữ ‘titan tinh khiết thương mại’ (Commercially Pure Titanium - cpTi) – đây là kim loại titan không pha trộn các kim loại khác và do đó không phải là hợp kim.

Titan cũng được phân loại. Trên thực tế, có 37 loại titan trong nhiều ngành công nghiệp. Độ 1, 2, 3, 4, 7 và 11 là titan nguyên chất. Độ 3 không sử dụng nữa; titan cấp độ 4 (Grade 4) được sử dụng rộng rãi nhất. Titan này được sản xuất dưới dạng thanh dài và các implant riêng lẻ được ‘cắt’ (tiện gia công) từ các thanh này.

Các implant đã cắt sau đó có thể được xử lý để thay đổi các đặc tính của nó, chẳng hạn như độ bền, độ nhám bề mặt, v.v.. Không có bằng chứng thuyết phục nào cho thấy thiết kế, bề mặt, vật liệu hoặc tính năng implant của bất kỳ nhà sản xuất nào là vượt trội hoàn toàn so với nhà sản xuất khác. Tuy nhiên, có dữ kiện để giải thích vì sao một tính năng nhất định có thể tốt hơn hoặc một tính năng khác có thể không được như mong muốn. Ngoài ra, một số yếu tố kết hợp lại có thể tạo ra implant tốt hơn.

Liên quan đến vật liệu cấy ghép, titan và các hợp kim của nó vẫn là tiêu chuẩn vàng trong nha khoa. Tỷ lệ tồn tại (Survival rate) là từ trung bình đến cao hơn 90%. Tỷ lệ tồn tại của titan cao hơn so với các vật liệu khác.

Vật liệu implant – Hợp kim titan

Do kích thước nhỏ nên các thành phần mà implant tương tác (các lực tác động trong miệng và chức năng ăn nhai) làm chúng dễ bị gãy. Vì vậy, nhiều công ty đã nỗ lực cải thiện độ bền của implant. Một phương pháp phổ biến là ‘gia công nguội’ titan. Trong quá trình này, kim loại được ép hoặc uốn cong mà không cần gia nhiệt, để tạo ra một kim loại cứng hơn và ít dẻo hơn.

Titan nguyên chất cấp độ 4 có thể được gia công nguội, nhưng hợp kim titan cấp 5 thì không. Cấp 5 kết hợp titan với 6% nhôm và 4% vanadi (Ti-6Al-4V) (ví dụ: MIS Implants, Israel; Bicon implant, USA). Cấp 23 là một biến thể hợp kim khác (ví dụ: Ditron, Israel). ‘Hỗn hợp’ của các kim loại là những gì mang lại cho titan cấp 5 các đặc tính cơ học được cho là được cải thiện.

Một hợp kim phổ biến khác là Roxolid®, được làm từ 85% titan với 15% zirconia (Implant Straumann, Thụy Sĩ). Nhà sản xuất công bố, gãy implant là một biến chứng rất hiếm gặp (ít hơn 1% sau 5 năm) đối với vật liệu này.

Vật liệu implant – Zirconia

Zirconia là một vật liệu phức tạp. Nó là một oxit kim loại với các kim loại và phụ chất khác, và khi được dùng làm vật liệu cấy ghép thì nó có màu trắng. Mục đích chính của việc sử dụng implant zirconia là để cải thiện thẩm mỹ; implant titan có màu xám đen (có thể ánh lên nướu mỏng) trong khi zirconia có màu trắng và không làm biến màu mô. Lý do thứ hai để sử dụng là để tránh dị ứng titan, được cho là ảnh hưởng đến 0,6% bệnh nhân.

Tuy nhiên, cấy ghép Zirconia đã được chứng minh là kém hơn về mặt cơ học so với cấy ghép titan. Tỷ lệ tồn tại đối với cấy ghép zirconia ngay lập tức (loại nguyên khối - one piece) là rất thấp (85%) nên chúng bị chống chỉ định trong nhiều trường hợp. Nhìn chung, cấy ghép zirconia chỉ được sử dụng trong một số trường hợp nhất định. Những implant này hỗ trợ tối đa một cầu răng cố định ba đơn vị.

Xử lý bề mặt của implant

Ban đầu implant được đưa vào một lỗ được khoan vào xương ổ răng. Ma sát cơ học ban đầu giữa mô xương và bề mặt implant được gọi là sự ổn định sơ khởi (Primary Stability). Khi bề mặt của vết thương xương này được phục hồi và sửa chữa lại, implant sẽ mất dần sự ổn định cơ học này, và từ từ đạt được ổn định thứ cấp (Secondary Stability / Tích hợp xương sinh học). Tức là, vết thương lành và xương mới từ từ được hình thành xung quanh và trên bề mặt của implant.

Vết thương mau lành hơn nếu các tế bào hoạt động tốt hơn. Lý tưởng nhất là các tế bào tạo xương (nguyên bào xương) bám vào, lan rộng ra trên bề mặt implant và bắt đầu giải phóng các chất trung gian hóa học, sản xuất collagen và khoáng hóa nó. Các tế bào này hoạt động tốt hơn và gắn kết tốt hơn nếu bề mặt cấy ghép có khả năng thấm ướt cao (tính ưa nước - hydrophilic).

Khi một thanh titan được tiện thành một implant, bề mặt cắt được gọi là “gia công” (Machined surface). Các implant ban đầu (thời kỳ Branemark) chỉ bao gồm loại sản xuất này và có tỷ lệ tồn tại thấp hơn các implant hiện có. Ngày nay, các bề mặt được xử lý để cải thiện tính ưa nước và tăng diện tích tiếp xúc. Các phương pháp xử lý bề mặt được phân loại rộng rãi thành thêm vào (Additive) hoặc lấy bớt đi (Subtractive).

Phương pháp xử lý bề mặt được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là phun cát và ăn mòn axit (SLA - Sandblasted, Large grit, Acid-etched). Đây là một phương pháp lấy bớt. Bề mặt được làm vi nhám để cải thiện khả năng thấm ướt. Phần lớn các bề mặt cấy ghép hiện nay là SLA, và được phân loại là có độ nhám vừa phải.

Khi tiếp xúc với không khí, implant vô trùng có xử lý bề mặt sẽ bị nhiễm hydrocacbon và mất đi tính ưa nước. Vì lý do này, một số công ty đã phát triển công nghệ bề mặt hoạt tính. Ví dụ bề mặt SLActive™ của Straumann được bảo quản trong dung dịch nước muối vô trùng để hạn chế nhiễm hydrocacbon, giữ nguyên tính siêu ưa nước. Hay bề mặt Xpeed™ của MegaGen kết hợp ion Canxi vào bề mặt sau khi xử lý SLA để tăng tốc độ bám của nguyên bào xương.

Tóm lại, bề mặt có độ nhám vừa phải giúp cải thiện sự tích hợp xương và hầu hết các implant ngày nay đều đáp ứng tiêu chuẩn này. Mặc dù lượng tiếp xúc xương-implant (BIC) có thể khác nhau nhẹ trong 2-4 tuần đầu tùy hãng, nhưng từ tuần thứ 6 trở đi, BIC đối với hầu hết các implant là như nhau và đều tích hợp đầy đủ.

Thiết kế của implant

Hình dạng

Nói chung, implant có dạng song song (Cylinder) hoặc dạng côn/thuôn (Tapered).

• Implant thuôn nhọn: rộng hơn ở cổ và hẹp nhất ở chóp. Nó có tác dụng ‘nêm’ khi được đưa vào xương, tạo độ ổn định sơ khởi rất cao, đặc biệt phù hợp với xương mềm (xương loại D3, D4). Hầu hết implant hiện đại đều có dạng thuôn. Nhược điểm là nó có thể tạo lực nén quá mức tại vùng xương vỏ (vùng cổ implant) gây tiêu xương.
• Implant song song (thẳng): Gây ít áp lực lên xương vỏ hơn, nhưng độ ổn định sơ khởi kém hơn trong xương xốp.

Có thể cho rằng, một thiết kế implant tốt (như dạng lai - hybrid) sẽ tạo ra lực nén ở phần thân/chóp (nơi xương xốp có thể đáp ứng) để có độ ổn định ban đầu tốt, và giảm thiểu nén ép ở vùng cổ (xương vỏ).

Ren của implant

Lực cắn gây ra một ứng suất đáng kể. Mục tiêu của thiết kế ren là tiêu tán lực cắn xuyên qua xương và hạn chế lực xé. Về lý thuyết cơ sinh học:

• Các ren gần nhau hơn (bước ren nhỏ hơn) tạo ra ít ứng suất hơn.
• Ren hình vuông/chữ nhật tạo ra ít ứng suất xé hơn hình thang/chữ V.
• Các vi ren (micro-threads) ở cổ implant có thể làm giảm ứng suất và bảo tồn mào xương vỏ.

Thiết kế kết nối implant

Các kiểu kết nối khác nhau được phân loại trong Bảng 10.2:

Trước đây, hầu hết implant đều có kết nối ngoài (lục giác ngoài - External Hex). Tuy nhiên, kết nối này có những khoảng hở vi thể. Sự di chuyển (vi chuyển động - micromotion) dưới áp lực nhai tạo ra những khoảng trống cho dịch miệng và vi khuẩn xâm nhập. Các kết nối không ổn định này dễ dẫn đến biến chứng lỏng vít (screw loosening).

Ngày nay, kết nối trong (Internal Hex, Internal Conical/Morse Taper) được ưa chuộng hơn vì độ khít sát cao, chống lực vặn xoắn tốt và hạn chế vi chuyển động, giảm rủi ro lỏng hoặc gãy vít.

Kết nối ngoài vs. Kết nối trong (Platform Switching)

Khi abutment nằm vừa khít bên trong implant và có đường kính nhỏ hơn đường kính mặt nền của implant, ta có thiết kế "Giao diện chuyển tiếp" (Platform Switching).

Nếu có một vi khe hở (microgap) giữa implant và abutment, khoảng trống này sẽ chứa vi khuẩn gây viêm. Ở thiết kế Platform Switching, vi khe hở này được dời vào phía trong, cách xa mào xương ổ răng hơn so với thiết kế phẳng thông thường. Do đó, vi khuẩn và nguồn gây viêm cũng được di chuyển ra xa xương. Thiết kế này cũng cho phép có nhiều mô mềm hơn (khoảng sinh học dày hơn) bao quanh cổ implant, giúp bảo vệ và duy trì mào xương ổn định theo thời gian.

Tổng kết

Có rất nhiều kiểu dáng, hình dạng và kích cỡ implant phù hợp trong những trường hợp khác nhau. Để trả lời “cái nào tốt nhất?” là không khách quan. Một số khuyến nghị chung có thể được đưa ra:

• Một kết nối ổn định (Cone Morse/Internal) đảm bảo mô quanh implant khỏe mạnh, giảm vi khe hở, ít vi chuyển động và ít bị lỏng vít.
• Các implant thuôn (Tapered) với ren cắt tốt đảm bảo sự ổn định sơ khởi cao, đặc biệt trong trường hợp cấy tức thì hoặc xương mềm.
• Thiết kế Platform Switching (Giao diện chuyển tiếp) kết hợp vi ren giúp bảo tồn mào xương và tăng thể tích mô mềm quanh cổ implant.
• Cuối cùng, tất cả các bề mặt nhám (như SLA, SLActive) có sẵn ngày nay đều hoạt động tốt và hỗ trợ quá trình tích hợp xương hoàn hảo.

Nguồn: K., H. C. C. (2021). Practical procedures in implant dentistry. Wiley-Blackwell.