Dwuczęściowe versus jednoczęściowe, indywidualnie projektowane tytanowe implanty podokostnowe u pacjentów z atroficzną bezzębną żuchwą: analiza metodą elementów skończonych

Mariam Ahmed Roshdy, Maha Wagdy El Kerdawy, Adel Hamdy Abo El Fetouh, Mahmoud Mokhtar El Far

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40779986/

Dwuczęściowe versus jednoczęściowe, indywidualnie projektowane tytanowe implanty podokostnowe u pacjentów z atroficzną bezzębną żuchwą: analiza metodą elementów skończonych

1. Dane bibliograficzne

• Tytuł badania: Two-piece versus single-piece patient-specific titanium subperiosteal implants in atrophied edentulous mandibles: A finite element analysis
• Autorzy: Mariam Ahmed Roshdy, Maha Wagdy El Kerdawy, Adel Hamdy Abo El Fetouh, Mahmoud Mokhtar El Far
• Czasopismo naukowe: Computers in Biology and Medicine
• Rok publikacji: 2025
• DOI: 10.1016/j.compbiomed.2025.110897
• PMID: 40779986

2. Tło naukowe

Leczenie implantologiczne pacjentów z całkowicie bezzębną i znacznie zanikłą żuchwą pozostaje jednym z największych wyzwań współczesnej chirurgii stomatologicznej i implantologii. U części chorych rozległe zabiegi augmentacji kości lub inne zaawansowane procedury rekonstrukcyjne nie są wskazane, co wymaga zastosowania alternatywnych metod rehabilitacji. W takich przypadkach ponownie wzrasta zainteresowanie indywidualnie projektowanymi tytanowymi implantami podokostnowymi, których rozwój umożliwiły nowoczesne technologie obrazowania trójwymiarowego, cyfrowego planowania oraz projektowania i wytwarzania CAD/CAM.

Klasyczne implanty podokostnowe wykonywano jako konstrukcje jednoczęściowe. W ostatnich latach pojawiły się rozwiązania dwuczęściowe, mające potencjalnie ułatwić zabieg chirurgiczny. Dotychczas jednak brakowało badań bezpośrednio porównujących właściwości biomechaniczne obu konstrukcji. Niniejsza praca analizuje to zagadnienie z wykorzystaniem trójwymiarowej analizy metodą elementów skończonych.

3. Cel badania

Celem badania było porównanie biomechanicznych właściwości dwóch indywidualnie projektowanych tytanowych implantów podokostnowych: konstrukcji jednoczęściowej oraz dwuczęściowej. Autorzy wykorzystali trójwymiarową analizę metodą elementów skończonych w celu oceny ewentualnych różnic w rozkładzie naprężeń w kości okołowszczepowej, konstrukcji implantu, śrubach mocujących oraz odbudowie protetycznej podczas symulowanego obciążenia czynnościowego.

4. Metodologia

Badanie ma charakter przedkliniczny i opiera się na trójwymiarowej analizie metodą elementów skończonych (3D Finite Element Analysis – 3D FEA).

Cyfrowy model opracowano na podstawie wielorzędowej tomografii komputerowej całkowicie bezzębnej żuchwy. Zasymulowano dwa indywidualnie projektowane tytanowe implanty podokostnowe: implant jednoczęściowy umieszczony po jednej stronie żuchwy oraz implant dwuczęściowy po stronie przeciwnej. Obie konstrukcje podtrzymywały cementowaną pracę protetyczną opartą na czterech filarach z wykorzystaniem skróconego łuku zębowego i współpracowały z ruchomą protezą całkowitą szczęki opartą na błonie śluzowej.

Przeprowadzono dwie symulacje z zastosowaniem jednostronnej siły skośnej o wartości 50 N, przyłożonej pod kątem 30° w okolicy drugiego przedtrzonowca żuchwy. Analizowano naprężenia w kości okołowszczepowej, naprężenia Von Mises w konstrukcji implantu, śrubach mocujących i protezie oraz całkowite odkształcenie śrub mocujących.

5. Główne wyniki

Przeprowadzona analiza wykazała, że wartości naprężeń w kości okołowszczepowej były zasadniczo podobne dla obu badanych konstrukcji implantów podokostnowych. Podobną zgodność zaobserwowano również w odniesieniu do naprężeń występujących w śrubach mocujących oraz całkowitego stopnia ich odkształcenia, co wskazuje na zbliżone zachowanie mechaniczne tych elementów.

Najbardziej wyraźna różnica dotyczyła samej konstrukcji implantu. W przypadku modelu dwuczęściowego maksymalne naprężenie Von Mises wyniosło 150,09 MPa, natomiast dla konstrukcji jednoczęściowej odnotowano wartość 60,74 MPa przy porównywalnych warunkach obciążenia. Oznacza to, że w implancie dwuczęściowym występowały ponad dwukrotnie większe naprężenia wewnętrzne.

Według autorów był to najistotniejszy biomechaniczny czynnik odróżniający oba analizowane rozwiązania konstrukcyjne.

6. Analiza kliniczna

Badanie dostarcza wartościowych informacji dotyczących biomechaniki indywidualnie projektowanych implantów podokostnowych przeznaczonych do rehabilitacji pacjentów ze znacznym zanikiem żuchwy. Uzyskane wyniki wskazują, że podział konstrukcji implantu na dwa elementy nie wpływa istotnie na przenoszenie obciążeń do kości okołowszczepowej ani na obciążenie śrub mocujących. Z biomechanicznego punktu widzenia oba rozwiązania wykazują więc podobne właściwości w zakresie tych parametrów.

Najbardziej interesującym obserwowanym zjawiskiem były wyższe naprężenia wewnętrzne w konstrukcji dwuczęściowej. Z inżynierskiego punktu widzenia może to świadczyć o mniej korzystnym rozkładzie obciążeń w obrębie samego implantu. Nie oznacza to jednak automatycznie większego ryzyka niepowodzenia leczenia lub wystąpienia powikłań mechanicznych, ponieważ badanie nie obejmowało oceny klinicznej.

Analiza metodą elementów skończonych stanowi model komputerowy i nie odzwierciedla w pełni złożonych warunków biologicznych jamy ustnej. W związku z tym nie pozwala ocenić osteointegracji, przeżywalności implantów, powikłań biologicznych, skuteczności odbudowy protetycznej ani wyników długoterminowych. Wyniki należy traktować jako dane biomechaniczne, które wymagają potwierdzenia w badaniach klinicznych.

7. Zastosowanie kliniczne

Wyniki badania mogą być przydatne podczas planowania leczenia pacjentów z zaawansowaną atrofią bezzębnej żuchwy, zwłaszcza w przypadkach, gdy rozległe zabiegi augmentacji kości lub inne bardziej inwazyjne procedury rekonstrukcyjne nie są wskazane.

Badanie dostarcza również cennych informacji dla specjalistów zajmujących się cyfrowym planowaniem leczenia, projektowaniem CAD/CAM oraz opracowywaniem indywidualnych implantów podokostnowych. Ze względu na przedkliniczny charakter pracy uzyskanych wyników nie należy jednak traktować jako ostatecznych zaleceń klinicznych.

8. Poziom wiarygodności, ograniczenia i przejrzystość

Publikacja stanowi przedkliniczne badanie komputerowe oparte na trójwymiarowej analizie metodą elementów skończonych, dlatego poziom dowodów naukowych jest niższy niż w przypadku prospektywnych badań klinicznych czy przeglądów systematycznych.

Metoda umożliwia ocenę zachowania biomechanicznego w kontrolowanych warunkach, jednak nie dostarcza informacji dotyczących gojenia biologicznego, przeżywalności implantów, powikłań protetycznych ani odległych wyników leczenia.

Najważniejsze ograniczenia wynikają z charakteru modelowania komputerowego oraz braku walidacji klinicznej.

W udostępnionych materiałach nie przedstawiono informacji dotyczących konfliktów interesów ani źródeł finansowania badania.

9. Kluczowe informacje

• Rodzaj badania: Przedkliniczna trójwymiarowa analiza metodą elementów skończonych (3D FEA)
• Poziom dowodów: Badanie przedkliniczne oparte na modelowaniu komputerowym
• Badana populacja: Cyfrowy model opracowany na podstawie tomografii komputerowej całkowicie bezzębnej żuchwy
• Liczba pacjentów lub implantów: Nie podano w dostępnych materiałach
• Okres obserwacji: Nie dotyczy
• Główny oceniany parametr: Biomechaniczne porównanie jednoczęściowych i dwuczęściowych indywidualnie projektowanych implantów podokostnowych
• Najważniejszy wynik: Podobne naprężenia w kości okołowszczepowej i śrubach mocujących, natomiast znacznie wyższe naprężenia Von Mises w konstrukcji dwuczęściowej (150,09 MPa vs 60,74 MPa)
• Wniosek naukowy: Konstrukcja jednoczęściowa wykazała korzystniejsze właściwości biomechaniczne w obrębie ramy implantu, podczas gdy pozostałe analizowane parametry były porównywalne.
• Ograniczenia: Badanie komputerowe bez walidacji klinicznej i bez danych dotyczących długoterminowych wyników.

10. Znaczenie naukowe

Badanie wnosi nowe dane biomechaniczne dotyczące zagadnienia, które dotychczas było słabo opisane w literaturze stomatologicznej. Według autorów jest to pierwsza publikacja bezpośrednio porównująca jednoczęściowe i dwuczęściowe indywidualnie projektowane implanty podokostnowe z wykorzystaniem analizy metodą elementów skończonych.

Praca nie stanowi podstawy do zmiany obowiązujących standardów leczenia, lecz poszerza wiedzę na temat wpływu konstrukcji implantu na rozkład naprężeń mechanicznych. Uzyskane wyniki wskazują, że chociaż oba rozwiązania zachowują się podobnie pod względem obciążeń kości okołowszczepowej i śrub mocujących, konstrukcja jednoczęściowa wykazuje korzystniejsze właściwości biomechaniczne w obrębie samego implantu. Wnioski te mogą stanowić punkt wyjścia do dalszych badań eksperymentalnych i klinicznych.

11. Wnioski redakcyjne

Przedstawiona analiza metodą elementów skończonych wskazuje, że jednoczęściowe i dwuczęściowe indywidualnie projektowane tytanowe implanty podokostnowe wykazują porównywalne właściwości biomechaniczne w odniesieniu do kości okołowszczepowej oraz śrub mocujących w warunkach symulowanego obciążenia. Najważniejszą różnicę odnotowano w konstrukcji implantu, gdzie model jednoczęściowy charakteryzował się niższymi naprężeniami wewnętrznymi. Choć wyniki te dostarczają cennych informacji dla rozwoju implantów wykonywanych na zamówienie, ich znaczenie kliniczne wymaga potwierdzenia w dobrze zaprojektowanych badaniach klinicznych.