Ocena biomechaniczna implantów konwencjonalnych, implantów jarzmowych, podokostnowych implantów zakotwiczonych w kości jarzmowej oraz podokostnowych implantów zakotwiczonych w szczęce stosowanych w rehabilitacji całkowicie bezzębnej szczęki: analiza naprężeń metodą elementów skończonych

Berivan Deniz, Mehmet Emre Yurttutan.

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

Ocena biomechaniczna implantów konwencjonalnych, implantów jarzmowych, podokostnowych implantów zakotwiczonych w kości jarzmowej oraz podokostnowych implantów zakotwiczonych w szczęce stosowanych w rehabilitacji całkowicie bezzębnej szczęki: analiza naprężeń metodą elementów skończonych

1. Dane bibliograficzne

• Tytuł artykułu: Ocena biomechaniczna implantów konwencjonalnych, implantów jarzmowych, podokostnowych implantów zakotwiczonych w kości jarzmowej oraz podokostnowych implantów zakotwiczonych w szczęce stosowanych w rehabilitacji całkowicie bezzębnej szczęki: analiza naprężeń metodą elementów skończonych.
• Autorzy: Berivan Deniz, Mehmet Emre Yurttutan.
• Czasopismo: BMC Oral Health.
• Rok publikacji: 2025.
• DOI: 10.1186/s12903-025-06387-3.

2. Tło naukowe

Leczenie implantologiczne całkowicie bezzębnej i znacznie zanikłej szczęki stanowi jedno z największych wyzwań współczesnej implantologii stomatologicznej. Zaawansowany zanik wyrostka zębodołowego, często współistniejący z rozległą pneumatyzacją zatok szczękowych, znacznie ogranicza możliwość zastosowania implantów konwencjonalnych bez wcześniejszej odbudowy kości. Zabiegi takie jak augmentacja kości, podniesienie dna zatoki szczękowej czy osteotomia typu Le Fort I pozwalają zwiększyć objętość podłoża kostnego, jednak wiążą się z większą inwazyjnością, wydłużonym czasem leczenia oraz wyższym ryzykiem powikłań.

W odpowiedzi na te ograniczenia opracowano alternatywne rozwiązania terapeutyczne, takie jak implanty jarzmowe oraz indywidualnie projektowane implanty podokostnowe. Konstrukcje te wykorzystują anatomiczne obszary o większej gęstości kości, umożliwiając uzyskanie stabilnego zakotwiczenia nawet u pacjentów z bardzo zaawansowanym zanikiem szczęki. Ocena sposobu przenoszenia obciążeń żucia przez różne systemy implantologiczne ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji ich konstrukcji i poprawy długoterminowej przewidywalności leczenia. W tym celu analiza metodą elementów skończonych (Finite Element Analysis – FEA) stanowi powszechnie wykorzystywane narzędzie umożliwiające ocenę zachowania biomechanicznego różnych projektów implantów jeszcze przed ich szerokim zastosowaniem klinicznym.

3. Cel badania

Celem badania była biomechaniczna ocena różnych koncepcji leczenia implantologicznego stosowanych w rehabilitacji całkowicie bezzębnej i znacznie zanikłej szczęki. Autorzy wykorzystali trójwymiarową analizę metodą elementów skończonych (Finite Element Analysis – FEA), aby porównać rozkład naprężeń powstających podczas obciążenia czynnościowego w trzech odmiennych konfiguracjach implantologicznych: systemie opartym na implantach konwencjonalnych i implantach jarzmowych, indywidualnie projektowanym implancie podokostnowym zakotwiczonym w obrębie otworu gruszkowatego oraz filaru jarzmowo-szczękowego, a także indywidualnym implancie podokostnowym z dodatkowym zakotwiczeniem w kości jarzmowej. Głównym celem było określenie, która z analizowanych konstrukcji zapewnia najbardziej korzystny rozkład sił przenoszonych na tkankę kostną oraz elementy rekonstrukcji protetycznej.

4. Metodologia

Badanie miało charakter przedkliniczny i zostało przeprowadzone z wykorzystaniem trójwymiarowej analizy metodą elementów skończonych (Finite Element Analysis – FEA). Nie obejmowało udziału pacjentów ani oceny wyników klinicznych. Model cyfrowy całkowicie bezzębnej i znacznie zanikłej szczęki opracowano na podstawie obrazów tomografii komputerowej (CT), które następnie poddano segmentacji i rekonstrukcji trójwymiarowej z użyciem specjalistycznego oprogramowania CAD przeznaczonego do analiz biomechanicznych.

Porównano trzy różne konfiguracje implantologiczne:

• Model 1: dwa implanty konwencjonalne oraz cztery implanty jarzmowe.
• Model 2: dwa indywidualnie projektowane implanty podokostnowe zakotwiczone w obrębie otworu gruszkowatego i filaru jarzmowo-szczękowego, bez zakotwiczenia w kości jarzmowej.
• Model 3: dwa indywidualnie projektowane implanty podokostnowe z dodatkowym zakotwiczeniem w kości jarzmowej.

Aby odtworzyć warunki funkcjonalnego obciążenia podczas żucia, zastosowano dwa schematy obciążenia:

• Obciążenie pionowe: 150 N na każdy ząb.
• Obciążenie skośne: 100 N na każdy ząb pod kątem 30°, skierowane z policzkowej w stronę podniebienną.

Analizowano maksymalne naprężenia rozciągające (Pmax), maksymalne naprężenia ściskające (Pmin) oraz naprężenia zredukowane według Von Misesa w kości korowej, kości gąbczastej, implantach, łącznikach protetycznych (abutmentach), metalowej konstrukcji protetycznej oraz – w przypadku implantów podokostnowych – również w śrubach mocujących. Wszystkie materiały potraktowano jako jednorodne, izotropowe i liniowo sprężyste. Autorzy podkreślają jednak, że stanowi to uproszczenie metodologiczne, ponieważ rzeczywista tkanka kostna wykazuje właściwości niejednorodne i anizotropowe.

5. Najważniejsze wyniki

Przeprowadzone symulacje numeryczne wykazały wyraźne różnice w rozkładzie naprężeń pomiędzy trzema analizowanymi konfiguracjami implantologicznymi. Ogólnie rzecz biorąc, Model 1, oparty na połączeniu implantów konwencjonalnych i implantów jarzmowych, generował najwyższe wartości naprężeń w kości korowej zarówno podczas obciążenia pionowego, jak i skośnego. Natomiast Model 3, wykorzystujący indywidualnie projektowany implant podokostnowy z dodatkowym zakotwiczeniem w kości jarzmowej, konsekwentnie wykazywał najniższe wartości naprężeń w tkance kostnej, co wskazuje na bardziej równomierny rozkład sił żucia.

Podobną zależność zaobserwowano w obrębie kości gąbczastej dla maksymalnych naprężeń rozciągających (Pmax). Najwyższe wartości odnotowano w Modelu 1, podczas gdy oba rozwiązania wykorzystujące implanty podokostnowe wykazywały niższe poziomy naprężeń. W przypadku maksymalnych naprężeń ściskających (Pmin) najwyższe wartości wystąpiły jednak w Modelu 2, co sugeruje, że różne sposoby zakotwiczenia implantów wpływają odmiennie na sposób przenoszenia obciążeń w obrębie kości gąbczastej.

Odmienny obraz uzyskano podczas analizy naprężeń występujących w samych elementach implantologicznych. Najwyższe naprężenia zredukowane według Von Misesa w implantach stwierdzono w Modelu 3, natomiast najniższe w Modelu 1. W przypadku metalowej konstrukcji protetycznej sytuacja była odwrotna – największe naprężenia występowały w Modelu 1, a najmniejsze w Modelu 3. Ponadto śruby mocujące implantów podokostnowych w Modelu 3 były bardziej obciążone niż w Modelu 2, szczególnie w okolicy otworu gruszkowatego.

Uzyskane wyniki wskazują, że zarówno konstrukcja implantu, jak i wybór miejsc zakotwiczenia w obrębie szkieletu twarzoczaszki mają istotny wpływ na biomechaniczne zachowanie całego układu kość–implant–uzupełnienie protetyczne. W granicach ograniczeń zastosowanego modelu numerycznego implant podokostnowy zakotwiczony w kości jarzmowej zapewnił najbardziej korzystny rozkład naprężeń w tkance kostnej, choć jednocześnie wiązał się z większym obciążeniem mechanicznym elementów implantologicznych.

6. Analiza kliniczna

Badanie dostarcza cennych informacji biomechanicznych dotyczących leczenia pacjentów z całkowicie bezzębną i znacznie zanikłą szczęką. Jego celem nie było wykazanie klinicznej przewagi określonego systemu implantologicznego, lecz analiza wpływu różnych konstrukcji implantów na sposób przenoszenia obciążeń funkcjonalnych w obrębie całego kompleksu kość–implant–proteza. U pacjentów z zaawansowanym zanikiem kości równomierny rozkład sił ma szczególne znaczenie, ponieważ może ograniczać miejscowe przeciążenia tkanek podporowych oraz sprzyjać stabilności mechanicznej rekonstrukcji.

Wyniki sugerują, że indywidualnie projektowane implanty podokostnowe z dodatkowym zakotwiczeniem w kości jarzmowej mogą skuteczniej ograniczać koncentrację naprężeń w kości korowej i gąbczastej niż analizowany układ implantów konwencjonalnych i jarzmowych. Z biomechanicznego punktu widzenia wskazuje to, że wykorzystanie struktur kostnych o większej gęstości może poprawiać sposób rozpraszania sił żucia. Takie rozwiązanie może stanowić interesującą opcję terapeutyczną u pacjentów z ciężkim zanikiem szczęki, u których zastosowanie implantów konwencjonalnych wymagałoby rozległych procedur augmentacyjnych.

Jednocześnie analiza pokazuje, że zmniejszenie obciążeń przenoszonych na kość nie oznacza automatycznie mniejszych naprężeń w elementach implantologicznych. Wręcz przeciwnie – model zapewniający najbardziej korzystny rozkład naprężeń w tkance kostnej wykazywał jednocześnie najwyższe wartości naprężeń w implantach oraz śrubach mocujących. Oznacza to, że obciążenia mechaniczne są w większym stopniu przenoszone przez samą konstrukcję implantu. Na podstawie przeprowadzonej symulacji nie można jednak określić, czy zjawisko to mogłoby wpływać na trwałość materiałów lub częstość powikłań technicznych w warunkach klinicznych.

Badanie podkreśla również rosnące znaczenie cyfrowego planowania leczenia oraz indywidualnie projektowanych implantów podokostnowych w nowoczesnej implantologii. Dobór miejsc zakotwiczenia, zwłaszcza w obrębie filaru jarzmowo-szczękowego i kości jarzmowej, wydaje się odgrywać kluczową rolę w biomechanice całej rekonstrukcji. Należy jednak pamiętać, że przedstawione wyniki opierają się wyłącznie na modelu komputerowym i nie mogą być interpretowane jako dowód klinicznej wyższości któregokolwiek z analizowanych rozwiązań. Potrzebne są prospektywne badania kliniczne z długoterminową obserwacją, które pozwolą ocenić, czy uzyskane korzyści biomechaniczne przekładają się na lepsze wyniki leczenia, większą przeżywalność implantów oraz większą trwałość odbudów protetycznych.

7. Zastosowania kliniczne

Wyniki przedstawionego badania mogą mieć znaczenie dla planowania leczenia pacjentów z całkowicie bezzębną i znacznie zanikłą szczęką, u których zastosowanie klasycznych implantów jest utrudnione z powodu niewystarczającej ilości kości. W granicach ograniczeń analizy metodą elementów skończonych indywidualnie projektowany implant podokostnowy z zakotwiczeniem w kości jarzmowej wykazał najbardziej korzystny rozkład naprężeń w tkance kostnej spośród wszystkich ocenianych rozwiązań.

Uzyskane wyniki mogą wspierać proces podejmowania decyzji terapeutycznych w przypadkach, w których rozległe procedury augmentacyjne, takie jak przeszczepy kostne czy podniesienie dna zatoki szczękowej, są przeciwwskazane lub wiążą się z wysokim ryzykiem chirurgicznym. Indywidualnie projektowane implanty podokostnowe, wykonywane z wykorzystaniem technologii cyfrowych CAD/CAM, mogą stanowić alternatywę dla wybranych pacjentów z zaawansowanym zanikiem szczęki, umożliwiając wykorzystanie struktur kostnych o większej wytrzymałości mechanicznej jako punktów zakotwiczenia.

Należy jednak podkreślić, że przedstawione korzyści mają wyłącznie charakter biomechaniczny i wynikają z symulacji komputerowej. Badanie nie dostarcza danych dotyczących przeżywalności implantów, częstości powikłań biologicznych i technicznych ani satysfakcji pacjentów. Z tego względu nie można na jego podstawie uznać żadnego z ocenianych systemów implantologicznych za klinicznie skuteczniejszy od pozostałych. Potwierdzenie uzyskanych obserwacji wymaga dobrze zaprojektowanych badań klinicznych z długoterminową obserwacją.

8. Poziom dowodów naukowych, ograniczenia i transparentność

Badanie stanowi przedkliniczną analizę biomechaniczną opartą na trójwymiarowej analizie metodą elementów skończonych (Finite Element Analysis – FEA). Tego rodzaju metodologia jest powszechnie wykorzystywana do oceny zachowania mechanicznego systemów implantologicznych, jednak nie pozwala na bezpośrednią ocenę skuteczności klinicznej ani długoterminowego powodzenia leczenia.

Autorzy wskazują szereg ograniczeń metodologicznych. W modelu numerycznym wszystkie materiały uznano za jednorodne, izotropowe i liniowo sprężyste, podczas gdy rzeczywista tkanka kostna charakteryzuje się złożonymi właściwościami biologicznymi i mechanicznymi. Model nie uwzględnia również procesów gojenia, osteointegracji, przebudowy kości, indywidualnych różnic jakości tkanki kostnej ani zmian zachodzących podczas długotrwałego użytkowania implantów. W konsekwencji symulacja stanowi uproszczone odwzorowanie warunków klinicznych.

Ponieważ badanie nie obejmowało leczenia pacjentów ani obserwacji klinicznej, nie przedstawiono danych dotyczących przeżywalności implantów, utraty kości brzeżnej, powikłań biologicznych i protetycznych ani jakości życia pacjentów. Otrzymane wyniki należy zatem interpretować jako prognozy biomechaniczne, a nie jako potwierdzenie skuteczności klinicznej analizowanych metod leczenia.

Na podstawie informacji zawartych w publikacji autorzy nie zgłosili konfliktów interesów, finansowania przez producentów implantów ani innych potencjalnych czynników mogących wpływać na interpretację wyników.

9. Najważniejsze informacje z badania

• Rodzaj badania: Badanie przedkliniczne oparte na trójwymiarowej analizie metodą elementów skończonych (Finite Element Analysis – FEA).
• Poziom dowodów naukowych: Przedkliniczne dowody biomechaniczne.
• Model badawczy: Trójwymiarowy cyfrowy model całkowicie bezzębnej i znacznie zanikłej szczęki opracowany na podstawie tomografii komputerowej (CT).
• Wielkość próby: Jeden cyfrowy model anatomiczny wykorzystany do porównania trzech różnych konfiguracji implantologicznych. W badaniu nie uczestniczyli pacjenci i nie analizowano danych klinicznych.
• Okres obserwacji: Nie dotyczy, ponieważ badanie miało wyłącznie charakter symulacji komputerowej.
• Pierwszorzędowy punkt końcowy: Ocena maksymalnych naprężeń rozciągających (Pmax), naprężeń ściskających (Pmin) oraz naprężeń zredukowanych według Von Misesa w kości korowej, kości gąbczastej, implantach, łącznikach protetycznych (abutmentach), metalowej konstrukcji protetycznej oraz śrubach mocujących podczas obciążeń pionowych i skośnych.
• Główny wynik: Indywidualnie projektowany implant podokostnowy zakotwiczony w kości jarzmowej (Model 3) zapewnił najbardziej korzystny rozkład naprężeń w tkance kostnej, natomiast konfiguracja wykorzystująca implanty konwencjonalne i implanty jarzmowe (Model 1) generowała największe koncentracje naprężeń w kości. Jednocześnie w Modelu 3 odnotowano większe naprężenia mechaniczne w elementach implantologicznych.
• Wniosek naukowy: Konstrukcja implantu oraz wybór miejsc zakotwiczenia w obrębie szkieletu twarzoczaszki mają istotny wpływ na biomechanikę całego układu kość–implant–proteza. W granicach zastosowanego modelu numerycznego implant podokostnowy zakotwiczony w kości jarzmowej wykazał najbardziej korzystny rozkład naprężeń w tkance kostnej, jednak obserwacje te wymagają potwierdzenia w badaniach klinicznych.
• Najważniejsze ograniczenia: Symulacja komputerowa, uproszczone właściwości materiałów, brak uwzględnienia procesów biologicznych oraz brak walidacji klinicznej i długoterminowej obserwacji.

10. Znaczenie naukowe

Badanie wnosi istotny wkład do wiedzy dotyczącej biomechaniki rehabilitacji implantologicznej znacznie zanikłej szczęki. Jego największą wartością naukową jest bezpośrednie porównanie trzech różnych strategii leczenia implantologicznego, w tym dwóch indywidualnie projektowanych systemów implantów podokostnowych, z wykorzystaniem tego samego trójwymiarowego modelu analizy metodą elementów skończonych. Według autorów podobna analiza porównawcza tych konkretnych konstrukcji implantologicznych nie była dotychczas opisana w piśmiennictwie naukowym.

Wyniki pokazują, że nie tylko liczba implantów, ale przede wszystkim ich konstrukcja oraz wybór miejsc zakotwiczenia mają decydujący wpływ na sposób przenoszenia sił żucia w obrębie całego układu protetycznego. Analiza wskazuje również, że ograniczenie naprężeń w tkance kostnej może wiązać się ze zwiększeniem obciążeń mechanicznych przenoszonych przez implanty i ich elementy mocujące. Podkreśla to konieczność kompleksowej oceny biomechanicznej obejmującej zarówno tkanki podporowe, jak i wszystkie elementy rekonstrukcji implantoprotetycznej.

Badanie zwraca także uwagę na rosnące znaczenie cyfrowej implantologii oraz indywidualnie projektowanych implantów wykonywanych z wykorzystaniem technologii CAD/CAM w leczeniu najbardziej wymagających przypadków zaniku szczęki. Ponieważ uzyskane wyniki opierają się wyłącznie na analizie numerycznej, należy je traktować jako podstawę do dalszych badań, a nie jako dowód skuteczności klinicznej. Konieczne są prospektywne badania kliniczne z długoterminową obserwacją, które pozwolą ocenić, czy zaobserwowane korzyści biomechaniczne przekładają się na większą przeżywalność implantów, mniejszą liczbę powikłań oraz lepsze wyniki leczenia.

11. Wniosek redakcyjny

Przeprowadzona analiza metodą elementów skończonych wykazała, że konstrukcja implantu odgrywa kluczową rolę w biomechanice rehabilitacji całkowicie bezzębnej i znacznie zanikłej szczęki. Spośród ocenianych rozwiązań indywidualnie projektowany implant podokostnowy z zakotwiczeniem w kości jarzmowej zapewnił najbardziej korzystny rozkład naprężeń w tkance kostnej, jednocześnie przenosząc większe obciążenia mechaniczne na elementy implantologiczne. Wyniki te dostarczają wartościowych informacji wspierających rozwój nowoczesnych, spersonalizowanych systemów implantologicznych oraz cyfrowego planowania leczenia. Należy jednak podkreślić, że wnioski opierają się wyłącznie na modelu komputerowym i nie stanowią dowodu klinicznej przewagi żadnej z analizowanych metod. Potwierdzenie ich znaczenia wymaga dobrze zaprojektowanych, prospektywnych badań klinicznych z długoterminową oceną wyników leczenia.