UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INFLUÊNCIA DO PLAFORM-SWITCHING NO
AMBIENTE BIOMECÂNICO DE IMPLANTES:
ANÁLISE DE ELEMENTOS FINITOS
Dissertação apresentada ao Programa de
Mestrado em Odontologia da Universidade
Paulista – UNIP, para obtenção do título de
mestre em Odontologia.
FÁBIO JOSÉ BARBOSA BEZERRA
SÃO PAULO
2013
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INFLUÊNCIA DO PLAFORM-SWITCHING NO
AMBIENTE BIOMECÂNICO DE IMPLANTES:
ANÁLISE DE ELEMENTOS FINITOS
Dissertação apresentada ao Programa de
Mestrado em Odontologia da Universidade
Paulista – UNIP, para obtenção do título de
mestre em Odontologia, sob orientação do Prof.
Dr. Márcio Zaffalon Casati.
FÁBIO JOSÉ BARBOSA BEZERRA
SÃO PAULO
2013
Bezerra, Fábio José Barbosa.
Influência do Platform Switching no ambiente biomecânico de
implantes: análise de elementos finitos / Fábio José Barbosa Bezerra
- 2013.
26f.: il. color.
Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de PósGraduação em Odontologia da Universidade Paulista, São Paulo,
2013.
Área de Concentração: Periodontia.
Orientador: Prof. Márcio Zaffalon Casati.
Coorientador: Prof. Roberto Sales e Pessoa
1. Platform switching. 2. Elementos Finitos. 3. Implantes dentais. I.
Título. II. Casati, Márcio Zaffalon (orientador). III. Pessoa, Roberto
Sales e (coorientador).
FÁBIO JOSÉ BARBOSA BEZERRA
INFLUÊNCIA DO PLAFORM-SWITCHING NO
AMBIENTE BIOMECÂNICO DE IMPLANTES:
ANÁLISE DE ELEMENTOS FINITOS
Dissertação apresentada ao Programa de
Mestrado em Odontologia da Universidade
Paulista – UNIP, para obtenção do título de
mestre em Odontologia.
Aprovado em:
BANCA EXAMINADORA:
__________________________ ____ /____ /____
Prof. Dr. Márcio Zaffalon Casati.
Universidade Paulista - UNIP
__________________________ ____ /____/____
Prof. Dr. Roberto Sales e Pessoa
Universidade Federal de Uberlândia - UFU
__________________________ ____ /____ /____
Prof. Dr. Fabiano Cirano
Universidade Paulista - UNIP
DEDICATÓRIA
Dedico esta conquista a minha querida esposa e filhos:
Em um momento de tantas mudanças – casa, cidade, escola, país – superamos os
momentos difíceis nos mantendo unidos e com a certeza que acertar ou errar faz
parte do aprendizado, mas deixar de tentar não nos faz crescer.
Paula, Lucas e Clara: Amo muito vocês!
AGRADECIMENTOS
Em uma jornada de mais de duas décadas dedicadas à Periodontia e à
Implantodontia, muitas amizades sinceras foram construídas e uma infinidade de
momentos felizes foram se somando ao prazer de cuidar do sorrisos das pessoas.
Pude aprender muito e com muitos mestres.A cada novo passo, a certeza de
que a busca por conhecimento nos faz eternamente jovens neste universo
fascinante que é a Odontologia.
Agradeço especialmente ao meu orientador, Prof. Dr.Márcio Zaffalon Casati,
pelos ensinamentos, disponibilidade e pelo exemplo de que a simplicidade é o
estágio mais avançado da sofisticação.
Ao meu co-orientador, Prof. Dr. Roberto Sales e Pessoa, por me apresentar o
mundo fascinante da Análise de Elementos Finitos em seu estado da arte, com a
paciência, o entusiasmo e a paixão que só os grandes possuem.
O meu mais sincero muito obrigado também para os professores Fabiano
Cirano, Fernanda Ribeiro, Renato Casarin e Suzana Pimentel do departamento de
Periodontia da UNIP, pelos ensinamentos e exemplo de que juntos somos mais
fortes do que sozinhos.
Fábio José Barbosa Bezerra
RESUMO
Proposição:a proposta deste trabalho foi avaliar a influência da modificação do
diâmetro do componente protético em relação à plataforma do implante (platformswitching) na concentração e distribuição de cargas oclusais de diferentes
magnitudes em implantes de hexágono externo e hexágono interno utilizando a
Análise de Elementos Finitos (AEF).Materiais e Métodos:um modelo 3D sólido de
alvéolo de extração de um incisivo central superior foi reconstruído a partir da
tomografia computadorizada utilizando o programa Mimics 9.11 (Materialise,
Bélgica), assim como modelos sólidos de implantes de hexágono externo e
hexágono interno de 13 milímetros de comprimento com 4,5 milímetros de diâmetro
cervical e abutments de 4,5; 4,0 e 3,5 milímetros de diâmetro e o parafuso do
abutment. Os implantes e componentes protéticos foram posicionados 1 milímetro
abaixo da crista óssea e aplicadas forças oclusais de 50N, 100N e 200N em um
ângulo de 45 graus. Um total de 18 modelos foi avaliado dentro dos parâmetros
definidos para este estudo. O teste ANOVA com 95% de nível de significância foi
utilizado para avaliar as deformações equivalentes no osso (EQV strain), tensões
equivalentes no parafuso do abutment (EQV Stress) e o deslocamento relativo do
abutment em relação ao implante (abutmentgap). Resultados:a magnitude da força
e o diâmetro do abutment demonstraram diferenças significativas (p<0,05) na
concentração de forças no parafuso e no osso. Uma melhor distribuição das forças
oclusais no osso peri-implantar marginal foi encontrada para os grupos com
platform-switching. Por outro lado, maior concentração de forças foi encontrada no
parafuso do abutment para os grupos com platform-switching, principalmente nos
implantes de hexágono externo. Conclusões:a diminuição do diâmetro do abutment
em relação à plataforma do implante (platform-switching) contribui significativamente
para a mudança dos cenários biomecânicos em implantes osseointegrados, melhora
a distribuição de forças no osso marginal peri-implantar, mas pode aumentar o risco
de afrouxamento ou fratura do parafuso do abutment, sobretudo para os implantes
de hexágono externo submetidos a forças oclusais de alta magnitude.
Palavras-chave: Platform-switching, Elementos Finitos, Implantes Dentais.
ABSTRACT
Purpose:The aim of this study was to evaluate the influence of force magnitude,
platform-switching with different abutment mismatch and connection type on the
biomechanical environment of osseointegrated implants. Materials and Methods:
CT-based finite element models comprising an upper central incisor socket, 13-mm
internal-hex and external-hex implants with 4.5 mm of shoulder diameter, abutments
and abutments screws were constructed. The abutments 4.0 and 3.5 mm diameter
represent the horizontal mismatch of 0.5 and 1.0 mm (platform-switching). Different
biomechanical scenarios of osseointegrated implants (i.e. conventional delayed
loaded) for the groups with or without platform-switching designs and force
magnitude were simulated. 18 finite element models were accomplished varying the
evaluated parameters. The ANOVA at 95% level of significance was used to evaluate
peak equivalent strain (EQV strain) in bone, peak equivalent stress (EQV Stress) in
abutment
screw,
bone
to
implant
relative
displacement
and
abutment
gap.Results:Loading magnitude, connection type and abutment size have a
significant contribution on the biomechanical environment of osseointegrated
implants. A better strain distribution in periimplant marginal bone was encountered in
platform-switching designs. On the other hand, a higher stress concentration could
be found in the abutment screw for platform-switching configuration, principally for
external-hex connection. Conclusion: Platform-switching significantly contributes for
changing biomechanical scenarios in osseointegrated implants, improving the
marginal periimplant bone strain but might increase the risk of screw loosening in
cases of overload, specially for external hexagon implants.
Keywords: dental implant, platform-switching, finite element analysis.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO/REVISÃO DA LITERATURA ............................................................. 8
MATERIAIS E MÉTODO........................................................................................... 11
RESULTADOS .......................................................................................................... 14
DISCUSSÃO ............................................................................................................. 20
CONCLUSÕES ......................................................................................................... 23
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 24
8
INTRODUÇÃO/REVISÃO DA LITERATURA
Os implantes osseointegrados têm sido utilizados como alternativa de
tratamento reabilitador nas últimas décadas, e a sua previsibilidade e sucesso em
longo prazo são altamente influenciados pelo ambiente biomecânico ao qual o
implante está exposto (Pessoa et al. 2011). Durante o período cicatricial, o
requerimento principal é controlar a movimentação relativa na interface entre o
implante e o osso. Micromovimentos que excedam 150 µm induziriam a formação de
tecido conjuntivo fibroso em detrimento da desejável reparação óssea (Brunski 1992,
Geriset al. 2004).
No caso de implantes com a osseointegração estabelecida, o íntimo contato
na interface permite que cargas aplicadas sobre as próteses implanto-suportadas
sejam
transmitidas
diretamente
ao
osso
adjacente.
A
concentração
de
microdeformações excederia os limites de tolerância do osso, causaria o acúmulo de
microdanos e induziria a reabsorção óssea (Duyck et al. 2001, Misch et al. 2005),
sobretudo na região cervical do implante. Sob certas circunstâncias, esse
carregamento oclusal excessivo causaria a falência da osseointegração e a perda do
implante (Isidor 1996).
Dentro
desse
cenário,
à
medida
que
a
osseointegração
é
mais
frequentemente utilizada clinicamente, dá-se maior ênfase aos resultados estéticos
da terapia com implantes (Chang et al. 1999, El Askary 2001). Para se obter prótese
implanto-suportada em harmonia e simetria com a forma da coroa do dente natural
adjacente, e com o dente contralateral, a posição da margem da mucosa periimplantar na vestibular da coroa implanto-suportada é essencial. Ela ditará o
comprimento e a forma cervical da coroa clínica aparente. Além disso, o grau de
preenchimento da papila interdental é de interesse particular, à medida que sua
localização e estabilidade são importantes critérios de determinação dos resultados
estéticos do tratamento por implantes (El Askary 2001). Por outro lado, o nível do
osso
de
suporte
constitui a
base
para
os
tecidos moles
supracristais.
Consequentemente, perdas ósseas peri-implantares influenciariam negativamente a
topografia dos tecidos moles, levando à recessão ou ausência de papila (Bengazi et
al. 1996). A remodelação óssea cervical após a exposição do implante na cavidade
bucal recebe, assim, crescente atenção.
9
Diversos estudos são desenvolvidos para explicar mudanças na altura do
osso da crista. Alguns autores atribuem a perda óssea à formação da distância
biológica ao redor dos implantes (Berglundh e Lindhe 1996). Distintos autores
demonstram que a desadaptação de implantes de dois estágios (gap do abutment)
está associada à contaminação bacteriana que determina a formação de um
infiltrado inflamatório crônico e, consequentemente, seguida de reabsorção óssea
peri-implantar cervical (Hermann et al. 1997, 2000).Além disso, aspectos
biomecânicos da reabsorção óssea marginal são investigados (Oh et al. 2002,
Duyck et al. 2001, Schwarz et al. 2007, Zechner et al. 2004).Duyck e colaboradores
(2001), em experimento em tíbias de coelho, demonstraram que a concentração de
tensões e deformações, causadas por um carregamento dinâmico, é capazde induzir
perda óssea cervical em implantes com a osseointegração estabelecida, sem a
presença de biofilme bucal. As características do desenho do implante e
componentes protéticos no módulo da crista são reconhecidas por influenciar a
remodelação óssea peri-implantar (Shinet al. 2006).
Considerando a importância da preservação da altura da crista óssea para o
bom resultado do tratamento por implantes, o uso de um componente protético de
diâmetro menor que o diâmetro da plataforma do implante (platform-switching) foi
introduzido na prática clínica como forma de reduzir ou eliminar a perda óssea periimplantar (Gardner 2005, Lazzara e Porter 2006). A hipótese de Lazzara e Porter
(2006) para o chamado conceito de platform-switching é que o reposicionamento
horizontal da borda do abutment mais distante do osso marginal exporia mais
superfície de implante ao qual o tecido conjuntivo poderia aderir e aumentar a
distância do gap do abutment à crista óssea, levando as células do infiltrado
inflamatório para posição mais distante do osso, o que resultaria na diminuição da
reabsorção óssea. Os autores observaram que diversos implantes restaurados com
a técnica de plaform-switching exibiram redução ou mesmo nenhuma perda óssea
marginal. Na mesma linha, Guirado e colaboradores (2007) reportaram perda óssea
média de 0,7 mm para um novo desenho de implante que incorporava o conceito do
platform-switching. Capiello e colaboradores (2008), em estudo prospectivo,
mostraram perda óssea significativamente menor para implantes com platformswitching (média 0,95 ± 0,32 mm), quando comparados com implantes restaurados
com abutments do mesmo diâmetro que o implante (média 1,67 ± 0,37 mm), 12
meses após a carga funcional. Em consequência, o platform-switching é indicado
10
como forma de tratamento que proporciona a manutenção dos tecidos periimplantares moles e duros (Guirado et al. 2007, Cappiello et al. 2008, Canullo et al.
2007).
Além disso, a motivação biomecânica para a utilização de um abutment de
menor diâmetro em implantes osseointegrados foi proposta por Maeda e
colaboradores (2007). Os autores concluíram, a partir de análise em elementos
finitos (AEF), que a configuração em platform-switching transfere a concentração de
tensões para a parte mais interna do implante, mais distante da borda, e longe do
osso peri-implantar marginal, reduzindo seu efeito na reabsorção óssea cervical.
Pessoa et al. (2011), verificando o efeito do platform-switching no ambiente
biomecânico de implantes imediatos com carga imediata, por meio de modelos em
elementos finitos, demonstraram discreta diminuição das deformações ósseas periimplantares quando a desadaptação de 0,5 mm foi utilizada em implantes
osseointegrados, porém com tendência ao aumento das tensões no parafuso
passante. Os autores sugeriram que investigações com diferentes tamanhos de
desadaptações, diferentes conexões protéticas e situações clínicas diversas seriam
ainda necessárias para avaliar o real comportamento do platform-switching do ponto
de vista biomecânico.
O objetivo do presente estudo foi, portanto, avaliar a influência do platformswitching com diferentes tamanhos de desadaptações e conexões protéticas nas
deformações ósseas peri-implantares e nas tensões do parafuso passante de
implantes osseointegrados submetidos a forças oclusais de diferentes magnitudes.
11
MATERIAIS E MÉTODO
O modelo 3D sólido do alvéolo de extração de um incisivo central superior foi
reconstruído a partir dos tons de cinza de uma tomografia computadorizada (TC),
por meio de programa de processamento de imagens (Mimics 9.11, Materialise,
Haasrode, Belgium). As imagens da TC foram adquiridas de uma peça anatômica,
proveniente do Departamento de Anatomia da Faculdade de Odontologia de
Araraquara (Unesp, Brasil), utilizando tomógrafo PickerUltraZ CT (PickerInternational
Inc., Cleveland, Ohio, USA). Os dados consistiam de cortes contíguos em relação ao
eixo Z e tinham tamanho de voxel de 0,391 x 0,391 x 1,000 mm.
Osmodelos sólidos em CAD (Computer-Aided Design) de implantes cônicos
hexágono externo e interno de 13 milímetros, com diâmetro cervical de 4,5
milímetros, abutments de 3,5, 4,0 e 4,5 milímetros e parafuso do abutment, foram
fornecido pelo fabricante (SIN – Sistema de Implante, São Paulo, Brasil). As
configurações com abutments de 3,5 e 4,0 milímetros formam o platform-switching
com 1,0 (P-S 1 mm) e 0,5 mm (P-S 0,5 mm) de desadaptação, respectivamente. O
abutment de 4,5 milímetros coincide com o diâmetro do implante, configuração
convencional (CC).
As dimensões do implante foram selecionadas para ser compatíveis em
tamanho com a área de implantação. Os componentes protéticos possuíam 10
milímetros de altura em relação à plataforma do implante. O modelo do implante foi
importado ao programa Mimics (Materialise, Haasrode, Bélgica) e posicionado 1
milímetro abaixo da crista óssea alveolar, em posição central e direção palatal
(Quirynen et al. 2007).
Após a colocação do implante no posicionamento correto, os componentes e
parafusos foram alinhados ao implante. As roscas do parafuso foram editadas para
coincidirem perfeitamente às roscas internas do implante, com o objetivo de
melhorar o contato nessa região. Não houve simplificações relativas à condição
espiral das roscas. A perfuração de inserção do implante foi obtida por subtração
com a ferramenta Boolean Subtraction (Mimics).
Osso, implante, abutment e parafuso foram malhados em separado no
MSC.Patran 2005r2 (MSC.Software, Gouda, Holanda) (Figura 1). O tamanho dos
menores elementos utilizados nas malhas tetraédricas resultantes era em torno de
50 µm. Os diferentes níveis de refinamento da malha foram utilizados para
12
reconhecimento de detalhes dos desenhos (i.e roscas). O número total de elementos
e nós nos modelos eram em média 250 mil e 40 mil, respectivamente.
Figura 1: Malha de elementos finitos do implante hexágono externo, parafuso e componentes
protéticos
As propriedades elásticas da malha do osso foram atribuídas baseadas nos
valores dos tons de cinza das imagens da TC (Jaecques et al. 2004). Por meio
desse procedimento, elementos contidos nas trabéculas ósseas e medula podem
ser discriminados. Os valores do módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson
para os materiais usados no presente estudo são encontrados na tabela 1 (Geng et
al. 2001).
Tabela 1: Propriedades mecânicas do osso, implante e componentes
PROPRIEDADES
MATERIAIS
Titânio
Osso Cortical
Osso Medular
MÓDULO DE ELASTICIDADE (E) –
[MPa]
110000
13700
1370
COEFICIENTE DE POISSON (ν) – [-]
0.33
0.30
0.30
13
Forças de 50N, 100N e 200N foram aplicadas no topo do componente, na
região central, e em direção palato-bucal, com 45 graus de inclinação em relação ao
eixo longitudinal do implante. Os modelos tiveram seu deslocamento limitado em
todas as direções nos nós das bordas mesial e distal do modelo do osso.
Um total de 18 modelos foi preparado. A análise e o pós-processamento
ocorreram por meio do programa de elementos finitos MSC.MARC/Mentat 2005r3
(MSC.Software, Gouda, Holanda). Dados para as deformações equivalentes no osso
(EQVStrain),
tensões
equivalentes
(EQVStress)
no
parafuso
passante,
deslocamento relativo osso-implante e gap do abutment foram calculados e
analisados utilizando modelo geral linear de Análise de Variância (Dar 2002). Esse
procedimento permitiu calcular a contribuição relativa de cada parâmetro avaliado
(tipo de conexão protética, tamanho de desadaptação e magnitude da carga) sobre
os resultados.
14
RESULTADOS
As tabelas 2 e 3 apresentam os dados para as deformações equivalentes no
osso (EQVStrain) e tensões equivalentes (EQVStress) no parafuso passantepara as
três diferentes relações entre abutment e implante (P-S 1 mm, P-S 0,5 mm e CC), os
dois tipos de conexões (HE e HI) e as três magnitudes de forças oclusais (50N,
100N e 200N).
Tabela 2: Deformações equivalentes no osso (EQVStrain) e tensões equivalentes (EQVStress) no
parafuso passante para as três diferentes relações entre abutment e implante (P-S 1 mm, P-S 0,5 mm
e CC) e as três magnitudes de forças oclusais para o grupo HE (Hexágono Externo)
TIPO DE ABUTMENT
DIÂMETRO DO ABUTMENT
CARGA
DEFORMAÇÕES EQUIVALENTES NO
OSSO (µɛ)
PICO DE TENSÕES EQUIVALENTES NO
PARAFUSO (Mpa)
HE
3.5
50N
1,140.4
185.9
HE
3.5
100N
2,202.0
364.5
HE
3.5
200N
4,325.1
516.0
HE
4.0
50N
1,588.7
161.9
324.3
HE
4.0
100N
3,079.7
HE
4.0
200N
5,909.7
425.1
HE
4.5
50N
2,038.3
143.7
HE
4.5
100N
3,925.8
281.3
HE
4.5
200N
7,456.0
373.3
Tabela 3: Deformações equivalentes no osso (EQVStrain) e tensões equivalentes (EQVStress) no
parafuso passante para as três diferentes relações entre abutment e implante (P-S 1 mm, P-S 0,5 mm
e CC) e as três magnitudes de forças oclusais para o grupo HI (Hexágono Interno)
TIPO DE
ABUTMENT
DIÂMETRO DO
ABUTMENT
CARGA
DEFORMAÇÕES EQUIVALENTES NO
OSSO (µɛ)
TENSÕES EQUIVALENTES NO PARAFUSO
(Mpa)
HI
3.5
50N
2,120.9
71.0
HI
3.5
100N
4,270.41
127.1
HI
3.5
200N
7,969.4
207.8
HI
4.0
50N
2,666.3
67.2
HI
4.0
100N
5,404.3
112.1
HI
4.0
200N
9,990.7
185.1
HI
4.5
50N
3,726.2
65.1
HI
4.5
100N
7,159.2
114.2
HI
4.5
200N
13,526.5
181.9
As configurações em platform-switching proporcionaram diminuição do pico
de deformação equivalente quando comparadas com o abutment coincidente com a
plataforma. A diminuição se acentua à medida que a desadaptação do plarformswitching aumenta de 0,5 para 1,0 mm. Ambos os tipos de conexão protéticas
apresentaram tendência semelhante.
15
Por outro lado, a tensão no parafuso passante nas configurações do plarformswitching no implante hexágono externo foi significantemente maior que com o
abutment coincidindo com a plataforma. Da mesma forma, quanto maior a
desadaptação, maior a tensão no parafuso e gap. No caso do implante com conexão
hexágono
interno,
o
aumento
das
tensões
no
parafuso
passante
foi
significativamente menor quando as configurações em platform-switching foram
utilizadas (Figura 2).
Figura 2: AEF demonstrando o aumento de tensão no parafuso passante para o grupo HE, quando
comparado ao grupo HI, submetidos à mesma magnitude de força. Essa tendência se acentuou nos
grupos com plataforma switching.
A figura 3 mostra a concentração de tensões na borda do implante para as
diferentes relações implante/abutment no grupo HE (P-S 1 mm, P-S 0,5 mm e CC).
A concentração de tensões na borda do implante é menor para a configuração P-S
1,0 mm, seguida por P-S 0,5 mm. A configuração CC apresentou a maior
concentração de tensão na borda do implante.
16
Figura 3: Transmissão da tensão do abutment para a superfície do implante para as diferentes
relações de diâmetro implante/abutment. O círculo evidencia a região de contato entre o abutment e o
implante
Na figura 4 fica demonstrada a distribuição das deformações ósseas
(EQVStrain) no osso para os diferentes diâmetros dos abutments no grupo HE. A
concentração de deformações é maior para a configuração CC. A configuração P-S
1,0 mm foi a que concentrou menos deformações no osso peri-implantar cervical, e
a configuração P-S 0,5 mm apresentou níveis de deformações intermediários.
Figura 4: Distribuição de EQVStrain no osso. Notar menor concentração de deformações para a
configuração P-S 1,0 mm
17
Por outro lado, como demonstrado nas tabelas 2 e 3 e nas figuras 2 e 5, a
concentração de tensões (EQVStress) no parafuso passante é maior para as
configurações em platform-switching, principalmente para os implantes em
hexágono externo, quando comparada com a configuração CcC.
Figura 5: Distribuição de tensões nos parafusos passantes do abutment no grupo HE. Nota-se maior
concentração de tensões para as configurações em platform-switching (P-S 1,0 mm e P-S 0,5 mm)
A tabela 4 apresenta a análise de variância do pico de deformações no tecido
ósseo, enquanto a tabela 5 demonstra os picos de tensão no parafuso da prótese e
a contribuição relativa percentual de cada uma das variáveis estudadas.
Tabela 4: Análise de variância para o pico de deformações equivalentes no osso. P<0,05,
*Estatisticamente significante. DF: Degrees of Freedom. SS: Sum of Squares. MS: Mean
Square
PARÂMETRO
DIÂMETRO DO ABUTMENT
TIPO DE CONEXÃO
MAGNITUDE DA CARGA
DF
SS
MS
VALOR DE P
2
36338526.1
18169263.0
<.0001*
1
48395512.3
48395512.3
<.0001*
2
322570565.2
161285282.6
<.0001*
CONTRIBUIÇÃO RELATIVA
(%)
8,7634
11,6711
77,7912
Tabela 5: Análise de Variância para o pico de tensões equivalentes no parafuso da prótese. P<0.05,
*Estatisticamente significante. DF: Degrees of freedom; SS: Sum of squares; MS: Mean square.
PARÂMETRO
DF
SS
MS
VALOR DE P
CONTRIBUIÇÃO
RELATIVA (%)
DIÂMETRO DO ABUTMENT
2
23938.32
11969.16
0.0018*
2,9566
TIPO DE CONEXÃO
1
428767.02
428767.02
<.0001*
52,9559
MAGNITUDE DA CARGA
2
355776.65
177888.32
<.0001*
43,9411
18
Os resultados obtidos demonstram que a magnitude da carga foi o fator com
maior contribuição relativa (77,79%) para o pico de deformações equivalentes no
osso, seguida pelo tipo de conexão protética (11,67%) e pelo diâmetro do abutment
(8,76%). Para o pico de tensão do parafuso da prótese, o parâmetro com maior
contribuição relativa foi o tipo de conexão protética (52,95%), seguido pela
magnitude da carga (43,94%) e pelo diâmetro do abutment (2,95%).
A figura 6 demonstra o cenário mais favorável para o osso (A), composto pela
conexão protética do tipo HI, com plataforma switching de 1mm e magnitude de
carga de 50N, e o cenário mais crítico (B), composto pela conexão protética HE, sem
plataforma switching e magnitude de carga de 200N.
Figura 6: Demonstração do cenário mais favorável (A) e mais crítico (B) para o pico de deformação
óssea
A figura 7 demonstra o cenário mais favorável para o parafuso da prótese (A),
composto pela conexão protética do tipo HI, sem plataforma switching e magnitude
de carga de 50N, e o cenário mais crítico (B), composto pela conexão protética HE,
com plataforma switching de 1mm e magnitude de carga de 200N.
19
Figura 7: Demonstração do cenário mais favorável (A) e mais crítico (B) para o pico de deformação no
parafuso da prótese
20
DISCUSSÃO
O complexo desenho dos implantes e sua relação com os tecidos de suporte
e a estrutura protética reabilitadora impedem o uso de fórmulas simples na análise
dos efeitos de cargas externas e sua relação com as tensões internas, deformações
e deslocamentos. Nesses tipos de análises, o método de elementos finitos (MEF)
proporciona dados valiosos a um custo operacional relativamente baixo e tempo
reduzido. Além disso, o método é capaz de fornecer informações desconhecidas dos
estudos experimentais e clínicos e de proporcionar grande versatilidade na variação
de situações: geometrias, propriedades mecânicas e forças aplicadas (Pessoa e
Jaecques 2011). O MEF é técnica pela qual um protótipo físico pode ser estudado
mediante a criação de modelo matemático preciso. Esse método faz uso de um
computador para resolver grande número de equações matemáticas, as quais
simulam as propriedades físicas da estrutura a ser analisada. O método possui duas
características essenciais: elementos finitos e função de interpolação. Os elementos
finitos são subdivisões do modelo, pequenas o suficiente para tornar possível a
abordagem analítica em cada um desses elementos e na combinação de seus
efeitos. Estes são interconectados por pontos de união denominados pontos nodais
ou nós. As funções de interpolação permitem, uma vez determinados os
deslocamentos em cada nó, interpolar deslocamentos e calcular deformações e
tensões em qualquer ponto da estrutura (Pessoa 2011).
O
presente
desadaptação
estudo
horizontal
centrou-se
entre
a
nos
interface
efeitos
biomecânicos
abutment/implante,
de
uma
comumente
denominada platform-switching. Foi observado que a configuração em platformswitching é capaz de diminuir a concentração de deformações no osso marginal de
implantes osseointegrados. Por outro lado, os níveis de tensão no parafuso
passante da prótese aumentam à medida que o diâmetro do abutment diminui.
Maiores concentrações de tensões foram identificadas na região de encaixe
para o abutment com 3,5 mm de diâmetro (P-S 1,0 mm). O aumento seria explicado
pela redução da área de superfície para a transmissão da força nos abutments mais
estreitos da configuração em platform-switching. Ao contrário, um abument mais
largo resulta em maior área para a dispersão da carga e em menores concentrações
de tensão. No mesmo sentido, Maeda e colaboradores (2006), em estudo in vitro,
encontraram maiores quantidades de deformações na cervical de implantes com
21
conexões externas, quando comparados a conexões internas. Os autores
argumentaram que as diferenças são explicadas pela diferença de área de
superfície entre as conexões. Esses achados estão de acordo com Huang e
colaboradores (2007). Comparando distintos desenhos de implantes por elementos
finitos, estes autores demonstraram que a redução do diâmetro do implante aumenta
as tensões no osso ao redor em decorrência da redução das áreas de contato ossoimplante.
Por outro lado, como a distância para a transmissão das tensões do contato
abutment/implante para a borda do implante é maior na platform-switching,
magnitudes menores de tensão foram encontradas na superfície cervical externa
dos implantes nos abutments de 4,0 milímetros (P-S 0,5 mm) e 3,5 milímetros (P-S
1,0 mm). Consequentemente, os valores e distribuição das deformações no osso
foram menores para os gruposcom platform-switching na presente AEF. O resultado
corrobora aquele apresentado por Maeda et al. (2007), autores que encontraram, a
partir de uma AEF 3D de um modelo de implantes osseointegrados, energia de
deformação maior no osso cortical para implantes com abutments com diâmetros
coincidentes com osdiâmetros dos implantes.
Este estudo encontrou maior concentração de tensões no parafuso passante
das configurações em platform-switching, principalmente na P-S 1,0 mm. Da mesma
forma, um maior gap foi observado para os grupos complatform-switching. Merz e
colaboradores (2000) demonstraram que quando uma carga é aplicada em abutment
no encaixe em hexágono externo, não há a estabilização do abutment pela
geometria da conexão. O abutment, nesses casos, é estabilizado apenas pelo
parafuso passante da prótese (Pessoa et al. 2009, Merz et al. 2000). A carga lateral
é, então, resistida principalmente pelo parafuso do abutment, e apenas pequena
quantidade da força é absorvida pela conexão. O presente estudo demonstrou que
com a diminuição do diâmetro do abutment essa sobrecarga ao parafuso se
intensifica. A sobrecarga levaria ao afrouxamento da prótese e, em alguns casos,
até mesmo à fratura do parafuso para o grupo com hexágono externo. Por outro
lado, a conexão em hexágono interno apresentou valores baixos de tensões no
parafuso passante, independentemente da configuração do abutment. No caso das
conexões internas, a parede lateral do encaixe é responsável por absorver a maior
parte das forças e proteger o parafuso passante da prótese (Pessoa et al. 2009).
22
O conceito do platform-switching, como introduzido por Lazzara e Porter
(2006), baseia-se na hipótese de que um abutment mais estreito aumentaria a
distância entre a contaminação do gap e a crista óssea, reduzindo a reabsorção
óssea. Entretanto, apesar de os efeitos dos aspectos biológicos (i.e. formação da
distância biológica, contaminação bacteriana do gap) não serem ignorados, apenas
esses fatores não são suficientes para explicar a remodelação da crista óssea periimplantar. Shin et al. (2006), comparando diferentes desenhos de módulo da crista
de implantes, em ensaio clínico randomizado, encontraram maior perda óssea (1,32
± 0,27 mm) para o grupo com platform-switching e módulo da crista liso. A menor
perda óssea (0,18 ± 0,16 mm) foi encontrada para o grupo com abutment do mesmo
diâmetro do implante e com módulo da crista com tratamento de superfície e
microrroscas. O planejamento de um tratamento por implantes para atingir um
resultado estético/funcional otimizado deve considerar, portanto, todos os possíveis
fatores que exerceriam influência na região do pescoço do implante, como a
presença de roscas, tratamento de superfície e o tipo de conexão protética
(Hermann et al. 2000, Zechner et al. 2004, Shin et al. 2006, Pessoa et al. 2009).
23
CONCLUSÕES
Dentro das limitações da presente análise em elementos finitos, demonstrouse que o tipo de conexão protética, diâmetro do abutment e magnitude da força
oclusal influenciam de maneira estatisticamente significante a deformação óssea
peri-implantar cervical e a tensão do parafuso do abutment. Melhor distribuição de
deformações no osso marginal peri-implantar foi encontrada nos grupos com
platform-switching, ao passo que maior concentração de tensões no parafuso da
prótese deve ser esperada para essa configuração, principalmente nos implantes
hexágono externos submetidos a sobrecargas oclusais.
24
REFERÊNCIAS
1. Bengazi F, Wennstrom J, Lekholm U. Recession of the soft tissue margin at
oral implants. A 2-year longitudinal prospective study. Clin Oral Impl Res
1996;7:303–310.
2. Berglundh T, Lindhe J. Dimension of the periimplant mucosa: Biological width
revised. J ClinPeriodontol 1996;23:971-973.
3. Brunski JB. Biomechanical factors affecting the bone-dental implant interface.
Clin Mater 1992;10:153–201.
4. Canullo L, Rasperini G. Preservation of peri-implant soft and hard tissues
using platform switching of implants placed in immediate extraction sockets: A
proof-of-concept study with 12- to 36-month follow-up. Int J Oral Maxillofac
Implants 2007;22:995–1000.
5. Cappiello M, Luongo R, Di Iorion D, Bugea C, Cochotto R, Celletti R.
Evaluation of peri-implant bone loss around platform-switched implants. Int J
Periodontics Restorative Dent 2008;28:347-355.
6. Chang M, Wennström JL, Ödman P, Andersson B. Implant supported singletooth replacements compared to contralateral natural teeth. Crown and soft
tissue dimensions. Clin Oral Impl Res 1999;10:185-194.
7. Dar FH, Meakin JR and Aspden RM. J Biomech 2002; vol. 35: 1155-1161.
8. Duyck J, Ronald HJ, Van Oosterwyck H, Naert I, Vander Sloten J, Ellingsen
JE. The influence of static and dynamic loading on marginal bone reactions
around osseointegrated implants: an animal experimental study. Clin Oral
Implants Res 2001;12: 207-218.
9. Duyck J, Ronald HJ, Van Oosterwyck H, Naert I, Vander Sloten J, Ellingsen
JE. The influence of static an dynamic loading on marginal bone reactions
around osseointegrated implants: an animal experimental study. Clin Oral
Implants Res 2001;12:207-218.
10. El Askary AS. Multifaceted aspects of implant esthetics: The anterior maxilla.
Implant Dent 2001;10:182-191.
11. Gardner DM. Platform switching as a means to achieving implant esthetics.
NY State Dent J 2005;71:34-37.
25
12. Geng JP, Tan KB, Liu GR. Application of finite element analysis in implant
dentistry: a review of the literature. J Prosthet Dent 2001;85:585-98.
13. Geris L, Andreykiv A, Van Oosterwyck H, Vander Sloten J, van Keulen F,
Duyck J, Naert I. Numerical simulation of tissue differentiation around loaded
titanium implants in a bone chamber.J Biomech 2004;37:763–769.
14. Guirado JLC, Yuguero MRS, Zamora GP, Barrio EM. Immediate
provisionalization on a new implant design for esthetic restoration and
preserving crestal bone. Implant Dent 2007;16:155–164.
15. Hermann JS, Buser D, Schenk RK, Cochran DL. Crestal bone changes
around titanium implants. A histometric evaluation of unloaded nonsubmerged
and submerged implants in the canine mandible. J Periodontol 2000;71:1412–
1424.
16. Hermann JS, Cochran DS, Nummikoski PV, Buser D, Schenk RK, Cochran
DL. Crestal bone changes around titanium implants: a radiographic evaluation
unloaded submerged and nonsubmerged and submerged implants in the
canine mandible. J Periodontol 1997;68:1117-1130.
17. Huang H-L, Chang C-H, Hsu J-T, Fallgatter MA, Ko C-C. Comparison of
implant body designs and threads designs of dental implants: A 3-dimensional
finite element analysis. Int J Oral Maxillofac Implants 2007,22:551-562.
18. Isidor F. Loss of osseointegration caused by occlusal load of oral implants. A
clinical and radiographic study in monkeys. Clin Oral Implants Res
1996;7:143–152.
19. Jaecques SVN, Van Oosterwyck H, Muraru L, Van Cleynenbreugel T, De
Smet E, Wevers M, Naert I, Vander Sloten J. Individualised, micro CT-based
finite element modelling as a tool for biomechanical analysis related to tissue
engineering of bone. Biomaterials 2004;25:1683-1696.
20. Lazzara RJ, Porter SS. Platform switching: A new concept in implant dentistry
for controlling postrestorativecrestal bone levels. Int J Periodontics Restorative
Dent 2006;26:9–17.
21. Maeda Y, Miura J, Taki I, Sogo M. Biomechanical analysis on platform
switching: is there any biomechanical rationale? Clin Oral Implants Res
2007;18:581-4.
26
22. Maeda Y, Satoh T, Sogo M. In vitro differences of stress concentrations for
internal and external hex implant–abutment connections: a short
communication. J Oral Rehab 2006;33:75–78.
23. Merz BR, Hunenbart S, Belser UC. Mechanics of the implant-abutment
connection: an 8-degree taper compared to a butt joint connection. Int J Oral
Maxillofac Implants 2000;15:519–526.
24. Oh TJ, Yoon JK, Mish CE, Wang HL. The causes of early implant bone loss:
Myth or science? J Periodontol 2002;73:322-333.
25. Pessoa RS, Coelho PG, Muraru L, Marcantonio Jr E, Vaz LG, Vander Sloten J,
Jaecques
SVN.
Influenceofimplant
design
onthebiomechanicalenvironmentofimmediatelyplacedimplants
–
CTbasednonlinear 3D finiteelementanalysis. Int J Oral MaxillofacImplants 2011,
Nov;26(6):1279-87.
26. Pessoa RS, Muraru L, MarcantonioJr E, Vaz LG, Vander Sloten J, Duyck J,
Jaecques S. Influence of implant connection type on the biomechanical
environment of immediately placed implants – CT-based nonlinear, 3D finite
element analysis. Clin Implant Dent Relat Res 2009, DOI 10.1111/j.17088208.2009.00155.x.
27. Pessoa, RS; Vaz, LG; Marcantonio Jr, E; Vander Sloten, J; Duyck, J; Jaecques,
SVN. Biomechanicalevaluationofplatformswitching in differentimplantprotocols –
CT based 3D finiteelementanalysis. Int J Oral Maxillofac Implants2010, SepOct;25(5):911-9.
28. Quirynen M, Van Assche N, Botticelli D, Berglundh T. How does the timing of
implant placement to extraction affect outcome? Int J Oral Maxillofac Implants
2007;22(Suppl):203-23.
29. Schwarz F, Herten M, Bieling K, Becker J. Crestal bone changes at nonsubmerged implants (Camlog) with different machined collar lengths. A
histomorphometrical pilot study in dogs. Int J Oral and Maxillofac Implants
2008; Mar-Apr; 23: 335-42.
30. Shin YK, Han CH, Heo SJ, Kim S, Chun HJ. Radiographic evaluation of
marginal bone level around implants with different neck designs after 1 year.
Int J Oral Maxillofac Implants 2006;20:789-794.