Actual problems in dentistry Actual problems in dentistry Проблемы стоматологии 2077-7566 2412-9461 41021 10.18481/2077-7566-20-16-4-122-129 ХИРУРГИЧЕСКАЯ СТОМАТОЛОГИЯ И ИМПЛАНТОЛОГИЯ SURGICAL DENTISTRY AND IMPLANTOLOGY ХИРУРГИЧЕСКАЯ СТОМАТОЛОГИЯ И ИМПЛАНТОЛОГИЯ STUDY BY THE METHOD OF ELEKTRONIC PARAMAGNETIC RESONANCE OF THE INFUENCE OF PHYSICS-CHEMICAL AND STRUCTURAL CHARACTERISTICS OF BONE TISSUE ON THE PROCESSES OF OSSEOINTEGRATION OF DENTAL IMPLANTS WITH DIFFERENT MICROSTRUCTURE OF THE SURFACE ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОСТНОЙ ТКАНИ НА ПРОЦЕССЫ ОСТЕОИНТЕГРАЦИИ ДЕНТАЛЬНЫХ ИМПЛАНТАТОВ С РАЗЛИЧНОЙ МИКРОСТРУКТУРОЙ ПОВЕРХНОСТИ Челышев Юрий Александрович Chelyshev Yuriy Aleksandrovich Гришин Петр Олегович Grishin Petr Olegovit phlus8@mail.ru

кандидат медицинских наук;

candidate of medical sciences;

 Савранский Филипп Захарович Savranskiy Filipp Zaharovich elinaelina16@hotmail.com

доктор медицинских наук;

doctor of medical sciences;

 Гафуров Марат Ревгерович Gafurov Marat Revgerovich Калинникова Елена Александровна Kalinnikova Elena Aleksandrovna elena-vilkova@inbox.ru Чигарина Светлана Егоровна Chigarina Svetlana Egorovna apelisin91@yandex.ru

кандидат медицинских наук;

candidate of medical sciences;

 ФГБОУ ВО Казанский ГМУ Минздрава России Россия ФГБОУ ВО Казанский ГМУ Минздрава России Russian Federation Казанский государственный медицинский университет Kazan State Medical University Иерусалимский университет Израиль Иерусалимский университет Israel Казанский федеральный университет / Институт физики Казань Россия Kazan Federal University / Institute of Physics Kazan Russian Federation Казанский государственный медицинский университет Казань Россия Kazan State Medical University Kazan Russian Federation Самарский государственный медицинский университет Самара Россия Samara State Medical University Samara Russian Federation 28 12 2020 28 12 2020 16 4 122 129 03 12 2020 10 12 2020 https://dental-press.ru/en/nauka/article/41021/view

Цель. Изучение методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) физико- химических и структурных особенностей костной ткани и их влияние на процессы остеоинтеграции при проведении дентальной имплантации с использованием имплантатов с разной макро-микроструктурой поверхности. Материал и методы. Экспериментальное исследование проведено на 7 вьетнамских вислобрюхих мини-свиньях. Под наркозом методами непосредственной и отсроченной имплантации устанавливали имплантаты с различной макро-микроструктурой поверхности (SLA, RBM, ). На разных сроках эксперимента, после соответственного обезболивания, щадящим методом производили удаление имплантатов с небольшими фрагментами периимплантной костной ткани. Макропрепараты костной ткани челюстей после распиливания на блоки и извлечения имплантатов, а также соответствующей подготовки, исследовали методом стационарного электронного парамагнитного резонанса. Результаты. Исследование выявило, что введение имплантата в челюстную кость приводит к структурным изменениям окружающей имплантат костной ткани. После предварительного облучения в исследуемых образцах наблюдали спектры ЭПР, обусловленные различными типами парамагнитных центров. Идентифицированы два типа центров: и F-центр. Спектр второго типа отражает присутствие в гидроксиапатитах дефектов решетки, связанных с изоморфизмом Полученные данные свидетельствуют о том, что одной из причин более высокого содержания свободных радикалов (СР) в костной ткани в результате облучения после проведения дентальной имплантации является ослабление химических связей, большая мобильность фрагментов, составляющих ее структуру. Надо полагать, что высокое содержание СР в костной ткани в послеоперационном периоде есть не что иное, как результат нарушения процесса минерализации, который сопровождается заменой фосфатных групп на ионы карбоната, находящиеся в свободнорадикальном состоянии. Выявлено также, что структурная целостность кости в значительной мере зависит от степени упорядоченности микрокристаллов гидроксиапатита. По данным ЭПР наиболее благоприятное восстановление кости (процесс остеоинтеграции) происходит при использовании имплантатов с поверхностью. Выводы. Исследования методом ЭПР нативных и карбонатных радикалов являются уникальным инструментом для изучения физико-химических и структурных особенностей костной ткани и их роли в процессе остеоинтеграции имплантатов. Скорость остеоинтеграции для имплантатов с разной микроструктурой поверхности неодинакова. Показатель ЭПР может быть использован как дополнительный метод контроля интеграции имплантатов в костную ткань.

Aim. Study by the method of electronic paramagnetic resonance (EPR) physical- chemical and structural features of bone tissue and their effect on the processes of osseointegration during dental implantation using implants with different macro-microstructure of the surface. Material and methods. The experimental study was conducted on 7 Vietnamese visobryu-pig mini-pigs. Under anesthesia, implants with different macro-microstructures of the surface (SLA, RBM, ) were installed under the methods of direct and delayed implantation. At different dates of the experiment, after the appropriate anesthesia, the gentle method was to remove implants with small fragments of periemplant bone tissue. Macro-drugs of bone tissue of the jaws after sawing on blocks and extraction of implants, as well as appropriate preparation, were investigated by the method of stationary electronic paramagnetic resonance. Results. As a result of the study it was revealed that the insertation of the implant into the jaw bone leads to structural changes in the surrounding bone implant. After prior exposure, the EPR spectrums, caused by different types of paramagnetic centers, were observed in the samples studied. Two types of centers, , have been identified. and F is the center. The spectrum of the second type reflects the presence in hydroxiapatites of lattice defects associated with isomorphism, and, . The findings suggest that one of the reasons for the higher content of free radicals (SR) in bone tissue derived from radiation, after dental implantation is the weakening of chemical bonds, greater mobility of fragments that make up its structure. It must be assumed that the high content of SR in the bone in the postoperative period is nothing but a result of the disruption of the mineralization process, which is accompanied by the replacement of phosphate groups with carbonate ions that are free-radicalized. It has also been revealed that the structural integrity of the bone depends to a large extent on the degree of orderliness of microcrystals of hydroxyapatite. According to EPR, the most favorable bone recovery (the process of osseointegration) occurs when using implants with a surface, . Conclusions. EPR research of native and carbonate radicals is a unique tool for studying the physical and chemical and structural features of bone tissue and their role in the process of osseointegration of implants. The speed of osseointegration for implants with different microstructures of the surface varies. EPR can be used as an additional method to control the integration of implants into bone tissue.

 электронный парамагнитный резонанс имплантаты свободные радикалы остеоинтеграция костная ткань апатит карбонатные группы непосредственная имплантация стоматология клинические исследования electronic paramagnetic resonance implants free radicals osseointegration bone tissue apatite carbonate groups immediate implantation dentistry clinical study

Павленко А. Б., Горбань С. А., Илык Р. Р., Штеренберг Б. Поверхность имплантата, ее роль и значение в остеоинтеграции. Современная стоматология. 2009; 4:101-108. [A.B. Pavlenko, S.A. Gorban, R.R. Ilyk, B. Shterenberg. The surface of the implant, its role and significance in osseointegration. Modern dentistry. 2009; 4:101-108. (In Russ.)]. Pavlenko A. B., Gorban' S. A., Ilyk R. R., Shterenberg B. Poverhnost' implantata, ee rol' i znachenie v osteointegracii. Sovremennaya stomatologiya. 2009; 4:101-108. [A.B. Pavlenko, S.A. Gorban, R.R. Ilyk, B. Shterenberg. The surface of the implant, its role and significance in osseointegration. Modern dentistry. 2009; 4:101-108. (In Russ.)]. Марухно Б. Б., Вахненко А. И. Изучение поверхности имплантатов различных систем. Современная стоматология. 2012; 4:106-109. [B.B. Marukhno, A.I. Vakhnenko. Study of the surface of implants of various systems. Modern dentistry. 2012; 4:106-109. (In Russ.)]. Maruhno B. B., Vahnenko A. I. Izuchenie poverhnosti implantatov razlichnyh sistem. Sovremennaya stomatologiya. 2012; 4:106-109. [B.B. Marukhno, A.I. Vakhnenko. Study of the surface of implants of various systems. Modern dentistry. 2012; 4:106-109. (In Russ.)]. Винников Л. И., Савранский Ф. З., Симахов Р. В., Гришин П. О. Сравнительная оценка поверхностей имплантатов, обработанных технологиями SLA, RBM Clean & Porous. Современная стоматология. 2015; 2: 104-108. [L.I. Vinnikov, F.Z. Savransky, R.V. Simakhov, P.O. Grishin. Comparative evaluation of implant surfaces treated with SLA, RBM Clean & Porous technologies. Modern dentistry. 2015; 2: 104-108. (In Russ.)]. Vinnikov L. I., Savranskiy F. Z., Simahov R. V., Grishin P. O. Sravnitel'naya ocenka poverhnostey implantatov, obrabotannyh tehnologiyami SLA, RBM Clean & Porous. Sovremennaya stomatologiya. 2015; 2: 104-108. [L.I. Vinnikov, F.Z. Savransky, R.V. Simakhov, P.O. Grishin. Comparative evaluation of implant surfaces treated with SLA, RBM Clean & Porous technologies. Modern dentistry. 2015; 2: 104-108. (In Russ.)]. Savransky Ph.Z., Simachov R.V., Sulimov A.F., Grishin P.O. The dynamics of technological improvements of the surface advanced SLA and RBM implants. Innovation solutions in the manufacturing of Humana Dental GmbH implants // East European Journal. - 2016;1 (5):104-110. Savransky Ph.Z., Simachov R.V., Sulimov A.F., Grishin P.O. The dynamics of technological improvements of the surface advanced SLA and RBM implants. Innovation solutions in the manufacturing of Humana Dental GmbH implants // East European Journal. - 2016;1 (5):104-110. Rupp F., Liang L., Geis-Gerstorfer J., Sahiderlr I., Huttih F. Surface characteristics of dental implants. A review // Dent Meter. - 2018;34:40-57. Rupp F., Liang L., Geis-Gerstorfer J., Sahiderlr I., Huttih F. Surface characteristics of dental implants. A review // Dent Meter. - 2018;34:40-57. Cheng B., Niu Q., Cui Y., Jiang W. et al. Effects of different hierarchical hybrid micro/nanostructure surface on implants osseointegration // Clin Implant Dent Res. - 2017;19:539-595. Cheng B., Niu Q., Cui Y., Jiang W. et al. Effects of different hierarchical hybrid micro/nanostructure surface on implants osseointegration // Clin Implant Dent Res. - 2017;19:539-595. Брик Ф. Б. Дубок В. А. Розенфельд Л. Г. и др. Применение ЭПР для изучения процессов ассимиляции имплантатов живой костной тканью. Актуальные проблемы современной медицины. Вестник украинской стоматологической академии. 2007; 7 (1-2):262-266. [F.B. Brick, V.A. Dubok, L.G. Rosenfeld et al. The use of EPR to study the processes of assimilation of implants by living bone tissue. Actual problems of modern medicine. Bulletin of the Ukrainian Dental Academy. 2007; 7 (1-2):262-266. (In Russ.)]. Brik F. B. Dubok V. A. Rozenfel'd L. G. i dr. Primenenie EPR dlya izucheniya processov assimilyacii implantatov zhivoy kostnoy tkan'yu. Aktual'nye problemy sovremennoy mediciny. Vestnik ukrainskoy stomatologicheskoy akademii. 2007; 7 (1-2):262-266. [F.B. Brick, V.A. Dubok, L.G. Rosenfeld et al. The use of EPR to study the processes of assimilation of implants by living bone tissue. Actual problems of modern medicine. Bulletin of the Ukrainian Dental Academy. 2007; 7 (1-2):262-266. (In Russ.)]. Wang Lai Hui., Vittoria Perrotti, Elavia Laculli, Adriano Plattelli, Alessandro Quaranto. The emerging role of cold atmospheric plasma in implantology: a review of the literature // J Nanomaterials. - 2020;10 (8):1505-1016. Wang Lai Hui., Vittoria Perrotti, Elavia Laculli, Adriano Plattelli, Alessandro Quaranto. The emerging role of cold atmospheric plasma in implantology: a review of the literature // J Nanomaterials. - 2020;10 (8):1505-1016. Gabriele Cervino, Luca Fiorillo. Meteials Sandblastid and acide etched titanium dental implants surface. Systematic review and confocal microscopy evaluation // Materials. - 2019;12 (11):1-20. Gabriele Cervino, Luca Fiorillo. Meteials Sandblastid and acide etched titanium dental implants surface. Systematic review and confocal microscopy evaluation // Materials. - 2019;12 (11):1-20. Bazaka K., Jacob M. V., Ostricov K. K. Sustainable life cycles of natural-precursor-derived nanocarbons // Chem Rev. - 2016;116:163-214. Bazaka K., Jacob M. V., Ostricov K. K. Sustainable life cycles of natural-precursor-derived nanocarbons // Chem Rev. - 2016;116:163-214. Shan F.A., Thomsen P., Palmquist A.L. Review of the impact of implants/ Biomaterials on osteocytes // Dent Res. - 2018;97:977-988. Shan F.A., Thomsen P., Palmquist A.L. Review of the impact of implants/ Biomaterials on osteocytes // Dent Res. - 2018;97:977-988. Salerno M., Itri A., Rebaudi A. A surface microstructure of dental implants befor and after insertion: An in vitro study by means scanning probe microscopy // Implant Dent. - 2015;24:248-255. Salerno M., Itri A., Rebaudi A. A surface microstructure of dental implants befor and after insertion: An in vitro study by means scanning probe microscopy // Implant Dent. - 2015;24:248-255. Coelho P.G., Takayma T., Yoo D., Jimbo R. et al. nanometer-scale features on micrometer-scale surface texturing: a bone histological, gene expression and nanomechanical study // Bone. - 2014;65:25-32. Coelho P.G., Takayma T., Yoo D., Jimbo R. et al. nanometer-scale features on micrometer-scale surface texturing: a bone histological, gene expression and nanomechanical study // Bone. - 2014;65:25-32. Kim S., Park C., Moon B., Kim H. E., Jang T. S. Enhancement of osseointegration by direct coating of rh BMR-2 on target-ion induced plasma sputtering treated SLA surface for dental for dental application // Biomater. - 2017;31:807-818. Kim S., Park C., Moon B., Kim H. E., Jang T. S. Enhancement of osseointegration by direct coating of rh BMR-2 on target-ion induced plasma sputtering treated SLA surface for dental for dental application // Biomater. - 2017;31:807-818. Гилинская Л. Г., Окунева Г. Н., Власов Ю. А. Исследование минеральных патогенных образований на сердечных клапанах человека ЭПР спектроскопия. Журнал структурной химии. 2003; 44; 5:678-882. [L.G. Gilinskaya, G.N. Okuneva, Yu.A. Vlasov. Study of mineral pathogenic formations on human heart valves EPR spectroscopy. Journal of Structural Chemistry. 2003; 44; 5:678-882. (In Russ.)]. Gilinskaya L. G., Okuneva G. N., Vlasov Yu. A. Issledovanie mineral'nyh patogennyh obrazovaniy na serdechnyh klapanah cheloveka EPR spektroskopiya. Zhurnal strukturnoy himii. 2003; 44; 5:678-882. [L.G. Gilinskaya, G.N. Okuneva, Yu.A. Vlasov. Study of mineral pathogenic formations on human heart valves EPR spectroscopy. Journal of Structural Chemistry. 2003; 44; 5:678-882. (In Russ.)]. Macary C., Menhall A., Zammarie C., Lombardi T. et al. Primary stability optimization by using fixtures with different thread depth loading implants // Materials (Basel). - 2019; 27; 12 (15):398-411. Macary C., Menhall A., Zammarie C., Lombardi T. et al. Primary stability optimization by using fixtures with different thread depth loading implants // Materials (Basel). - 2019; 27; 12 (15):398-411. Jinno Y., Jimbo R., Tovar N., Taixeira H. S., et al. In vivo evaluation of dual acid-etched implants with identical microgeometry in high-density bone // Implants Dent. - 2017;26:815-819. Jinno Y., Jimbo R., Tovar N., Taixeira H. S., et al. In vivo evaluation of dual acid-etched implants with identical microgeometry in high-density bone // Implants Dent. - 2017;26:815-819. Ritte I.D., Dorogoy A., Shemtov-Yona K. Modeling the effect of osseointegration on dental implants pullout and torque removal tests // Clinical Implant Dentistry and Relate Research. - 2018;86 (2051):713-720. Ritte I.D., Dorogoy A., Shemtov-Yona K. Modeling the effect of osseointegration on dental implants pullout and torque removal tests // Clinical Implant Dentistry and Relate Research. - 2018;86 (2051):713-720. Gaetano Marenzi, Glanrico Spagnuolo, Jone Amilla Sammartino et al. Micro-scale surface patterning of titanium dental implants by anodization in the presence of modifying salts // Materials (Basel). - 2019;12 (11):1753-1764. Gaetano Marenzi, Glanrico Spagnuolo, Jone Amilla Sammartino et al. Micro-scale surface patterning of titanium dental implants by anodization in the presence of modifying salts // Materials (Basel). - 2019;12 (11):1753-1764. Mello C.C., Lemos S.A., Verri F.R., Dos Santos D.M. et al. Immediate implant placement into fresh extraction sockets versus delayed implants into healed sockets: a systematic review and meta - analysis // Int J Oral Maxillofac Surg. - 2017;26 (9):1162-1177. Mello C.C., Lemos S.A., Verri F.R., Dos Santos D.M. et al. Immediate implant placement into fresh extraction sockets versus delayed implants into healed sockets: a systematic review and meta - analysis // Int J Oral Maxillofac Surg. - 2017;26 (9):1162-1177. Pigozo M.N., Rebelo da Costa T., Sesma N., Lagana D.C. Immediate versus early loading of single dental implants: a systematic review and analisis // J Prosthet Dent. - 2018;120 (1):25-34. Pigozo M.N., Rebelo da Costa T., Sesma N., Lagana D.C. Immediate versus early loading of single dental implants: a systematic review and analisis // J Prosthet Dent. - 2018;120 (1):25-34. Бунев Ф. А., Мураев А. А., Гажва Ю. В., Мухаметшин Р. В. и др. Результаты непосредственной дентальной имплантации с немедленной нагрузкой и обоснование протокола математического моделирования. Журнал научных статей. Здоровье и образование в ХХI веке. 2018; 20; 9:62-69. [F.A. Bunev, A.A. Muraev, Yu.V. Gazhva, R.V. Mukhametshin et al. Results of direct dental implantation with immediate loading and substantiation of the mathematical modeling protocol. Journal of scientific articles. Health and education in the XXI century. 2018; 20; 9:62-69. (In Russ.)]. Bunev F. A., Muraev A. A., Gazhva Yu. V., Muhametshin R. V. i dr. Rezul'taty neposredstvennoy dental'noy implantacii s nemedlennoy nagruzkoy i obosnovanie protokola matematicheskogo modelirovaniya. Zhurnal nauchnyh statey. Zdorov'e i obrazovanie v HHI veke. 2018; 20; 9:62-69. [F.A. Bunev, A.A. Muraev, Yu.V. Gazhva, R.V. Mukhametshin et al. Results of direct dental implantation with immediate loading and substantiation of the mathematical modeling protocol. Journal of scientific articles. Health and education in the XXI century. 2018; 20; 9:62-69. (In Russ.)]. Панахов Н. А. О., Махмудов Т. Г. О. Уровень стабильности зубных имплантатов в различные сроки функционирования. Проблемы стоматологии. 2018; 14; 1:89-93. [N.A.O. Panahov, T.G.O. Makhmudov. The level of stability of dental implants at different periods of operation. Actual problems in dentistry. 2018; 14; 1:89-93. (In Russ.)]. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32840697 Panahov N. A. O., Mahmudov T. G. O. Uroven' stabil'nosti zubnyh implantatov v razlichnye sroki funkcionirovaniya. Problemy stomatologii. 2018; 14; 1:89-93. [N.A.O. Panahov, T.G.O. Makhmudov. The level of stability of dental implants at different periods of operation. Actual problems in dentistry. 2018; 14; 1:89-93. (In Russ.)]. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32840697 Сысолятин П. Г., Гюнтер В. Э., Железный П. А., Железный С. П. Остеоинтеграция различных имплантатов при пересадке костного аутотранпплантата в дефект нижней челюсти в эксперименте. Проблемы стоматологии. 2006; 5-6:34-36. [P.G. Sysolyatin, V.E. Gunther, P.A. Zhelezny, S.P. Zhelezny. Osseointegration of various implants during transplantation of a bone autograft into a defect in the lower jaw in the experiment. Actual problems in dentistry. 2006; 5-6:34-36. (In Russ.)]. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32814578 Sysolyatin P. G., Gyunter V. E., Zheleznyy P. A., Zheleznyy S. P. Osteointegraciya razlichnyh implantatov pri peresadke kostnogo autotranpplantata v defekt nizhney chelyusti v eksperimente. Problemy stomatologii. 2006; 5-6:34-36. [P.G. Sysolyatin, V.E. Gunther, P.A. Zhelezny, S.P. Zhelezny. Osseointegration of various implants during transplantation of a bone autograft into a defect in the lower jaw in the experiment. Actual problems in dentistry. 2006; 5-6:34-36. (In Russ.)]. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32814578 Асташина Н.Б., Плюхин Д.В., Делец А.В. Прогнозирование исходов дентальной имплантации на основе изучения уровня продуктов окислительной модификации белков слюны. Проблемы стоматологии. 2017; 13; 3:47-52. [N.B. Astashina, D.V. Plyukhin, A.V. Delets. Predicting the outcomes of dental implantation based on studying the level of products of oxidative modification of saliva proteins. Actual problems in dentistry. 2017; 13; 3:47-52. (In Russ.)]. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30109820 Astashina N.B., Plyuhin D.V., Delec A.V. Prognozirovanie ishodov dental'noy implantacii na osnove izucheniya urovnya produktov okislitel'noy modifikacii belkov slyuny. Problemy stomatologii. 2017; 13; 3:47-52. [N.B. Astashina, D.V. Plyukhin, A.V. Delets. Predicting the outcomes of dental implantation based on studying the level of products of oxidative modification of saliva proteins. Actual problems in dentistry. 2017; 13; 3:47-52. (In Russ.)]. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30109820