Dental and Medical Problems

Dent Med Probl
Index Copernicus (ICV 2020) – 128.41
MEiN – 70 pts
CiteScore (2021) – 2.0
JCI – 0.22
Average rejection rate (2021) – 81.35%
ISSN 1644-387X (print)
ISSN 2300-9020 (online)
Periodicity – quarterly

Download PDF

Dental and Medical Problems

2010, vol. 47, nr 1, January-March, p. 81–88

Publication type: review article

Language: Polish

Biokompatybilność tytanu oraz jego stopów wykorzystywanych w stomatologii

Biocompatibility of Titanium and Its Alloys Used in Dentistry

Krzysztof Makuch1,, Ryszard Koczorowski1,

1 Klinika Gerostomatologii Uniwersytetu Medycznego im. K. Marcinkowskiego w Poznaniu

Streszczenie

Szeroko stosowane współcześnie biomateriały, w tym tytan i jego stopy, wykazują wiele cech i właściwości fizykochemicznych, które determinują sposób ich wykorzystania. Znany ze swojej dużej biokompatybilności, odporności 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 stopach, nowe dane z zakresu korozji oraz coraz częstsze doniesienia o przypadkach alergii na ten pierwiastek, wynikające 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 czwartego 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 jednocześnie, iż powszechnie stosowane w przypadkach alergii na inne metale testy skórne, nie są wiarygodnym sposobem detekcji.

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 immunological 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.

Słowa kluczowe

tytan, stopy tytanu, implanty, alergia, korozja, test MELISA

Key words

titanium, titanium alloys, implants, allergy, corrosion, MELISA test

References (61)

  1. Dutkiewicz J., Maziarz W., Kuśnierz J., Jaworska L.: Nanokrystaliczny tytan i jego stopy – wytwarzanie i własności. Inż. Stomat. Biomat. 2007, 4, 1, 2–6.
  2. Lijian Z., Ti-Sheng C., Wei W., Lei C.: Study of commercially pure titanium implants bone integration mechanism. Eur. J. Plast. Surg. 2000, 23, 301–304.
  3. McCracken M.: Dental implant materials: commercially pure titanium and titanium alloys. J. Prosthod. 1999, 8, 40–43.
  4. Pryliński M., Limanowska-Shaw H.: Właściwości tytanu i problem nadwrażliwości na ten metal. Implantoprotetyka 2007, 7, 4, 50–52.
  5. Roberts H.W., Berzins D.W., Moore B.K., Charlton D.G.: Metal-ceramic alloys in dentistry: a review. J. Prosthod. 2009, 18, 188–194.
  6. Rusinek B., Stobiecka A., Obtułowicz K.: Alergia na tytan i implanty. Alergol. Immunol. 2008, 1, 5, 5–7.
  7. Stejskal V.D.M., Danersund A., Lindvall A., Hudecek R., Nordman V., Yaqob A., Mayer W., Bieger W., Lindh U.: Metal-specific lymphocytes: biomarkers of sensitivity in man. Neuroendocrin. Let. 1999, 20, 289–298.
  8. Singh R., Dahotre N.B.: Corrosion degradation and prevention by surface modification of biometallic materials. J. Mater. Sci. Mater Med. 2007, 18, 725–751.
  9. Orlicki R., Kłaptocz B.: Tytan i jego stopy – właściwości, zastosowanie w stomatologii oraz sposoby przetwarzania. Inżyn. Stomat. Biomat. 2003, 1, 3–8.
  10. Berg E.: Dentists’ opinions on aspects of cast titanium restorations. J. Dent. 1997, 25, 113–117.
  11. Li J., Liao H., Fartash B., Hermanssoni L., Johnssont T.: Surface-dimpled commercially pure titanium implant and bone ingrowth. Biomaterials 1997, 18, 691–696.
  12. Brandt H.H.: Materiały implantacyjne. W: Wprowadzenie do implantologii. Red.: Kryst L., Wydawnictwo Medyczne Urban & Partner, Wrocław 1998, 27–33.
  13. Czarnobilska E., Obtułowicz K., Wsołek K., Piętowska J., Śpiewak R.: Mechanizmy alergii na nikiel. Przegl. Lek. 2007, 64, 502–505.
  14. Ferreira S.B., Figueiredo C.M., Almeida A.L., Assis G.F., Dionísio T.J., Santos C.F.: Clinical, histological, and microbiological findings in peri-implant disease: a pilot study. Implant Dent. 2009, 18, 334–344.
  15. Olmedo D., Fernández M.M., Guglielmotti M.B., Cabrini R.L.: Macrophages related to dental implant failure. Implant Dent. 2003, 12, 75–80.
  16. Olmedo D.G., Michanié E., Olvi L., Santini-Araujo E., Cabrini R.L.: Malignant fibrous histiocytoma associated with coxofemoralarthrodesis. Tumori 2007, 93, 504–507.
  17. Chen G., Wen X., Zhang N.: Corrosion resistance and ion dissolution of titanium with different surface microroughness. Biomed. Mater. Eng. 1998, 8, 61–74.
  18. Paschoal A.L., Vanâncio E.C., de Campos Franceschini Canale L., da Silva O.L, Huerta-Vilca D., de Jesus Motheo A.: Metallic biomaterials TiN-coated: corrosion analysis and biocompatibility. Artif. Organs. 2003, 27, 461–464.
  19. Stenport V.F., Johansson C.B.: Evaluations of bone tissue integration to pure and alloyed titanium implants. Clin. Implant. Dent. Relat. Res. 2008, 10, 191–199.
  20. Shan-Hui H., Bai-Shuan L., Wen-Hung L., Heng-Chieh Ch., Shih-Ching H., Shih-Shyong Ch.: Characterization and biocompatibility of a titanium dental implant with a laser irradiated and dual-acid etched surface. Biomed. Mater. Eng. 2007, 17, 53–68.
  21. Shibli J.A., Marcantonio E., d’Avila S., Guastaldi A.C., Marcantonio E.: 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.
  22. Scharnweber D., Beutner R., Robler S., Worch H.: Electrochemical behavior of titanium-based materials – are there relations to biocompatibility. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2002, 13, 1215–1220.
  23. Koller G., Cook R.J., Thompson I.D., Watson T.F., Di Silvio L.: Surface modification of titanium implants using bioactive glasses with air abrasion Technologies. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2007, 18, 2291–2296.
  24. Aparicio C., Gila F.J., Fonseca C., Barbosa M., Planell J.A.: Corrosion behaviour of commercially pure titanium shot blasted with different materials and sizes of shot particles for dental implant applications. Biomaterials 2003, 24, 263–273.
  25. Gil F.J., Planell J.A., Padros A., Aparicio C.: The effect of shot blasting and heat treatment on the fatigue behavior of titanium for dental implant applications. Dent. Mater. 2007, 23, 486–491.
  26. Ada Council On Scientific Affairs: Titanium applications in dentistry. J. Am. Dent. Assoc. 2003, 134, 347–349.
  27. Pohler O.E.M.: Unalloyed titanium for implants in bone surgery. Injury Int. J. Care Injured. 2000, 31, 7–13.
  28. Fathi M.H., Mortazavi V.: Tantalum, niobium and titanium coatings for biocompatibility. Improvement of dental implants. Dent. Res. J. 2007, 4, 2, 74–82.
  29. Srimaneeponga V., Yoneyamab T., Kobayashic E., Doid H., Hanawad T.: 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.
  30. Adya N., Alam M., Ravindranath T., Mubeen A., Saluja B.: Corrosion in titanium dental implants: literature revive. J. Ind. Prosthod. Soc..2005, 5, 126–131.
  31. Bedi R.S., Beving D.E., Zanello L.P., Yan Y.: Biocompatibility of corrosion-resistant zeolite coatings for titanium alloy biomedical implants. Acta Biomater. 2009, 5, 3265–3271.
  32. Chaturvedi T.P.: An overview of the corrosion aspect of dental (titanium and its alloys). Ind. J. Dent. Res. 2009, 20, 91–98.
  33. Cortada M., Giner L.L., Costa S., Gil F.J., Rodriâguez D., Planell J.A.: Galvanic corrosion behavior of titanium implants coupled to dental alloys. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2000, 11, 287–293.
  34. Grosgogeat B., Boinet M., Dalardb F., Lissac M.: Electrochemical studies of the corrosion behaviour of titanium and the Ti–6Al–4V alloy using electrochemical impedancje spectroscopy. Bio-Medical Mater. Engineer. 2004, 14, 323–331.
  35. Ionescu D., Popescu B., Demetrescu I.: The kinetic parameters in electrochemical behaviour of titanium in artificial saliva. http://www.chimie.unibuc.ro/biblioteca/anale/2002a/77-83.pdf.
  36. Taher N.M., Al Jabab A.S.: Galvanic corrosion behavior of implant suprastructure dental alloys. Dent. Mater. 2003, 19, 54–59.
  37. Krupa D., Baszkiewicz J., Kozubowski J.A., Lewandowska-Szumieł M., Barcz A., Sobczak J.W., Biliński A., Rajchel A.: Effect of calcium and phosphorus ion implantation on the corrosion resistance and biocompatibility of titanium. Biomed Mater. Eng. 2004, 14, 525–536.
  38. Kinani L., Najih R., Chtaini A.: Corrosion inhibition of titanium in artificial saliva containing fluoride. Leonardo J. Sci. 2008, 12, 243–250.
  39. Johanson B.I., Bergman B.: Corrosion of titanium and amalgam couples: Effect of fluoride, area size, surface preparation and fabrication procedures. Dent. Mater. 1995, 1, 41–46.
  40. Strietzel R., Hösch A., Kalbleisch H., Buch D.: In vitro corrosion of titanium. Biomaterials 1998, 19, 1495–1499.
  41. Koczorowski R., Hemerling M., Szponar E., Wiśniewska-Spychała B.: A study of bacterial flora of intrabony pockets after the loss of implants caused by periimplantitis. Pol. J. Environ. Stud. 2007, 16, 6C, 124–129.
  42. Kuphasuk C., Oshida Y., Andres C.J., Hovijitra S.T., Barco M.T., Brown D.T.: Electrochemical corrosion of titanium and titanium-based alloys. J Prosthet. Dent. 2001, 85, 195–202.
  43. Martin E., Manceur A., Polizu S., Savadogo O., Wuc M.H., Yahia L.: Corrosion behaviour of a beta-titanium alloy. Biomed. Mater. Eng. 2006, 16, 171–182.
  44. Oda Y., Okabe T.: Effect of corrosion on the strength of soldered titanium and Ti–6Al–4V alloy. Dent. Mater. 1996, 12, 167–72.
  45. Olmedo D.G., Duffo G., Cabrini R.L., Guglielmotti M.B.: Local effect of titanium implant corrosion: an experimental study in rats. Int. J. Oral Maxillofac. Surg. 2008, 37, 1032–1038.
  46. Śpiewak R., Brewczyński P.: 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.
  47. Muris J., Feilzer A.J.: Micro analysis of metals in dental restorations as part of a diagnostic approach in metal allergies. Neuroendocrinol. Lett. 2006, 27, 49–52.
  48. Ungersböck A., Perren S.M., Pohler O.: 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.
  49. Tomizawa Y., Hanawa T.: Corrosion of pure titanium sternal wire. Ann. Thorac. Surg. 2007, 84, 1012–1014.
  50. Müller K., Thon E. V.: Hypersensitivity to titanium: clinical and laboratory evidence. Neuroendocrinol. Lett. 2006, 27, 31–35.
  51. Stejskal V., Hudecek R., Stejskal J., Sterzl I.: Diagnosis and treatment of metal-induced side-effects. Neuroendocrinol. Lett. 2006, 27, 7–16.
  52. Urbanek-Brychczyńska M.: Ilościowa ocena uwalniania jonów metali ciężkich ze stopów dentystycznych. Rozprawa doktorska, Poznań 2001.
  53. Śpiewak R.: Alergia kontaktowa – diagnostyka i postępowanie. Alergia Astma Immunol. 2007, 12, 109–127.
  54. Egusa H., Ko N., Shimazu T., Yatani H.: Suspected association of an allergic reaction with titanium dental implants: a clinical report. J. Prosthet. Dent. 2008, 100, 344–347.
  55. Thon E. V., Müller K., Guzzi G., Kreisel S., Ohnsorge P., Sandkamp M.: LTT-MELISA® is clinically relevant for detecting and monitoring metal sensitivity. Neuroendocrin. Lett. 2006, 27, 17–24.
  56. Lalor P.A., Gray A.B., Wright S., Railton G.T., Freeman M.A., Revell P.A.: Contact sensitivity to titanium in a hip prosthesis? Contact Dermat. 1990, 23, 193–198.
  57. Friedmann P.C.: Contact sensitization and allergic contact dermatitis: immunobiological mechanism. Toxicol. Lett. 2006, 162, 49–54.
  58. Czarnobilska E., Obtułowicz K., Wsołek K., Piętowska J., Śpiewak R.: Mechanizmy alergii na nikiel. Prz. Lek. 2007, 64, 7–8.
  59. Thomas P., Bandl W.D., Maier S., Summer B., Przybilla B.: 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.
  60. Śpiewak R.: Patch testing for contact allergy and allergic contact dermatitis. Allergy J. 2008, 1, 42–51.
  61. Thon E. V., Schiwara H. W.: Validity of MELISA® for metal sensitivity testing. Neuroendocrinol. Lett. 2003, 24, 57–64.