Efecto biomecánico del espesor del implante y del diámetro de los tornillos en los implantes subperiósticos de CFR-PEEK: análisis tridimensional mediante elementos finitos

Eda Etik, Basak Keskin Yalcin

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42032041/

Efecto biomecánico del espesor del implante y del diámetro de los tornillos en los implantes subperiósticos de CFR-PEEK: análisis tridimensional mediante elementos finitos

1. Referencia científica

• Título del estudio: Biomechanical effect of implant thickness and screw diameter on CFR-PEEK subperiosteal implants: a three-dimensional finite element analysis
• Autores: Eda Etik, Basak Keskin Yalcin
• Revista científica: Scientific Reports
• Año de publicación: 2026
• DOI: 10.1038/s41598-026-49671-0

2. Contexto científico

La rehabilitación implantológica de pacientes con atrofia maxilar severa continúa siendo uno de los mayores retos de la cirugía oral y la implantología moderna. Cuando el volumen óseo residual no permite la colocación de implantes endoóseos convencionales, resulta necesario recurrir a alternativas terapéuticas adaptadas a cada situación clínica. En este contexto, el desarrollo de la imagen tridimensional, la planificación digital y las tecnologías CAD/CAM ha impulsado nuevamente el interés por los implantes subperiósticos personalizados, que ofrecen una adaptación anatómica precisa y una planificación quirúrgica individualizada.

Junto con la evolución de los flujos digitales, la selección del biomaterial adquiere una importancia decisiva para el comportamiento mecánico del sistema implantario. El poliéter éter cetona reforzado con fibra de carbono (CFR-PEEK) se considera una alternativa prometedora debido a su elevada resistencia mecánica y a un módulo de elasticidad más próximo al del tejido óseo que el de las aleaciones metálicas tradicionales. Sin embargo, todavía existe información limitada acerca del efecto que tienen determinados parámetros de diseño, como el espesor de la estructura del implante o el diámetro de los tornillos de fijación, sobre la distribución de las cargas funcionales. El presente estudio aborda esta cuestión mediante un análisis tridimensional por elementos finitos.

3. Objetivo del estudio

El objetivo principal de esta investigación fue analizar la influencia del espesor de la estructura del implante subperióstico y del diámetro de los tornillos de fijación sobre el comportamiento biomecánico de implantes personalizados fabricados con CFR-PEEK reforzado con un 60 % de fibra de carbono.

Para ello, los autores compararon distintas configuraciones implantarias con el fin de evaluar cómo estas variables geométricas modifican la distribución de las tensiones mecánicas, la deformación global del sistema y la transferencia de cargas entre el implante y el hueso de soporte.

4. Metodología

Este trabajo corresponde a un estudio preclínico in silico basado en un análisis tridimensional mediante elementos finitos (Finite Element Analysis, FEA). El modelo anatómico fue reconstruido a partir de imágenes obtenidas mediante tomografía computarizada de un paciente con atrofia maxilar severa, clasificada como Clase V de Cawood y Howell. A partir de esta reconstrucción tridimensional se diseñó un implante subperióstico completamente personalizado.

Se desarrollaron cuatro configuraciones implantarias diferentes combinando dos espesores de la estructura implantaria (1,0 mm y 1,5 mm) con dos diámetros de los tornillos de fijación (1,5 mm y 2,0 mm). La estructura principal del implante fue modelizada utilizando CFR-PEEK reforzado con un 60 % de fibra de carbono, mientras que los tornillos, los pilares protésicos y la estructura metálica fueron definidos con las propiedades mecánicas del titanio.

Con el objetivo de reproducir situaciones funcionales clínicamente relevantes, se aplicaron tres escenarios de carga: una carga vertical bilateral sobre el sector posterior, una carga oblicua unilateral en la misma región y una carga vertical bilateral sobre el sector anterior. Los parámetros analizados incluyeron el desplazamiento total del sistema, las tensiones principales máximas y mínimas en el hueso y las tensiones equivalentes de Von Mises en el implante, los pilares y la estructura metálica. Al tratarse de una simulación computacional, el estudio no contempló seguimiento clínico.

5. Resultados principales

Las simulaciones numéricas demostraron que la geometría del implante influye de forma significativa en el comportamiento biomecánico del conjunto implantario. El aumento del espesor de la estructura desde 1,0 mm hasta 1,5 mm redujo de manera constante el desplazamiento global del sistema en todas las condiciones de carga, lo que refleja un incremento de la rigidez mecánica. Paralelamente, disminuyeron tanto las tensiones de tracción como las de compresión transmitidas al hueso circundante, especialmente en la cresta alveolar posterior, la región sometida a las mayores cargas funcionales durante la simulación.

Se observó una tendencia similar al incrementar el diámetro de los tornillos de fijación de 1,5 mm a 2,0 mm. Los tornillos de mayor diámetro favorecieron una distribución más homogénea de las fuerzas funcionales, reduciendo las concentraciones de tensión tanto en el hueso como en el implante subperióstico. No obstante, esta mejora biomecánica se acompañó de un aumento de las tensiones en la estructura metálica de la prótesis, lo que indica una redistribución de las cargas hacia los componentes más rígidos del sistema en lugar de una eliminación completa de las mismas.

Entre los tres escenarios analizados, las cargas aplicadas sobre la región posterior generaron los valores de tensión más elevados. En cambio, la carga vertical sobre el sector anterior produjo menores niveles de estrés y un patrón diferente de distribución, concentrándose principalmente alrededor de la apertura piriforme y del suelo de la cavidad nasal. Asimismo, las simulaciones indicaron que el CFR-PEEK reforzado con un 60 % de fibra de carbono, gracias a su elevado módulo de elasticidad, reduce las tensiones transmitidas al tejido óseo, aunque concentra una mayor parte de las cargas mecánicas en el cuerpo del implante y en la infraestructura metálica. Los autores concluyen que las configuraciones evaluadas cumplen los requisitos biomecánicos esenciales para este tipo de implantes personalizados, aunque subrayan que estos resultados proceden exclusivamente de un modelo de elementos finitos y requieren validación experimental y clínica.

6. Análisis clínico

Este estudio aporta información relevante sobre la influencia que tienen determinados parámetros de diseño en el comportamiento mecánico de los implantes subperiósticos personalizados. Los resultados ponen de manifiesto que la elección del biomaterial, aunque importante, no es el único factor que condiciona el rendimiento biomecánico del sistema. El espesor de la estructura implantaria y el diámetro de los tornillos de fijación desempeñan igualmente un papel decisivo en la forma en que las cargas masticatorias se transmiten al hueso y a los distintos componentes de la rehabilitación.

El incremento del espesor de la estructura implantaria permitió reducir la deformación global del sistema y mejorar su rigidez mecánica. Desde un punto de vista biomecánico, una menor deformación podría favorecer una transmisión más uniforme de las fuerzas funcionales y disminuir las concentraciones locales de tensión en el hueso periimplantario. De manera similar, el empleo de tornillos de mayor diámetro favoreció una distribución más equilibrada de las cargas sobre el hueso de soporte, reduciendo las tensiones alrededor de las zonas de fijación. Sin embargo, estos resultados no deben interpretarse como una demostración de una mayor supervivencia clínica del implante, ya que el estudio no evaluó la osteointegración, la respuesta biológica del hueso ni el comportamiento a largo plazo.

Otro aspecto destacado del trabajo es el comportamiento del CFR-PEEK reforzado con un 60 % de fibra de carbono. Las simulaciones sugieren que este material contribuye a disminuir la carga mecánica transmitida al hueso manteniendo una elevada estabilidad estructural. No obstante, esta ventaja biomecánica implica también una mayor concentración de tensiones dentro del propio implante y de la infraestructura metálica. Este hallazgo pone de relieve que el diseño de un implante personalizado debe buscar un equilibrio entre la rigidez del material, la geometría del implante y la distribución global de las fuerzas funcionales, evitando trasladar excesivamente las tensiones hacia un único componente.

Los resultados deben interpretarse con prudencia. El modelo de elementos finitos se desarrolló a partir de la anatomía de un único paciente y asumió un comportamiento homogéneo, isotrópico y linealmente elástico tanto para los materiales como para el tejido óseo. Además, variables biológicas fundamentales como el remodelado óseo, la osteointegración, las diferencias individuales en la calidad ósea y los efectos de las cargas repetidas a lo largo del tiempo quedaron fuera del modelo computacional. En consecuencia, este estudio constituye una sólida base biomecánica para futuras investigaciones, pero no permite establecer recomendaciones clínicas definitivas.

7. Aplicaciones clínicas

Los hallazgos de esta investigación pueden resultar especialmente útiles en el diseño de implantes subperiósticos personalizados destinados a pacientes con atrofia maxilar severa, en quienes la colocación de implantes convencionales o la realización de procedimientos avanzados de regeneración ósea presentan importantes limitaciones.

Dentro de un flujo de trabajo completamente digital basado en tomografía computarizada, planificación CAD/CAM y fabricación personalizada, el espesor de la estructura implantaria y el diámetro de los tornillos de fijación aparecen como variables de diseño capaces de modificar el comportamiento biomecánico del sistema. La información obtenida en este estudio puede contribuir a optimizar el diseño de implantes individualizados, favoreciendo una distribución más equilibrada de las cargas funcionales.

No obstante, los autores no proponen un protocolo quirúrgico específico ni identifican una configuración óptima para la práctica clínica. Los resultados deben considerarse como evidencia preclínica que deberá ser confirmada mediante estudios experimentales y ensayos clínicos antes de incorporarse a la práctica habitual en implantología oral.

8. Nivel de evidencia, limitaciones y transparencia

Este trabajo corresponde a un estudio preclínico in silico basado en un análisis tridimensional mediante elementos finitos (Finite Element Analysis, FEA). Aunque este tipo de metodología constituye una herramienta ampliamente aceptada para investigar el comportamiento biomecánico de los sistemas implantarios bajo condiciones controladas, su nivel de evidencia sigue siendo preclínico y no permite predecir de forma directa el rendimiento clínico, la supervivencia de los implantes ni los resultados obtenidos en los pacientes.

Desde el punto de vista metodológico, el estudio presenta varios aspectos sólidos. El modelo tridimensional fue desarrollado a partir de imágenes de tomografía computarizada de un paciente con atrofia maxilar severa, se compararon cuatro configuraciones implantarias diferentes y se evaluaron tres escenarios de carga que reproducen situaciones funcionales clínicamente relevantes. Además, los autores realizaron un análisis de convergencia de la malla para aumentar la fiabilidad y la precisión de las simulaciones numéricas.

No obstante, los resultados deben interpretarse teniendo en cuenta diversas limitaciones. Todas las simulaciones se basan en el modelo anatómico de un único paciente, lo que limita la extrapolación de los resultados a otras poblaciones. Asimismo, tanto el hueso como los materiales fueron considerados homogéneos, isotrópicos y con comportamiento elástico lineal, simplificaciones que no reproducen completamente la complejidad biomecánica del entorno biológico. Tampoco se incluyeron procesos como la osteointegración, el remodelado óseo, las diferencias individuales en la calidad del hueso ni la influencia de las cargas funcionales repetidas a largo plazo. Por ello, los autores indican que sus conclusiones deben interpretarse exclusivamente en el contexto de una simulación biomecánica y requieren validación mediante estudios experimentales y clínicos.

En cuanto a la transparencia científica, el artículo informa de la aprobación por parte de los comités éticos correspondientes y del consentimiento informado del paciente para el uso de las imágenes tomográficas. En la información disponible no se mencionan conflictos de interés ni relaciones económicas con fabricantes de implantes dentales.

9. Puntos clave del estudio

• Tipo de estudio: Estudio preclínico in silico mediante análisis tridimensional por elementos finitos (FEA).
• Nivel de evidencia: Estudio preclínico de modelización computacional.
• Población analizada: Modelo anatómico personalizado de un paciente con atrofia maxilar severa (Clase V de Cawood y Howell).
• Número de pacientes: 1.
• Configuraciones implantarias evaluadas: Cuatro modelos virtuales que combinan dos espesores de estructura (1,0 mm y 1,5 mm) y dos diámetros de tornillos de fijación (1,5 mm y 2,0 mm).
• Seguimiento clínico: No aplicable.
• Variable principal evaluada: Influencia del espesor de la estructura implantaria y del diámetro de los tornillos sobre la distribución de las tensiones mecánicas y la deformación global del sistema.
• Resultado principal: Un mayor espesor de la estructura y un mayor diámetro de los tornillos reducen las tensiones transmitidas al hueso y mejoran la estabilidad mecánica, aunque incrementan las tensiones en la estructura implantaria y en la infraestructura metálica.
• Conclusión científica: La geometría del implante, el diámetro de los tornillos y la rigidez del CFR-PEEK condicionan de manera significativa el comportamiento biomecánico de los implantes subperiósticos personalizados.
• Principales limitaciones: Modelo basado en un único paciente, simplificación de las propiedades mecánicas de los materiales y ausencia de validación experimental y clínica.

10. Impacto científico

Este estudio amplía el conocimiento disponible sobre los implantes subperiósticos personalizados, al analizar simultáneamente dos variables de diseño que hasta ahora habían sido poco investigadas de forma conjunta: el espesor de la estructura implantaria y el diámetro de los tornillos de fijación. Los resultados ponen de manifiesto que el comportamiento biomecánico de un implante no depende únicamente de las propiedades del biomaterial empleado, sino también de las características geométricas de su diseño.

La investigación aporta además nuevos datos sobre el potencial del CFR-PEEK reforzado con un 60 % de fibra de carbono como material para la fabricación de implantes subperiósticos individualizados. Las simulaciones sugieren que este material favorece una distribución más equilibrada de las tensiones en el hueso periimplantario, manteniendo al mismo tiempo una adecuada estabilidad estructural. Sin embargo, también ponen de relieve que la optimización biomecánica requiere considerar de manera conjunta las propiedades del material y la geometría del implante.

Aunque el estudio no demuestra la eficacia clínica de este tipo de implantes, proporciona información cuantitativa de gran interés para el desarrollo de futuras estrategias de diseño dentro de los flujos digitales de planificación implantológica. Asimismo, establece una base científica para investigaciones experimentales y estudios clínicos prospectivos que permitan determinar si las ventajas biomecánicas observadas en las simulaciones se traducen en mejores resultados clínicos a largo plazo.

11. Conclusión editorial

Este estudio preclínico basado en un análisis tridimensional mediante elementos finitos demuestra que el espesor de la estructura implantaria y el diámetro de los tornillos de fijación desempeñan un papel determinante en el comportamiento biomecánico de los implantes subperiósticos personalizados fabricados en CFR-PEEK. Las simulaciones indican que estructuras más gruesas y tornillos de mayor diámetro mejoran la estabilidad mecánica del conjunto y reducen las tensiones transmitidas al hueso, aunque incrementan la carga soportada por el propio implante y su infraestructura metálica. Estos hallazgos constituyen una valiosa contribución para la optimización del diseño de implantes personalizados dentro de los flujos digitales actuales. No obstante, debido a la naturaleza computacional del estudio, sus conclusiones deben interpretarse con cautela y confirmarse mediante investigaciones experimentales y ensayos clínicos antes de su aplicación en la práctica clínica.