Análise fotoelástica da união de pilar a implantes de hexágonos externo e interno

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1 Trabalho Original Análise fotoelástica da união de pilar a implantes de hexágonos externo e interno Photoelastic analysis of abutment union to external and internal hexagons implants Sérgio Rocha Bernardes* Cleudmar Amaral de Araújo** Alfredo Júlio Fernandes Neto*** Vanderlei Luís Gomes*** Flávio Domingues das Neves**** RESUMO Os Implantes originais apresentam uma perda óssea marginal crônica que pode estar ligada à concentração de tensões sobre os implantes após a aplicação de carga. Diferentes tipos de junções pilar/implante poderiam minimizar o problema. Este trabalho analisou a distribuição de tensão sobre os implantes de mesma forma externa, diferindo apenas nas junções: hexágono externo (HE) e hexágono interno (HI). Estas peças foram inseridas em modelos fotoelásticos e submetidas a duas cargas compressivas: axial e deslocada 6,5 mm do centro. Foram analisados 61 pontos sobre o corpo do implante, nos quais os valores de tensão cisalhante máxima foram determinados. Gráficos foram realizados e suas áreas calculadas para os resultados obtidos em todo o corpo do implante e apenas na região de plataforma, ambos sob as duas situações de carga. Não foi encontrada nenhuma diferença estatística significante para carga axial nas duas regiões de análise propostas ( t de Student, p<0,05). Entretanto, para a carga não-axial foi encontrada diferença significante quando comparado todo o corpo do implante (U de Mann Whitney, p<0,05) e quando analisada somente a região de plataforma (U de Mann Whitney, p<0,05), sendo que nas duas comparações os implantes HI apresentaram menores valores. As diferenças entre as junções sob carga axial foram de 1,28% a mais para HE na análise de todo o corpo do implante e 2,11% a mais para HE na região de plataforma. Quando sob carga não-axial, o Grupo HI apresentou os menores valores e o Grupo HE apresentou 12,93% a mais de concentração de tensão na comparação dos 61 pontos. Nesta mesma situação de carga, quando analisados os primeiros nove pontos, os menores níveis de tensão foram de HI e os maiores de HE com 17,36%. Unitermos - Biomecânica; Desenho de implantes; Junções; Análise de tensões. ABSTRACT Original implants have been presenting a chronic marginal bone loss that can be related to stress concentration over the implants after load application. Different types of implant/abutment interfaces would minimize this problem. The present work analyzed the stress distribution over implants with the same external design, differing only at the implant/abutment connections: external hexagon (EH) and internal hexagon (IH). Those pieces were embedded in photoelastic blocks and submitted to two compressive loads: axial and dislocated 6.5 mm from the center. Sixty-one points were analyzed over the implant body, in which the maximum shear stresses were determined. Graphics were realized and its areas calculated for the results obtained in all implant body and only in the region of the platform, both under the two load situations. There have not been found significant statistical difference to axial load in the two purposed regions of analysis (Student t, p<.05). Therefore, significant difference was found to non-axial load when compared all the implant body (Mann Whitney U, p<.05) and when analyzed only the platform region (Mann Whitney U, p<.05), being that in the two comparisons the IH implants presented the lowest values. The differences between the connections under axial load was 1.28% more for EH in the analysis of all implant body and 2.11% more for EH in the platform region. When under non-axial load, the IH group presented the lowest values and the EH group presented 12.93% more stress concentration comparing the 61 points. In that same load situation, but when analyzing the first nine points, the lowest stress levels was from IH and the highest from EH with 17.36%. Key Words - Biomechanical; Implants design; Connection; Strain analysis. Recebido em: out/2005 Aprovado em: jun/2006 * Mestre em Reabilitação Oral pela Universidade Federal de Uberlândia; Doutorando em Reabilitação Oral pela Forp - USP; Professor do Ilapeo - Instituto Latino Americano de Pesquisa e Ensino Odontológico. ** Professor adjunto doutor da Faculdade de Engenharia Mecânica - Universidade Federal de Uberlândia. *** Professor titular doutor da Faculdade de Odontologia - Universidade Federal de Uberlândia. **** Professor adjunto doutor da Faculdade de Odontologia - Universidade Federal de Uberlândia. V. 3 N o 4 Julho Agosto

2 Introdução Os autores 1,7 relatam a existência de 20 diferentes tipos de junções pilar/implante no mercado norte-americano. Entre as várias conexões existentes, as junções internas, segundo alguns autores, seriam uma evolução do hexágono externo tradicional 1,13,14 e teriam algumas vantagens sobre ele, como favorecer menor desaperto e fraturas de parafusos 2,7,11,13 e absorver melhor as cargas externas 2,11. Seu desenho possibilitaria distribuição mais homogênea das tensões ao redor dos implantes em relação às fixações com hexágono externo 8, diminuindo as tensões sobre a crista óssea. Atualmente, acredita-se que as vendas de implantes anuais no mercado americano somam 300 milhões de dólares 14 e existam em todo o mundo cerca de 100 a 125 empresas 1. Normalmente, o mercado de implantes brasileiro acompanha as tendências internacionais e fabrica fixações parecidas com as dos sistemas com sucesso internacional. Hoje, são ofertados no mercado brasileiro implantes com conexão hexagonal externa tradicional, hexagonal interna, cônica interna e implantes em peça única, sem junção pilar/implante. Inclusive, a maioria das empresas nacionais produz diferentes desenhos de encaixe. Essa competição empresarial leva a estratégias de propaganda que nem sempre são baseadas em fatos comprovados cientificamente 1, isso somado a uma gama de opções disponíveis no mercado, que fazem com que os clínicos trabalhem em meio a uma série de informações sobre vantagens e desvantagens dos diferentes sistemas. Este trabalho pretende analisar comparativamente a qualidade e quantidade dos gradientes de tensões gerados em implantes dentários de mesma geometria, diferindo apenas no desenho da junção pilar/implante: hexágono externo e hexágono interno. O gradiente de tensão será avaliado ao longo dos implantes utilizando a técnica de análise experimental de tensões denominada fotoelasticidade de transmissão plana. O estudo realiza análises quantitativa e qualitativa dos níveis de tensão, visando fornecer ao clínico quais daqueles encaixes possuem melhor comportamento relativo à distribuição dos níveis de tensão na crista óssea e indicando qual sistema apresentaria menor potencial para perda óssea. Foram confeccionados blocos fotoelásticos com o conjunto implante/pilar inserido. Os implantes tinham 12 mm de seus comprimentos imersos na resina fotoelástica (Polipox Indústria e Comércio Ltda, São Paulo, Brasil). Depois de pronto Figura 1 Implantes utilizados. cada modelo foi avaliado em um polariscópio adaptado em um projetor de perfil da marca Mitutoyo (Tóquio, Japão) a fim de se verificar a possível presença de tensão decorrente de um processo denominado efeito de borda 6. Sobre o pilar foi encaixada uma mesa para aplicação de carregamento de 2,5 mm de altura e 13 mm de diâmetro, conforme mostra a Figura 2. Cada modelo fotoelástico foi montado em um dispositivo para aplicação de carga. Este dispositivo possuía uma ponta ativa aparafusada a uma célula de carga Kratos (São Paulo, Brasil). Todo o aparato foi montado em um polariscópio vertical do Laboratório de Projetos Mecânicos (LPM) da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Uberlândia (Femec/UFU). A seguir foram aplicados dois tipos de cargas compressivas verticais e perpendiculares aos modelos: uma axial ao implante no centro da mesa, com valor de 1,5 Kgf e outra paralela ao longo eixo do implante deslocada 6,5 mm do centro da mesa, com Materiais e Métodos Foram fabricadas peças de titânio simulando implantes e pilares, de mesma dimensão, diferindo apenas na interface pilar/implante: hexágono externo e hexágono interno. Foram fabricados quatro implantes de cada grupo: hexágono externo (HE) e hexágono interno (HI), representados pela Figura 1. Desta maneira, no momento em que os pilares estavam unidos pelos parafusos aos implantes obtinham-se corpos similares. Todos os implantes tinham 13 mm de comprimento e 4,3 mm de diâmetro, enquanto que os pilares tinham 11 mm de altura. Figura 2 Implante dentro do bloco fotoelástico com a mesa para aplicação de carga. valor de 0,75 Kgf. Os valores de carga utilizados eram compatíveis com a resina fotoelástica utilizada e estão em níveis que possibilitaram melhor leitura das ordens de franjas. Sobre a tela do projetor de perfil foi colada uma grade impressa em folha de transparência com o perfil do implante 356 V. 3 N o 4 Julho Agosto 2006

3 Por fim, também foram criados gráficos, calculada a área e feita a comparação dos valores médios dos grupos entre os pontos 1 a 9, no intuito de se conhecer a diferença da distribuição de tensão ao redor dos implantes na região de plataforma (crista óssea), tanto para a carga axial, quanto para a carga não-axial. Exemplos das imagens obtidas para cada grupo podem ser vistos nas Figuras 4 e 5. Resultados Figura 3 Grade com pontos analisados e o implante posicionado no polariscópio com a grade. desenhado que se manteve no mesmo lugar durante todo o experimento para guiar o posicionamento dos implantes. Esta estava gradeada com 61 pontos localizados ao longo do corpo para leitura e posterior comparação do fenômeno (Figura 3). Quando era aplicada a carga axial realizavam-se as leituras das ordens de franja nos primeiros 46 pontos, visto que a imagem obtida era simétrica do lado superior e inferior e para carga não-axial foi feita a leitura de todos os 61 pontos. Para cada ponto de leitura dos diversos modelos foram encontradas e medidas as franjas isocromáticas (N) através do método de compensação de Tardy 6. A partir destas foram encontradas a tensão cisalhante máxima (t) de cada ponto contando com a constante ótica do material utilizado (0,25 N/mm) e a espessura do modelo, de acordo com a lei ótica das tensões 6. Assim, criaram-se tabelas e gráficos, com os valores médios de tensão cisalhante máxima de cada grupo: HE e HI, para cada carregamento aplicado e pontos analisados. Os valores obtidos das áreas dos gráficos foram agrupados nas tabelas finais em que o valor mínimo foi dividido pelos valores restantes possibilitando comparações entre os valores encontrados. Os valores de tensão cisalhante máxima de cada ponto analisado foram inseridos em tabelas e destas foram criados os gráficos. O Gráfico 1 mostra os resultados obtidos para a carga axial. O Gráfico 2 mostra os resultados obtidos para a carga não-axial. Análise fotoelástica da união de pilar a implantes de hexágonos externo e interno GRÁFICO 1 - VALORES MÉDIOS DE TENSÃO CISALHANTE MÁXIMA DA CARGA AXIAL GRÁFICO 2 - VALORES MÉDIOS DE TENSÃO CISALHANTE MÁXIMA DA CARGA NÃO-AXIAL Figura 4 Peças com diferentes junções (A.HE; B. HI) sob carga axial. Figura 5 Peças com diferentes junções (A.HE; B. HI) sob carga não axial. Com o objetivo de verificar a existência ou não de diferenças significantes entre as medidas das áreas dos gráficos das amostras dos dois grupos para carga axial e não-axial, considerando os pontos analisados de cada carregamento, realizou-se a análise estatística. Nesta, quando a distribuição das amostras se mostrava normal (HE para todo o corpo nas duas situações de cargas e na região de plataforma sob carga axial, HI para carga axial em todo o corpo e na região de plataforma) foi aplicada o teste estatístico t de Student e quando a distribuição das amostras se mostrava não-normais (HE sob carga nãoaxial na região de plataforma, HI nas duas regiões sob carga não-axial) foi aplicado o teste U de Mann-Whitney. O nível de significância foi estabelecido em 0,05 em uma prova bilateral. Depois de aplicados os devidos testes estatísticos observou-se que para carga axial, não houve diferença significante V. 3 N o 4 Julho Agosto

4 (p<0,05) em nenhuma das áreas gráficas propostas a serem analisadas (em todos os pontos e nos nove primeiros). E para carga não-axial foi encontrada diferença estatística (p<0,05) entre os Grupos HI e HE nas duas situações de comparação, sendo que HI sempre apresentou os menores valores. A média da medida da área dos gráficos de cada tipo de implante foi dividida pelo menor resultado dos dois. A Tabela 1 mostra os valores de quanto uma conexão gerou mais tensão que a outra para a carga axial. De acordo com a Tabela 1, sob carga axial os implantes HI apresentaram os menores valores e o HE gerou 1,28% a mais de tensão que a hexagonal interna. A Tabela 2 apresenta os resultados na região dos pontos de 1 a 9. Nesta, o Grupo de implantes HI apresentou os menores gradientes de tensão e o Grupo HE mostrou ser 2,11% maior. A Tabela 3 apresenta os resultados sob carga nãoaxial em todo o corpo do implante. Para a carga não-axial os implantes tipo hexágono interno acumularam menos tensão ao seu redor. Os implantes de hexágono externo apresentaram os maiores valores (12,93%). A Tabela 4 detalha os resultados na região correspondente à crista óssea. Esta situação apresenta menores gradientes de tensão para o grupo de implantes de hexágono interno e os maiores para o hexagonal externo com 17,36%. Discussão TABELA 1 - COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS PARA A CARGA AXIAL 1, ,28% 0% TABELA 2 - COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS PARA A CARGA AXIAL ENTRE OS PONTOS 1 E 9 1, ,11% 0% TABELA 3 - COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS PARA A CARGA NÃO-AXIAL 1, ,93% 0% TABELA 4 - COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS PARA A CARGA NÃO-AXIAL ENTRE OS PONTOS 1 E 9 1, ,36% 0% Haraldson 9 empregou em 1980, pela primeira vez, a técnica experimental da fotoelasticidade de transmissão com implantes osseointegrados, encontrando diferença na qualidade das ordens de franjas de acordo com a forma em que o implante se encontrava imerso no material e também quando no uso de implantes com e sem roscas, demonstrando a importância do desenho dos implantes para a transferência de tensão ao osso circundante. A geometria da interface pilar/implante influenciou a distribuição, magnitude e transferência de tensão ao osso circundante, quando sob a carga deslocada (carga não-axial). Para carga não-axial, o grupo hexagonal interno apresentou diferença estatisticamente significante (p<0,05) com o grupo de hexágono externo ao longo de todo seu corpo e na região de plataforma. Os implantes HI apresentaram os menores gradientes de tensão e os implantes HE mostraram-se menos favoráveis. Não houve influência das junções para carga axial, sem diferenças estatisticamente significantes (p<0,05) entre os grupos para a área total e nos nove primeiros pontos. Este tipo de esforço parece não ser importante na distribuição de tensão sobre os implantes. Apesar disso, não se sabe qual o limite para desencadear o processo de perda óssea marginal, sendo que em algumas situações tal diferença pode ser crucial. Segundo Sevimay et al 12 o osso tipo IV seria mais susceptível a concentração de tensão que o tecido ósseo compacto. Assim, se as diferenças encontradas poderiam gerar problemas biológicos ou não, isso dependeria da forma em que a carga seria aplicada sobre os implantes, principalmente em situações próximas à carga não-axial, e da fisiologia óssea local. Atualmente, o planejamento para fixação dos implantes osseointegrados objetiva situações similares à carga axial, fato que reduziria o problema e minimizaria a influência da interface pilar/implante. Porém, sabe-se que regiões posteriores e guias de movimentos podem aproximar-se da situação proposta pela carga não-axial. Além disso, a forma externa do implante é outra característica importante que deve ser levada em conta quando na distribuição de tensão sobre os implantes. No presente estudo as plataformas dos implantes estavam a um milímetro de distância da superfície superior da resina fotoelástica e os implantes de hexágono externo tinham paredes laterais menos delgadas que os de hexágono interno. Foi encontrada relação entre a espessura de parede interna do implante e a distribuição de tensão, de acordo com os resultados de Hansson 9. Os implantes de conexão hexagonal interna apresentaram os menores índices de tensão em relação aos valores de tensão cisalhante máxima localizada na região de plataforma dos implantes de conexão hexagonal externa. Segundo algumas publicações, alterações na forma externa do implante parecem desenvolver um papel importante reduzindo ou aumentando os valores máximos de tensão ao redor dos mesmos 5,9. Acredita-se que a inclusão de roscas nos implantes reduziriam o problema 9 por aumentar a área de contato da interface implante/osso. Além disso, 358 V. 3 N o 4 Julho Agosto 2006

5 Chun et al 5 relataram ter conseguido melhor distribuição de esforços através de variações na forma, espessura, largura e passo das roscas dos implantes osseointegrados. Outros estudos de análises de tensões, como o realizado por Cehreli et al 4, compararam a distribuição de tensão sobre implantes originais, com a forma externa diferente (implantes Brånemark cônicos e cilíndricos, implantes cilíndricos Astra Tech e parafusos sólidos ITI). Este fator poderia influenciar nos resultados, já que neste tanto as junções quanto a forma externa eram diferentes. No presente trabalho os implantes foram especialmente fabricados visando somente a análise das junções, sem influência alguma do desenho externo. O hexágono externo dos implantes originais foi desenvolvido com objetivo de auxiliar na instalação cirúrgica dos implantes osseointegrados. Inicialmente, a única forma de tratamento protético sobre os implantes eram as próteses totais fixas e as conexões não tinham a finalidade anti-rotacional 7. Com o aumento da aplicabilidade dos implantes orais para restaurações unitárias, as conexões passaram a desenvolver outro papel: o de impedir a rotação da prótese. Isso estimulou os fabricantes a desenvolverem parafusos que suportem torques mais elevados, alterarem o tipo de material do parafuso, aumentarem a precisão no encaixe do hexágono e criarem de novos desenhos de interface pilar/implante. Os implantes com junções internas são considerados por diversos autores conexões mais estáveis que os de hexágono externo 4,7,11,13. Porém, o crescente mercado da Implantodontia 1,13,14 e estratégias de propaganda 1 devem ser acompanhados de maneira crítica. Antes da decisão de investir na mudança de sistemas de implantes devido às conexões, deveríamos refletir se a estabilidade das junções hexagonais externas poderia se equiparar com a das junções internas apenas com uma pequena mudança de propriedade dos parafusos de união (material e torque utilizado). Até que ponto nós desejamos a estabilidade desta união: a um nível sustentável da fisiologia oral ou em valores muito superiores aos encontrados nos limites da mastigação humana? Mais investigações deveriam ser feitas para esclarecer totalmente as verdades e as estratégias empresariais que envolvem o mercado da Implantodontia moderna. Conclusão Para a carga axial não foi encontrada diferença estatisticamente significante. Para carga não-axial houve diferença estatisticamente significante, tanto para todo o corpo do implante, quanto para os nove primeiros pontos, sendo que HI apresentou menores níveis de tensão que HE. Analisando todos os pontos para carga axial o grupo HE mostrou acumular 1,28% mais tensão que HI. Nesta mesma situação de carga, quando analisados os primeiros nove pontos, os níveis de tensão encontrados foram menores para o Grupo HI e o Grupo HE ficou 2,11% maior que este. Em nenhuma situação analisada foi encontrada diferença significativa entre as amostras (p<0.05). Quando para carga não-axial, o Grupo HI novamente apresentou os menores valores e o Grupo HE apresentou ser 12,93% maior. Porém, nesta mesma situação de carga, quando analisados os primeiro nove pontos, os menores níveis de tensão encontrados foram de HI e os maiores de HE, com 17,36%. Endereço para correspondência: Sérgio Rocha Bernardes Rua Jacarezinho, Mercês Curitiba - PR Tel.: (41) sergiorb@rediffmail.com Agradecimentos: Agradecemos a Neodent Implante Osteointegrável (Curitiba, Brasil) pelo incentivo à pesquisa na fabricação dos implantes utilizados. Agradecemos também ao LPM, Femec/UFU e a Capes pelo apoio para a presente pesquisa. Referências 1. Binon P. Implants and components: entering the new millennium. Int J Oral Maxillofac Implants 2000;1(15): Cehreli M, et al. Implant design and interface force transfer. A photoelastic and strain-gauge analysis 2004;Clin Oral Impl Res;2(15): Çehreli MC, Akça K, Iplikçioglu H. Force transmission of one- and two- piece Morse-taper oral implants: a nonlinear finite element analysis. Clin Oral Impl Res 2004;4(15): Çehreli MC, Iplikcioglu H. In vitro strain gauge analysis of axial and off-axial loading on implant supported fixed partial dentures. Implant Dent 2002;3(11): Chun, H J et al. Evaluation of design parameters of osseointegrated dental implants using finite elements analysis. J Oral Rehabil 2002;6(29): Dally JW, Riley WF. Experimental stress analysis. 2 ª Ed. Tokyo: McGraw- Hill Kogakusha; Finger IM, Castellon P, Elian N. 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