Valutazione biomeccanica degli impianti convenzionali, degli impianti zigomatici, degli impianti sottoperiostei ancorati all’osso zigomatico e degli impianti sottoperiostei ancorati al mascellare nella riabilitazione del mascellare superiore completamente edentulo: analisi delle sollecitazioni mediante il metodo degli elementi finiti

Berivan Deniz, Mehmet Emre Yurttutan.

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40604849/

Valutazione biomeccanica degli impianti convenzionali, degli impianti zigomatici, degli impianti sottoperiostei ancorati all’osso zigomatico e degli impianti sottoperiostei ancorati al mascellare nella riabilitazione del mascellare superiore completamente edentulo: analisi delle sollecitazioni mediante il metodo degli elementi finiti

1. Riferimento scientifico

• Titolo dello studio: Biomechanical Evaluation of Conventional, Zygomatic, Zygomatic Bone-Anchored Subperiosteal and Maxilla-Anchored Subperiosteal Implants for the Rehabilitation of the Completely Edentulous Maxilla: A Finite Element Stress Analysis
• Autori: Berivan Deniz, Mehmet Emre Yurttutan.
• Rivista: BMC Oral Health.
• Anno di pubblicazione: 2025.
• DOI: 10.1186/s12903-025-06387-3.

2. Contesto scientifico

La riabilitazione implantare del mascellare superiore completamente edentulo e gravemente atrofico rappresenta una delle sfide più complesse dell’implantologia moderna. La marcata perdita di volume osseo e la pneumatizzazione dei seni mascellari limitano frequentemente l’inserimento di impianti convenzionali senza ricorrere a procedure di rigenerazione ossea. Tecniche quali il rialzo del seno mascellare, gli innesti ossei o le osteotomie di Le Fort I consentono di aumentare il volume osseo disponibile, ma sono associate a una maggiore invasività chirurgica, tempi terapeutici più lunghi e un rischio superiore di complicanze.

Per ridurre la necessità di interventi ricostruttivi estesi sono stati sviluppati approcci alternativi, tra cui gli impianti zigomatici e gli impianti sottoperiostei personalizzati. Queste soluzioni sfruttano strutture scheletriche residue caratterizzate da una maggiore densità ossea e possono offrire un supporto adeguato anche nei casi di grave atrofia mascellare. Tuttavia, il comportamento biomeccanico di tali dispositivi e la distribuzione delle sollecitazioni all’interno del complesso osso-impianto-protesi rimangono aspetti fondamentali da comprendere per ottimizzare la progettazione implantare. In questo contesto, l’analisi agli elementi finiti rappresenta uno strumento consolidato per valutare il comportamento meccanico di differenti configurazioni implantari prima della loro applicazione clinica.

3. Obiettivo dello studio

L’obiettivo di questo studio è stato quello di confrontare il comportamento biomeccanico di differenti strategie implantari destinate alla riabilitazione del mascellare superiore completamente edentulo e gravemente atrofico. Attraverso un’analisi tridimensionale agli elementi finiti (Finite Element Analysis, FEA), gli autori hanno valutato la distribuzione delle sollecitazioni generate durante il carico funzionale in tre differenti configurazioni implantari: una combinazione di impianti convenzionali e impianti zigomatici, un impianto sottoperiosteo personalizzato ancorato alla regione della apertura piriforme e del pilastro zigomatico-mascellare, e un impianto sottoperiosteo personalizzato con estensione e ancoraggio supplementare all’osso zigomatico. Lo scopo principale era identificare quale configurazione fosse in grado di distribuire più efficacemente le forze masticatorie sull’osso di supporto e sulle componenti protesiche.

4. Metodologia

Lo studio è una ricerca preclinica basata su una analisi tridimensionale agli elementi finiti (Finite Element Analysis, FEA). Non sono stati coinvolti pazienti né sono stati raccolti dati clinici. Gli autori hanno sviluppato un modello digitale tridimensionale di un mascellare superiore completamente edentulo e severamente atrofico utilizzando immagini ottenute mediante tomografia computerizzata (TC). Successivamente il modello anatomico è stato ricostruito digitalmente e preparato per le simulazioni biomeccaniche mediante software dedicati alla progettazione CAD e all’analisi numerica.

Sono state confrontate tre differenti configurazioni implantari:

• Modello 1: due impianti convenzionali associati a quattro impianti zigomatici.
• Modello 2: due impianti sottoperiostei personalizzati ancorati all’apertura piriforme e al pilastro zigomatico-mascellare, senza coinvolgimento diretto dell’osso zigomatico.
• Modello 3: due impianti sottoperiostei personalizzati con estensione e ancoraggio supplementare all’osso zigomatico.

Per simulare le condizioni funzionali sono stati applicati due diversi schemi di carico:

• Carico verticale: 150 N per elemento dentario.
• Carico obliquo: 100 N per elemento dentario applicati con un’inclinazione di 30° in direzione vestibolo-palatale.

Le variabili analizzate comprendevano le tensioni massime di trazione (Pmax), le tensioni massime di compressione (Pmin) e le tensioni equivalenti di Von Mises a livello dell’osso corticale, dell’osso trabecolare, degli impianti, degli abutment, della struttura protesica e, per gli impianti sottoperiostei, anche delle viti di fissaggio. Tutti i materiali sono stati considerati omogenei, isotropi e linearmente elastici, un’ipotesi metodologica comunemente adottata nelle analisi agli elementi finiti ma che rappresenta una semplificazione rispetto al comportamento biologico del tessuto osseo reale.

5. Risultati principali

Le simulazioni numeriche hanno evidenziato differenze significative nella distribuzione delle sollecitazioni biomeccaniche tra le tre configurazioni implantari analizzate. Complessivamente, il Modello 1, costituito dalla combinazione di impianti convenzionali e impianti zigomatici, ha mostrato i valori più elevati di tensione nell’osso corticale sia in condizioni di carico verticale sia durante il carico obliquo. Al contrario, il Modello 3, rappresentato dall’impianto sottoperiosteo personalizzato con ancoraggio all’osso zigomatico, ha registrato i livelli di stress osseo più bassi, suggerendo una distribuzione più favorevole delle forze masticatorie.

Un comportamento analogo è stato osservato nell’osso trabecolare per quanto riguarda le tensioni massime di trazione (Pmax). Anche in questo caso il Modello 1 ha generato le maggiori sollecitazioni, mentre entrambe le configurazioni con impianti sottoperiostei hanno mostrato valori inferiori. Per le tensioni massime di compressione (Pmin), invece, il valore più elevato è stato riscontrato nel Modello 2, indicando che differenti modalità di ancoraggio possono modificare il trasferimento dei carichi all’interno dell’osso spugnoso.

L’analisi delle componenti implantari ha evidenziato una distribuzione delle sollecitazioni diversa rispetto a quella osservata nel tessuto osseo. Le tensioni equivalenti di Von Mises più elevate all’interno degli impianti sono state registrate nel Modello 3, mentre il Modello 1 ha presentato i valori più bassi. Al contrario, la struttura metallica della protesi è risultata maggiormente sollecitata nel Modello 1 e meno nel Modello 3. Inoltre, le viti di fissaggio degli impianti sottoperiostei hanno mostrato valori di stress superiori nel Modello 3 rispetto al Modello 2, soprattutto nella regione dell’apertura piriforme.

Nel complesso, i risultati dimostrano che la geometria dell’impianto e il sito di ancoraggio scheletrico influenzano in modo sostanziale la distribuzione delle forze all’interno dell’intero sistema osso-impianto-protesi. Nell’ambito di questo modello computazionale, l’impianto sottoperiosteo con ancoraggio zigomatico ha fornito la distribuzione biomeccanica più favorevole a livello osseo, pur determinando un incremento delle sollecitazioni meccaniche a carico delle componenti implantari.

6. Analisi clinica

Questo studio offre un contributo rilevante alla comprensione del comportamento biomeccanico delle diverse strategie implantari utilizzate nella riabilitazione del mascellare superiore gravemente atrofico. L’obiettivo principale non è dimostrare la superiorità clinica di uno specifico sistema implantare, bensì valutare come differenti configurazioni siano in grado di distribuire i carichi funzionali all’interno del complesso costituito da osso, impianti e sovrastruttura protesica. Una distribuzione più omogenea delle forze rappresenta infatti un elemento fondamentale per preservare il tessuto osseo di supporto e garantire la stabilità meccanica della riabilitazione nel tempo.

I risultati suggeriscono che gli impianti sottoperiostei personalizzati con estensione e ancoraggio all’osso zigomatico consentano una riduzione delle tensioni sia nell’osso corticale sia nell’osso trabecolare rispetto alla configurazione convenzionale analizzata. Dal punto di vista biomeccanico, ciò indica che l’utilizzo di strutture ossee cranio-facciali caratterizzate da una maggiore densità può favorire una trasmissione più efficiente dei carichi occlusali. Tale approccio potrebbe rappresentare un’interessante alternativa nei pazienti affetti da grave atrofia mascellare, nei quali l’inserimento di impianti convenzionali richiederebbe procedure ricostruttive estese.

Lo studio evidenzia inoltre che una minore sollecitazione del tessuto osseo non corrisponde necessariamente a una riduzione dello stress sulle componenti implantari. Al contrario, il modello che ha mostrato la migliore distribuzione delle tensioni nell’osso è anche quello che ha registrato i valori più elevati di stress negli impianti e nelle viti di fissaggio. Questo risultato suggerisce che il carico meccanico venga redistribuito all’interno del sistema implantare piuttosto che eliminato. Tuttavia, la simulazione non consente di stabilire se tali livelli di stress possano influenzare nel lungo periodo la resistenza dei materiali o aumentare il rischio di complicanze tecniche.

Infine, la ricerca conferma il crescente interesse verso la progettazione digitale di impianti personalizzati. La scelta delle aree di ancoraggio, in particolare del pilastro zigomatico e dell’apertura piriforme, appare determinante per ottimizzare il comportamento biomeccanico della riabilitazione. Tuttavia, trattandosi esclusivamente di una simulazione numerica, i risultati devono essere interpretati con prudenza e non possono essere considerati una dimostrazione di efficacia clinica. Saranno necessari studi clinici prospettici con follow-up a lungo termine per verificare se i vantaggi biomeccanici osservati si traducano effettivamente in un miglioramento della sopravvivenza implantare, della stabilità protesica e degli esiti clinici per il paziente.

7. Applicazioni cliniche

I risultati di questo studio sono particolarmente rilevanti per la pianificazione biomeccanica della riabilitazione implantare nei pazienti affetti da grave atrofia del mascellare superiore completamente edentulo. Entro i limiti propri di un’analisi agli elementi finiti, l’impianto sottoperiosteo personalizzato con ancoraggio al pilastro zigomatico ha dimostrato una distribuzione delle sollecitazioni ossee più favorevole rispetto alle altre configurazioni implantari analizzate.

Questi risultati possono supportare il processo decisionale nei casi in cui il volume osseo residuo non consenta il posizionamento di impianti convenzionali senza ricorrere a procedure di rigenerazione ossea estese. Lo studio evidenzia come la geometria dell’impianto e la selezione dei siti di ancoraggio scheletrico influenzino significativamente il comportamento biomeccanico dell’intera riabilitazione. Di conseguenza, gli impianti sottoperiostei personalizzati progettati mediante workflow digitali e tecnologie CAD/CAM potrebbero rappresentare una valida opzione progettuale per pazienti con anatomie particolarmente complesse, nei quali si desideri limitare l’invasività chirurgica.

È tuttavia fondamentale interpretare questi risultati esclusivamente nel contesto di una simulazione computazionale. Lo studio non fornisce dati relativi alla sopravvivenza implantare, alle complicanze biologiche o protesiche, né agli esiti riportati dai pazienti. Pertanto, i vantaggi biomeccanici osservati non possono essere considerati una prova della superiorità clinica di uno specifico sistema implantare. Saranno necessari studi clinici prospettici per verificare se tali benefici teorici si traducano in migliori risultati terapeutici nel lungo periodo.

8. Livello di evidenza, limiti e trasparenza

Questo lavoro è uno studio preclinico basato su un’analisi agli elementi finiti (Finite Element Analysis, FEA) e rappresenta pertanto un livello di evidenza biomeccanica preclinica. Sebbene tale metodologia sia ampiamente utilizzata per valutare la distribuzione delle sollecitazioni in implantologia, essa non consente di prevedere direttamente il successo clinico né il comportamento biologico a lungo termine delle riabilitazioni implantari.

Gli autori evidenziano diverse limitazioni metodologiche. Tutti i materiali sono stati considerati omogenei, isotropi e linearmente elastici, mentre il tessuto osseo reale presenta proprietà eterogenee e anisotrope. Inoltre, il modello numerico non tiene conto dei processi biologici di guarigione, del rimodellamento osseo, delle variazioni individuali della qualità ossea né delle condizioni funzionali specifiche di ciascun paziente. Di conseguenza, le simulazioni non possono riprodurre completamente la complessità biologica dell’interfaccia osso-impianto.

Lo studio è interamente computazionale e non comprende dati clinici, follow-up, analisi della sopravvivenza implantare o validazioni mediante risultati ottenuti su pazienti. Le distribuzioni di stress osservate devono quindi essere interpretate come previsioni biomeccaniche e non come indicatori di efficacia clinica.

Sulla base delle informazioni riportate nell’articolo, non vengono segnalati conflitti di interesse, finanziamenti industriali o rapporti con produttori di impianti che possano influenzare l’interpretazione dei risultati.

9. Punti chiave dello studio

• Tipo di studio: Studio preclinico basato su un’analisi tridimensionale agli elementi finiti (Finite Element Analysis, FEA).
• Livello di evidenza: Evidenza biomeccanica preclinica.
• Modello sperimentale: Modello digitale tridimensionale di un mascellare superiore completamente edentulo e gravemente atrofico, ricostruito a partire da immagini di tomografia computerizzata (TC).
• Dimensione del campione: Un unico modello anatomico digitale utilizzato per confrontare tre differenti configurazioni implantari. Non sono stati inclusi pazienti né dati clinici.
• Follow-up: Non applicabile, poiché lo studio non prevede una fase clinica.
• Endpoint principale: Valutazione delle tensioni massime di trazione (Pmax), di compressione (Pmin) e delle tensioni equivalenti di Von Mises nell’osso corticale, nell’osso trabecolare, negli impianti, negli abutment, nella struttura protesica e nelle viti di fissaggio sottoposte a carichi verticali e obliqui.
• Risultato principale: L’impianto sottoperiosteo personalizzato con ancoraggio all’osso zigomatico (Modello 3) ha mostrato la distribuzione delle sollecitazioni più favorevole a livello osseo, mentre la configurazione con impianti convenzionali e zigomatici (Modello 1) ha generato i livelli di stress osseo più elevati. Al contrario, il Modello 3 ha evidenziato maggiori tensioni nelle componenti implantari.
• Conclusione scientifica: La geometria implantare e la sede di ancoraggio scheletrico influenzano in modo determinante il comportamento biomeccanico dell’intero sistema osso-impianto-protesi. Nell’ambito di questo modello numerico, l’impianto sottoperiosteo con ancoraggio zigomatico ha dimostrato la distribuzione delle sollecitazioni ossee più favorevole, pur richiedendo una conferma mediante studi clinici.
• Principali limitazioni: Studio esclusivamente computazionale, proprietà dei materiali semplificate, assenza di variabili biologiche e mancanza di validazione clinica o di dati a lungo termine.

10. Impatto scientifico

Questo studio contribuisce ad ampliare le conoscenze biomeccaniche relative alla riabilitazione implantare del mascellare superiore gravemente atrofico. Il principale elemento di originalità consiste nel confronto diretto, all’interno dello stesso modello agli elementi finiti, di tre differenti strategie riabilitative, comprese due configurazioni di impianti sottoperiostei personalizzati. Secondo gli autori, analisi biomeccaniche comparative dedicate a queste specifiche soluzioni implantari non erano state precedentemente pubblicate.

Più che confrontare semplicemente diversi sistemi implantari, la ricerca evidenzia come la progettazione dell’impianto e la scelta delle strutture scheletriche di ancoraggio influenzino profondamente la distribuzione delle forze funzionali all’interno dell’intero complesso implantare. I risultati mostrano inoltre che una riduzione delle sollecitazioni a livello dell’osso può comportare un aumento dello stress nelle componenti metalliche dell’impianto, sottolineando l’importanza di valutare il comportamento biomeccanico dell’intero sistema protesico e non esclusivamente quello del tessuto osseo.

Lo studio conferma inoltre il crescente ruolo delle tecnologie digitali in implantologia. Gli impianti sottoperiostei personalizzati, progettati mediante workflow CAD/CAM, potrebbero rappresentare una soluzione promettente nei pazienti con anatomie particolarmente complesse. Tuttavia, trattandosi di uno studio esclusivamente numerico, i risultati devono essere considerati come una base scientifica per future ricerche piuttosto che come una dimostrazione di efficacia clinica. Saranno necessari studi prospettici con follow-up a lungo termine per verificare se i vantaggi biomeccanici osservati si traducano in un miglioramento della sopravvivenza implantare, della stabilità protesica e degli esiti clinici riferiti dai pazienti.

11. Conclusione editoriale

Questa analisi agli elementi finiti dimostra che la progettazione dell’impianto esercita un’influenza determinante sulla distribuzione delle sollecitazioni biomeccaniche nella riabilitazione del mascellare superiore completamente edentulo e gravemente atrofico. Tra le configurazioni esaminate, l’impianto sottoperiosteo personalizzato con ancoraggio all’osso zigomatico ha ottenuto la distribuzione delle tensioni più favorevole a livello del tessuto osseo, trasferendo tuttavia una quota maggiore del carico meccanico alle componenti implantari. Questi risultati forniscono indicazioni utili per lo sviluppo di nuovi dispositivi implantari personalizzati e per l’ottimizzazione della pianificazione digitale del trattamento. Tuttavia, poiché le conclusioni derivano esclusivamente da una simulazione computazionale, non possono essere considerate una prova della superiorità clinica di uno specifico protocollo terapeutico. Studi clinici prospettici e controllati rimangono indispensabili per confermare la rilevanza clinica dei vantaggi biomeccanici osservati e valutarne l’impatto sugli esiti a lungo termine dei pazienti.