Universidade Estadual de Campinas
Faculdade de Odontologia de Piracicaba
Mariana Agustinho Rodrigues
Análise fotoelástica da distribuição de tensões em próteses
fixas implantorretidas de três elementos
Stress distribution in three-unit implant fixed prosthesis using
photoelastic evaluation
Piracicaba 2016
Mariana Agustinho Rodrigues
Análise fotoelástica da distribuição de tensões em próteses
fixas implantorretidas de três elementos
Stress distribution in three-unit implant fixed prosthesis using
photoelastic evaluation
Thesis presented to the Piracicaba Dental School of the University of Campinas in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor in Dental Clinic, in the Dental Prosthodontics area.
Orientador: Prof. Dr. Guilherme Elias Pessanha Henriques
Piracicaba 2016
Tese apresentada à Faculdade de Odontologia de Piracicaba da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Doutora em Clínica Odontológica – Área de Prótese Dental.
Thesis presented to the Piracicab a School of Dentistry of the Universit y of Campina s in partial fulfillme nt of the requirem ents for the degree of Doctor in Dental Clinic, in the Dental Prosthod ontics area. Este exemplar corresponde à versão final
da tese defendida pela aluna Mariana Agustinho Rodrigues, e orientada pelo Prof. Dr. Guilherme Elias Pessanha Henriques.
Dedicatória
Dedico esse trabalho à minha mãe Silvia Agustinho e aos meus avós Manoel e Diva, pelo incentivo, carinho e apoio mesmo nos momentos mais difíceis. Por estarem sempre presentes e me apoiarem em todas as minhas decisões.
Agradecimentos Especiais
À Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), na pessoa do seu Magnífico Reitor Prof. Dr. José Tadeu Jorge.
À Faculdade de Odontologia de Piracicaba da Universidade Estadual de Campinas (FOP/UNICAMP), na pessoa do seu Diretor Prof. Dr. Guilherme Elias Pessanha Henriques e seu Diretor Associado Prof. Dr. Francisco Haiter Neto.
À Coordenadoria geral de Pós-Graduação da Faculdade de Odontologia de Piracicaba da Universidade Estadual de Campinas na pessoa de sua coordenadora Profª. Drª. Cinthia Pereira
Machado Tabchoury, e da coordenadora do Programa de Pós-Graduação em Clínica Odontológica Prof. Dra. Karina Gonzales Silverio Ruiz.
Ao Professor Dr. Guilherme Elias Pessanha Henriques, pela confiança e apoio na elaboração deste trabalho. Meus sinceros agradecimentos.
Agradecimentos
Aos professores da Área de Prótese, Prof. Dr. Mauro Antônio de Arruda Nóbilo, Prof. Dr. Marcelo Ferraz Mesquita, Prof. Dr. Rafael Leonardo Xediek Consani por transmitirem seus conhecimentos com muito empenho.
Ao Prof. Dr. Marcelo Ferraz Mesquita por permitir a utilização do Laboratório de Prótese Total.
À Silvia de F. L. Agustinho, Manoel Agustinho, Madalena Agustinho, Diva Agustinho,
Manoel Menezes, Fernando, Sofia, Felipe, Silvana, Rodrigo Cardillo, Cláudio, Vanessa e Marli Marques, pelo incentivo, conselhos e apoio em todos os momentos de minha vida.
Aos amigos e colegas Leonardo Flores Luthi, Vanessa Tramontino Mesquita, Sabrina
Rodrigues e Atais Bacchi pelo incentivo e ajuda nos momentos mais difíceis, durante o
desenvolvimento deste projeto.
Aos amigos Ana Bheatriz Montes, Fernanda Kobayashi, Wagner Alves, Laura
Boaretto, Camila C. L. da Silva, Thiago Kuratani, Carla Idalgo e Leydiane Parma pela
amizade, pelos momentos de descontração e todo o apoio nesta fase.
Aos amigos e colegas Bruno Zen, Claudia Brilhante, Isabella Marques, Livia
Rodrigues e Fabiana Freitas pela amizade e ajuda em vários momentos durante o curso e pelos
momentos compartilhados tanto na Faculdade quanto fora dela.
Às amigas Marina Desjardins, Mariana Desjardins, Ana Paula Tomé, Jane
Marcelino, Michele Gimenez, Andreia Bolzan, Patricia Penati, Sueli Ribeiro, Rosali Santos,
que tive oportunidade de conhecer neste período em Piracicaba, por toda amizade e apoio, muito obrigada.
À secretária do Departamento de Prótese Dental Eliete Ferreira por toda a paciência, e auxílio durante este período.
Aos técnicos em prótese dental Paulo Alcarde e Eduardo Campos pela ajuda durante o desenvolvimento dos procedimentos laboratoriais.
E a tantos outros que indiretamente contribuíram na elaboração deste trabalho. Obrigada!
Resumo
Implantes osseointegrados são o tratamento preferível para a reabilitação de pacientes desdentados totais ou parciais. Os pilares tipo UCLA para próteses metalocerâmicas se apresentam em duas formas: UCLA calcináveis e UCLA sobrefundidos; devido ao baixo custo e possibilidade de individualização são amplamente utilizados para a confecção de próteses sobre implantes. Porém, a fundição pode acarretar em desajustes e prejudicar a biomecânica destas próteses. Assim, este estudo teve como objetivo avaliar a distribuição de tensões ao osso adjacente ao implante de próteses fixas utilizando pilares UCLA pelo o método da fotoelasticidade. Foram obtidas 10 infraestruturas metálicas, para próteses fixas implantorretidas de três elementos, separadas em dois grupos: G1(n=5) - estruturas metálicas utilizando-se UCLAs calcináveis em Co-Cr, e G2 (n=5) - estruturas metálicas utilizando-se UCLAs sobrefundidos em Co-Cr. Utilizando-se um modelo de trabalho em resina epóxica, contendo dois implantes de plataforma 4.1 hexágono externo. As estruturas foram parafusadas individualmente, e o conjunto foi posicionado em polariscópio circular plano. Sobre a estrutura foi aplicada uma carga de 98N. Foram obtidas fotografias digitais registrando a formação de franjas isocromáticas. As imagens foram processadas e com o auxílio do programa MatLab, foram definidos 14 pontos ao redor dos dois implantes. Foram calculados as tensões em cada região, de acordo com método de Tardy. Os resultados foram calculados e submetidos à análise estatística Anova- 2 fatores seguido de teste de Tukey (α=0,05). O grupo 2 apresentou valores menores na região cervical em relação ao grupo 1 (p=0,0008). Houve também diferença estatística entre as regiões cervical e apical para G1 (p= 0,0286) e G2 (p= 0,0484). Pode-se concluir que as estruturas confeccionadas com pilares UCLA sobrefundidos proporcionaram melhor distribuição de tensões ao redor dos implantes quando comparado aos pilares UCLA calcináveis, sob aplicação de carga de 98N.
Abstract
Osseointegrated implants are a preferable treatment option for totally or partially edentulous patients rehabilitation. There are two types of UCLA abutments for metalloceramic prosthesis: castable UCLA and overcast UCLA, and due to their low cost and individualization potential they are widely used in the manufacture of implant-retained prosthetics. However, the cast procedure may result in misfits and compromise prostheses’ biomechanics. Thus, the aim of this study was to evaluate the stress distribution around the implants of three-unit implant-supported prostheses using UCLA abutments, by using photoelastic analysis. The study obtained 10 metallic structures simulating three-unit implant-retained prostheses and divided them into two groups: G 1(n=5), metallic structures using UCLA cast in Co-Cr; and G 2 (n=5), metallic UCLA overcasts in Co-Cr. An epoxy resin master cast containing two implants and a 4.1mm external hexagon platform was developed. The structures were screwed over the master cast to perform the photoelastic analysis. The set was positioned on a circular polariscope. A 10-kgf load was applied over the structure. Photographs were taken to register the isochromatic fringes. The images were processed and using the software Fringes, 14 points around the implants were determined. The stresses were calculated for cervical, medium and apical regions by Tardy’s method for each point. The statistical analysis was performed with two-way ANOVA followed by a Tukey test (α=0.05). Group 2 presented minor values on the cervical region than group 1 (p=0.0008). There was statistical difference between cervical and apical regions for G1 (p= 0.0286) and for G2 (p= 0.0484). It can be concluded that the structures made using overcast UCLAs present better stress distribution around implants when compared to castable UCLAs.
Sumário
1 Introdução………...11
2 Capítulo 1: Stress distribution in three-unit implant fixed prosthesis using photoelastic evaluation...14
3 Discussão...27
4 Conclusão...30
Referências...31
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1 Introdução
Em reabilitações protéticas para pacientes desdentados parciais ou totais são utilizados implantes osseointegrados, desde que sejam preenchidos requisitos mínimos que assegurem a correta indicação, como a espessura e a dimensão ósseas, o espaço protético e o tipo de prótese indicada para a situação clínica (Phillips et al., 1994). A prótese é fixada aos implantes proporcionando retenção, estabilidade e estética satisfatórias (Zarb & Schmitt, 1991; Lindhe, 2008).
Considera-se que o implante apresenta um movimento de até 10 µm, enquanto o dente natural apresenta aproximadamente 100 µm (Skalak, 1983). Isto porque o implante osseointegrado, ao contrário do dente natural, não apresenta ligamento periodontal. Sendo assim, toda a força incidente sobre a prótese é transmitida ao implante e refletida diretamente ao osso. As principais tensões induzidas à interface osso-implante se originam da mastigação e de sobrecarga devido a desadaptações da peça protética, o que pode provocar desde fratura de pilares e parafusos de fixação (Naert et al., 1992) até reabsorção óssea e falha da osseointegração (Carlson & Carlsson, 1994; Sahin & Çehreli,2001; Vigolo et al.,2003). Sendo assim, para se obter sucesso com o tratamento utilizando-se implantes osseointegrados, faz-se necessário a manutenção da precisão do encaixe entre os componentes protéticos e a plataforma do implante – adaptação passiva - diminuindo a indução de forças ao implante e ao osso peri-implantar (Jemt & Lekholm, 1998).
Com o intuito de se obter a precisão do encaixe entre o implante e as fixações, tanto etapas clínicas, como a obtenção de um molde adequado, quanto as etapas laboratoriais, como os processos de fundição da estrutura metálica, devem ser rigorosamente controlados. Além disso, foi recomendado por Branemark a utilização de pilares pré-fabricados intermediários, com o objetivo de diminuir as tensões induzidas diretamente ao implante. A conexão entre a prótese e o pilar seria dada por um parafuso de ouro, desenhado para ser o elo fraco do sistema, de forma que se houvesse forças excessivas este iria se deformar e o implante e seu parafuso de conexão com o pilar seriam protegidos (Lewis et al., 1992).
Entretanto, principalmente para casos de reabilitação protética em pacientes parcialmente edêntulos, o uso de pilares intermediários pode não ser possível devido ao espaço interoclusal limitado, posição do implante muito próximo à margem gengival desfavorecendo a estética ou dificuldade de contorno do pilar e consequentemente da prótese (Lewis et
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Universidade da Califórnia, Los Angeles, Estados Unidos, em meados dos anos 80. Além de solucionar os problemas devido ao uso do pilar intermediário, os pilares UCLA também apresentam baixo custo e possibilidade de individualização do pilar (Aguiar Jr et al., 2012). Porém, estes podem ter resultados biomecânicos desfavoráveis quanto à indução de forças pela ausência do parafuso intermediário.
Outro problema relatado pela literatura refere-se a maior possibilidade de desajuste entre a peça protética e o implante, devido à manipulação da peça e fundição, alterações dimensionais de materiais ou presença de bolhas na região da base do pilar, o que poderia ocasionar, então, maiores tensões ao conjunto prótese-implante (Lewis et al., 1988; Takahashi & Gunne, 2003). Na tentativa de solucionar estes problemas referente ao UCLA calcinável, foi desenvolvido o UCLA com base metálica pré-fabricada associada a um cilindro plástico como alternativa, para próteses metalocerâmicas. Esse pilar modificado mantem as vantagens do UCLA tradicional, sendo denominado como UCLA sobrefundido. O UCLA sobrefundido possui base usinada, que apresenta maior regularidade e lisura superficial, o que propicia boa adaptação entre o implante e a prótese. Assim, este pilar apresentaria menor ocorrência de desajuste marginal por erros na fundição, e consequentemente reduziria as tensões na região peri-implantar quando comparado ao UCLA calcinável (Kano et al., 2007).
Desta forma, torna-se imprescindível a avaliação do desempenho destas próteses quanto a sua biomecânica, de forma a obter tratamentos mais confiáveis e melhores prognósticos à longo prazo. Para tal, técnicas de avaliações antes utilizadas no campo da engenharia, são amplamente utilizadas em testes in vitro e in vivo (Assunção et al., 2009). São utilizadas técnicas como: 1- Método de Análise por elementos finitos, baseado em modelos de imagens e simulações em programas computacionais; 2- Extensometria, pelo uso de extensômetros há a possibilidade de avaliação das tensões ocorridas em determinada região; e 3- Técnica da fotoelasticidade, em que é possível avaliar qualitativa e quantitativamente a distribuição de tensões por análise de modelos de materiais isotrópicos, que sob luz polarizada permitem a visualização de formação de franjas de tensão (Pesqueira et al., 2014). A fotoelasticidade, além de permitir a análise qualitativa, pela distribuição e visualização de áreas de concentração de tensões em um modelo real, também permite a avaliação quantitativa das tensões por meio de
software específico.
Foi relatado que 80% de casos de reabilitação com implantes são observados em região de pré-molares e molares, e pilares UCLA são amplamente utilizados nestas reabilitações (Montero et al., 2012). Ligas de cobalto-cromo são utilizadas em reabilitações protéticas
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devido ao seu baixo custo, alta resistência a fratura e a corrosão, modulo de elasticidade e dureza (Dargahi et al., 2005; Roach M,2007).
Se faz necessário compreender a distribuição de tensões ao longo do implante em próteses fixas, para entender e controlar possíveis alterações ósseas devido a biomecânica da prótese. Os pilares UCLA sobrefundidos poderiam apresentar distribuição de tensões mais favoráveis ao redor dos implantes quando comparado aos pilares UCLA calcináveis? Assim, este estudo teve como objetivo avaliar se o uso de pilar UCLA sobrefundido apresenta melhor distribuição e menores valores de tensões a região periimplantar em modelo fotoelástico simulando prótese fixa implantorretida de três elementos quando comparado ao uso de UCLA calcinável, sob a aplicação de carga de 98N.
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2 Capítulo 1
Stress distribution in three-unit implant fixed prosthesis using
photoelastic evaluation
Abstract
Implant-supported prostheses are preferable treatment to rehabilitate totally and partially edentulous patients. Two types of UCLA abutments for metalloceramic prosthesis are widely used in the manufacture of implant-retained prostheses: calcinable UCLA and overcast UCLA. However, the cast procedure may result in misfits and compromise prostheses’ biomechanics. The aim of this study was to evaluate the distribution around the implants of three-unit implant-supported prostheses using UCLA abutments by using photoelastic analysis. A photoelastic resin master cast with two 4.1 external hexagonal titanium implants was built, simulating a three-unit implant-retained prosthesis. Ten metallic Co-Cr frameworks were made for the two groups: G1(n=5) using calcinable UCLA abutments, and G2(n=5) using overcast UCLAs. The structures were tightened on the cast with a torque of 20 Ncm and positioned into a circular polariscope. A 98N load was vertically applied over the structure. The resulting stresses were observed and registered by photographs. For the quantitative analysis, Fringes software was used to determine the maximum shear of stress at 14 points chosen around the implants. The stresses values were calculated by Tardy’s method for each point and divided into three areas – cervical, medium and apical. Statistical analysis were performed using two-way ANOVA and Tukey’s test (α=0.05). Group 2 presented minor stress values on the cervical region than group 1 (p=0.0008). There was statistical difference between cervical and apical regions for G1 (p= 0.028) and for G2 (p= 0.048). It can be concluded that frameworks made with overcast UCLAs present better stress distribution around implants when compared to those calcinable UCLAs.
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Introduction
Implant-supported prostheses are widely used to rehabilitate partially and totally edentulous patients’.1 The success of this treatment lies on the precise fit of the prosthetic components to the implants,2 which is known as passivity. The major problems on this rehabilitation are induced by the lack of passivity, because all the strains transmitted to the implants reflect on the surrounding bone tissue.3
The implants present movement of 10 µm, while natural teeth present approximately 100 µm. This disparity is due to the absence of periodontal ligaments around implants. All stress incident over the prostheses is transmitted to implants and reflected directly to bone.3 The most common stress induced to the bone-implant interface originates from mastication and overload due to due to prosthetic misfit. A prosthesis misfit might lead to bone resorption,4-6 prosthetic fractures and loosening or fracture of retention screw,7 and even pain or osseointegration failure.8-10 Thus, these problems can be avoided by using accurate techniques in laboratory and clinical procedures, such as the correct choice of prosthetic components and proper casting procedures.10
There are many options for prosthetic components, divided primarily between machined and calcinable components. Pre-machined components were developed to avoid incorrect casting procedures and to obtain accurate fit. However, in some cases, there can be some aesthetic difficulties, and the angulation correction depends on other components to try to adjust the prosthesis positioning.11 Thus the UCLA abutment was developed. It is fixed directly to the implants, solving a possible problem of limited interocclusal space and improving aesthetics.12,13 It offers many advantages due to the customizability offered by the waxing and casting procedure, and casting using alternative metal alloys such as cobalt-chromium, which reduces cost.14-16 However, the casting procedure of calcinable plastic UCLAs could produce accentuated distortion of the prosthesis base.14-17 The metalloplastic UCLA (overcast) was developed to combine the advantages of machined components and plastic UCLAs. The abutment base pre-machined and provides an accurate fit to the implant. Thus, this abutment presents better marginal fit because there is a minor possibility of basis alteration during the casting procedure, and consequently the stresses on the peri-implant area are reduced when compared to calcinable UCLA.
The major concern about this rehabilitation is the force transmission between the implant and surrounding bone. The stress generated by the misfit during the prosthesis-implant settlement might be still more deleterious to peri-implant bone during the functional load.18,19
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Due to components’ elastic deformation characteristics, the strains induced on the structure after the initial screw torque and functional loads can be compensated. The increased strain generated by the misfit and overload might be transmitted directly to the cortical bone, leading to mechanical failure and bone resorption if it is higher than the strength bone absorption/dissipate capacity. Thus, the implant and prosthesis design can improve the strain transmission and force dissipation through the bone.18,20,21
In order to guarantee the best method, it is necessary to make an accurate evaluation comparing the abutment options. There are some experimental methods to evaluate this mechanical behavior, such as strain gauge analysis, finite element analysis, and photoelastic analysis. The strain gauge method uses sensors fixed to the structure, and calculate the stress around the sensors area. The finite elements are based on image models and computer program simulations. The photoelastic technique can evaluate the structures’ behavior characteristics quantitatively, measuring the stress distribution using isotropic material models, which under polarized light allows the visualization of stress fringe formation.22 Besides the possibility of qualitative analysis of distribution and visualization of the stress areas’ concentration in a real model, the photoelastic analysis also allows the quantitative evaluation of stress in determined areas using specific software.
About 80% of implant rehabilitation related are observed on pre-molar and molar regions and UCLA abutments are very common in this situation15. The cobalt-chromium alloys are preferable to cast these prostheses due to its low cost, high fracture resistance and corrosion, elastic modulus and hardness23,24.
It is necessary to ascertain the stress distribution around the implants to understand and control bone alterations. The aim of this study was to evaluate if the overcast UCLA abutments present better distribution and minor stress values in bone around implants using a photoelastic model that simulated a three-unit implant-retained prosthesis in comparison to calcinable UCLA under masticatory load simulation.
Materials and methods
1- Master cast
A stainless steel rectangular master cast (20 x 15 x 20 mm) was designed with two 4.1 external hexagonal titanium implants (4.1 x 13 mm; Titamax, Neodent, Curitiba, PR, Brazil), simulating a three-unit implant-supported prosthesis.
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In order to obtain a photoelastic cast, two metallic transfers were positioned on the implants. The transfers were joined using dental floss and acrylic resin (Pattern Resin; GC América INC, Alsip, USA). After curing, the resin was cut and joined again to reduce possible strains introduced by the polymerization shrinkage. The transfers were unscrewed from the metallic matrix, and two implants were screwed to the transfers’ structure. The metallic cast base was molded using polyvinylsiloxane (Silicone Master, Talladium do Brasil, SP, Brazil). The transfers’ structure was positioned over the polyvinylsiloxane metallic cast mold in a parallel device. The photoelastic resin (Araltec, São Paulo, SP, Brazil) was poured into the mold slowly to avoid possible blistering or dimensional inaccuracy. After 72 hours of this pouring procedure, the casts were removed and photoelastic analyses were performed.
2- Metallic frameworks
The metallic frameworks were made over the metallic cast according to the two groups used in this study. First, two plastic UCLAs were screwed to the implants on the metallic matrix. A three-unit fixed prosthesis from first pre-molar to first molar was designed using acrylic resin (Pattern Resin; GC América INC, Alsip, USA). This resin structure was molded using polivinylsyloxane, which allowed reproducing this pattern and obtaining all the casting frameworks. In this way, five frameworks used for group 1 were developed using plastic calcinable UCLA abutments, and for group 2 overcast UCLAs were used.
The resin patterns were included in a special covering for melting alternative alloys (HS Gilvest; BK Giulini, Ludwigshafen, Germany). This was mechanically manipulated following the manufacturer’s guidelines and poured into a melting ring under vibration. After two hours at room temperature, the blocks were positioned in a heating oven (Vulcan 3.550; Degudent, San Diego, CA, EUA) and the Co-Cr alloy was used (C StarAlloy; DeguDent–Dentsply, Germany). The foundry was performed by the lost-wax technique; the starting temperature was 300°C for 20 min followed by 950°C for 20 min, and the casting temperature was 1370°C. After cooling at room temperature, the structures were removed. The framework finishing was made with a jet of aluminum oxide (Renfert GmbH, Hilzingen, Germany) under a pressure of 4.2 kg/cm2.
3- Photoelastic analysis
The photoelastic models were positioned into a circular polariscope. The structures were tightened to the cast using 20 Ncm of torque. Before the load application, the photoelastic model was rechecked (10 minutes after the screw tightening) in order to avoid stress. After this time,
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a 98N load was vertically applied over the structure using a rectangular device (7x10mm)25. The resulting stresses were observed and registered by photography (Canon EOS Rebel XS Digital SLR with Canon EF Macro USM autofocus 100mm/2.8 telephoto lens, Canon Inc., Lake Success, NY, USA). The images were processed in image editing program (Adobe Photoshop, Adobe Corp., San Jose, CA; figure 1).
Figure 1. Set over the polariscope and fringes registered by photograph. A: Group 1 framework; B: Group 2 framework
For the quantitative analysis, the Fringes software was used to determine the maximum stress from the fractional number of fringe orders at the 14 points chosen around the implants (figure 2), based on Tardy’s method. The fringe orders were determined and the stress values at the chosen points were evaluated according to the optical constant of the photoelastic material and the application of the optical-tension law by the software.
Figure 2. Points settled using Matlab 4- Statistical Analysis
The maximum stress data were tabulated and the statistical analysis was performed using two-way ANOVA followed by Tukey’s test (α=0.05) (R Statistics version 2.12.2, The R Foundation for Statistical Computing, Statistics Department of the University of Auckland).
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Results
According to table 1, group 2 presented lower fringes order values than group 1, except at points 4, 9 and 10. The fringe orders values were higher on the cervical region both groups. Group 1 presented the higher value as 2.29 fringe, while group 2 presented 1.45 fringe as higher value.
The strain values were calculated based on the fringes values, and it was evaluated according to the three areas around the implants – cervical, medium and apical regions (table 2). When groups are compared, the cervical areas presented statistic difference, the same difference was observed in the apical region. The cervical region on G1 presented higher values than G2. Though G1 presented minor values for apical region than G2. There was statistical difference comparing cervical area to medium and apical areas on G1, as there was higher strain on the cervical area on this group. On G2, there was statistical difference between cervical and apical regions, and the apical region presented higher strain values.
Table 1. Mean values for the fringes order
Points G 1 G 2 1 1.864032 1.452964 2 0.649802 0.641897 3 1.478261 0.640316 4 1.057708 1.440316 5 0.649802 0.621344 6 0.637154 0.618182 7 1.857708 0.997628 8 2.298814 0.594466 9 0.638735 0.64664 10 0.621344 1.022925 11 1.851383 0.844269 12 0.640316 0.635573 13 0.633992 0.629249 14 1.04664 0.635573
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Table 2. Mean values and standard deviations for stress (Mpa)
Area G1 G2
Cervical 3.356 (±2.048) Bb 1.351 (±0.882) Aa Medium 1.215 (±0.023) Aa 1.791 (±1.453) Aab Apical 1.994(±1.595) Aa 2.599 (±1.891) Bb
* Means followed by different letters (capital, between lines; minor, between columns) differ statistically according to Anova-Two-factors/ Tukey test (F= 4.10; df= 2; p<0.05).
Discussion
The overcast UCLA lead to minor stress on the cervical area surrounding implants. It was observed that on the cervical region the stress values were minor than the apical region when the overcast UCLA were used. Although, calcinable UCLA structures induced higher stress values on the cervical region than the apical region (table 2).
The alterations in the manufacture of prostheses could lead to a strain increase in the peri-implant region, which could be harmful depending on the magnitude of the strain and the region affected. The higher stress on the apical region is not as critical as if it occurs at the peri-implant cervical region. Because its characteristics, the forces reflected at the peri-implant apex can be dissipated more appropriately; however, if it occurs on the cervical region, the bone remodeling can be decreased or the bone could even be reabsorbed, leading to osseointegration failure. It was also settled that the bone surrounding implants decreases by 0.5 to 1.0 mm in the first year of function, and then this bone loss rate reduces to 0.1 mm/year or even null (Wiskott & Belser, 1999).26
According to Frost (2004),27 the bone presents a strain limitation; stress under 40 MPa could lead to a bone remodeling, as it presents resorption areas and bone modulation areas, but if there are strains on the bone greater than 60 MPa, the bone could present resorption areas, leading to osseointegration failures, for example. In this study, in all moments and all groups, no stress over 45 Mpa was observed. The results allowed to observe that the stresses under these conditions are acceptable clinically for both UCLA abutments.
However, Wiskott & Besser (1999)26 described that crestal bone loss was the result of disuse bone atrophy. The pressure on the bone surrounding implants should stay above 1-2 MPa
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(50 to 100 µƐ) and below 80 MPa (4000 µƐ), the value considered a pathologic overload at which the bone is unable to adapt or repair normally.
In accordance with Heckman et al. (2004),28 the highest stress values were absorbed in the upper portion around the implants in the group of screw-retained fixed partial dentures fabricated using burnout plastic copings, when compared to cemented fixed partial dentures and screw-retained fixed partial dentures cast to gold cylinders using finite element analysis. It was also reported that the bone around implants might tolerate a certain level of misfit, but static and dynamic loads must be controlled for long-term implant success. The higher strain reflected on the cervical region could create a torsional force which may increase the risk of screw loosening and fracturing 15.
The metalloplastic UCLA presented lower mean stress values on the cervical area according to the results of this study. The metalloplastic UCLA abutments could induce minor stresses to the bone around the implants; this could be due to the possibility of minor distortions after the casting procedure. The metalloplastic and plastic abutments presented similar strain values to those found by Nishioka et al. (2010)29 using strain gauge analysis. They suggest that passive fit does not occur by tightening the structures, and that the tightening time generates compressive forces that keep the fixture between the surface of the abutment and the implant; however, the adaptation must be accurate.
The metallic basis - regular and polished- and the different melting temperatures could lead to better structures’ settlement and shrinkage, consequently minor strains to the prostheses-implant system 30. In accordance with Luthi (2014), minor strain values were observed on the Co-Cr overcast UCLA structures when compared to calcinable UCLA and compared to Ni-Cr-Ti alloy. The strain was measured using strain gauges fixed to the abutment.
The UCLA abutment was developed to solve a minor interocclusal space problem and improve aesthetics in dental implant prosthesis rehabilitation. They are fixed directly to the implant platform 12,13. It is still the most common component used on implant-fixed prostheses due to: (1) the customization offered by the waxing and casting procedure; (2) casting using alternative metal alloys such as cobalt-chromium, which reduces cost; (3) easy manipulation by clinicians and laboratory professionals; (4) the good aesthetic results; and (5) the requirement of a minor interocclusal space.14-16
However, the casting procedure could produce prosthetic distortion and misfit during prosthesis settlement .14-17 Due to a possible inaccuracy in the abutment design after the casting procedure, the metalloplastic UCLA was developed. This UCLA combines the advantages of
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machined components and plastic UCLA by using a machined platform and a plastic cylinder so the platform could be settled precisely and the abutment could be individualized and cast in the same patterns.11,31
A clinical biomechanical analysis can be difficult due to time and ethical considerations in the research design.32 Thus, in vitro studies offer a better possibility to understand implant and bone biomechanics and how some factors could influence their behavior, such as masticatory cycles; different prosthetic materials; laboratory techniques; and load transferring to the bone-implant interface. Nowadays, biomechanical methods are widely used in dentistry, such as finite element analysis, strain gauge analysis, and photoelastic analysis.
However, because the photoelastic model represents the stress threads, due to resin homogeneity, different from the bone as heterogeneity and anisotropy,33 the photoelastic method was chosen due to its ability to qualitatively and quantitatively evaluate the tensions induced around the implants, representing tension and compression stresses distribution 33,34. The Tardy’s method was used for the photoelastic analysis. This method uses the polariscope as a compensation device, and it can reach a precision of approximately 0.02 fringes.35
A 98-N 25,36 force was applied over the structure, simulating a mean value of masticatory load. However, the results could have been different if a greater load had been applied. Further differences may have been observed if the force had not been applied vertically but obliquely.
Conclusion
It can be concluded that the frameworks developed using overcast UCLA presented better stress distribution around implants when compared to those developed using castable UCLA.
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References
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3 Discussão
O pilar UCLA sobrefundido pode induzir menor tensão a região cervical peri-implantar. Foi observado na região cervical valores de tensão menores quando comparados aqueles induzidos a região apical, quando utilizados pilares UCLA sobrefundidos. Enquanto em estruturas confeccionadas com pilares UCLA calcináveis, as tensões induzidas a região cervical foram maiores que aquelas observadas na região apical.
Alterações durante a confecção da prótese podem proporcionar aumento de tensões na região do osso peri-implantar, o que pode ser prejudicial dependendo da magnitude das tensões e da região em que são refletidas. Maior tensão na região apical não é tão crítica quanto a sua concentração na região cervical do implante. As forças refletidas ao osso na região apical do implante podem ser dissipadas de forma mais apropriada, entretanto, se essas forção são de maior magnitude na região cervical, pode haver diminuição da remodelação ou até reabsorção óssea, o que levar à falha da osseointegração. O osso peri-implantar pode reabsorver entre 0,5 a 1,0 mm no primeiro ano em função, e após esse período essa taxa de reabsorção diminui para 0,1 mm ao ano ou é até mesmo nula, dentro de condições normais de função mastigatória (Wiskott & Belser, 1999).
De acordo com Frost (2004), o osso apresenta um limite de tensão. Tensões abaixo de 40 Mpa podem induzir a remodelação óssea , apresentando áreas de reabsorção e modulação. Porém se há tensões acima de 60 Mpa, o osso apresenta áreas de reabsorção, o que, em casos de reabilitação utilizando implantes dentários, poderia provocar a falha da osseointegração. Os resultados apresentados foram abaixo de 45Mpa nos dois grupos, em todos os pontos avaliados. Entretanto, Wiskott & Besser descreveram que reabsorção óssea seria devido à atrofia por desuso. A pressão sobre osso peri-implantar deve estar acima 1-2 Mpa (50-100 µƐ) e abaixo de 80 Mpa (4000 µƐ), este último sendo considerado valor referente a sobrecarga patológica, em que o osso não é capaz de se adaptar às mudanças ou se reparar normalmente.
Corroborando com o estudo de Heckman et al. (2004), foram observados maiores valores de tensão na região cervical para o grupo em que foram utilizados UCLA calcináveis, em que foram comparados a próteses fixas implantorretidas cimentadas e parafusadas com ligas de ouro, por meio de elementos finitos. Os pesquisadores também relataram que um pequeno desajuste pode ser tolerado pelo osso ao redor dos implantes, porém cargas dinâmicas e estáticas devem ser controladas para se obter o sucesso a longo prazo das reabilitações.
O pilar UCLA sobrefundido pode induzir menores tensões ao osso alveolar, possivelmente devido a menores distorções após a fundição. Os pilares UCLAs calcináveis e
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sobrefundidos apresentaram valores de tensão similares aos encontrados no estudo conduzido por Nishioka et al. (2010) em que foram utilizados strain gauges. Os autores sugeriram que a passividade não ocorre com o aperto do parafuso das estruturas, este apertamento gera forças compressivas que mantem a fixação entre o abutment e o implante, desde que a adaptação seja precisa.
A base metálica observada no UCLA sobrefundido – regular e polida – e a diferença de temperatura podem produzir melhor assentamento das estruturas e menor contração, induzindo consequentemente a menores valores de tensão sobre o sistema prótese-implante, como relatado por Luthi (2014) em que foram comparados UCLA calcináveis e sobrefundidos utilizando-se diferentes ligas – Co-Cr e Ni-Cr-Ti. Foram utilizados extensômetros fixados sobre os pilares, e observado menores valores de tensão para estruturas confeccionada em UCLA sobrefundido em liga de Co-Cr.
Assim como Hussaini et al., 2015, comparando-se pilares UCLA a pilares para próteses cimentadas e pilares pré-fabricados (com dois parafusos), sob carga de 200N, não foram observadas tensões maiores que a taxa fisiológica para a modelagem e remodelação do osso esponjoso – 200 a 2500 µƐ – por avaliação utilizando-se strain gauges.
Para tentar solucionar problemas de pequeno espaço interoclusal e melhorar a estética em reabilitações com próteses sobre implantes, desenvolveu-se o pila UCLA. Estes pilares são fixados diretamente ao implante (Lewis et al., 1988; Lewis et al., 1992). Ainda são componentes comumente utilizados em próteses implantorretidas devido a (1) possibilidade de individualização pelos procedimentos de enceramento e fundição, (2) baixo custo, sendo possível utilizar ligas alternativas como Co-Cr, (3) fácil manuseio pelo cirurgião-dentista e pelo técnico em prótese, (4) bons resultados estéticos, (5) exige menor espaço interoclusal (Barbosa
et al., 2007; Montero et al., 2012; Neves et al., 2014). Porém, os procedimentos para fundição
podem produzir distorções da peça protética e consequentemente desajustes no assentamento da prótese (Watanabe et al., 2000; Barbosa et al., 2007; Montero et al., 2012; Neves et al., 2014). Devido, então, à possibilidade de indução de distorções na base do pilar após a fundição, foi desenvolvido o pilar UCLA sobrefundido. O pilar UCLA sobrefundido combina as vantagens dos componentes pré-fabricados e dos componentes plásticos tipo UCLA, pelo fato de apresentar uma base metálica usinada e um cilindro plástico, assim, o pilar pode ser individualizado e ainda apresentar um assentamento preciso (Byrne et al., 1998; Bondan et al., 2009).
29
Estudos clínicos sobre a biomecânica das próteses/implantes podem ser complicados de desenvolver, tanto pelo tempo quanto por considerações éticas (Cariello, 2009). Assim, estudos
in vitro possibilitam melhor compreensão da biomecânica do sistema osso-implante-prótese e
sua influência por fatores como ciclos mastigatórios, materiais utilizados na confecção das próteses, técnicas laboratoriais e clínicas, e transmissão de forças a interface osso-implante. Alguns métodos são amplamente utilizados em estudos biomecânicos na odontologia, como análise por elementos finitos, extensometria e fotoelasticidade.
Como os modelos fotoelásticos representam um padrão de distribuição de tensões, podem ser realizadas avaliações qualitativa e quantitativa deste padrão de estresse, que representam tensões e compressões quanto a sua distribuição no modelo (Aguiar Jr. et al., 2012; Anami et al., 2013).
Além disso, foi aplicada força de 10 kgf sobre a estrutura metálica, simulando valor médio de carga mastigatória. Se as condições do estudo fossem alteradas, como o valor da carga aplicada, os resultados poderiam ser diferentes, ou até mesmo se esta apresentasse direções diferentes.
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4 Conclusão
A partir dos resultados apresentados neste estudo e perante as observações realizadas, pode-se concluir que infra-estruturas confeccionadas com pilares UCLA sobrefundidos apresentam melhor distribuição de tensões às áreas periimplantares em relação àquela confeccionadas com pilares UCLA calcináveis, sob aplicação de carga de 98N.
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Referências1
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1De acordo com as normas da UNICAMP/FOP, baseadas na norma do International Committee
of Medical Journals Editors – Grupo de Vancouver. Abreviatura dos periódicos em conformidade com o Medline.
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Apêndice 1
Figuras:
Figure1. Metallic master cast with the prosthetic framework.
Figure 2. Photoelastic model with a metallic structure settled.
