Valutazione biomeccanica dei materiali per la struttura protesica negli impianti subperiostei: un’analisi agli elementi finiti

Büşranur Demir, Ipek Caglar

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41318436/

Valutazione biomeccanica dei materiali per la struttura protesica negli impianti subperiostei: un’analisi agli elementi finiti

1. Riferimento scientifico

• Titolo dello studio: Biomechanical Evaluation of Prosthetic Framework Materials in Subperiosteal Implants: A Finite Element Analysis
• Autori: Büşranur Demir, Ipek Caglar
• Rivista: BMC Oral Health
• Anno di pubblicazione: 2025
• DOI: 10.1186/s12903-025-07391-3

2. Contesto scientifico

La riabilitazione implantare del mascellare superiore gravemente atrofico rappresenta tuttora una delle sfide più complesse dell’implantologia moderna. Quando il volume osseo residuo non consente l’inserimento di impianti endossei convenzionali, spesso si rende necessario ricorrere a procedure di rigenerazione ossea, associate a un aumento della complessità chirurgica, dei tempi di trattamento e della morbilità post-operatoria. Negli ultimi anni, grazie ai progressi della progettazione digitale, della tecnologia CAD/CAM e della produzione additiva, gli impianti subperiostei personalizzati hanno suscitato un rinnovato interesse come possibile alternativa terapeutica nei casi di grave atrofia mascellare.

Sebbene la letteratura biomeccanica sia ampia per quanto riguarda gli impianti endossei, le conoscenze relative ai moderni impianti subperiostei personalizzati rimangono ancora limitate. In particolare, sono disponibili pochi dati sull’influenza dei diversi materiali della struttura protesica sulla distribuzione delle sollecitazioni meccaniche all’interno dell’intero complesso implantoprotesico. Lo studio analizza pertanto il comportamento biomeccanico di differenti materiali strutturali utilizzati nelle riabilitazioni complete supportate da impianti subperiostei.

3. Obiettivo dello studio

Lo scopo dello studio è stato valutare come differenti materiali per la struttura protesica, caratterizzati da diversi moduli elastici, influenzino il comportamento biomeccanico di una riabilitazione fissa a carico completo supportata da impianti subperiostei personalizzati. Attraverso un’analisi agli elementi finiti, gli autori hanno confrontato la distribuzione delle tensioni nell’osso corticale, nell’osso trabecolare, nel corpo implantare, nelle viti di fissaggio, nelle viti protesiche e nella struttura della protesi.

4. Metodologia

Lo studio è stato condotto mediante una analisi tridimensionale agli elementi finiti (Finite Element Analysis, FEA). Il modello digitale è stato ottenuto dalla ricostruzione tridimensionale di una tomografia computerizzata volumetrica a fascio conico (CBCT) appartenente a un paziente completamente edentulo. A partire da tale ricostruzione anatomica è stato progettato un impianto subperiosteo personalizzato costituito da due componenti, destinato a sostenere una riabilitazione fissa dell’intera arcata. L’utilizzo dei dati radiologici è stato autorizzato dal competente comitato etico.

Sono stati confrontati quattro materiali per la struttura protesica: lega cobalto-cromo (CoCr), titanio (Ti), zirconia (Zr) e polietereterchetone (PEEK). Da questi materiali sono state sviluppate cinque configurazioni restaurative: CoCr rivestito in ceramica, zirconia rivestita in ceramica, titanio rivestito in ceramica, titanio rivestito in resina acrilica e PEEK rivestito in composito.

Per simulare il carico masticatorio fisiologico sono state applicate simultaneamente una forza verticale di 100 N nella regione anteriore e forze posteriori pari a 150 N in direzione verticale e 100 N oblique con inclinazione di 30°. Le tensioni principali massime sono state calcolate nell’osso corticale e trabecolare, mentre per l’impianto, la struttura protesica e le viti sono state analizzate le tensioni equivalenti di Von Mises. Trattandosi di uno studio computazionale, non è stato previsto alcun follow-up clinico.

5. Principali risultati

Le simulazioni hanno evidenziato che il materiale della struttura protesica influenza in modo significativo la distribuzione delle sollecitazioni meccaniche all’interno dell’intero sistema implantoprotesico. Tra tutte le configurazioni analizzate, la combinazione PEEK con rivestimento in composito ha generato i valori di tensione più elevati nell’osso corticale, nell’osso trabecolare, nel corpo implantare, nelle viti di fissaggio e nelle viti protesiche. Al contrario, la struttura in lega cobalto-cromo rivestita in ceramica ha mostrato i livelli di tensione complessivamente più bassi nella maggior parte delle componenti analizzate.

Rispetto alla configurazione in cobalto-cromo, il restauro in PEEK-composito ha determinato un incremento di circa il 14% delle tensioni nell’osso corticale, il 22% nell’osso trabecolare e quasi il 96% nelle viti protesiche. Le due configurazioni realizzate con struttura in titanio, indipendentemente dal rivestimento in ceramica o in resina acrilica, hanno invece mostrato una distribuzione delle tensioni pressoché sovrapponibile. Questo risultato suggerisce che il comportamento biomeccanico complessivo dipende principalmente dal materiale della struttura portante piuttosto che dal materiale di rivestimento.

Le viti protesiche sono risultate gli elementi maggiormente sollecitati, raggiungendo una tensione massima di Von Mises pari a 233,05 MPa, mentre le viti di fissaggio hanno registrato valori massimi significativamente inferiori, pari a 71,45 MPa. Le principali concentrazioni di tensione sono state osservate in corrispondenza dei pilastri protesici, delle connessioni avvitate e delle aree di supporto in regione canina e zigomatica. In tutte le configurazioni analizzate, le tensioni calcolate nell’osso corticale e trabecolare sono rimaste inferiori ai limiti biologici considerati dagli autori.

6. Analisi clinica

Questo studio fornisce un contributo significativo alla comprensione biomeccanica degli impianti subperiostei personalizzati, un ambito ancora relativamente poco documentato nella letteratura implantologica. Contrariamente all’ipotesi secondo cui materiali più flessibili possano ridurre la trasmissione delle forze, i risultati dimostrano che la struttura in PEEK, caratterizzata da un modulo elastico inferiore, ha determinato le maggiori concentrazioni di tensione sia nell’osso sia nelle componenti implantoprotesiche. Ciò indica che una minore rigidità della struttura non si traduce necessariamente in una migliore dissipazione dei carichi occlusali.

Al contrario, la struttura realizzata in lega cobalto-cromo ha garantito la distribuzione delle tensioni più favorevole nell’intero sistema implantoprotesico. Sebbene il materiale presenti tensioni interne superiori rispetto ai materiali più elastici, la sua maggiore rigidità sembra favorire una distribuzione più omogenea delle forze masticatorie, riducendo le concentrazioni di carico sulle componenti implantari e sull’osso di supporto. Questo risultato conferma l’importanza del modulo elastico del materiale strutturale nella progettazione biomeccanica delle riabilitazioni complete su impianti subperiostei.

Un ulteriore elemento di interesse clinico riguarda il comportamento delle viti protesiche, che in tutte le simulazioni hanno rappresentato la componente maggiormente sollecitata. Tale osservazione suggerisce che la stabilità meccanica delle connessioni avvitate costituisca un aspetto fondamentale nella progettazione delle riabilitazioni implantoprotesiche complete supportate da impianti subperiostei. Di conseguenza, oltre alla scelta del materiale della struttura, anche la progettazione delle connessioni protesiche dovrebbe essere attentamente considerata durante la pianificazione del trattamento.

È inoltre interessante osservare come le due configurazioni con struttura in titanio, una rivestita in ceramica e l’altra in resina acrilica, abbiano prodotto risultati biomeccanici pressoché identici. Questo dato suggerisce che, nelle protesi stratificate, il materiale della struttura esercita un’influenza decisamente maggiore sulla distribuzione delle tensioni rispetto al materiale di rivestimento.

È tuttavia opportuno interpretare questi risultati nel contesto di uno studio computazionale. L’analisi agli elementi finiti consente confronti estremamente controllati tra differenti configurazioni protesiche, ma non riproduce fenomeni biologici quali la guarigione dei tessuti, il rimodellamento osseo, la variabilità anatomica individuale o il comportamento clinico a lungo termine. Le conclusioni dello studio rappresentano pertanto solide evidenze biomeccaniche, che dovranno essere confermate da studi clinici prospettici.

7. Applicazioni cliniche

I risultati di questa ricerca possono supportare la pianificazione digitale delle riabilitazioni complete su impianti subperiostei personalizzati, in particolare nei pazienti affetti da grave atrofia del mascellare superiore, per i quali l’inserimento di impianti convenzionali o l’esecuzione di estese procedure rigenerative risultano difficilmente praticabili. Lo studio evidenzia come la scelta del materiale della struttura protesica rappresenti un elemento determinante del progetto implantoprotesico e non soltanto una decisione di carattere estetico o produttivo.

I risultati richiamano inoltre l’attenzione sull’importanza della progettazione delle connessioni avvitate. Poiché le viti protesiche hanno mostrato le maggiori concentrazioni di tensione in tutte le configurazioni analizzate, la loro resistenza meccanica dovrebbe essere attentamente valutata durante la progettazione CAD/CAM delle riabilitazioni implantoprotesiche. Tuttavia, trattandosi di uno studio basato esclusivamente su simulazioni numeriche, tali indicazioni devono essere considerate come orientamenti biomeccanici e non come raccomandazioni cliniche definitive.

8. Livello di evidenza, limiti e trasparenza

Questa pubblicazione è uno studio preclinico basato sull’analisi agli elementi finiti (Finite Element Analysis, FEA). Sebbene tale metodologia rappresenti uno strumento consolidato per confrontare il comportamento biomeccanico di differenti configurazioni implantoprotesiche in condizioni standardizzate, le conclusioni ottenute rimangono di natura teorica e non consentono di prevedere direttamente i risultati clinici a lungo termine. Lo studio non fornisce pertanto dati relativi alla sopravvivenza degli impianti, alle complicanze biologiche o protesiche né alla soddisfazione dei pazienti.

Gli autori riconoscono diverse limitazioni metodologiche proprie del modello computazionale. Il tessuto osseo è stato considerato omogeneo, isotropo e linearmente elastico, una semplificazione che non riflette completamente la variabilità biologica osservata nella pratica clinica. I tessuti molli non sono stati inclusi nella simulazione, poiché l’obiettivo principale era l’analisi della distribuzione delle tensioni nell’osso e nelle componenti implantoprotesiche. Inoltre, la geometria delle filettature delle viti è stata semplificata per ridurre la complessità computazionale e il modello non è stato in grado di riprodurre fenomeni biologici quali la guarigione dei tessuti, il rimodellamento osseo, la fibrointegrazione, l’invecchiamento dei materiali o le variazioni funzionali nel tempo. Gli stessi autori sottolineano quindi la necessità di studi clinici prospettici per confermare i risultati biomeccanici osservati.

Sulla base delle informazioni riportate nell’articolo, non vengono segnalati specifici conflitti di interesse né rapporti economici con produttori di impianti o materiali protesici. Allo stesso modo, negli estratti disponibili non emergono indicazioni di finanziamenti industriali che possano aver influenzato il disegno sperimentale o l’interpretazione dei risultati.

9. Punti chiave dello studio

• Tipo di studio: Analisi tridimensionale agli elementi finiti (FEA) di tipo preclinico.
• Livello di evidenza: Studio sperimentale biomeccanico preclinico.
• Modello di studio: Ricostruzione digitale tridimensionale di un mascellare superiore completamente edentulo ottenuta da CBCT.
• Numero di pazienti: Un singolo dataset CBCT utilizzato per la modellazione digitale.
• Sistema implantare: Impianto subperiosteo personalizzato costituito da due componenti.
• Follow-up clinico: Non applicabile.
• Endpoint principale: Distribuzione delle tensioni nell’osso corticale e trabecolare, nel corpo implantare, nella struttura protesica, nelle viti di fissaggio e nelle viti protesiche.
• Materiali confrontati: Cobalto-cromo, titanio, zirconia e PEEK associati a differenti materiali di rivestimento.
• Risultato principale: La configurazione PEEK-composito ha prodotto le tensioni più elevate, mentre la struttura in cobalto-cromo ha mostrato la distribuzione delle sollecitazioni più favorevole.
• Conclusione scientifica: Il materiale della struttura protesica influenza significativamente il comportamento biomeccanico delle riabilitazioni supportate da impianti subperiostei; inoltre, le viti protesiche rappresentano il componente meccanicamente più sollecitato.
• Principale limite: I risultati derivano esclusivamente da simulazioni numeriche e richiedono conferma mediante studi clinici.

10. Impatto scientifico

Questo studio apporta un contributo rilevante alla letteratura biomeccanica dedicata agli impianti subperiostei personalizzati, un settore che negli ultimi anni ha acquisito crescente interesse grazie all’evoluzione della progettazione digitale e della produzione additiva. A differenza della vasta letteratura disponibile sugli impianti endossei convenzionali, le evidenze riguardanti il comportamento meccanico delle moderne strutture subperiostee rimangono ancora limitate. Il confronto diretto tra differenti materiali della struttura protesica, effettuato all’interno dello stesso modello anatomico, amplia pertanto le conoscenze disponibili sull’influenza del modulo elastico nella distribuzione delle forze masticatorie.

Un ulteriore elemento di interesse scientifico riguarda l’approccio sistemico adottato dagli autori. Lo studio non si limita infatti a valutare il comportamento dell’impianto, ma considera l’intera ricostruzione implantoprotesica, comprendendo struttura, viti di fissaggio e connessioni protesiche. L’identificazione delle viti protesiche come componente sottoposta ai maggiori livelli di sollecitazione suggerisce nuove prospettive di ricerca orientate all’ottimizzazione delle connessioni meccaniche e della progettazione CAD/CAM delle riabilitazioni complete.

Pur non consentendo di stabilire la superiorità clinica di uno specifico materiale, questa ricerca fornisce solide basi biomeccaniche per futuri studi sperimentali e clinici dedicati alle prestazioni a lungo termine degli impianti subperiostei personalizzati.

11. Conclusione editoriale

Questa analisi agli elementi finiti dimostra che il materiale della struttura protesica svolge un ruolo determinante nel comportamento biomeccanico delle riabilitazioni complete supportate da impianti subperiostei personalizzati. Tra le configurazioni analizzate, la struttura in lega cobalto-cromo ha evidenziato la distribuzione delle tensioni più favorevole, mentre la combinazione PEEK-composito ha generato i maggiori livelli di sollecitazione nell’osso, nell’impianto e, soprattutto, nelle viti protesiche. Sebbene i risultati rafforzino le conoscenze biomeccaniche relative alla progettazione digitale di questi dispositivi, devono essere interpretati come evidenze sperimentali precliniche. Studi clinici prospettici e follow-up a lungo termine saranno indispensabili per verificare se tali differenze biomeccaniche si traducano in benefici clinicamente significativi.