Estudo da influência da geometria do
implante na transmissão de tensões ao
osso no desenvolvimento da periimplantite
Miguel Alexandre de Lacueva França
Dissertação de Mestrado
Orientadora Engenheira Ana Rosanete Lourenço Reis Co-Orientadora Doutora Ana Colette Maurício
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Mestrado em Engenharia Biomédica
Agradecimentos
À Professora Ana Reis, orientadora de mestrado, agradeço a sua disponibilidade, apoio, formação e orientação, sem as quais as dificuldades teriam sido intransponíveis.
À Professora Ana Colette, co-orientadora de mestrado, agradeço todo o apoio proporcionado e disponibilidade demonstrada.
À Eng.ª Marta Oliveira, todo o apoio na organização de objetivos essenciais ao desenvolvimento desta etapa.
Ao Dr. José Ferreira, agradeço por ter sido um excelente colega e me ter guiado nesta direção. Pelo seu companheirismo e ajuda no decorrer dos estudos.
To Engineer Nannan Song for her dedication in my training. She was the most important person for the completion of this thesis.
Ao finalista de Engenheiro Mecânico José Machado, agradeço o apoio na pesquisa.
Resumo
Este trabalho teve como objetivo o estudo da influência da geometria do implante na transmissão ao osso no desenvolvimento da periimplantite. Neste trabalho o elemento de destaque é o implante em si. Começa-se por abordar os principais conceitos que envolvem a constituição natural do dente, comparando-a de seguida com uma situação de implante em função. Posteriormente aborda-se os parâmetros do implante que poderão ter influência na patologia. Dá-se relevo à transmissão de tensões dependentes da geometria. Palavras-chave Periimplantite Geometria Tensão Implante
Abstract
The main goal of this work is to study the influence of the implant geometry on the distribution of stress in bone for the development of periimplantitis. The implant is the key player so, the comprehension of the role it has in this pathology is of great importance. First we describe de tooth natural state comparing it to the functional implant. Then the implant factors that may participate in the development of the pathology are addressed. A major points of interest is given to production of forces for a given geometry
Key words
Periimplantitis Geometry Tension Implant
Índice
Agradecimentos ... 1 Resumo ... 2 Índice ... 4 Índice de figuras ... 6 1. Introdução ... 1 1.1. Enquadramento ... 2 1.2 Objectivo ... 2 1.3. Metodologia ... 3 2.1. Anatomia do periodonto ... 4 2.1.1. Gengiva ... 5 2.1.2. Ligamento periodontal ... 6 2.1.3. Cemento radicular ... 6 2.1.4 Osso ... 7 2.1.4.1. Osso alveolar ... 8 2.2. Dente/Implante ... 112.2.1. Formação do espaço biológico ... 12
2.2.2. Osteointegração ... 13
3.Parametros relacionados com o implante ... 14
3.1. Tipos de implantes ... 16
3.1.1. Fixação transdental/ transfixação ... 16
3.1.2. Implantes submucosos ... 16 3.1.3. Implantes subperiosteais ... 17 3.1.4. Implantes endosteais ... 17 3.2. Geometrias ... 18 3.3. Tratamento superficial... 19 3.3.1 Maquinação ... 20 3.3.2 Projeção de areias... 20 3.3.3. Ataque ácido ... 21
3.3.4. Combinação de projecção de areias e ataque ácido (SLA) ... 21
3.3.5. Anodização ... 22
3.4. Conexões ... 23
3.5. Estado da arte ... 25
4.Relação da patologia com os parâmetros que caracterizam o implante ... 27
4.1. Periimplantites ... 27
4.2 Causas da patologia ... 28
4.2.1. Microrganismos... 29
4.2.2. Estado do tecido periimplantar ... 30
4.2.3 Superfícies ... 30 4.2.4 Conexões ... 31 4.2.5. Geometria ... 32 4.2.6. Sobrecarga mecânica ... 33 5 SolidWorks® ... 34 6 Abaqus® ... 36 7. Estudos ... 38 7.1. Modelos ... 38
7.1.1. Desenvolvimento do modelo do implante ... 39
7.1.2. Desenvolvimento do modelo de osso ... 41
7.1.4 Caracteristicas da força aplicada ... 42
7.1.5. Aplicação de malha de elementos finitos ... 43
7.1.6. Parâmetros geométricos do implante ... 43
7.2. Primeiro estudo ... 45 7.3 Segundo estudo ... 48 8 Resultados ... 49 8.1 SimulaçãoI: ... 50 8.2 Simulação II ... 52 8.3 Simulação III ... 54 8.4. Simulação IV ... 56 8.5.Simulação V ... 58 8.6.Simulação VI ... 60 8.7.Comparação de Resultados ... 62 9 Discussão ... 63 10 CONCLUSÃO ... 64 11 Estudos Futuros ... 65 12 REFERÊNCIAS ... 66
Índice de figuras
Figura 1- Desenho esquemático do dente. G- gengiva; PL- ligamento periodontal; RC- cemento radicular; ABP- osso alveolar propriamente dito; AP- processo alveolar. [5] ... 4 Figura 2- Fotografia da cavidade oral mostrando a gengiva; desenho esquemático da gengiva à FG gengiva livre, AG gengiva inserida, CEJ junção cemento-esmalte, MGJ junção mucogengival[5]. ... 5 Figura 3- Desenho esquemático representando o ligamento periodontal. ACF- fibras da crista alveolar; HF-fibras horizontais; RC- cemento radicular; OF- fibras oblíquas; ABP- osso alveolar propriamente dito; APF- fibras apicais. [5] ... 6 Figura 4- A base da teoria trajetorial de Wolff. À esquerda está representada a secção da epífise do fémur, onde mostra a arquitetura do osso esponjoso que está
esquematicamente representada no desenho do meio ; À direita um modelo
representa as trajetórias das tensões usando um gráfico estático. As trajetórias das tensões são curvas que representam a orientação das tensões máximas e mínimas no material sob carga. As tensões máximas e mínimas intersectam-se sempre na
perpendicular. [7] ... 7 Figura 5 Corte do osso maxilar. a- trabéculas vértico-radiais; b- trabéculas horizontais-radiais; c- osso compacto do soalho do seio maxilar[12]. ... 9 Figura 6- Corte do osso mandibular. a- trabéculas vértico radiais; b- trabéculas
horizontais-radiais[12]. ... 9 Figura 7- Esquema da qualidade do osso de Leckholm e Zarb[14]. ... 10 Figura 8- Imagem com corte de mandibula à esquerda; à direita representação
esquemática do osso cortical (em cima) e osso esponjoso[12]. ... 10 Figura 9- Esquema comparativo entre o sistema anatómico do dente e o do implante [16]. ... 11 Figura 10- Fotografia demostrando a sondagem do espaço biológico[5]. ... 12 Figura 11-Esquema comparando os espaço biológico do dente à esquerda e o
implante à direita [5]. ... 12 Figura 12- Representação esquemática das várias etapas da osteointegração. a) 1-contacto entre o implante e o osso, 2- hematoma na cavidade confinada pelo implante e o osso, 3- osso que sofreu dano térmico e mecânico inevitável, 4-osso ileso, 5- implante; b) 6- durante a cicatrização sem carga o hematoma transforma-se em osso por formação de calo ósseo, 7-o osso que sofreu dano cicatriza e é revascularizado, desmineralização e remineralização; c) 8- depois do período de cicatrização do tecido ósseo este fica em estreito contacto com a superfície do implante sem nenhum tecido intermediário; d) 9- nos casos de insucesso o tecido conjuntivo não mineraliza dando origem a uma pseudoartrose que se estabelece na periferia do implante[20]. ... 14 Figura 13- Implante com para fuso/raiz segundo Branemark. I- implante; PFZ-cilindro do pilar; PFS-parafuso-âncora [12]. ... 16 Figura 14- Imagem de um RX de mandibula com um implante subperiosteal [12]. ... 17
Figura 15- Imagem com um implante do tipo lamina à esquerda [24]; vários implantes
do tipo cilindro oco, no centro[12]; implante do tipo parafuso/raiz à direita [25]. ... 18
Figura 16- a) Implante com geometria de cilindro oco, RX de implante de cilindro oco em função á direita [28]. b) Implante com geometria stepped,.RX de implante stepped em função à direita [29]. c) Implante em forma de parafuso[25] ... 19
Figura 17- Microfotografia de uma superfície maquinada [31] ... 20
Figura 18- Microfotografia de uma superfície obtida por projecção de areia [32] ... 21
Figura 19- Microfotografia da superfície de um implante SLActiveR da empresa Straumann com tratamento superficial SLA[31] ... 22
Figura 20- Microfotografia da superfície TiUniteR de um implante dentária da empresa Nobel, obtida pelo processo de anodização[31] ... 22
Figura 21- Microfotografia da superfície de um implante BioHelixR , obtida pelo processo de texturização a Laser[31] ... 23
Figura 22- implante com conexão implante/pilar externa hexagonal [37] ... 24
Figura 23- implante com conexão implante/pilar interna hexagonal [38]. ... 24
Figura 24- esquema de implantes com diferentes tipos de conexão; a) externa, b,c,d) tipos de conexão interna [39]. ... 25
Figura 25-esquema em que a seta aponta para o intervalo entre o pilar e o implante criado o que se denomina de troca de plataforma (platform switch) [40]. ... 25
Figura 26-a) implantes cónicos à esquerda e RX de implantes cónicos em função à direita [37]. b) implante com geometria de cilindro [42]. c) implante com geometria tapered à esquerda [43]; Rx de implante tapered em função à direita [44]. ... 26
Figura 27- Implante com conexão externa e conexão interna [45]. ... 26
Figura 28- Modelo de implante criado em Solidworks® ... 34
Figura 29- Modelo de osso cortical criado em Solidworks® ... 35
Figura 30- Modelo de osso trabecular criado em Solidworks®, arquivo do autor... 35
Figura 31- Modelo 3D importado do Solidworks® e processado em Abaqus® ... 36
Figura 32- Modelo 2D criado em Abaqus® , arquivo do autor ... 37
Figura 33- Implante com conexão externa à esquerda e conexão interna à direita [45] ... 40
Figura 34- Modelo de implante, à esquerda o modelo 3D, à direita o modelo 2D. ... 40
Figura 35- Modelo de osso, conjunto osso cortical a azul, osso trabecular a rosa. ... 41
Figura 36- peças do modelo 2D após calculdada a malha no Abaqus® ; a) implante, b) osso cortical, c) osso trabecular. Arquivo do autor. ... 43
Figura 37- Modelo de implante com respectiva legenda. ... 44
Figura 38- Modelo 3D completo criado em SolidWoks® e processado em Abaqus® . 46 Figura 39- Metade do modelo 3D criado em SolidWoks® ® e processado em Abaqus® para que apenas metade seja calculado ... 46
Figura 40- Um quarto do modelo 3D criado em SolidWoks® e processado em Abaqus® para que apenas um quarto seja calculado, ... 47
Figura 41- Modelo 2D criado e processado em Abaqus® , arquivo do autor ... 48
Figura 42- Resultado da simulação do modelo de implante com o corpo cónico e colo recto em 2D. ... 50
Figura 43- Resultado da simulação do modelo de implante com o corpo cónico e colo recto em 3D. ... 51
Figura 44- Resultados da extrapolação para 3D do modelo de implante de corpo cónico com colo recto, representa apenas as tensões transmitidas ao osso cortical e trabecular. ... 51 Figura 45- Resultado da simulação do modelo de implante com o corpo cónico e colo de ângulo externo em 2D. ... 52 Figura 46- Resultado da simulação do modelo de implante com o corpo cónico e colo de ângulo externo em 3D. ... 52 Figura 47- Resultados da extrapolação para 3D do modelo de implante de corpo cónico com colo de ângulo externo, representa apenas as tensões transmitidas ao osso cortical e trabecular. ... 53 Figura 48- Resultado da simulação do modelo de implante com o corpo cónico e colo de ângulo interno em 2D. ... 54 Figura 49- Resultado da simulação do modelo de implante com o corpo cónico e colo de ângulo interno em 3D. ... 54 Figura 50- Resultados da extrapolação para 3D do modelo de implante de corpo cónico com colo de ângulo interno, representa apenas as tensões transmitidas ao osso cortical e trabecular. ... 55 Figura 51- Resultado da simulação do modelo de implante com o corpo recto com ápice redondo e colo recto em 2D. ... 56 Figura 52- Resultado da simulação do modelo de implante com o corpo recto com ápice redondo e colo recto em 3D. Arquivo do autor. ... 56 Figura 53- Resultados da extrapolação para 3D do modelo de implante de corpo recto com ápice redondo com colo recto, representa apenas as tensões transmitidas ao osso cortical e trabecular. Arquivo do autor. ... 57 Figura 54- Resultado da simulação do modelo de implante com o corpo recto com ápice redondo e colo de ângulo externo em 2D. ... 58 Figura 55- Resultado da simulação do modelo de implante com o corpo recto com ápice redondo e colo de ângulo externo em 3D. Arquivo do autor. ... 58 Figura 56- Resultados da extrapolação para 3D do modelo de implante de corpo recto com ápice redondo com colo de ângulo externo, representa apenas as tensões
transmitidas ao osso cortical e trabecular. Arquivo do autor. ... 59 Figura 57- Resultado da simulação do modelo de implante com o corpo recto com ápice redondo e colo de ângulo interno em 2D. ... 60 Figura 58- Resultado da simulação do modelo de implante com o corpo recto com ápice redondo e colo de ângulo interno em 3D. ... 60 Figura 59- Resultados da extrapolação para 3D do modelo de implante de corpo recto com ápice redondo com colo de ângulo interno, representa apenas as tensões
transmitidas ao osso cortical e trabecular. Arquivo do autor. ... 61 Figura 60- Comparação dos resultados obtidos ... 62
1
1. Introdução
As próteses dentárias dos dias de hoje são o culminar do desenvolvimento de uma necessidade primordialmente estética. Com o avanço da Medicina e da Engenharia, estas passaram a conjugar a resistência mecânica à componente estética, permitindo aos edêntulos recuperarem, para além do sorriso, a sua capacidade de mastigação.
Uma das peças fundamentais para que seja possível colocar uma prótese é o implante. Este é responsável pela ligação da prótese ao organismo e, logo, pela funcionalidade da mesma.
Um dos maiores problemas que a colocação de um implante pode ter que enfrentar é o desenvolvimento de um estado patológico que se denomina por periimplantite. Esta patologia é de etiologia multifatorial, ou seja, o seu desenvolvimento pode ficar a dever-se não só a um único fator mas à conjugação de vários, com grande variabilidade entre indivíduos. Os fatores são múltiplos. Entre eles estão a condição sistémica do paciente (se apresenta doença periodontal, diabetes), o tabagismo, a qualidade óssea, a experiência do Médico Dentista/Estomatologista, o trauma cirúrgico, os procedimentos cirúrgicos inadequados, a utilização inadequada de antibióticos no pré e no pós-operatório, a pressão da prótese durante a cicatrização, a infeção bacteriana durante ou após a cirurgia, o carga mecânica inicial excessiva sobre o implante, a escolha incorreta da prótese e/ou a sobrecarga oclusal,[1] [2] [3].
Como se pode depreender facilmente, o principal fator é a presença do implante, já que na sua ausência esta patologia jamais se desenvolve. Entre os vários fatores, inerentes ao implante, que têm influência no desenvolvimento desta patologia, destaca-se a geometria e a consequente transmissão de tensões.
Assim, este estudo pretende estudar a influência da variação da geometria do implante na transmissão de tensões ao osso circundante, no intuito de conseguir prever a geometria que melhor estimula a osteointegração.
2
Para poder entender o que se passa aquando da colocação de um implante é essencial saber o que se passa no dente natural.
1.1. Enquadramento
Este trabalho surge no âmbito de um projeto para o desenvolvimento de novos conceitos de implantes dentários. Tem como objetivo criar um implante que minimize o desenvolvimento de uma patologia denominada periimplantite. Para isso é preciso realizar estudos relacionados com vários fatores inerentes ao implante em si. Entre muitos, a geometria do implante dentário é um deles, sendo por isso determinante para o sucesso da implantação e sobrevivência deste componente essencial ao conjunto protético.
O Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial (INEGI) tem investido nos últimos anos na área da Engenharia Biomédica. O interesse manifestado pela instituição, nesta área, permitiu o desenvolvimento do presente estudo, através da partilha de conhecimentos adquiridos na área da Engenharia Mecânica, aplicados à Biomecânica.
1.2 Objectivo
O principal objetivo do trabalho desenvolvido durante este Mestrado foi o estudo da influência dos parâmetros geométricos do implante na transmissão de tensões. Pretende-se, deste modo, contribuir para o conhecimento da transmissão de tensões ótimas, através da manipulação da geometria do implante e desta forma, diminuir o risco de desenvolvimento de periimplantite.
3
1.3. Metodologia
Para a elaboração desta tese, foi seguido o seguinte plano de trabalho:
1- Levantamento de toda a informação relativa ao dente natural, através do estudo da anatomia do periodonto e características dos tecidos envolventes;
2- Pesquisa de informação relativa à comparação entre o comportamento do dente natural e o implante;
3- Levantamento de toda a informação relativa ao implante em si. Recolha de informação relativa à história do desenvolvimento dos implantes até ao estado da arte da sua tipologia;
4- Estudo da fisiopatologia da periimplantite e dos fatores envolvidos na sua patofisiologia;
5- Aprendizagem e desenvolvimento de competências na utilização do programa de desenho e modelação Solidworks® (Dassault Systèmes, Waltham, MA);
6- Aprendizagem e desenvolvimento se competências na utilização do programa de calculo numérico Abaqus® (Dassault Systèmes, Waltham, MA);
7- Estudo numérico no Abaqus® da transmissão de tensões ao osso envolvente para diferentes geometrias de implante.
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2.Conceitos
2.1. Anatomia do periodonto
Nesta secção será abordada de forma resumida a constituição anatómica da região que envolve o dente[4]. Os constituintes deste sistema anatómico são o dente, a gengiva, o ligamento periodontal, o cemento radicular e osso alveolar, ver figura 1.
Figura 1- Desenho esquemático do dente. G- gengiva; PL- ligamento periodontal; RC- cemento radicular;
5
2.1.1. Gengiva
A gengiva corresponde à mucosa mastigatória que cobre o processo alveolar e circunda a porção cervical dos dentes. Em direção à coroa, a gengiva termina na margem gengival livre, que possui um contorno parabólico. Em sentido apical, esta é contínua com a mucosa alveolar. [4, 5]
A gengiva pode ser dividida em duas porções: a gengiva livre e a gengiva inserida, ver figura 2. A gengiva livre é composta pela gengiva vestibular (a que se situa do lado da bochecha), pela lingual ou palatina e pela interdental (ou papila interdental). Normalmente, a margem gengival livre é arredondada, de modo a formar uma pequena invaginação ou sulco entre o dente e a gengiva que é limitada pela junção cemento-esmalte. A margem gengival livre fica na superfície do esmalte, a cerca de 0,5-2 mm coronariamente à junção cemento-esmalte.[4, 5]
Figura 2- Fotografia da cavidade oral mostrando a gengiva; desenho esquemático da gengiva à FG
gengiva livre, AG gengiva inserida, CEJ junção cemento-esmalte, MGJ junção mucogengival[5].
A gengiva inserida é limitada pela ranhura gengival livre ou por um plano horizontal que passa ao nível da junção cemento-esmalte [4, 5].
6
2.1.2. Ligamento periodontal
O ligamento periodontal é constituído por tecido conjuntivo laxo que circunda a raiz do dente, unindo o cemento radicular ao osso alveolar, ver figura 3. Este pode ser dividido em diferentes feixes de fibras de colagénio, tais como as fibras da crista alveolar, as fibras horizontais, as fibras oblíquas e as fibras apicais.[4, 5]
Figura 3- Desenho esquemático representando o ligamento periodontal. ACF- fibras da crista alveolar;
HF-fibras horizontais; RC- cemento radicular; OF- fibras oblíquas; ABP- osso alveolar propriamente dito; APF- fibras apicais. [5]
2.1.3. Cemento radicular
O cemento radicular é um tecido calcificado especializado que possui muitas características em comum com o tecido ósseo e recobre as superfícies radiculares dos dentes, ver figura 3. Considera-se que existem dois tipos de cemento radicular. O primário ou acelular, que é formado em associação com a formação da raiz e o cemento secundário ou celular que se forma após a erupção dos dentes e em resposta a demandas funcionais [4, 5].
7
2.1.4 Osso
O osso é formado a partir da mineralização da cartilagem criada durante os estádios embrionários. O osso humano evolui para se adaptar às alterações provocadas pelas condições envolventes, de origem funcional. Este tem sido um tópico para a investigação científica durante séculos. Em 1882, Julius Wolff, fisiologista, anatomista e cirurgião ortopédico alemão, publicou um livro intitulado “ A lei da remodelação óssea” (tradução). Este livro aborda a relação da distribuição entre o osso cortical/esponjoso e as cargas mecânicas a que está sujeito. O resultado do trabalho desenvolvido por este investigador ficou conhecido no meio biomecânico como a lei de Wolff[6]. Esta lei defende que os constituintes celulares osteoclastos (responsáveis pela reabsorção óssea) e os osteoblastos (responsáveis pela deposição de osso) são fundamentais no processo de modelação do osso, sendo este constituído por osso cortical e osso trabecular. A arquitetura do osso trabecular demonstra ser uma estrutura óptima para a função de suporte de forças, o que sugere que a sua formação é altamente influenciada pelas forças que por si são suportadas. Durante a vida, a relação entre a arquitetura e a resistência mecânica do osso, corresponde à alteração das forças externas que sobre ele actuam.[7] Desta forma o osso reage às tensões que sobre ele actuam. Quando a tensão é inferior a uma certa magnitude dá-se a reabsorção do osso, assim como quando esta é superior a uma certa magnitude
Figura 4- A base da teoria trajetorial de Wolff. À esquerda está representada a secção da epífise do
fémur, onde mostra a arquitetura do osso esponjoso que está esquematicamente representada no desenho do meio ; À direita um modelo representa as trajetórias das tensões usando um gráfico estático. As trajetórias das tensões são curvas que representam a orientação das tensões máximas e mínimas no material sob carga. As tensões máximas e mínimas intersectam-se sempre na perpendicular. [7]
8
O intervalo entre estas magnitudes estimula a formação de osso [8]. Na literatura apenas uma citação apresenta valores para este intervalo. Segundo este investigador 1,38 MPa é o valor abaixo do qual ocorre reabsorção óssea por atrofia, 1,72 MPa é o valor óptimo e a reabsorção patológica dá-se para tensões superiores a 4,83 MPa[9].
O osso é um material muito resistente. A resistência depende de vários fatores, que incluem a porosidade, nível de mineralização, densidade, organização das fibras de colagénio e ritmo de deformação. O osso é anisotrópico. Para o osso cortical o stress máximo reportado é de 170 MPa em compressão e 100 MPa em tração. Para o osso trabecular os valores são iguais para compressão e tração, entre 2 e 5 MPa[10].
2.1.4.1. Osso alveolar
O osso alveolar é o osso que constitui o processo alveolar. Este está definido como as partes da maxila e mandíbula que formam e dão suporte aos alvéolos dos dentes. O processo alveolar surge em associação com o desenvolvimento e a erupção dos dentes e é reabsorvido quando existe a perda do dente a que está associado.[4, 5]
O osso alveolar é constituído por osso cortical/compacto e trabecular/esponjoso. O osso compacto, em conjunto com os ligamentos periodontais que fornecem a suspensão dos dentes, sobrecarregam o osso esponjoso adjacente às raízes, de tal modo que as trabéculas ósseas assumem uma orientação consistente com as linhas de força, ver figuras 5 e 6. As trabéculas vértico-radiais têm origem no osso esponjoso, próximo ao ápice da raiz e divergem em forma de leque para se inserirem no osso compacto circundante, dependendo se se trata da maxila ou da mandíbula.[11]
9 Figura 5 Corte do osso maxilar. a- trabéculas vértico-radiais; b- trabéculas horizontais-radiais; c- osso
compacto do soalho do seio maxilar[12].
Figura 6- Corte do osso mandibular. a- trabéculas vértico radiais; b- trabéculas horizontais-radiais[12]. Além da quantidade de osso, é também importante a qualidade óssea. A classificação mais aceite e divulgada é a de Leckholm e Zarb, [6, 13] que propõe 4 tipos de qualidade óssea :
(i) TIPO 1 – Quase todo composto por osso cortical. A zona medular é quase inexistente. Este tipo ósseo é muito duro mas pouco vascularizado. Encontra-se na região anterior da mandíbula.
(ii) TIPO 2 – Com uma cortical compacta mas com uma zona medular, apresenta uma trabéculação densa. É um bom tipo de osso para colocar implantes, pois combina a estabilização mecânica com a irrigação. Encontra-se na região anterior da maxila e posterior e anterior da
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mandíbula. O osso trabecular/esponjoso denso é englobado por osso cortical que forma uma camada com a espessura de 2 mm.
(iii) TIPO 3 – Com uma cortical delgada, mas ainda definida, e uma medula de maiores dimensões e com uma trabéculação densa. É também um bom osso para a osteointegração Encontra-se na região anterior e posterior da maxila e posterior da mandíbula. Neste, a espessura do osso cortical envolvente é de 1 mm.
(iv) TIPO 4 – Com cortical muito fina (cerca de 1 mm) ou com ausência de cortical e quase todo composto por osso esponjoso de trabéculação pouco densa. É aconselhável a carga diferida. Encontra-se na região posterior da mandíbula.
Figura 7- Esquema da qualidade do osso de Leckholm e Zarb[14].
Figura 8- Imagem com corte de mandibula à esquerda; à direita representação esquemática do osso
11
2.2. Dente/Implante
As gengivas dos dentes e a mucosa dos implantes têm algumas características em comum, mas diferem na composição do tecido conjuntivo, no alinhamento dos feixes de fibras de colagénio e na distribuição das estruturas vasculares na porção apical ao epitélio juncional[5].
O implante osteointegrado executa uma função similar ao do dente natural quando sujeito a ciclo de carga estática e dinâmica. A transmissão de cargas funcionais ao osso, através do complexo prótese/implante é muito diferente da do dente natural com um periodonto saudável. Nos dentes naturais o ligamento periodontal atua como uma almofada. No implante osteointegrado as cargas de oclusão são transmitidas diretamente ao osso envolvente [15].
Figura 9- Esquema comparativo entre o sistema anatómico do dente e o do implante [16].
Comparando os dentes aos implantes, nos dentes existem mecanismos de proteção específicos, tais como o epitélio de união, o tecido conetivo e o sistema imunitário. Daí o sistema com o implante estar mais susceptível ao desenvolvimento de uma patologia[5].
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2.2.1. Formação do espaço biológico
Tal como em redor do dente, também em redor do implante existe um espaço biológico que se forma após a colocação do mesmo. Em implantologia, este fenómeno caracteriza-se por uma reabsorção óssea em redor dos implantes (entre 1,5 mm a 2 mm). Aceita-se que ocorra esta perda de osso, após o implante ser exposto na cavidade oral, através de um pilar de suporte de uma prótese ou de um pilar de cicatrização. O espaço existente entre os componentes (pilar e implante) é conhecido por microgap e colonizado por bactérias (biofilme ou microleakage), que em conjunto com a presença de micro-movimentos, entre ambas as peças, serão os fatores responsáveis pela formação deste espaço. A teoria mais aceite para a formação deste espaço é que este desempenha o papel de barreira funcional às bactérias que se localizam no microgap [17, 18].
Figura 10- Fotografia demostrando a sondagem do espaço biológico[5].
Figura 11-Esquema comparando os espaço biológico do dente à esquerda e o implante à direita [5].
O espaço biológico que rodeia o dente apresenta algumas diferenças do que rodeia o implante. Enquanto no dente tem uma localização supracrestal, no
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implante localiza-se subcrestalmente, quando a plataforma é ao nível da cresta. O interface, tecido conetivo supralveolar e a superfície de um implante são diferentes do interface homólogo do complexo gengivo-dentário. A união do epitélio com a superfície do implante é formada por tecido conjuntivo, mas ao contrário do dente a sua disposição não é perpendicular mas sim paralela em relação à superfície do implante. Na zona mais coronal do implante, o tecido conjuntivo tem uma disposição circunferencial e apresenta uma maior proporção de fibras em relação aos fibroblastos, apresentando uma vascularização escassa em relação ao dente. A união do epitélio com a superfície do implante é relativamente débil e a sua destruição permite que a contaminação bacteriana se estenda até ao osso, levando à sua destruição, ou seja, à instalação de uma periimplantite.[18, 19]
2.2.2. Osteointegração
O conceito de osteointegração surgiu da investigação que se começou a realizar em 1952 que estudou a microcirculação da medula óssea no perónio do coelho. Esta investigação fazia uso de uma câmara de titânio implantada no osso. Quando chegou a altura de as remover, verificou-se que estas tinham estabelecido uma verdadeira osteointegração com o tecido ósseo, pois não era possível removê-las do osso cicatrizado. A estrutura de titânio tinha sido completamente integrada no osso e o tecido mineralizado era totalmente congruente com as microirregularidades da superfície do titânio.[20]
Segundo o criador do conceito, Per-Ingvar Branemark, osteointegração define-se como a conexão direta, estrutural e funcional, entre o osso vivo ordenado e a superfície de um implante submetido a carga funcional.[20]
14 Figura 12- Representação esquemática das várias etapas da osteointegração. a) 1-contacto entre o
implante e o osso, 2- hematoma na cavidade confinada pelo implante e o osso, 3- osso que sofreu dano térmico e mecânico inevitável, 4-osso ileso, 5- implante; b) 6- durante a cicatrização sem carga o hematoma transforma-se em osso por formação de calo ósseo, 7-o osso que sofreu dano cicatriza e é revascularizado, desmineralização e remineralização; c) 8- depois do período de cicatrização do tecido ósseo este fica em estreito contacto com a superfície do implante sem nenhum tecido intermediário; d) 9- nos casos de insucesso o tecido conjuntivo não mineraliza dando origem a uma pseudoartrose que se estabelece na periferia do implante[20].
3.Parametros relacionados com o implante
A Implantação está associada à transferência de tecido morto ou material para um sistema biológico, enquanto a transplantação está associada com a transferência de tecido vivo[21]. Implantologia dentária é o termo usado para descrever a ancoragem de material aloplástico na mandibula e na maxila para proporcionar retenção e suporte ao dente substituto[21].
A história da implantologia remonta a milhares de anos, incluindo várias civilizações como os Chineses há 4000 anos, os Egípcios há 2000 anos e os Incas há 1500 anos, entre outros[14].Descobertas antropológicas na Europa e no continente Americano (Este e Central) são indicativas de que o Homem tentou a reposição de dentes perdidos muito cedo na sua história. Na altura usavam materiais homólogos ou aloplásticos incluindo dentes humanos e de
15
animais, osso esculpido e peças de função estética, pois em termos mecânicos eram inúteis para a mastigação. Spaniard Alabucasim, no ano 1100 DC aproximadamente, terá sido o primeiro a sugerir a aplicação de análogos e o transplante de dentes para substituir dentes perdidos. Este método foi usado durante séculos, tendo o seu expoente máximo no século XVIII em Inglaterra e França. Onde aparentemente, os dentes de jovens eram comercializados para substituir dentes perdidos. O elevado risco de transmissão de doenças e a alta taxa de insucesso levou ao abandono desta prática[21].Com o avanço das ciências naturais, nos séculos XVIII e XIX, Hartmann foi o primeiro a indicar implantes para além da reposição de um dente isolado. Ele propôs, em 1891, que dentaduras fossem fixas por raízes dentárias aloplásticas, sobe a forma de parafusos. 1939 Strock foi o primeiro a tentar modificar a forma do implante dentário, utilizando uma liga de crómio, cobalto e molibdénio (i.e.,Vitalium) para criar um implante com um corpo estreado, semelhante a um parafuso de madeira[21]. O primeiro implante subperiosteal foi desenvolvido e colocado em 1949, nos Estados Unidos da América, por Gershokoff e Goldberg.[22]
A fusão do osso ao titânio foi divulgada pela primeira vez em 1940 por Bothe e seus colegas[20]. Branemark começou um estudo experimental na circulação microscópica da medula óssea, para a qual usava câmaras de titânio fixas ao osso. Reparou que estas não eram possíveis de retirar do osso após o processo completo de cicatrização tivesse completo. A estrutura de titânio tinha sido completamente incorporada no osso. Este fenómeno levou à criação e estudo do conceito de osteointegração.[20] Este estudo levou à sua aplicação em implantes dentários, em 1960[20].
Dez anos de ensaios pré-clínicos em cães, revelaram que a utilização do implante não provoca reações adversas significativas, quer para os tecidos duros quer para os moles. Os estudos em humanos começaram em 1965 e foram, acompanhados ao longo de dez anos, tendo sido divulgados em 1977.[14] O sistema desenvolvido pelo grupo de Gotemburgo de Branemark obteve um lugar especial em que o elemento básico é um parafuso de titânio.[11].Nenhuma pessoa na história recente influenciou a geometria do implante (implante endosteal parafuso/raiz) como Branemark.[14]
16 Figura 13- Implante com para fuso/raiz segundo Branemark. I- implante; PFZ-cilindro do pilar;
PFS-parafuso-âncora [12].
3.1. Tipos de implantes
Nos últimos 50 anos foram usadas várias técnicas de fixação de implantes. O seu sucesso foi variável, mas tiveram o seu contributo para a evolução dos implantes dentários. Abaixo se expõem os vários tipos de implantes [11]:
(i) A fixação transdental/ transfixação (ii) Implantes submucosos
(iii) Implantes subperiosteais (iv) Implantes endosteais
3.1.1. Fixação transdental/ transfixação
Com este método não há penetração da mucosa. A raiz do dente natural e a ligação ao epitélio são mantidas; nesse sentido será, em princípio, um sistema de implante fechado, em contraste com os outros métodos [11].
3.1.2. Implantes submucosos
Este método implica a implantação de pequenos dispositivos em forma de botões sob a mucosa, para servir de fixação a uma prótese total, particularmente na maxila[11].
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3.1.3. Implantes subperiosteais
Este método implica a elevação do periósteo para colocação da estrutura do implante. A ideia básica foi concebida por Muller em 1937.[11] Estes implantes não estão ancorados no osso, como os endosteais. Estes são, em vez disso, desenhados para se apoiarem na crista óssea sem se poder afirmar que haja osteointegração.[23]
Figura 14- Imagem de um RX de mandibula com um implante subperiosteal [12].
3.1.4. Implantes endosteais
Um implante endosteal define-se como um material aloplástico cirurgicamente inserido no osso para servir de fundação prostodontica [14]. Os procedimentos de implantação endosteal são técnicas que visam a ancoragem do implante no osso mandibular ou maxilar, onde o corpo do implante geralmente penetra no osso cortical [21].
Os implantes dentários são feitos de matérias biocompatíveis, sendo cirurgicamente inseridos no osso mandibular ou maxilar com funções prostodonticas. Os implantes inseridos no osso (endosteais) são similares às raízes naturais do dente e não necessitam de suporte por parte dos dentes adjacentes [22].
Existem vários tipos de implantes endosteais: os implantes em lâmina, os implantes de cilindro oco e os implantes em parafuso/raiz [11].
18 Figura 15- Imagem com um implante do tipo lamina à esquerda [24]; vários implantes do tipo cilindro oco,
no centro[12]; implante do tipo parafuso/raiz à direita [25].
3.2. Geometrias
A geometria do implante é fundamental para que a prótese seja funcional e uma vida útil longa. As características da geometria vão influenciar diretamente a distribuição das forças aplicadas (compressão, tração e corte) através do implante aos tecidos[26].Os implantes dentro do mesmo tipo apresentaram várias geometrias ao longo dos tempos. Segundo a literatura as geometrias usadas com mais aceitação foram[27]:
(i) Implante cilíndrico e oco (Figura 15a);
(ii) Implante com socalcos, em inglês stepped (Figura 15b); (iii) Implantes roscado, i.e., em parafuso (Figura 15c).
19 a) b) c)
Figura 16- a) Implante com geometria de cilindro oco, RX de implante de cilindro oco em função á direita
[28]. b) Implante com geometria stepped,.RX de implante stepped em função à direita [29]. c) Implante em forma de parafuso[25]
A geometria dos implantes endosteais evoluiu ao longo de várias gerações de implantes. Como está patente na figura 15 anteriormente apresentadas, esta passou pelos cilindros ocos, pelos parafusos ocos e ultimamente, os mais aceites, são os parafusos maciços.[27]
3.3. Tratamento superficial
A superfície dos implantes foi há muito identificada como um importante fator no condicionamento da interação molecular, da resposta celular e osteointegração. Resultados experimentais comprovam que alguns tipos de superfícies promovem a formação de novo osso em relação às superfícies lisas. As superfícies rugosas foram identificadas como um importante parâmetro na capacidade de ancoragem ao osso. O principal objetivo para a modificação das superfícies dos implantes é promover uma osteointegração
20
mais forte, de uma forma mais rápida. Estas características vão aumentar a estabilidade durante o processo de cicatrização, melhorando a performance clínica, nos casos de fraca qualidade e quantidade de osso. Atualmente, as superfícies dos implantes são modificadas por várias tecnologias: maquinação, jacto de areia, corrosão ácida, anodização, modificação por laser e por combinações. Estes diferentes métodos de modificação de superfície de implantes levam a diferentes propriedades que afetam a resposta do recetor ao implante. [30]
3.3.1 Maquinação
A superfície maquinada foi a primeira geração de superfícies de implantes e era relativamente lisa[20]. Diferentes graus de rugosidade foram obtidos com o uso de diferentes técnicas de maquinação.[30]
Figura 17- Microfotografia de uma superfície maquinada [31]
3.3.2 Projeção de areias
O aumento de rugosidade de um implante pode ser obtido por projeção de pequenas partículas sobre a superfície, que é denominada de projeção de areia. Quando a partícula choca com a superfície do implante cria uma cratera. A rugosidade resultante é normalmente anisotrópica, formada por crateras arestas e partículas encrostadas.[30]
21 Figura 18- Microfotografia de uma superfície obtida por projecção de areia [32]
3.3.3. Ataque ácido
Com o ataque ácido a superfície é escavada pela remoção de grãos da superfície do implante. A rugosidade resultante depende do material, da sua microestrutura, do ácido usado e do tempo de banho.[30]
3.3.4. Combinação de projecção de areias e ataque ácido (SLA)
A maioria dos implantes disponíveis no mercado apresenta um tratamento superficial baseado na combinação das técnicas de projecção de areias com o taque ácido. Este método permite obter uma superfície com uma rugosidade composta (com dois graus diferentes) e remover as partículas encrostadas.[30]
22 Figura 19- Microfotografia da superfície de um implante SLActiveR da empresa Straumann com
tratamento superficial SLA[31]
3.3.5. Anodização
A anodização ou oxidação anódica é um processo electroquímico que corre no electrólito. Uma superfície anodizada é uma superfície com poros abertos na ordem dos micrómetros, formada pela criação de um óxido de titânio, parcialmente cristalino, enriquecido por fosfatos [30].
Figura 20- Microfotografia da superfície TiUniteR de um implante dentária da empresa Nobel, obtida pelo
23
3.3.6. Texturização a laser
O laser é uma técnica emergente na micromaquinação para a produção de estruturas à escala micro e nanométrica. É rápida, extremamente limpa e é adequada à modificação de superfícies, permitindo a criação de microestruturas complexas e com alta resolução.[30]
Figura 21- Microfotografia da superfície de um implante BioHelixR , obtida pelo processo de texturização
a Laser[31]
3.4. Conexões
A conexão implante-pilar é de suma importância para o sucesso da prótese. É a conexão implante pilar que influencia determinantemente a força de articulação e a sua estabilidade axial, assim como a estabilidade lateral e rotacional [33]. As conexões dos implantes podem ser externas ou internas. Estas, por sua vez, apresentam vários tipos de encaixe. As conexões internas ainda podem ser cónicas e dentro destas apresentar uma forma específica que são as de cone Morse[33-35]. A conexão cone-Morse foi desenvolvida para suprir as desvantagens das conexões hexagonais e tem a particularidade de apresentar paredes cónicas com uma orientação precisa, as quais proporcionam o contacto direto com o implante. Este sistema permite toque por atrito das paredes internas do cone do implante, diminuindo assim a folga existente entre pilar/implante [34].
Tal como foi referido anteriormente, o espaço existente entre os componentes (pilar e implante), em conjunto com a presença de
micro-24
movimentos entre ambas as peças, são os fatores responsáveis pela formação do espaço biológico.
Para minimizar a reabsorção da crista óssea surgiu o conceito da troca de plataforma (Plataforma Switch), onde se desloca a microfenda entre pilar e implante, mais para o interior da plataforma do implante. Isto vai ajudar a preservar o osso periimplantar [36].
Figura 22- implante com conexão implante/pilar externa hexagonal [37]
25 Figura 24- esquema de implantes com diferentes tipos de conexão; a) externa, b,c,d) tipos de conexão
interna [39].
Figura 25-esquema em que a seta aponta para o intervalo entre o pilar e o implante criado o que se
denomina de troca de plataforma (platform switch) [40].
3.5. Estado da arte
Uma definição de estado da arte é “Nível mais avançado de
conhecimento ou de desenvolvimento em determinada arte em determinado momento”.[41] Neste momento o tipo de implante usado a nível mundial é o
endosteal em parafuso, fabricado em titânio, sendo a liga Ti6Al4V a mais comum. A partir deste tipo existem várias geometrias no mercado.
(i) Cónicos (Figura 26a); (ii) Cilíndricos (Figura 26b);
(iii) Tapered (Figura 26c).
26 a) b) c)
Figura 26-a) implantes cónicos à esquerda e RX de implantes cónicos em função à direita [37]. b)
implante com geometria de cilindro [42]. c) implante com geometria tapered à esquerda [43]; Rx de implante tapered em função à direita [44].
Quanto ao tipo de superfície a mais evoluída é a superfície rugosa. Em relação às conexões, tanto a interna como a externa são consideradas como atuais.
Figura 27- Implante com conexão externa e conexão interna [45] Não foi encontrada nenhuma entrada do índice de ilustrações.
27
4.Relação da patologia com os parâmetros que
caracterizam o implante
4.1. Periimplantites
A periimplantite é um dos maiores problemas clínicos a ser enfrentado em Implantodontia [46], pelo que constitui também um enorme desafio a própria definição do fenómeno. A periimplantite é definida como um processo inflamatório que afeta os tecidos que circunscrevem um implante osteointegrado, resultando em perda do osso de suporte. Esta reação é secundária a uma infeção local, com diversos padrões em comum com a periodontite crónica [47]. A periimplantite é diagnosticada quando ocorre perda progressiva de osso periimplantar, excedendo os limites de tolerância de reabsorção de osso, após sucesso da osteointegração do implante, ou seja, a média anual de perda óssea vertical peri-implante não deve ser maior que 0,2 mm [48].
De acordo com a Federação Europeia de Periodontologia[49], as infeções periimplantares podem ser classificadas como:
(i) Mucosite periimplantar - é considerada uma inflamação reversível que afeta os tecidos moles adjacentes a um implante;
(ii) Periimplantite - corresponde a um processo inflamatório que afeta os tecidos adjacentes a um implante osteointegrado, resultando em perda óssea [49, 50].
A periimplantite tem início numa inflamação superficial da mucosa perimplantar (mucosite). Caso permaneça sem tratamento, o processo pode tornar-se progressivo e irreversível, levando a perda óssea vertical e horizontal, comprometendo a longevidade dos implantes.[51]
Jemt & Albrektsson fizeram a seguinte pergunta “ How has periimplantitis
28
periimplantite como “inflamação com perda de osso no tecido envolvente do
implante funcional”[51]. De acordo com esta definição, qualquer sinal de perda
de osso (mesmo ˂0,2 mm anualmente) com inflamação, pode ser interpretada como um sinal de periimplantite, mas é de realçar que os mesmos autores, no mesmo artigo, aceitam uma perda óssea de 1,5mm durante o primeiro ano e uma perda ˂0,2 mm anualmente, a partir desse momento, como um implante de sucesso, definiram periimplantite como implante que demonstre hemorragia à sondagem e/ou secreção purulenta (infeção). Combinado com uma perda total de osso de 1,8 mm ou mais durante 8 a 13 anos após a primeira consulta anual de acompanhamento[51].
A definição anterior é diferente da de Fransson que define qualquer absorção de osso após o primeiro ano, como sendo indicativa de perda de osso.[52]
4.2 Causas da patologia
A etiologia da periimplantite é multifatorial. Assim, importa elencar e explanar os fatores implicados no desenvolvimento de periimplantite:[19]
(i) Microorganismos;
(ii) Estado do tecido periimplantar; (iii) Superfície;
(iv) Conexões,
(v) Geometria do implante (vi) Sobrecarga mecânica
29
4.2.1. Microrganismos
Sempre que há colonização de tecidos por microorganismos patogénicos observa-se o desenvolvimento de patologia devido à infeção e à resposta inflamatória subsequente.
Em 1983 Rams & Lin, apresentaram estudos sobre a flora microbiana associada ao insucesso de implantes e demonstraram que as bactérias presentes nas periimplantites eram principalmente espécies gram-negativas anaeróbias[53]. Achados microbiológicos, relativos à flora microbiana de implantes rejeitados, indicam que as bactérias implicadas nas periodontites infecciosas, talvez tenham um papel relevante no desenvolvimento da patologia periimplantar. Staphylococci spp., Capnocytophages e Spiroquetes, Fusobacteria spp., Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermédia e Actinobacillus actinomycetemcomitans [53].
Estudos utilizando técnicas de Polimerase Chain Reaction (PCR), sondas de DNA e meios de cultura seletivos, determinou a flora microbiana associada à patologia periimplantar. Esta é composta por bactérias gram-negativas das quais se destacam Aggregatibacter actinomycetemcomitans,
Prevotella intermedia, Porphyromonas gingivalis e Tanerella forsythus [54-56].
Outro estudo relacionou esta flora microbiana como sendo comum à periodontite e à periimplantite [57]. Outro grupo de bactérias isoladas de casos de periodontite que é comum à periimplantite são os estafilococos, dos quais se destacam o Staphylococcus epidermidis e Staphylococcus aureus,[58]
30
4.2.2. Estado do tecido periimplantar
O tecido periimplante tem um papel fulcral como barreira biológica aos possíveis agentes patogénicos da periimplantite. A flora microbiana subgengival, em pacientes parcialmente edêntulos, reabilitados com implantes, é mais patogénica quando comparadas à de pacientes desdentados totais. Isso mostra a influência da doença periodontal no início e progressão da patologia periimplantar, nos dentes adjacentes. Segundo Apse existe a possibilidade de que dentes naturais possam servir como reservatório de patogénicos periodontais, os quais podem colonizar os tecidos ao redor de implantes.[56]
Diversos estudos confirmaram o conceito de que a flora microbiana presente na cavidade oral, aquando da colocação do implante, determina a composição da flora microbiana em redor dos implantes. Consequentemente, o biofilme presente nos dentes remanescentes influência a composição da microbiana peri implantar. Um estudo comparou a colocação de implantes em pacientes com e sem periodontite. Os resultados indicaram que o grupo que possuía periodontite foi mais suscetível a periimplantite do que o grupo sem periodontite.[2]
4.2.3 Superfícies
A superfície de um implante condiciona o possível desenvolvimento de periimplantite pelo facto de esta permitir a maior ou menor adesão bacteriana.[56] A rugosidade e a composição química da superfície de um implante têm um grande impacto na formação da placa bacteriana.[59] O estudo de diferentes superfícies de implantes (hidroxiapatite, titânio puro, alumina e zircónio) verificou-se que se encontrava Streptococos spp. em todos, nas primeiras quatro horas e anaeróbios nas 48 horas seguintes.[60] Ainda neste estudo, verificou-se que as superfícies mais rugosas permitiam uma maior aderência das bactérias. O que demonstra que os implantes com
31
superfícies rugosas têm maior tendência a criar biofilmes de bactérias patogénicas, permitindo o desenvolvimento de periimplantite.[56, 60]
Superfícies de implantes com elevada rugosidade podem facilitar a adesão de bacteriana meio subgengival, onde condições de anaerobiose favorecem o crescimento de espécies patogénicas [51]. Num trabalho experimental realizado em cães, testou o desenvolvimento de doença em implantes com diferentes superfícies: polida e SLA (superfície tratada com jato de areia e ataque ácido). Verificou-se que a extensão da inflamação e perda óssea causada pela progressão da periimplantite foi significativamente superior na superfície SLA, ou seja, na superfície mais rugosa.[56]
A rugosidade do implante não tem influência no desenvolvimento de periimplantite, quando o implante está localizado totalmente intra-ósseo. Quando o implante fica exposto, essa propriedade contribui para o aumento da retenção do biofilme bacteriano, sobretudo em pacientes sem hábitos de higiene oral [19, 51]. Estudos demonstraram que a diminuição da rugosidade é acompanhada de menor colonização bacteriana até um limite de rugosidade média (Ra) de 0,2µm [59]
4.2.4 Conexões
Um sistema implante-prótese que apresente desajustes pode favorecer a retenção da placa bacteriana, para além de permitir a passagem de microrganismos para o interior do pilar transepitelial. Segundo um estudo de Binon et al, isto acontece devido à existência de um erro, corrente, no ajustamento dos componentes da ordem dos 20µm a 49µm[19]. Este espaço proporciona um meio de colonização para os microorganismos com tamanhos inferiores a 10 µm[19].
O conjunto pilar-implante oferece condições de retenção de biofilme bacteriano. A coaptação deficiente entre os componentes prostéticos e o topo do implante também é responsável pela infiltração bacteriana e,
32
consequentemente, colonização bacteriana no aspeto interno dos implantes[51].
Trabalhos de Traversy e Birek[19] e Quirynen e Van Steenberghe[19] registaram infiltração de fluidos e bactérias na interface do conjunto pilar /implante. Os primeiros demonstraram, em estudo in vitro, que na interface implante/pilar do sistema Branemark ocorre infiltração bidirecional de fluído. Na colonização bacteriana do interior dos implantes, predominam estreptococos anaeróbios e facultativos, além de bastonetes anaeróbios Gram-positivos dos géneros Propionibacterium, Eubacterium, Actinomyces e bastonetes anaeróbios Gram-negativos como os do género Fusobacterium, Prevotella e
Porphyromonas. Esse facto pode aumentar o risco de inflamação dos tecidos
perimplantares, e consequentemente comprometer a estabilidade do implante sendo um fator potencial de desenvolvimento de periimplantite[34]. Fenómenos de corrosão podem ocorrer quando a um implante de titânio se conecta uma estrutura de metal não nobre. Está provado que neste caso há um aumento de macrófagos nos tecidos que envolvem o implante promovendo a reabsorção óssea inicial por razões não infecciosas, mas que após contaminação dão origem a uma periimplantite.[19]
4.2.5. Geometria
A geometria do implante parece ser de menor importância desde que o implante tenha sido colocado correctamente. Mas há que contar com a influência da geometria no modo de transmissão de forças ao osso. Esta transmissão pode gerar uma sobrecarga em algum ponto, especialmente na zona de união entre o osso e o colar cervical do implante. A perda de osso neste ponto biomecanicamente débil facilita a formação de um defeito ósseo que após contaminação pode dar origem a uma periimplantite.[19]
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4.2.6. Sobrecarga mecânica
Sobrecarga (overload) é o termo definido a um desequilíbrio biomecânico entre forças funcionais e parafuncionais, atuando sobre uma prótese que por sua vez se reflete no implante e no osso alveolar. Clinicamente essa disfunção pode causar a perda da osteointegração. Esse sinal clínico manifesta-se devido à substituição do tecido ósseo por uma cápsula fibrosa não funcional. Momentos de força excessiva podem induzir a falhas mecânicas e biológicas do implante. A sobrecarga oclusal pode ser o factor principal de perda de integração de um implante estável. O desenvolvimento de inflamação nos implantes com excessivo trauma oclusal pode aumentar o efeito da carga excessiva, podendo ocorrer maior reabsorção óssea ao redor de implantes. O somatório do trauma oclusal com a flora microbiana patogénica leva ao desenvolvimento de periimplantite.[61]
Uma vez identificados todos os fatores que influenciam a desenvolvimento de periimplantites, a investigação debruçou-se no seu fator de estudo, a geometria.
34
5 SolidWorks®
O Solidworks® é um software de CAD desenvolvido em 1993 pela Solidworks® Corporation, adquirida em 1997 pela Dassault Systèmes S.A.. Este software baseia-se em computação paramétrica, criando formas tridimensionais a partir de formas geométricas elementares. a criação de um sólido ou superfície tipicamente começa com a definição de topologia em um esboço 2D ou 3D. A topologia define a conetividade e certos relacionamentos geométricos entre vértices e curvas, no esboço e externos ao esboço[62] .
Após um processo de aprendizagem de utilização deste software, através da frequência de um curso de formação, veio o período de desenvolvimento de estruturas 3D. Em primeiro lugar desenvolveu-se um implante roscado a partir do qual se alteraram vários parâmetros para serem avaliados e comparados entre si. Foi também com este software que se procedeu à criação de uma estrutura para simular o osso envolvente. Este osso é constituído por osso cortical e esponjoso, daí o desenvolvimento de duas peças em que uma envolve a outra num encaixe prefeito, para se testar o efeito da carga sobre o implante quando incluso no osso.
35 Figura 29- Modelo de osso cortical criado em Solidworks®
36
6 Abaqus®
O Abaqus® é um programa de cálculo numérico que permite realizar análises estruturais. Com este programa é possível simular o comportamento mecânico de estruturas, seja da indústria aeroespacial, automóvel, componentes eletrónicos, dispositivos médicos, entre uma infinidade de outras hipóteses, simulando virtualmente as condições reais da sua utilização.[63]
A sua primeira versão data de 1978, desenvolvida por David Hibbitt, Bengt Karlsson e Paul Sorenson na firma constituída pelos três e denominada HKS, inc. Em 2002, a firma HKS Inc. passa a chamar-se Abaqus® Inc. e em 2005 é adquirida pela companhia francesa Dassault Systèms. [63]
Numa primeira fase foram importados os modelos 3D desenvolvidos no
Solidworks® . Uma vez importadas para o Abaqus® as diferentes peças foram
processadas. O processamento consiste em várias etapas. Primeiro na atribuição de todas as características inerentes ao material que constituía cada peça (densidade, módulo de Young, coeficiente de Poisson). Após este passo, as diferentes peças são montadas umas nas outras para constituir um modelo que ira simular um implante inserido no osso. De seguida são definidas as superfícies que vão interagir umas com as outras e o modo de interação. Neste caso todas as peças são consideradas encastradas umas nas outras, isto porque osso é uma peça única constituída por dois tipos de osso (cortical e trabecular) e o implante considera-se totalmente osteointegrado com o “osso”, cortical e trabecular.
37
Numa segunda fase foi seguido o mesmo modelo de investigação mas agora em 2D. Para este estudo todas as peças do modelo foram desenvolvidas no Abaqus® .
38
7. Estudos
Baseado em vários estudos biomecânicos de implantes com complicações devido a ganharem folga ou partirem, foi reconhecida a necessidade de desenvolver novas geometrias para implantes, de forma a melhorar a sua estabilidade biomecânica. Quando em ação, os implantes são sujeitos a cargas altamente complexas de diferentes durações, direções e magnitudes, para além da transmissão de carga para o interface osso-implante. A durabilidade funcional das próteses está altamente relacionada com a estabilidade dos componentes do complexo implante-pilar-coroa. Dentro deste complexo a geometria dos diversos componentes poderá ter um profundo impacto na vida funcional do implante.[64]
Segundo um estudo comparativo entre vários implantes existentes no mercado a geometria do implante está diretamente relacionada com a transferência de tensões para o osso envolvente, o que faz da geometria do implante um dos fatores responsáveis pela sobrecarga no osso envolvente.
7.1. Modelos
Para o estudo da influência da geometria foi desenvolvido um modelo numérico do sistema implante osso.
39
7.1.1. Desenvolvimento do modelo do implante
O desenvolvimento do desenho do implante dependeu de um levantamento exaustivo dos modelos no mercado. Durante esta pesquisa deu-se especial atenção às dimensões que caracterizam os implantes. Existe uma classificação comum utilizada pelas diferentes marcas, mas que não respeitam as mesmas dimensões. Um implante com as mesmas dimensões poderá ser classificado de modo diferente. Mas de um modo geral, pelas dimensões os implantes caracterizam-se em vários grupos:
a) Diâmetro-
(i) Estreitos- os que apresentam diâmetros compreendidos entre 3 e 3,6 mm exclusive;
(ii) Regulares- os que apresentam diâmetros compreendidos entre 3,6 e 5 mm exclusive;
(iii) Largos- os que apresentam diâmetros compreendidos entre 5 ou mais mm exclusive.
b) Comprimento-
(i) Curtos- os que apresentam comprimentos entre 7 e 10 mm exclusive; (ii) Normais- os que apresentam comprimentos entre 10 e 13 mm
exclusive;
(iii) Compridos- os que apresentam comprimentos entre 13 e 18 mm exclusive.
Ainda se constatou outra evidência, os implantes com conexão interna por norma são mais estreitos que os que apresentam conexão externa.
40 Figura 33- Implante com conexão externa à esquerda e conexão interna à direita [45]
O implante é do tipo parafuso maciço com o comprimento normal de 10mm e diâmetro normal sendo o valor comum a ambos os tipos de conexão (interna e externa) de 4mm.
41
7.1.2. Desenvolvimento do modelo de osso
Osso tal como já foi referido é constituído por osso cortical e trabecular. Para o estudo descrito foi simulado um osso tipo II segundo a escala de Leckholm e Zarb 1985. Isto significa que o modelo de osso irá simular um osso com uma cortical compacta mas com uma zona medular com uma trabéculação densa. O osso trabecular denso é englobado por osso cortical que forma uma camada com a espessura de 2 mm. Tendo o conjunto 24 mm de comprimento, 2 mm osso cortical,20 mm-osso trabecular,2 mm-osso cortical.
Figura 35- Modelo de osso, conjunto osso cortical a azul, osso trabecular a rosa.
7.1.3. Características dos materiais
Para que o Abaqus® possa calcular a simulação do modelo em estudo é preciso que sejam introduzidas a características que definem à luz da mecânica esse material. As características são a densidade, o módulo de Young e o coeficiente de Poisson.
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Para o implante do estudo o material escolhido foi a liga de titânio Ti6Al4V. Este material possui uma densidade de 4,51 g/cm3[65]. O módulo de Young desta liga é de 110 GPa e o coeficiente de Poisson é de 0,32. [66]
No caso do osso estamos a falar de um material composto por dois materiais com características distintas, o osso cortical e o osso trabecular. O osso cortical apresenta uma densidade de 1,58 g/cm3 [8]. Quanto ao módulo de Young este tipo de osso apresenta um valor de 13 GPa e um coeficiente de Poisson de 0,3 [67]. O osso trabecular apresenta uma densidade de 0,64 g/cm3 [8], inferior à do osso cortical. O módulo de Young deste tipo de osso é de 1,37 GPa o que demostra a sua maior elasticidade em relação ao osso cortical, ou seja é mais deformável quando sujeito à mesma força.[67] O coeficiente de Poisson, por sua vez, é o mesmo para os dois tipos de osso 0,3.[67]
7.1.4 Caracteristicas da força aplicada
A força escolhida para este estudo tem a direcção do eixo dos zz, com o sentido negativo e o ponto de aplicação no centro da superfície coronal do implante. Para a determinação da magnitude da força investigou-se na literatura experiências similares. Nos estudos encontrados as forças utilizadas iam dos 10 N aos 2440 N[10] . Os valores mais comuns encontravam-se entre os 100 N e os 400 N [6, 10, 68, 69]. Para este estudo foi atribuída à força o valor de 360 N, que no modelo 3D que representa metade do modelo passa a 180 N e no que representa um quarto do modelo assim como no modelo 2D apresenta o valor de 90 N.
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7.1.5. Aplicação de malha de elementos finitos
Para o cálculo de distribuição de força é aplicado o método dos elementos finitos. Para que esse cálculo seja possível primeiro é preciso criar a malha para cada peça. A malha foi criada pelo uso do Abaqus®. Para o implante o número de elementos variou entre os 390 e os 500. Para o osso cortical o número de elementos rondou os 1700 e para o osso trabecular rondou os 840 elementos.
a) b) c)
Figura 36- peças do modelo 2D após calculdada a malha no Abaqus® ; a) implante, b) osso cortical, c)
osso trabecular. Arquivo do autor.
7.1.6. Parâmetros geométricos do implante
No modelo do implante foram identificados alguns parâmetros geométricos importantes como o colo, o corpo e a rosca (figura 37). Estes
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parâmetros, através da sua variação, vão produzir variações na transmissão de tensões ao osso adjacente, os escolhidos para o estudo em curso foram:
Figura 37- Modelo de implante com respectiva legenda.
7.1.6.1.Colo
Neste estudo, o colo é delimitado pela linha superficial coincidente com nível superficial do osso e pela linha 2 mm abaixo desta. Segundo o modelo de osso usado esta porção do implante vai interagir directamente com o osso cortical, já que as suas dimensões são as mesmas. A geometria do colo influencia o stress peri-implante criado pelas tensões geradas pelas cargas aplicadas ao implante[67]. Neste estudo vamos testar quatro geometrias distintas:
COLO
CORPO ROSCA
