Influência do platform-switching no ambiente biomecânico de implantes em áreas estéticas análise 3D em elementos finitos

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1 Influência do platform-switching no ambiente biomecânico de implantes em áreas estéticas análise 3D em elementos finitos Influence of platform-switching on the biomechanical environment of implant in esthetical zones a 3D finite element analysis Roberto Sales e PESSOA 1, Fábio BEZERRA 2, Luiza MURARU 3, Jos Vander SLOTEN 4, Siegfried V. N. JAECQUES 5 Resumo O objetivo deste trabalho é avaliar a influencia do platformswitching nas deformações do osso peri-implantar e nas tensões do parafuso passante de implantes em áreas estéticas. Modelos em elementos finitos de um alvéolo de extração de um incisivo central superior, de um implante com 13 mm de comprimento por 4,5 de plataforma e de abutments com 4,5, 4,0 e 3,5 mm foram construídos. Os abutments de 4,0 e 3,5 mm acarretaram uma desadaptação horizontal de 0,5 e 1,0 mm (platform-switching), respectivamente. Um carregamento de 100 N foi aplicado sobre os abutments. Uma melhor distribuição de deformações no osso marginal peri-implantar são encontradas nos designes em platform-switching. Por outro lado, uma maior concentração de tensões no parafuso da prótese deve ser esperada para esta configuração. Palavras-chave: Implantes dentários. Biomecânica. Osseointegração. Abstract The purpose of this study is to evaluate the influence of platform-switching configuration on the strain in periimplant bone and on the stress in the abutment screw. CT-based finite element models comprising an upper central incisor socket, a 13-mm implant with 4,5 mm of shoulder diameter and abutments of 4.5, 4.0 and 3.5 mm diameter were constructed. The abutments de 4.0 and 3.5 mm diameter represent the horizontal mismatch of 0.5 and 1.0 mm (platform-switching), respectively. 100 N magnitude load was applied over the abutments. A better strain distribution in periimplant marginal bone was encountered in platformswitching designs. On the other hand, a higher stress concentration could be found in the abutment screw. Key words: Dental implants. Biomechanics. Osseointegration. Endereço para correspondência: Roberto Sales e Pessoa Rua Olegário Maciel, 818 1º. andar Uberlândia Minas Gerais Brasil rp@inpes.com.br Recebido: 12/01/2011 Aceito: 14/03/ Doutor em Periodontia, Faculdade de Odontologia de Araraquara, Universidade Estadual Paulista, Araraquara, SP, Brasil. 2. Pós-Graduado em Periodontia. Membro do Departamento de Implantodontia, INEPO - Instituto Nacional de Experimentos e Pesquisa em Odontologia, São Paulo, SP, Brasil. 3. MOBILAB, Health Care and Chemistry Department, Kempen University College, Geel, Bélgica. 4. Division of Biomechanics and Engineering Design (BMGO), Katholieke Universiteit Leuven, Leuven, Bélgica. 5. Leuven Medical Technology Centre (L-MTC) and Division of Biomechanics and Engineering Design (BMGO), Katholieke Universiteit Leuven, Leuven, Bélgica. 38

2 artigo ORIGINAL Pessoa RS e, Bezerra F, Muraru L, Sloten JV, Jaecques SVN INTRODUÇÃO A reposição dos dentes perdidos por implantes se tornou um tratamento previsível. Consequentemente, a medida que a osseointegração é mais frequentemente alcançada, uma ênfase maior tem sido dada aos resultados estéticos da terapia com implantes 6,8. Para se obter uma prótese implanto-suportada em harmonia e simetria com a forma da coroa do dente natural adjacente, assim como com o dente contra-lateral, a posição da margem da mucosa peri-implantar na vestibular da coroa implanto-suportada é essencial. Ela ditará o comprimento da coroa clínica e a forma cervical da coroa. Além disso, o grau de preenchimento da papila interdental é de interesse particular, à medida que sua localização e estabilidade é outro importante critério de determinação dos resultados estéticos do tratamento por implantes 8. Por outro lado, o nível do osso de suporte constitui a base para os tecidos moles supra-cristais. Consequentemente, perdas ósseas peri-implantares podem influenciar negativamente a topografia dos tecidos moles, levando à recessão ou ausência de papila 1,27. Desta forma, a remodelação óssea cervical após a exposição do implante na cavidade bucal tem recebido crescente atenção. Muitos estudos têm sido realizados para explicar as mudanças na altura do osso da crista. Alguns autores têm atribuído à perda óssea à formação da distância biológica ao redor dos implantes 2,11. Outros autores tem demonstrado que a desadaptação de implantes de 2 estágios (gap do abutment) está associado à contaminação bacteriana que determina a formação de um infiltrado crônico inflamatório e, consequentemente, de uma reabsorção óssea peri-implantar cervical 11-13,16. Além disso, aspectos biomecânicos tem da reabsorção óssea marginal tem sido investigados 7,21,25, Em um experimento em tíbias de coelho, provou-se que a concentração de tensões e deformações, causadas por um carregamento dinâmico, são capazes de induzir perda óssea cervical em implantes com a osseointegração estabelecida, sem a presença de biofilme bucal 7. Desta forma, algumas características do designe do implante no modulo da crista são reconhecidas por influenciar a remodelação óssea peri-implantar 22,26. Considerando a importância da preservação altura da crista óssea para o resultado estético final do tratamento por implantes, o uso de um componente protético de diâmetro menor que o diâmetro da plataforma do implante foi introduzido na prática clínica, como forma de reduzir ou eliminar a perda óssea peri-implantar 9,17. A hipótese de Lazzara e Porter 3 como plausibilidade biológica para o chamado conceito do platform-switching é que uma reposicionamento horizontal da borda do abutment para mais distante do osso marginal poderia expor mais superfície de implante ao qual o tecido conjuntivo poderia aderir e aumentar a distância do gap do abutment e a crista óssea, levando as células do infiltrado inflamatório para uma posição mais distante do osso, o que resultaria em uma diminuição da reabsorção óssea. Os autores observaram que muitos implantes restaurados com a técnica do platform-switching exibiram redução ou mesmo nenhuma perda óssea marginal. Na mesma linha, Guirado e colaboradores reportaram uma perda óssea média de 0,7 mm para um novo designe de implante que incorporava o conceito do platform-switching 3. Também Capiello e colaboradores 5 em um estudo prospectivo, mostraram uma perda óssea significativamente menor para implantes com platform-switching (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. Como consequência, platform-switching tem sido indicado como uma forma de tratamento que proporciona a manutenção dos tecidos peri-implantares moles e duros, não apenas para os implantes osseointegrados, mas também para implantes nos protocolos imediato e com carga imediata 3-5. Além disso, uma motivação biomecânica para a utilização de um abutment de menor diâmetro em implantes osseointegrados foi proposta por Maeda e colaboradores 18. Os autores concluíram, a partir de uma análise em elementos finitos (AEF), que a configuração em platform-switching transfere a concentração de tensões para parte mais interna do implante, mais distante da borda, e longe do osso peri-implantar marginal, desta forma reduzindo seu efeito na reabsorção óssea cervical. Entretanto esta análise foi baseada em um modelo em elementos finitos muito simplificado. Os próprios autores sugeriram que outras AEF ainda seriam necessárias para avaliar as consequências do platform-switching no ambiente biomecânico de implantes osseointegrados 18. Além disso, o efeito do platform-switching com diferentes tamanhos de desadaptações horizontais ainda não foi avaliado. Desta forma, o objetivo do presente estudo foi avaliar a influencia do platform-switching com diferentes tamanhos de desadaptações nas deformações ósseas peri-implantares e nas tensões do parafuso passante de implantes osseointegrados em áreas estéticas. MATERIAL E MÉTODOS O modelo 3D sólido do alvéolo de extração de um incisivo central superior foi reconstruído a partir dos tons de cinza de uma tomografia computadorizada (TC), por meio de um programa de processamento de imagens (Mimics 9.11, Materialise, Haasrode, Bélgica). As imagens da TC foram adquiridas de uma peça anatômica, emprestada do departamento de Anatomia da Faculdade de Odontologia de Araraquara (UNESP, Brasil), utilizando um tomógrafo Picker UltraZ CT (Picker International Inc., Cleveland, OH, Estados Unidos). Os dados consistiam de cortes contíguos em relação ao eixo Z e tinha um tamanho de voxel de 0,391 x 0,391 x 1,000 mm. 39

3 Influência do platform-switching no ambiente biomecânico de implantes em áreas estéticas análise 3D em elementos finitos O modelo sólido em CAD (computer-aided design) de um implante cônico hexágono externo de 13 mm, com plataforma de 4,5 mm, abutment de 3,5, 4,0 e 4,5 mm e parafuso do abutment, foram fornecidos pelo fabricante (SIN Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil). As configurações com abutments de 3,5 e 4,0 mm 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 mm coincide com o diâmetro do implante, configuração convencional (CC). As dimensões do implante foram selecionadas para serem compatíveis em tamanho com a área de implantação. Os componentes protéticos possuíam 10 mm de altura em relação à plataforma do implante. O modelo do implante foi importado ao programa Mimics (Materialise, Haasrode, Bélgica) e posicionado 1 mm abaixo da crista óssea alveolar, em uma posição central e direção palatal 24. Após a colocação do implante no posicionamento correto, os componentes e parafusos foram alinhados ao implante. As roscas do parafuso foram editadas para que coincidissem perfeitamente às roscas internas do implante, com o objetivo de melhorar o contato nesta região. Não foram realizadas simplificações relativas à condição espiral das roscas. A perfuração de inserção do implante foi obtida por subtração com a ferramenta Boolean subtraction. Osso, implante, abutment e parafuso forma malhados em separado no MSC.Patran 2005r2 (MSC.Software, Gouda, Holanda) (Figura 1). O tamanho dos menores elementos utilizados nas malhas tetraédricas resultantes era em torno de 50 µm. Os diferentes níveis de refinamento da malha foram utilizados para reconhecimento de detalhes dos designs (i.e. roscas). O número total de elementos e nós nos modelos eram em média e , respectivamente. para os materiais usados no presente estudo podem ser encontrados na Tabela Tabela 1 - Propriedades mecânicas do osso, implante e componentes. Propriedades Elementos de contato friccional foram utilizados para similar a interface entre os componentes do sistema do implante em contato, com um coeficiente de fricção µ de Em interfaces de contato friccional, pequenos deslocamentos sem interpenetrações são permitidos entre os componentes dos modelos, promovendo uma representação mais realística da situação dentro da conexão protética 20. Uma força de 100 N foi aplicada 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 3 modelos foram preparados. A análise e o pós-processamento foram realizados por meio do programa de elementos finitos MSC.MARC/Mentat 2005r3 (MSC.Software, Gouda, Holanda). Dados para o pico de deformação equivalente (EQVStrain), para as tensões equivalentes no parafuso passante (EQVStress) e para o gap do abutment foram calculados. RESULTADOS Materiais Titânio Osso Cortical Osso Medular Modulo de Elasticidade (E) [MPa] Coeficiente de Poisson (ν) [-] 0,33 0,30 0,30 A Tabela 2 apresenta os dados para o pico de EQVStrain no osso, pico de EQVStress no parafuso passante e gap do abutment para as 3 relações entre abutment e implante (P-S 1 mm, P-S 0,5 mm e CC). Tabela 2 - Resultados para o pico de deformação equivalente (EQVStrain), para as tensões equivalentes no parafuso passante (EQVStress) e gap do abutment, para todos os modelos simulados. Figura 1 - Malha de elementos finitos do implante, parafuso e componentes protéticos. Design EQVStrain no osso (με) EQVStress no parafuso (MPa) Gap (μm) Propriedades elásticas da malha do osso foram atribuídas baseadas nos valores dos tons de cinza das imagens da TC 15,23. Por meio deste procedimento, elementos contidos nas trabéculas ósseas e medula podem ser discriminados. Os valores do módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson 3,5 mm (P-S 1,0 mm) 4,0 mm (P-S 0,5 mm) 4,5 mm (CC) 2.202,0 364,5 19, ,7 324,3 16, ,8 324,3 15,3 40

4 artigo ORIGINAL Pessoa RS e, Bezerra F, Muraru L, Sloten JV, Jaecques SVN As configurações em platform-switching proporcionaram uma diminuição do pico de deformação equivalente quando comparados com o abutment coincidente com a plataforma. Esta diminuição se acentua à medida que o desadaptação do platformswitching aumenta de 0,5 para 1,0 mm. Por outro lado, a tensão no parafuso passante e o gap do abutment nas configurações do platform-switching foram significantemente maiores que com o abutment coincidindo com a plataforma. Da mesma forma, quanto maior a desadaptação, maior a tensão no parafuso e gap. A Figura 2 mostra a concentração de tensões na borda do implante para as diferentes relações implante/abutment (P-S 1 mm, P-S 0,5 mm e CC). Pode-se notar que 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. Por outro lado, como demonstrado na Figura 4, a concentração de EQVStress no parafuso passante é maior para as configurações em platform-switching, quando comparada com a configuração CC. Figura 4 - Distribuição de tensões nos parafusos passantes do abutment. Note a maior concentração de tensões para as configurações em platform-switching (P-S 1,0 mm e P-S 0,5 mm). DISCUSSÃO Figura 2 - 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 3 fica demonstrada a distribuição de EQVStrain no osso. 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 3 - Distribuição de distribuição de EQVStrain no osso. Notar menor concentração de deformações para a configuração P-S 1,0 mm.. O presente estudo focou nos efeitos biomecânicos de uma desadaptação horizontal entre a interface abutment/implante, comumente denominada platform-switching. Foi observado que a configuração em platform-switching 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 a medida que o diâmetro do abutment diminui. O presente estudo evidenciou maiores concentrações de tensões na região de encaixe para o abutment com 3,5 mm de diâmetro (P-S 1,0 mm). Este aumento pode ser 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 uma maior área para a dispersão da carga e desta forma em menores concentrações de tensão. No mesmo sentido, em um estudo in vitro, foram encontradas maiores quantidades de deformações na cervical de implantes com conexões externas, quando comparados às conexões internais 19. Os autores argumentaram que estas diferenças podem ser explicadas pela diferença de área de superfície entre as conexões. Comparando diferentes designes de implantes por elementos finitos, estes autores demonstraram que a redução do diâmetro do implante aumenta as tensões no osso ao redor devido à redução das áreas de contato osso-implante 14. Por outro lado, como a distância para a transmissão das tensões do contato abutment/implante para a borda do implante é maior no platform-switching, magnitudes menores de tensão foram encontradas na superfície 41

5 Influência do platform-switching no ambiente biomecânico de implantes em áreas estéticas análise 3D em elementos finitos cervical externa dos implantes os abutments de 4,0 (P-S 0,5 mm) e 3,5 (P-S 1,0 mm). Consequentemente, os valores e distribuição das deformações no osso foram menores para os designes platform-switching, na presente AEF. Estes autores encontraram, a partir de uma AEF 3D de um modelo de implantes osseointegrado, uma energia de deformação maior no osso cortical para implantes com abutments com diâmetro coincidentes com o diâmetro do implante 18. O presente estudo encontrou uma maior concentração de tensões no parafuso passante das configurações em platformswitching, principalmente na P-S 1,0 mm. Da mesma forma, um maior gap foi observado para os designes em platform-switching. Quando uma carga é aplicada em um abutment no encaixe em hexágono externo, não há uma estabilização do abutment pela geometria da conexão 20. O abutment nestes casos são estabilizados apenas pelo parafuso passante da prótese 20,23. Desta forma, a carga lateral é resistida principalmente pelo parafuso do abutment. Apenas uma pequena quantidade da força é absorvida pela conexão. O presente estudo demonstrou que, com a diminuição do diâmetro do abutment, esta sobrecarga ao parafuso se intensifica. Esta sobrecarga no pode levar ao afrouxamento da prótese e, em alguns casos, até mesmo à fratura do parafuso. O conceito do platform-switching, como introduzido por Lazzara e Porter 18 baseado na hipótese de que um abutment mais estreito pode aumentar a distância entre a contaminação do gap e a crista óssea, desta forma reduzindo a reabsorção óssea. Entretanto, apesar de os efeitos dos aspectos biológicos (i.e. formação da distância biológica, contaminação bacteriana do gap) não poderem ser ignorados, apenas estes fatores não são suficientes para explicar a remodelação da crista óssea peri-implantar. Diferentes designers de módulo da crista foram comparados em um ensaio clínico randomizado, constatando uma 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 micro-roscas 26. Desta forma, o planejamento de um tratamento por implantes para atingir um resultado estético/funcional otimizado deve considerar todos os possíveis fatores que podem exercer influência na região do pescoço do implante, como a presença de roscas, tratamento de superfície, e o tipo de conexão protética 11,23,26,29. Por meio da presente AEF, foi possível progredir no entendimento dos efeitos biomecânicos relacionados ao platformswitching em uma conexão hexágono externo. Entretanto, os resultados do presente estudo devem ser interpretados com algum cuidado. Outros cenários do platform-switching, como diferentes diâmtros de implantes, diferentes tipos de conexão protética, diferentes números de implantes, podem também afetar o ambiente biomecânico de implantes e devem ser objeto de estudos futuros. CONCLUSÃO Dentro das limitações da presente análise em elementos finitos, pode ser demonstrado que uma melhor distribuição de deformações no osso marginal peri-implantar são encontradas nos designes em platform-switching. Por outro lado, uma maior concentração de tensões no parafuso da prótese deve ser esperada para esta configuração. REFERÊNCIAS 1. Bengazi F, Wennström J, Lekholm U. Recession of the soft tissue margin at oral implants. A 2-year longitudinal prospective study. Clin Oral Implants Res. 1996;7(4): Berglundh T, Lindhe J. Dimension of the periimplant mucosa: Biological width revised. J Clin Periodontol. 1996;23(10): Calvo Guirado JL, Saez Yuguero MR, Pardo Zamora G, Muñoz Barrio E. 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