Biocompatibility of Titanium and Its Alloys Used in Dentistry

Krzysztof Makuch, Ryszard Koczorowski

Biokompatybilność tytanu oraz jego stopów

wykorzystywanych w stomatologii

Biocompatibility of Titanium and Its Alloys Used in Dentistry

Streszczenie

Szeroko stosowane współcześnie biomateriały, w tym tytan i jego stopy, wykazują wiele cech i właściwości fizyko-chemicznych, które determinują sposób ich wykorzystania. Znany ze swojej dużej biokompatybilności, odporno-ści 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 sto-pach, nowe dane z zakresu korozji oraz coraz częstsze doniesienia o przypadkach alergii na ten pierwiastek, wyni-kające 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 czwarte-go 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 jed-nocześnie, iż powszechnie stosowane w przypadkach alergii na inne metale testy skórne, nie są wiarygodnym spo-sobem 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 immunolo-gical 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.

Dent. Med. Probl. 2010, 47, 1, 81–88 ISSN 1644-387X

PRAcE POGLąDOWE

© copyright by Wroclaw Medical University and Polish Dental Society

Bliższe poznanie właściwości biologicz-nych i fizykochemiczbiologicz-nych tytanu spowodowa-ło znaczny przespowodowa-łom w biomedycynie. Dzięki

obserwowanej klinicznie dobrej biotolerancji (biozgodności) i osteointegracji tytan i jego stopy są wykorzystywane do produkcji

licz-nych elementów przydatlicz-nych w różlicz-nych gałę-ziach medycyny.

Pod względem częstotliwości występowania w skorupie ziemskiej tytan jest czwartym meta-lem 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 żaroodporno-ścią (do 800°c), szczególnie w środkach utleniają-cych. Wynika to z tego, że w atmosferze utlenia-jącej części ze stopów tytanowych pokrywają się warstewką tlenku (TiO₂), a niektórzy wykazali, że w skład pasywnej warstwy tlenkowej może wcho-dzić także podtlenek tytanu. Reaktywność ciekłe-go 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, ortodon-cja i protetyka stomatologiczna [1–7].

Stopy niklowo-tytanowe (Nitinol) posiada-jące pamięć kształtu (po dostarczeniu energii – np. w temperaturze ludzkiego ciała – wracają do uprzednio zapamiętanego kształtu) są wyko-rzystywane jako łuki ortodontyczne, klamry chi-rurgiczne, 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 bio-dra, 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 wykonywa-nia 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 su-prastruktury konstrukcji wszczepowych [1, 9, 10].

Wszechstronne zastosowanie tytanu w me-dycynie i stomatologii zawdzięcza się w du-żym stopniu odkryciu w 1965 r. przez profesora Branemarka zdolności jego integracji z tkanką kostną, czyli tzw. osteointegracji [11, 12]. Dzięki unikatowym właściwościom tytan sprzyja kon-taktowemu nawarstwianiu się kości, czyli

oste-ogenezie kontaktowej. W obrazie histologicznym wgajanie się wszczepów tytanowych przebiega w kości podobnie jak naprawa rany kostnej, csem ze zmodyfikowaną nieznaczną reakcją za-palną 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 skut-kuje wielką liczbą obserwacji klinicznych, w tym rzadkimi opisami zróżnicowanych reakcji na ty-tan i jego stopy.

O sukcesie w implantologii decyduje osteo- lub osseointegracja, czyli „bezpośrednie struk-turalne 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 przeszcze-pów. Materiał jest uznawany za biokompatybilny wówczas, gdy nie wywołuje reakcji patologicz-nych w tkankach, nie wydziela żadpatologicz-nych substan-cji 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 mate-riałem, techniką zabiegową, a często także stanem otaczających wszczep tkanek [14–16]. Budowa im-plantów, 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 rozwi-jających powierzchnię części śródkostnej wsz-czepu 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 sa-mym protetyczny komfort użytkowy [3, 24, 25]. Do metali mających najkorzystniejsze powino-wactwo 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 pra-wie natychmiast. Wykazano, że mimo pasyw-nego działania warstwy tlenków pokrywających implant, w jamie ustnej może zachodzić

elektro-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 zawiera-jące wapń grupy wodorotlenowe.

Tytan wykorzystywany na implanty występu-je w formie czystej (cp – commercially pure) lub w formie stopów z aluminium i wanadem (np. Titanaloy®), jednak nawet ten pierwszy rodzaj za-wiera niewielkie ilości takich pierwiastków, jak tlen, azot, węgiel, wodór. Tlen, którego jest naj-więcej, 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 po-staciach, 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)

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)

Materiał

(Material) Moduł sprężystości (Young’s modu-lus) 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

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)

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

[3, 27]. Obiecujący pod względem właściwości fi-zycznych oraz biokompatybilności jest nowy stop z niobem Ti₆Al₇Nb niezawierający toksycznych jonów wanadu [8, 28, 29]. Większość obecnie pro-dukowanych wszczepów dentystycznych dostęp-nych na polskim rynku jest produkowana z czy-stego tytanu (cp) klasy IV (np. Osteoplant®, Neoss®, ITI Straumann®, BEGO-Semados®), często podda-nego specjalnie ukierunkowanej obróbce techno-logicznej 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 po-wodu małej wytrzymałości mechanicznej.

Jednym z najczęściej stosowanych materia-łów tytanowych jest stop α–β Ti₆Al₄V zawierają-cy 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 ob-ciążeniom [cyt. wg 8]. Wielu producentów wyko-rzystuje ten stop (głównie w postaci ELI), do wy-konania narażonych na siły zgryzowe elementów łącznikowych wszczepów, rzadziej do produkcji całych implantów czy ich części śródkostnej (sys-tem 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 głów-nym kierunkiem badań i rozwoju technologiczne-go 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 odpowiedzial-nych 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 ko-rozji (korozja chemiczna – sucha i korozja elek-trochemiczna – mokra) ta ostatnia wymaga obec-ności wody lub innego płynnego elektrolitu i stąd jest bardziej istotna w przypadku materiałów sto-sowanych w stomatologii [30, 32, 36]. Materiały tytanowe wykazują różną aktywność korozyjną w zależności od składu chemicznego i pH środo-wiska, w którym się znajdują [35, 37–40].

Wielu autorów uważa, że współistnienie ko-rozji, 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 prawdopodo-bieństwo, że zarówno jony Ti, jak i jony toksycz-nych dla organizmu metali glinu i wanadu mogą uwalniać się do tkanek [8]. Wielu autorów jest zwolennikami stosowania wszczepów śródkost-nych wykonaśródkost-nych wyłącznie z czystego tytanu [34]. Niektórzy wykazują, że obecność makrofa-gów w przypadku okołowszczepowej reakcji za-palnej (periimplantitis) jest powiązana z korozją oraz prowadzi do utraty wszczepu, a jony tytanu hamują wzrost hydroksyapatytów [15, 16, 45].

Zasadne jest więc stosowanie implantów wy-konanych z materiału o maksymalnej biokompa-tybilności, wysokiej odporności na korozję przy zachowanej dużej wytrzymałości i elastyczności. Obecnie producenci starają się zwiększyć procen-towy udział czystego tytanu klasy IV, który po odpowiedniej obróbce nie będzie obniżał para-metrów fizycznych stopów, zachowując dużą bio-zgodność i odporność na korozję.

Potencjalnie niekorzystnym zjawiskiem po-wiązanym z obecnością implantów metalowych są odczyny alergiczne wynikające z procesów korozyjnych i uwalniania się jonów. Najczęściej uczulającymi metalami spotykanymi w prakty-ce ogólnomedycznej i stomatologicznej są nikiel, chrom i kobalt [36, 46, 47]. W ciągu ponad 40 lat pojawiły się nieliczne opisy przypadków sugeru-jące uboczne reakcje po zastosowaniu wszcze-pów, 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 wszcze-pu [6, 8, 52]. Reakcje alergiczne tywszcze-pu późnego na protezy metalowe przebiegają w postaci zapalenia kości lub szpiku bez jakichkolwiek zmian skór-nych. Większość tych zjawisk zaobserwowano w przypadku implantów ortopedycznych w wy-niku kontaktu z alergenami niklu, chromu i ko-baltu, rzadziej natomiast w przypadku tytanu [8, 27, 46, 50]. Istnieje obawa, że problem ten w dobie coraz powszechniej występujących reakcji aler-gicznych może również dotyczyć tytanowych wsz-czepów śródkostnych stosowanych w stomatolo-gii. W większości przypadków objawy alergiczne powodują przykre, długofalowe skutki w postaci zmian skórnych, które ustępują po usunięciu aler-genu, uważa się jednak, iż odczyn może być na tyle poważny, że wywołuje komplikacje z odrzu-ceniem wszczepu włącznie [50, 53].

Podobnie jak w przypadku zabiegów ortope-dycznych, u pacjentów leczonych stomatologicznie po implantacji śródkostnej odnotowywano reakcje skórne. U pacjentki bezzębnej z dobrymi wynika-mi ogólnywynika-mi obserwowano po implantacji 2 wsz-czepów stomatologicznych występowanie silnej re-akcji 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 wsz-czepy deklarowane jako czysto tytanowe zawierają w składzie niewielkie domieszki tych metali [7, 55]. Nie ma natomiast naukowo udowodnionego me-chanizmu 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 materia-łu 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 hapte-ny łączą się z białkami tkanki i mogą indukować IgE zależną alergię. Zjawisko to jednak do chwili obecnej nie zostało potwierdzone [57].

Uważa się, że tytan może alergizować, po-dobnie jak inne metale, np. nikiel przez swoiste uwrażliwienie limfocytów T, wywołując IV typ nadwrażliwości. Do zjawiska tego może docho-dzić w różny sposób:

1) jony metalu łączą się z białkami pozako-mórkowymi, 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 wewnątrzkomórkowy-mi i po rozłożeniu w endosomach są prezentowa-ne 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

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 – re-ceptor 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 lym-phocytes Th (cD4+) via TcR: H – metal ion (hapten), B – extracellular protein, MHc II – class II tissue com-patibility complex, TcR – lymphocyte T receptor, cD 4+ – lymphocyte Th (acc. 13)

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 intracel-lular 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 – intra-cellular 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 anty-gen oraz TcR limfocytu T, podobnie jak to się dzieje w przypadku superantygenów: H – jon metalu (hap-ten), MHc – kompleks zgodności tkankowej, TcR – receptor limfocytów T (cyt. wg 13)

Fig. 3. Metal ions activate lymphocytes T, directly mix-ing with MHc of the cell presentmix-ing an antigen and TcR of lymphocyte T, similarly to the case of superan-tigens: H – metal Ion (hapten), MHc – tissue compat-ibility complex, TcR – lymphocyte T receptor (acc. 13)

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 dia-gnostyczny słabo przenika w głąb skóry i nie daje odpowiedzi komórkowej, która jest spotykana przy innych alergizujących materiałach stomatologicz-nych. Reakcja immunologiczna jest związana czę-sto z produktami korozji implantu niewystępu-jącymi w tej formie w teście. Odpowiedniejszym testem wydaje się diagnoza in vitro próbki krwi przez immunologiczny test transformacji blastycz-nej limfocytów (LTT – Lymfocyte Transformat Test). Modyfikacja testu – MELISA (Memory Lymphocyte ImmunoStimulation Assay) oce-nia zdolność transformacji blastycznej limfocy-tów (proliferacji limfocylimfocy-tów) i test zahamowa-nia ich migracji pod wpływem czynnika inicju-jącego, jakim mogą być metale [4, 6, 7, 50, 61]. Przeprowadzone na szeroką skalę badania z zasto-sowaniem testu MELISA zarówno dla alergenów skórnych, jak i nieskórnych udowodniły, że nad-wrażliwość 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 kli-nicznych 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 obja-wy uczuleniowe.

Podsumowanie

Alergia na tytan jest nadal zjawiskiem rzad-kim, 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 pojawia-jących się w śladowych ilościach w wyniku proce-sów przetwarzania. Doniesienia o niekorzystnym oddziaływaniu tytanu na organizm ludzki nie po-zwalają definitywnie wykluczać reakcji kontakto-wej otaczających tkanek na tytan. Obecnie brakuje wystandaryzowanych, swoistych i prostych testów diagnostycznych dla alergii na ten metal.

Piśmiennictwo

Dutkiewicz J., Maziarz W., Kuśnierz J., Jaworska L.:

[1] Nanokrystaliczny tytan i jego stopy – wytwarzanie i

wła-sności. Inż. Stomat. Biomat. 2007, 4, 1, 2–6. Lijian Z., Ti-Sheng c., Wei W., Lei c.:

[2] Study of commercially pure titanium implants bone integration

mecha-nism. Eur. J. Plast. Surg. 2000, 23, 301–304. Mccracken M.:

[3] Dental implant materials: commercially pure titanium and titanium alloys. J. Prosthod. 1999, 8, 40–43.

Pryliński M., Limanowska-Shaw H.:

[4] Właściwości tytanu i problem nadwrażliwości na ten metal. Implantoprote-tyka 2007, 7, 4, 50–52.

Roberts H.W., Berzins D.W., Moore B.K., charlton D.G.:

[5] Metal-ceramic alloys in dentistry: a review.

J. Prosthod. 2009, 18, 188–194.

Rusinek B., Stobiecka A., Obtułowicz K.:

[6] Alergia na tytan i implanty. Alergol. Immunol. 2008, 1, 5, 5–7.

Stejskal V.D.M., Danersund A., Lindvall A., Hudecek R., Nordman V., Yaqob A., Mayer W., Bieger W., [7]

Lindh U.: Metal-specific lymphocytes: biomarkers of sensitivity in man. Neuroendocrin. Let. 1999, 20, 289–298. Singh R., Dahotre N.B.:

[8] corrosion degradation and prevention by surface modification of biometallic materials. J. Mater. Sci. Mater Med. 2007, 18, 725–751.

Orlicki R., Kłaptocz B.:

[9] Tytan i jego stopy – właściwości, zastosowanie w stomatologii oraz sposoby przetwarza-nia. Inżyn. Stomat. Biomat. 2003, 1, 3–8.

Berg E.:

[10] Dentists’ opinions on aspects of cast titanium restorations. J. Dent. 1997, 25, 113–117. Li J., Liao H., Fartash B., Hermanssoni L., Johnssont T.:

[11] Surface-dimpled commercially pure titanium implant

and bone ingrowth. Biomaterials 1997, 18, 691–696. Brandt H.H.:

[12] Materiały implantacyjne. W: Wprowadzenie do implantologii. Red.: Kryst L., Wydawnictwo Medyczne Urban & Partner, Wrocław 1998, 27–33.

czarnobilska E., Obtułowicz K., Wsołek K., Piętowska J., Śpiewak R.:

[13] Mechanizmy alergii na nikiel. Przegl.

Lek. 2007, 64, 502–505.

Ferreira S.B., Figueiredo c.M., Almeida A.L., Assis G.F., Dionísio T.J., Santos c.F.:

[14] clinical, histological, and

Olmedo D., Fernández M.M., Guglielmotti M.B., cabrini R.L.:

[15] Macrophages related to dental implant

failu-re. Implant Dent. 2003, 12, 75–80.

Olmedo D.G., Michanié E., Olvi L., Santini-Araujo E., cabrini R.L.:

[16] Malignant fibrous histiocytoma

associa-ted with coxofemoralarthrodesis. Tumori 2007, 93, 504–507. chen G., Wen X., Zhang N.:

[17] corrosion resistance and ion dissolution of titanium with different surface micro-roughness. Biomed. Mater. Eng. 1998, 8, 61–74.

Paschoal A.L., Vanâncio E.c., de campos Franceschini canale L., da Silva O.L, Huerta-Vilca D., [18]

de Jesus Motheo A.: Metallic biomaterials TiN-coated: corrosion analysis and biocompatibility. Artif. Organs. 2003, 27, 461–464.

Stenport V.F., Johansson c.B.:

[19] Evaluations of bone tissue integration to pure and alloyed titanium implants. clin. Implant. Dent. Relat. Res. 2008, 10, 191–199.

Shan-Hui H., Bai-Shuan L., Wen-Hung L., Heng-chieh ch., Shih-ching H., Shih-Shyong ch.: [20]

characterization and biocompatibility of a titanium dental implant with a laser irradiated and dual-acid etched surface. Biomed. Mater. Eng. 2007, 17, 53–68.

Shibli J.A., Marcantonio E., d’Avila S., Guastaldi A.c., Marcantonio E.:

[21] 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.

Scharnweber D., Beutner R., Robler S., Worch H.:

[22] Electrochemical behavior of titanium-based materials

– are there relations to biocompatibility. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2002, 13, 1215–1220. Koller G., cook R.J., Thompson I.D., Watson T.F., Di Silvio L.:

[23] Surface modification of titanium implants

using bioactive glasses with air abrasion Technologies. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2007, 18, 2291–2296. Aparicio c., Gila F.J., Fonseca c., Barbosa M., Planell J.A.:

[24] corrosion behaviour of commercially pure

tita-nium shot blasted with different materials and sizes of shot particles for dental implant applications. Biomaterials 2003, 24, 263–273.

Gil F.J., Planell J.A., Padros A., Aparicio c.:

[25] The effect of shot blasting and heat treatment on the fatigue

behavior of titanium for dental implant applications. Dent. Mater. 2007, 23, 486–491.

Ada council On Scientific Affairs: Titanium applications in dentistry. J. Am. Dent. Assoc. 2003, 134, 347–349. [26]

Pohler O.E.M.:

[27] Unalloyed titanium for implants in bone surgery. Injury Int. J. care Injured. 2000, 31, 7–13. Fathi M.H., Mortazavi V.:

[28] Tantalum, niobium and titanium coatings for biocompatibility. Improvement of dental implants. Dent. Res. J. 2007, 4, 2, 74–82.

Srimaneeponga V., YoneYamab T., KobaYaShic e., DoiD h., hanawaD T.:

[29] 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.

Adya N., Alam M., Ravindranath T., Mubeen A., Saluja B.:

[30] corrosion in titanium dental implants: literature

revive. J. Ind. Prosthod. Soc..2005, 5, 126–131. Bedi R.S., Beving D.E., Zanello L.P., Yan Y.:

[31] Biocompatibility of corrosion-resistant zeolite coatings for

tita-nium alloy biomedical implants. Acta Biomater. 2009, 5, 3265–3271. chaturvedi T.P.:

[32] An overview of the corrosion aspect of dental (titanium and its alloys). Ind. J. Dent. Res. 2009, 20, 91–98.

cortada M., Giner L.L., costa S., Gil F.J., Rodriâguez D., Planell J.A.:

[33] Galvanic corrosion behavior of

tita-nium implants coupled to dental alloys. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2000, 11, 287–293. Grosgogeat B.,

[34] Boinet M., Dalardb F., Lissac M.: Electrochemical studies of the corrosion behaviour of

tita-nium and the Ti–6Al–4V alloy using electrochemical impedancje spectroscopy. Bio-Medical Mater. Engineer. 2004, 14, 323–331.

ioneScu D., popeScu b., DemeTreScu i.:

[35] The kinetic parameters in electrochemical behaviour of titanium in artificial saliva. http://www.chimie.unibuc.ro/biblioteca/anale/2002a/77-83.pdf.

Taher N.M., Al Jabab A.S.:

[36] Galvanic corrosion behavior of implant suprastructure dental alloys. Dent. Mater. 2003, 19, 54–59.

Krupa D., Baszkiewicz J., Kozubowski J.A., Lewandowska-Szumieł M., Barcz A., Sobczak J.W., Biliński [37]

A., Rajchel A.: Effect of calcium and phosphorus ion implantation on the corrosion resistance and biocompati-bility of titanium. Biomed Mater. Eng. 2004, 14, 525–536.

Kinani L., Najih R., chtaini A.:

[38] corrosion inhibition of titanium in artificial saliva containing fluoride. Leonardo J. Sci. 2008, 12, 243–250.

Johanson B.I., Bergman B.:

[39] corrosion of titanium and amalgam couples: Effect of fluoride, area size, surface preparation and fabrication procedures. Dent. Mater. 1995, 1, 41–46.

Strietzel R., Hösch A., Kalbleisch H., Buch D.:

[40] In vitro corrosion of titanium. Biomaterials 1998, 19, 1495–1499.

Koczorowski R., Hemerling M., Szponar E., Wiśniewska-Spychała B.:

[41] A study of bacterial flora of

intra-bony pockets after the loss of implants caused by periimplantitis. Pol. J. Environ. Stud. 2007, 16, 6c, 124–129. Kuphasuk c., Oshida Y., Andres c.J., Hovijitra S.T., Barco M.T., Brown D.T.:

[42] Electrochemical corrosion of

titanium and titanium-based alloys. J Prosthet. Dent. 2001, 85, 195–202. Martin E., Manceur A., Polizu S., Savadogo O., Wuc M.H., Yahia L.:

[43] corrosion behaviour of a

beta-tita-nium alloy. Biomed. Mater. Eng. 2006, 16, 171–182. Oda Y., Okabe T.:

[44] Effect of corrosion on the strength of soldered titanium and Ti–6Al–4V alloy. Dent. Mater. 1996, 12, 167–72.

Olmedo D.G., Duffo G., cabrini R.L., Guglielmotti M.B.:

[45] Local effect of titanium implant corrosion: an

experimental study in rats. Int. J. Oral Maxillofac. Surg. 2008, 37, 1032–1038. Śpiewak R., Brewczyński P.:

[46] 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.

Muris J., Feilzer A.J.:

[47] Micro analysis of metals in dental restorations as part of a diagnostic approach in metal allergies. Neuroendocrinol. Lett. 2006, 27, 49–52.

Ungersböck A., Perren S.M., Pohler O.:

[48] 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. Tomizawa Y., Hanawa T.:

[49] corrosion of pure titanium sternal wire. Ann. Thorac. Surg. 2007, 84, 1012–1014. Müller K., Thon E. V.:

[50] Hypersensitivity to titanium: clinical and laboratory evidence. Neuroendocrinol. Lett. 2006, 27, 31–35.

Stejskal V., Hudecek R., Stejskal J., Sterzl I.:

[51] Diagnosis and treatment of metal-induced side-effects.

Neuroendocrinol. Lett. 2006, 27, 7–16. Urbanek-Brychczyńska M.:

[52] Ilościowa ocena uwalniania jonów metali ciężkich ze stopów dentystycznych. Rozprawa doktorska, Poznań 2001.

Śpiewak R.:

[53] Alergia kontaktowa – diagnostyka i postępowanie. Alergia Astma Immunol. 2007, 12, 109–127. Egusa H., Ko N., Shimazu T., Yatani H

[54] .: Suspected association of an allergic reaction with titanium dental

implants: a clinical report. J. Prosthet. Dent. 2008, 100, 344–347.

Thon E. V., Müller K., Guzzi G., Kreisel S., Ohnsorge P., Sandkamp M.:

[55] LTT-MELISA® is clinically relevant

for detecting and monitoring metal sensitivity. Neuroendocrin. Lett. 2006, 27, 17–24. Lalor P.A., Gray A.B., Wright S., Railton G.T., Freeman M.A., Revell P.A.:

[56] contact sensitivity to titanium

in a hip prosthesis? contact Dermat. 1990, 23, 193–198. Friedmann P.c.:

[57] contact sensitization and allergic contact dermatitis: immunobiological mechanism. Toxicol. Lett. 2006, 162, 49–54.

czarnobilska E., Obtułowicz K., Wsołek K., Piętowska J., Śpiewak R.:

[58] Mechanizmy alergii na nikiel. Prz.

Lek. 2007, 64, 7–8.

Thomas P., Bandl W.D., Maier S., Summer B., Przybilla B.:

[59] 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.

Śpiewak R.:

[60] Patch testing for contact allergy and allergic contact dermatitis. Allergy J. 2008, 1, 42–51. Thon E. V., Schiwara H. W.:

[61] Validity of MELISA® for metal sensitivity testing. Neuroendocrinol. Lett. 2003, 24, 57–64.

Adres do korespondencji:

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