Influência do desenho do implante na micromovimentação de implantes imediatos com carga imediata - análise multivariada em elementos finitos

Influence of implant design on the micromovement of immediately placed and loaded implants - a multivariate finite element analysis

Roberto Sales e Pessoa^I; Luiza Muraru^II; Luis Geraldo Vaz^III; Gilberto Nunes Pereira^IV; Jos Vander Sloten^V; Siegfried V. N. Jaecques^V

^IDoutorando em Periodontia, Faculdade de Odontologia de Araraquara, Universidade Estadual Paulista, Araraquara, SP, Brasil
^IIUniversity College Kempen, Geel, Bélgica ]]> ^IIIProfessor Adjunto do Departamento de Materiais Dentários e Prótese, Faculdade de Odontologia de Araraquara, Universidade Estadual Paulista, Araraquara, SP, Brasil
^IVMestrando em Ciências Odontológicas (Implantodontia), Centro Universitário da Fundação Educacional de Barretos, Barretos, SP, Brasil
^VKatholieke Universiteit Leuven, Leuven, Bélgica

Endereço para correspondência

RESUMO

O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do desenho do implante nas micromovimentações de implantes imediatos com carga imediata. Modelos em elementos finitos de um alvéolo de extração de um incisivo central superior e quatro desenhos de implantes de conexão interna, disponíveis comercialmente (SIN SW^®, 3i Certain^®, Nobel Replace^TM e RN synOcta^® ITI Standard), com diâmetros e comprimentos semelhantes foram construídos. Cargas de 50, 100 e 200 N foram aplicadas sobre os implantes. ANOVA com nível de 95% de significância foi utilizada para avaliar os dados da micromovimentação dos implantes. O design do implante influencia significativamente (31,21%) a micromovimentação de implantes imediatos com carga imediata. Não obstante, a intensidade da carga aplicada (68,80%) é o fator mais importante na estabilidade dos implantes neste protocolo.

Palavras-chave: Implantes dentários. Biomecânica. Osseointegração.

ABSTRACT

Key words: Dental implants. Biomechanics. Osseointegration.

INTRODUÇÃO

No protocolo convencional de aplicação de carga tardia aos implantes, certo período de reparação sem distúrbios é sugerido como fator essencial para uma osseointegração sem intercorrências^1,3,7. Apesar desta abordagem ter alta previsibilidade e sucesso longitudinal^5,30,41, o período de tratamento estendido é um importante inconveniente para pacientes que possuem uma alta prioridade na reposição de elementos dentais perdidos, especialmente em regiões estéticas. Desta forma, uma tendência para a utilização de protocolos com carga imediata tem sido observada, devido à diminuição significativa do tempo entre a extração do dente e a reabilitação do paciente pode ser oferecida.

Entretanto, não obstante os resultados promissores reportados por estudos experimentais e clínicos para estes protocolos^{13,15-16,38,40}, falhas relacionadas a fatores biomecânicos podem ocorrer. No caso dos implantes com carga imediata, nos quais a osseointegração ainda não está consolidada, micromovimentos podem tanto influenciar positivamente no processo de reparo, quanto causar a perda do implante. Um deslocamento do implante entre 30 e 90 µm influenciam positivamente a osseointegração comparado com nenhum deslocamento⁴⁰. Por outro lado, micro-movimentos que excedam 150 µm podem induzir a formação de tecido conjuntivo fibroso em detrimento à desejável reparação óssea^9,20,35.

Nos casos de carga imediata, a delicada interação entre a reabsorção óssea nas regiões de contato osso-implante e a formação óssea nas regiões livres de contato, nos primeiros períodos após a inserção do implante⁵, exige o alcance de uma alta estabilidade primária intra-óssea e um ambiente biomecânico favorável. Considerando implantes instalados em alvéolos de extração, o inevitável defeito ósseo na região marginal²⁹, aumenta consideravelmente a proporção coroa/implante levando a maiores tendências ao deslocamento do implante².

Muitos fatores são reconhecidos por influenciar o ambiente biomecânico ao qual os implantes estão expostos, como a qualidade óssea na área de implantação, a natureza da interface osso-implante, as propriedades dos materiais de implantes e próteses, o tipo de rugosidade superficial dos implantes e as condições oclusais (magnitude, direção e frequência das cargas)^{6,12,28,31-32,39}. Desta maneira, do ponto de vista da biomecânica, um fator chave para a previsibilidade dos protocolos de implantes é o desenvolvimento de designs de implantes e próteses capazes de promover algum grau de estabilidade, sob as cargas mastigatórias regulares²².

Neste sentido, esforços têm sido realizados para entender os efeitos biomecânicos de diferentes macro-designs de implantes (formato externo, presença ou ausência de roscas, design da rosca) sobre o tecido ósseo peri-implantar^{9,21,23-24,34}. A influência destes parâmetros tem sido amplamente investigada no protocolo de carga tardia. Por outro lado, poucos estudos podem ser encontrados para os protocolos com carga imediata^14,18,24. Mais ainda, uma quantidade insuficiente de dados está disponível sobre os fatores que determinam os resultados de implantes instalados em alvéolos de extração³³. Avaliando o ambiente biomecânico de implantes imediatos com carga imediata demonstrou-se que diferentes tipos de conexão ou a configuração em platform-switching, não contribuem significativamente para as deformações no osso e as micromovimentações de implantes em alvéolo de extração^31-32. Por outro lado, o efeito de diferentes desenhos de implantes neste protocolo não foi ainda compreendido.

MATERIAL E MÉTODOS

O modelo 3D sólido do alvéolo de extração de um incisivo central superior foi reconstruído a partir dos tons de cinza de uma tomografia computadorizada (TC), por meio de um programa de processamento de imagens (Mimics 9.11, Materialise, Haasrode, Bélgica). As imagens da TC foram adquiridas de uma peça anatômica, emprestada do Departamento de Anatomia da Faculdade de Odontologia de Araraquara (UNESP, Brasil), utilizando um tomógrafo Picker UltraZ CT (Picker International Inc., Cleveland, OH, Estados Unidos). Os dados consistiam de cortes contíguos em relação ao eixo Z e tinha um tamanho de voxel de 0,391 x 0,391 x 1,000 mm.

O modelo sólido em CAD (computer-aided design) de um implante cônico hexágono interno de 13 mm, com plataforma de 4,3 mm, abutment e parafuso do abutment, foram fornecidos pelo fabricante (SIN – Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil). O modelo do implante foi importado ao programa Mimics (Materialise, Haasrode, Bélgica) e posicionado 1 mm abaixo da crista óssea alveolar, em uma posição central e direção palatal. (Quirynen et al. 2007).

Os modelos em CAD dos implantes e componentes protéticos (desenho realizado com auxílio de computador) foram obtidos por engenharia reversa para se assemelharem os desenhos disponíveis comercialmente: Ø 4,5 x 13 mm SIN SW^® (SIN – Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil), Ø 4,1 x 13 mm 3i Certain^® (3i, Palm Beach Gardens, FL, Estados Unidos), Ø 4,3 x 13 mm Nobel Replace^TM (Nobel Biocare AB, Göteborg, Suécia), and Ø 4,1 x 12 mm RN synOcta^® ITI Standard (Instituto Straumann AG, Basel, Suiça). As dimensões dos implantes foram selecionadas para serem comparáveis em tamanho e todos os implantes possuíam conexão interna. Os componentes protéticos de todos os implantes possuíam 10 mm de altura em relação à plataforma do implante. Os CADs dos implantes foram então importados no Mimics (Materialise, Haasrode, Bélgica) e posicionados 1 mm abaixo do nível da crista alveolar, em posição central e direção palatina³³. Após a colocação do implante no posicionamento correto, os componentes e parafusos foram alinhados ao implante. As roscas do parafuso foram editadas para que coincidissem perfeitamente às roscas internas do implante, com o objetivo de melhorar o contato nesta região. Não foram realizadas simplificações relativas à condição espiral das roscas. A perfuração de inserção do implante foi obtida por subtração com a ferramenta boolean subtraction.

Osso, implante, abutment e parafuso foram malhados em separado no MSC.Patran 2005r² (MSC.software, Gouda, Holanda) (Figura 1). O tamanho dos menores elementos utilizados nas malhas tetraédricas resultantes era em torno de 50 µm. Os diferentes níveis de refinamento da malha foram utilizados para reconhecimento de detalhes dos desenhos (roscas). O número total de elementos e nós nos modelos eram em média 250.000 e 40.000, respectivamente.

Propriedades elásticas da malha do osso foram atribuídas baseadas nos valores dos tons de cinza das imagens da TC²⁵. Por meio deste procedimento, elementos contidos nas trabéculas ósseas e medula podem ser discriminados. Os valores do módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson para os materiais usados no presente estudo podem ser encontrados na Tabela 1¹⁹.

Elementos de contato friccional foram utilizados para similar a interface entre o osso e o implante, bem como entre os componentes do sistema do implante em contato, com um coeficiente de fricção µ de 0,3 e 0,5, respectivamente^24,36. Em interfaces de contato friccional, pequenos deslocamentos sem interpenetrações são permitidos entre os componentes dos modelos, promovendo uma representação mais realística da situação de carga imediata²⁴.

Forças de 50 N, 100 N e 200 N foram aplicadas no topo do componente, na região central, e em direção palato-bucal, com 45 graus de inclinação em relação ao eixo longitudinal dos implantes. Os modelos tiveram seu deslocamento limitado em todas as direções nos nós das bordas mesial e distal do modelo do osso.

Um total de 12 modelos foi preparado. A análise e o pós-processamento forma realizados por meio do programa de elementos finitos MSC.MARC/Mentat 2005r³ (MSC.Software, Gouda, Holanda). Dados para o deslocamento relativo (micromovimentações) entre o implante e o osso foram calculados. A contribuição relativa da magnitude da carga e do design do implante para as diferenças na micromovimentação dos implantes foram obtidas por meio de uma Análise de Variância (ANOVA, SAS/STAT, version 9.1, SAS Institute, Cary, NC, Estados Unidfos) com nível de significância de 95%^11,31-32.

A Tabela 2 apresenta os dados para os deslocamentos relativos entre o osso e o implante (micromovimentação) para os implantes da SIN, 3i, Nobel e ITI. As diferentes características dos desenhos resultaram em diferenças significativas nos valores das micromovimentações. De uma forma geral, os modelos da ITI apresentaram os maiores valores de deslocamentos relativos, seguidos pelos implantes da 3i e SIN. As menores micromovimentações foram observadas para o design da Nobel.

O resultado da ANOVA sobre os dados das micromovimentações demonstrou que a maior contribuição para o deslocamento relativo entre o osso e o implante pode ser atribuída à magnitude da carga. Por outro lado, também o design do implante apresentou uma influência estatisticamente significante nas micromovimentações, sendo responsável por 30% das diferenças de valores encontrados (Tabela 3).

A Figura 2 mostra o deslocamento relativo entre o osso e o implante. Além disso, a distribuição de deformações na região do módulo da crista do implante também pode ser verificada.

DISCUSSÃO

O design do implante tem sido indicado como um fator capaz de influenciar o resultado do tratamento de implantes osseointegrados. Entretanto, o efeito de diferentes designs de implantes é menos entendido em protocolos com carga imediata. Em uma revisão de literatura recente, encontramos dados insuficientes para muitos dos parâmetros que determinam os resultados de implantes imediatos. Os autores sugeriram uma tendência para maior número de perdas de implantes, quando cargas imediatas são aplicadas a implantes instalados em alvéolos de extração. A avaliação da influência do design do implante foi recomendada no Relatório de Consenso³³. Em um estudo clínico prospectivo¹⁵ reportaram diferenças significantes na frequência de perda de implantes e na quantidade de reabsorção óssea para diferentes designs de implantes instalados em alvéolos de extração na região anterior de mandíbula e maxila. Neste sentido, o presente estudo foi realizado com o propósito de avaliar a influência de diferentes desenhos de implantes nas micromovimentações de implantes imediatos com carga imediata. Os resultados obtidos indicaram que, apesar da magnitude da carga ser o fator com maior contribuição para o deslocamento relativo entre o osso e o implante, o design do implante tem uma influência estatisticamente significante para as micromovimentações neste protocolo.

Para as situações clínicas de carga imediata, a estabilidade primária do implante, permitindo uma micromovimentação abaixo de certos limites, é essencial para a formação óssea na interface osso-implante^2,37. Um deslocamento do implante entre 30 e 90 µm estimula a formação óssea na superfície do implante, enquanto que micromovimentações acima de 150 µm podem impedir a osseointegração de implantes com carga imediata^8-9,2035,39. Neste sentido, apesar de todos os implantes apresentarem micro-movimentos entre 5 e 60 µm, dependendo do design e magnitude da carga, o ITI^® Standard apresentou os maiores valores de deslocamento. Estes resultados estão alinhados com relatos anteriormente descritos². Os autores compararam, em um modelo de cadáver, a estabilidade de dois designs de implantes ITI instalados em alvéolos de extração. Eles encontraram que os implantes ITI TE^®, originalmente projetados para protocolos imediatos, tiveram uma maior estabilidade (17%) em comparação com o implante ITI^® Standard. Os autores argumentaram que o número aumentado de roscas do implante TE^® levaram a um maior contato osso implante, e consequentemente, e a maiores áreas de superfície e atrito, resultando em uma diminuição da tendência à micromovimentação do implante.

Em uma FEA de implantes com carga imediata, demonstrou-se que a inclusão de roscas em implantes lisos diminuía de 35 a 40% o deslocamento do implante²⁴. Outros autores também evidenciaram que a utilização de implantes com roscas promovem maior interface de contato osso-implante, otimizando a estabilidade do implante^18,36. Desta maneira, o menor número de roscas pode também explicar as observações de maiores deslocamentos para o implante ITI, comparados com os designs da 3i, SIN and Nobel. Entretanto, não apenas o número de roscas, mas também o design das roscas (i.e. forma, passo, profundidade) determina o contato inicial, área de superfície, dissipação das tensões, estabilidade na interface osso-implante, e, desta maneira, a função e eficiência da rosca¹⁷. As roscas em V, como as usadas nos implantes SIN e 3i, são geralmente incluídas para promover uma inserção mais simples e eficiente do implante no osso²⁷. Ao contrário, as roscas em apoio invertido, como as usadas no implante Nobel, são empregadas para resistir a forças de tração. Este design de roscas é realmente mais eficiente para estabilizar o implante ao osso palatino de alvéolos de extração, em casos de implantes imediatos^28,36. No presente estudo, comparando os diferentes desenhos de implantes, os menores deslocamentos relativos osso-implante foram observados para o implante Nobel, seguidos pelos implantes da SIN e 3i, respectivamente.

CONCLUSÃO

Dentro dos limites da presente análise em elementos finitos é possível concluir que o design do implante influencia significativamente a micromovimentação de implantes imediatos com carga imediata. Não obstante, a intensidade da carga aplicada é o fator mais importante na estabilidade dos implantes neste protocolo.

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Recebido: 01/03/2010
Aceito: 09/04/2010