1.Giriş
2.Malzeme ve Yöntemler
3.Sonuç
4.Görüşler
5.Karar


  Önsöz

    Burada yer alan çalışmanın amacı; tavşan kaval kemiğine yerleştirilen lazerle hazırlanmış yüzeye sahip ve makina ile hazırlanmış yüzeye sahip titanyum implantların, 8 hafta sonra dönme kuvvetlerini karşılaştırarak değişik yüzey dokularında oluşan etkilerini değerlendirmektir.

    Söz konusu çalışma için 5mm uzunluğunda, 3,75 mm çapında toplam 14 adet vida şeklinde ticari alanda da kullanılan saf titanyum implantlar aşağıda yer alan şekilde gruplandırılmıştır.
    Grup A: Makina yapımı yüzeyli 7 adet implant
    Grup B: Lazer metodunun uygulandığı 7 adet implant ( Kore, Daegu , CSM şirketi, CSM implantları).

    Lazer yüzeyli ve makine yüzeyli implantlarının, yüzey yapılarını karşılaştırmak için elektron tarayıcı mikroskop (Japon Hitachi S-4200) ile topografik değerlendirme yapılmıştır. Ön yivlemeden sonra Branemark protokolüne göre, makina implantları kaval kemiği meta-yapısının sağ bölgesine, lazer implantlar ise yapının sol bölgesine yerleştirilmiştir.

    8 hafta deney süresince cerrahi olarak 7 adet tavşan kullanılmıştır. İmplant yerleri yarılmış , implantların üzerinde yer alan kemik ve yumuşak dokular dikkatlice çıkarılmıştır. Müteakip olarak , implantların geri sökülmesinde kullanılan kuvvetin (n = 14) ölçülmesinde dijital tork (eğilme momenti) ölçme aleti kullanılmıştır. ( Mark-10 Corporation USA)

    Her iki grubunda elektron mikrografikleri tarandığında, derin ve düzenli petekler halinde küçük gözeneklerin oluştuğu ispatlanırken, makina yüzeyli implant uygulamasında tipik mikroskopik yivlerin gerçekleştiği ve nispteten daha düzgün bir yüzeyin oluştuğu görülmüştür. 8 haftalık implant uygulaması sırasında , ortalama eğilme momenti makina yüzeyli implantlar için 23.58 ± 3.71 Ncm olurken, lazer yüzeyli implantlar için 62.57 ± 10.44Ncm'dir. Makina yüzeyli implantlar ile lazer yüzeyli implantlar arasındaki fark, istatistiksel olarak eğilme momenti (tork) ölçümlerinin ortaya koyulması ile kabul edilmiştir. (ps = 0.00055) (Wilcoxon'un signed-rank testi)

    Lazer uygulamasının yapıldığı grup, makina grubuna göre daha yüksek sökülme tork (eğilme momenti) değerleri elde etmeyi başarmıştır.

1. Giriş

    Bugüne kadar kemik-implant arayüzünün kalitesinin ve sayısının geliştirilmesi amacı ile, bir çok implant yüzey modifikasyonları kullanılmıştır. Diğer yüzey modifikasyonlarına benzemeyen bir teknik olan lazer-oyma tekniği asıl olarak malzeme mühendisliğinde kullanılan bir tekniktir [1].Bu işlem, sertliği çokça arttırarak korozyonu önlerken, emsalsiz mikro yapılarda ya da kullanışlı yüzey özelliklerine sahip yapılarda sonuçlar verir [1]. Lazer metodunun, iyi bir ossintegrasyon için, yeterli kaba bir yapıyla daha yüksek derecede saflığın üretilebileceği yeni bir implant yüzey uygulama metodu olduğu görülmüştür [2].Söz konusu yüzey modifikasyonlarının gelişmesi ve kullanımı, "kemik-implant kurgu topografisinin arttırılması ya da implant yüzeyinin genişletilmesi" teorisinin başarısına dayanmaktadır.

    Sökülme torku metodu kemik-implant kurgusunu tanımlamak için kullanılmakta olup implantın derecesi ile aralarında olumlu bir ilişkilendirilme söz konusudur [3].

    Yukarıda da belirtildiği gibi, çalışmanın amacı saf titanyumla oluşturulan lazer ya da makine yüzeyli implantların geri sökülmesi için gerekli kuvvetleri karşılaştırarak değişik yüzey dokularında oluşan etkileri değerlendirmektir.

2. Malzeme ve Yöntemler

2.1. Hayvanlar ve Anestezi

    Bu çalışma da ağırlıkları 3.1 ila 4 kg arasında değişen 10 adet yetişkin beyaz tavşan kullanılmıştır. Hayvanların anestezileri ketamin (Ketara®, Yuhan Corporation, Seul, Kore 44 mg/vücut ağırlığı-kg) ve xylazine (Rompun®, Bayer Kore , Seul, Kore 7 mg/vücut ağırlığı-kg.) kombinasyounundan kasiçi metodu ile yapılmıştır. Cerrahi operasyondan önce %2 yoğunlukta 1.8 ml lidocain kaval kemiğine ve deneyin yapılması planlanan bölgelere lokal olarak enjekte edilmiştir. Cerrahi operasyondan sonra tüm hayvanların her birine 0.3 mg antibiyotikli (Baytril® Bayer, Kore, Seul) IM, 1 ml analgesics (Nobin®,Bayer Kore, Seul) ve 1 ml metabolite (Katosal®,Bayer Kore, Seul) enjekte edilmiştir. Tavşanların kilolarına ve hareketlerine tıbbi olarak müdahele edilmemiştir. Operasyondan 8 hafta sonra, tavşanlar fazla anestezi verilerek deneyde kullanılmak üzere kurban edilmişlerdir.

2.2 Yüzey uygulaması

    Baştada belirtildiği gibi 5mm uzunluğunda, 3.75 mm çapında toplam 14 adet vida şeklinde ticari alanda da kullanılan saf titanyum implantlar aşağıda yer alan şekilde gruplandırılmıştır.
    Grup A: Makinadan geçirilmiş 7 adet implant
    Grup B: Lazer metodunun uygulandığı 7 adet implant ( Kore, Daegu , CSM şirketi, CSM implantları).

    Lazer uygulamasının, implant vidaların şeklini çok büyük ve sert şekilde değiştirmediğini kanıtlamak üzere her iki gruptan rastgele seçilen implantların dış çaplarını ölçmek için dijital kontöre sahip Nikon Mezuraskop 10 (Nikon, Tokyo, Japonya) kullanılmıştır.

2.3 Elektron Mikroskop Taranması (SEM)

    Lazer uygulaması olan Grup B ve makine implantları olan Grup A'nın yüzey yapılarını karşılaştırmak için topografik değerlendirme SEM (Hitachi S-4200, Japonya) ile yapılmıştır.

2.4. Enerji Spektroskopisi

    İmplantların element analiz değerlendirmesinde açığa çıkan enerjinin hesaplanması için X-ray spektroskopi (EDAX : Horiba Ex-300, Japan) kullanılmıştır.

2.5. İmplant Yerleştirmesi

    Cerrahi operasyondan önce , operasyon bölgeleri %70 ethanol ve iyot ile sterilleştirilmiş aynı zamanda traşlanmıştır. Kaval kemiği yapısı sırası ile deri,fascia ve periyost kanalı ile yarılmıştır. Hazırlık bölgesinde yer alan kemik 2 mm çapında yuvarlak drill ile 2 ve 3.3 mm çapında bükme drillerle bol lavajlarla düşük hızla dönecek şekilde yivlenmiştir. Ön yivlemeden sonra makine yüzeyli implantları (Grup A) kaval kemiğinin sağına ve lazer yüzeyli implantlar (Grup B) kemiğin soluna yerleştirilmiştir.

    Tüm implantlar sadece ilk kortikel katmanına nüfuz edecek şekilde olup yerleştirmeden sonra mucoperiosteum ve kas dokusu değişik katmanlarda emilebilir dikişler kullanılarak dikilmiştir.

2.6. Tork Ölçümleri

    8 hafta boyunca 7 adet tavşan kullanılmıştır. İmplant bölgeleri açılmış, implantların üzerinde oluşan kemik ve yumuşak dokular dikkatlice temizlenmiştir.Daha sonra, implantları sökmek için kullanılan kuvvet (n = 14) dijital tork aleti (Mark-10 Corporation USA) ile ölçülmüştür. İmplant ile kemik arasındaki kırılma esnasında çıkan maksimum söküm torku sonuç olarak kaydedilmiştir.

2.7. İstatistiksel Analiz

    İki grup arasındaki tork ölçümlerinin analizinde olasılık değerlerini hesaplamak üzere Wilcoxon's signed-rank testi uygulanmıştır.

3. Sonuç

3.1. Topografik Değerlendirme (SEM)

    Nikon mezuraskop 10 kullanılarak, iki grupta yer alan implantların dış çaplarının arasında çok küçük farklar olduğu bulunmuştur. Makina implantlarının dış çapları 3.751 mm iken lazer implantlarınınki 3.737 mm olduğu görülmüştür.

    Lazer grubu ile makina grubunun mikrografik elektron taranması ile aralarında mikroskopik farklar olduğu ispatlanmıştır. SEM yüzeyleri Şekil 1'de görülmektedir. Lazer-oyma metodu derin düzenli ve petek dokulu küçük gözenekler yaratırken, makina uygulaması mikroskobik şekilde yivlenmiş ve nispi düzgün yüzey karakteri ortaya koymuştur. Lazer yüzeyinde gözenekler arasında mesafe 10-12 µm'dir.

3.2. Enerji Spektroskopisi

    EDAX (Horiba Ex-300, Japan) 'ın sonuçları lazer-oyma metodu sırasında hiç bir bulaşmanın olmadığını ispatlamaktadır. (Bkz. Şekil 2)

3.3. Söküm Tork Ölçümleri

    İmplant yerleştirmesinin ardından geçen 8 haftadan sonra, makina implantları için söküm torku ortalaması 23.58 ± 3.71 Ncm, lazer implantları için ise 62.57 ± 10.44 Ncm'dir.

Şekil 1		Şekil 2

    Söküm torku sonuçları Tablo 1.'de özetlenmiştir. Makina grubu ile lazer-oyma grubunun arasında belirgin büyük farklar olduğu görülen bir haldir. (p<0:001) Lazer grubuna yüksek söküm torkları ilişkilendirilirken en düşük torkun makina implantında gerçekleştiği ispatlanmıştır.

4. Görüşler

    Roberts [4] RW'ye göre tavşanlarda yeniden yapılanan kemiğin eş değerde yük taşıyan lamellar kemiği haline gelmesi 6 haftayı alan bir süredir. Çalışmamızda iyileşme süresini 8 hafta tutmamızın nedeni, kemiğin hızlı gelişme oranının implant kemik arayüzünün mekanik olarak bütünleşmesinde çok önemli bir nokta olmasından kaynaklamaktadır. Ancak, söküm tork değeri ile kemik-implant bağıntısındaki olası farkları ifşa etmek için daha uzun takip periyodları (örneğin 12 hafta ya da 6 ay) gerekli olabilir.

Tablo 1
Dönme tork değerleri (Ncm)
Tavşan No.	Makine yüzey	Lazer yüzey
1	23.61	83.95
2	26.44	66.44
3	20.90	51.30
4	18.53	57.1
5	24.52	58.98
6	29.60	59.79
7	21.47	60.34
Ortalama	23.58	62.57
SD	3.71	10.44
*p değeri = 0.00055.

    Cordioli [5], aynı koşullar altında makina yüzyli implantlarının söküm torklarının ortalama 25.28 Ncm, kumlama yüzeyli implantların 26.85 Ncm, plazma sprey yüzeyli implantların 29.57 Ncm ve asit-oyma yüzyli implantların 40.85 Ncm olduğunu raporlarında belirtmiştir.

    Bir kaç çalışma raporuna göre, çeşitli topografilerin pürüzlü implant yüzeylerinin makina implant yüzeyleri ile karşılaştırıldığında, daha fazla miktarda kemik ilavelerine ve daha yüksek söküm torklarına sahip oldukları ispatlanmıştır [6-9]. Transkortical modelini kullanan Tomas [10], pürüzlü implantların düz implantlara göre kemik üzerinde daha fazla yüzey kapladığını ve mükemmel arayüz kuvvetine sahip olduğunu bulmuştur. Buser [11], implant yüzey pürüzlüğünün arttırılmasının genelde daha fazla yüzeyin kemik tarafından kaplanması ile doğru orantılı olduğunu bulmuştur. Pürüzlü yüzeyin diş implantlarının başarısında en önemli faktörlerden biri olduğu hala kabul görmektedir.

    Laser-oyma tekniği bir çeşit eksiltici metoddur. Bu sebeple Lazer uygulamalardan önce ve sonra implantların dış çaplarındaki değişimler ölçülmüştür. Sadece ufak farkların bulunduğu gözlemlenmiştir.

    Bu çalışma gösteriyor ki; lazer grubu makina grubuna göre daha yüksek söküm torklarına sahip olmayı başarmıştır. Daha yüksek söküm torkları esasen daha yüksek kemik-implant yapısını teşkil etmektedir [12].Bu araştırmada yer alan yüksek tork değerleri implant yüzeylerine göre değişklikler arz edebilir.

    Wennerberg [13], yüksek yüzey pürüzlülüğünün uygun ossintegrasyon için tek başına yeterli bir kriter olmadığını öne sürmüştür. Yüzey pürüzünü oluşturan biçim, büyüklük , girinti ve çıkıntıların dağılımı tüm yapıyı ve mekanik bağlantılı kemik-implant arayüzünü belirgin şekilde etkiler.

Şekil 3		Şekil 4

    Mekanik bağlantı; biyokimyasal bağın kalsiyum yüzey kimyasına dayanırken oluşturduğu mikroporous yüzey yapısıdır [14]. Yazarın deneyinde, iki yüzeyin kimyasal bileşkesi oldukça benzerdir. (Şekil 4) Bu da kalsiyumun rolünün silinebilceği anlamına gelmektedir.

    Titanyum implantlarının yüzeyindeki oksit kalınlığını arttırmanın kemiğin vereceği cevabı olumlu yönde arttıracağı kanıtlanmıştır. Ancak, söz konusu kuvvetlendirilmiş kemiğin vereceği cevabın etkisi sadece yukarıda ki koşula bağlı olmayabilir. Diğer yüzey parametrelerinde yer alan değişikliklerde buna etkendir [14].

    Gözenek çapının rolüde lazer uygulamalı yüzeyin makineli yüzeye göre daha fazla söküm torku göstermesinde sonuçları etkilemektedir. Bu sebeple, gözenek bağlantı yüzey alanın kemik ve gözenekler arasındaki alan da dahil olmak üzere açılması gereklidir.

    Mustafa [15], insan çene yapısında bulunan hücrelerin çoğalmasının ve farklılaşmasının, titanyum implant yüzeyinin pürüzlülüğü ile arttığını ancak yıkıcı parçacıkları 300 µm'ye arttırmak kaydı ile; ilk ekte yer alan hücreler ile önceden dönüşmüş ve 63-90 µm ile yıkıcı parçacıklara sahip yüzeylerle karşılaştırıldığında bir artış görülmediğini rapor etmiştir. Itala [16], gelişmekte olan mineralize edilmiş bir kemik için uygun gözenek büyüklüğünün 100-400 µm arası olabileceğini göstermiştir. Fakat söz konusu gözenek büyüklüğü yüklenmesiz taşımanın limitleri sebebi nedeni ile klinik durumlarda direkt olarak uygulanamaz.

    Muller [17], titanyum yüzeye polimer yapıştırılması ve bağ yapısının kuvvetlenmesi için durağan Ti-oksid tablolarının yüzey üzerinde oluşturulması sayesinde gelişmiş bir biyolojik yapıya sahip olunabileceğini ve gelişme kaydedilebileceğini, TEA-CO2 irradyasyon sonuçları ile ispatlamıştır [13]. Shigematsu [18], lazer irradyasyonu kullanılan yüzey işleminde titanyumda yer alan mekanik özelliklerin bozulmayacağını rapor etmiştir. Sebebi ise lazer buharının yüksek ısılarda titanyumun sadece yüzeyini ısıtmasıdır [18].

    Gaggl [2], birbirinden farklı dört implant yüzeyi üzerinde yoğunlaşarak lazer yüzey yöntemini analiz etmiştir. Makine pürüzlülüğüne sahip yüzey, titanyum sprey kaplı yüzey, aliminyum oksitli yüzey ve lazerle işlenmiş yüzeylerden her biri denenmiştir. Yüzeylerin değerlendirilmesi SEM ile gerçekleştirilmiştir. Bulanma (kirlilik) derecesi ise EDS analizi sayesinde tespit edilmiştir.

    Gaggl [2]'ın yüzeyi ilk olarak düzenli 30-50 µm daha sonra 10 µm olan eriyen inci yapısıdır. Gaggl lazer ile işlenmiş titanyum yüzeylerin iyi ossintegrasyon için yüksek saflıkta ve yeterli pürüzlülük gösterdiğini rapor etmiştir. EDS analizi ise, lazer uygulamasının diğer uygulamalara nazaran implantın yüzeyinde daha yüksek saflığa sahip olduğunu ortaya koymuştur. Aluminyum oksid-yıkıcı implantlar ise yüzeyin aluminyum tanecikleri ile bulanmasına (kirlenmesine) sebebiyet vermiştir. Titanyum plazma (spray) kaplamalı yüzey ise ossintegrasyon özelliklerine sahip olmayan yüksek derecede kirliliğe sebep verecek parçacıklara yol açmıştır [2].

    Burada yer alan çalışma; 10-12 µm aralıklarda ([Şekil 2]), 25 µm çaplı ve 20 µm derinliğe sahip düzenli mikrogözenek modelini göstermektedir ([Şekil 3]).

    Bu çalışmada test edilen lazer uygulamalı yüzey söküm torku, titanyum plazma (sprey) kaplı yüzey, yıkılmış ve asid oymalı gibi ya da bunların kombinasyonlarından oluşan implant yüzeylerindeki söküm torku ile karşılaştırılmalıdır.

5. Karar

    Lazer yüzeyli grup, makina yüzeyli grup ile karşılaştırıldığında daha yüksek söküm tork değerleri elde etmeyi başarmıştır.

    Tork ölçümleri istatistiksel olarak makine grubu (Grup A) ve lazer oyma grubu (Grup B) arasında herkesin kabul ettiği belirli farklar ortaya koymuştur.

Kaynaklar


    [1] Picraux ST, Pope LE. Tailored surface modi.cation by ion implantation and laser treatment. Science 1984;226:615-22.


    [2] Gaggl A, Schultes G, Muller WD, Karcher H. Scanning electron microscopical analysis of laser-treated titanium implants surfaces -a comparative study. Biomaterials 2000;21:1067-73.


    [3] Johansson CB, Albrektsson T. A removal torque and historphometric study of commercially pure niobium and titanium implants in rabbit bone. Clin Oral Implant Res 1991;2:24-9.


    [4] Roberts RW, Smith RK, Zibermann Y, Mozsary PG, Smith R. Osseous adaptation to continuous loading of rigid endosseous implants. Am J Orthod 1984;86:95-111.


    [5] Cordioli G, MajzoubZ, Piatelli A, Scarano A. Removal torque and histomorphometric investigation of 4 different titanium surfaces. Int J Oral Maxillofac Implants 2000;15:668-74.


    [6] Kieswetter K, Schwartz Z, Dean DD, Boyan BD. The role of implants surface characteristics in the healing of bone. Crit Rev Oral Biol Med 1996;7(4):329-45.


    [7] Boyan BD, Hummert TW, Dean DD. Role of material surfaces in regulating bone and cartilage cell response. Biomaterials 1996; 17:137-46.


    [8] Cochran DL, Simpson J, Weber HP, Buser D. Attachment and growth of periodontal cells on smooth and rough titanium. Int J Oral Maxillofac Implants 1994;9:289-97.


    [9] Brunette DM. The effects of implant surface topography on the behavior of cells. Int J Oral Maxillofac Implants 1998;3:231-46.


    [10] Thomas KA, Cook JKJF, Cook SD, Jarcho M. The effect of surface macrotexture and hydroxylapatite coating on the mechanical strengths and histologic pro.les of titanium implant materials. J Biomed Mater Res 1987;21:1395-414.


    [11] Buser D, Schenk RK, Steinemann S, Fiorellini JP, Fox CH, Stich H. In.uence of surface characteristics on bone integration of titanium imlants, a histomorphometric study in miniature pigs. J Biomech Mater Res 1991;25:889-902.


    [12] Johansson C, Albrektsson T. Integration of screw implants in the rabbit: a 1-year follow-up of removal torque of titanium implants. Int J Oral Maxillofac Implants 1997;2:69-75.


    [13] Wennerberg A, Albrektsson T, Lausmaa J. Torque and histomorphometric evaluation of c.p. titanium screws blasted wit 25- m and 75- m sized particles of A12O3. J Biomed Mater Res 1996;30:251-60.


    [14] Sul YT. On the bone response to oxidized titanium implants. Ph.D. thesis, Department of Biomaterials/Handicap Research, University of Gothenburg, Sweden; 2002.


    [15] Mustafa K, Wennerberg A, Wroblewski J, Hultenby K, Lope BS, Arvidson K. Determining optimal surface roughness of TiO (2) blasted titanium implant material for attachment, proliferation and differentiation of cells derived from human mandibular alveolar bone. Clin Oral Implant Res 2001;12:515-25.


    [16] Itala AI, Ylanen HO, Ekholm C, Karlsson KH, Aro HT. Pore diameter of more than 100 mm is not requisite for bone ingrowth in rabbits. J Biomed Mater Res 2000;58:679-83.


    [17] Muller WD, Seliger K, Meyer J. The improvement of adhesion of polymer of titanium surface after treatment with TEA-CO2 laser irradiation. J Mater Sci Lett 1994;5:692-4.


    [18] Shigematsu I, Nakamura M, Saitou N, Shimojima K. Surface hardening treatment of pure titanium by carbon dioxide laser. J Mater Sci Lett 2000;19:967-70.