Abordagem de submodelagem da interação entre parafusos de fixação e o osso em estruturas de implantes subperiosteais fabricadas por manufatura aditiva

Gabriel Castrillo, Alberto Carnicero, Ricardo Perera

Full text link: http://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36541118/

Abordagem de submodelagem da interação entre parafusos de fixação e o osso em estruturas de implantes subperiosteais fabricadas por manufatura aditiva

1. Referência científica

• Título do estudo: Submodelling Approach to Screw-to-Bone Interaction in Additively Manufactured Subperiosteal Implant Structures
• Autores: Gabriel Castrillo, Alberto Carnicero, Ricardo Perera
• Revista científica: Communications in Numerical Methods in Engineering
• Ano de publicação: 2022
• DOI:1002/cnm.3672

2. Contexto científico

O tratamento de pacientes com atrofia maxilar severa continua sendo um dos maiores desafios da implantodontia contemporânea. A evolução dos fluxos digitais, do planejamento assistido por computador (CAD/CAM) e das tecnologias de manufatura aditiva possibilitou o desenvolvimento de implantes subperiosteais personalizados, capazes de se adaptar às particularidades anatômicas de cada paciente e ampliar as possibilidades de reabilitação oral em situações de perda óssea avançada.

Apesar da crescente utilização dessas soluções individualizadas, a maior parte dos estudos concentra-se na resistência mecânica da estrutura implantária como um todo. Em contrapartida, a interação biomecânica entre os parafusos de fixação e o osso maxilar permanece relativamente pouco explorada, embora seja um fator essencial para a estabilidade inicial do implante e para a distribuição das cargas funcionais. Nesse contexto, o presente estudo propõe uma metodologia numérica destinada a representar essa interface de forma mais fiel, buscando aprimorar as análises biomecânicas sem aumentar excessivamente o custo computacional.

3. Objetivo do estudo

O objetivo deste estudo foi desenvolver e avaliar uma metodologia baseada na análise por elementos finitos capaz de investigar com maior precisão a interação mecânica entre os parafusos de fixação e o osso maxilar em estruturas de implantes subperiosteais produzidas por manufatura aditiva. Os autores também procuraram determinar como uma representação detalhada dessa interface influencia os deslocamentos da estrutura, as forças de reação e a distribuição das tensões mecânicas, além de avaliar o efeito da osseointegração completa sobre o comportamento biomecânico do conjunto.

4. Metodologia

Trata-se de um estudo pré-clínico de modelagem computacional baseado na análise por elementos finitos (Finite Element Analysis – FEA). Os autores empregaram uma estratégia de submodelagem, combinando um modelo global da estrutura implantária subperiosteal personalizada com um modelo local de alta resolução dedicado à interface entre as roscas dos parafusos de fixação e o tecido ósseo.

Essa abordagem permitiu representar detalhadamente a geometria das roscas sem aumentar significativamente o tempo de processamento computacional. Foram comparados diferentes cenários de simulação, incluindo modelos que consideravam explicitamente a interação entre os parafusos e o osso, bem como modelos simplificados. Também foi analisada a influência da osseointegração completa sobre o comportamento mecânico do sistema.

Os principais parâmetros avaliados foram os deslocamentos da estrutura implantária, as forças de reação e a distribuição das tensões no implante, no osso cortical e no osso trabecular.

O resumo disponível não informa o número de modelos analisados, as condições de carregamento nem outros parâmetros computacionais específicos.

5. Principais resultados

As simulações demonstraram que a representação detalhada da interação entre os parafusos de fixação e o osso altera significativamente o comportamento biomecânico quando comparada aos modelos simplificados. Tanto os deslocamentos da estrutura implantária quanto as forças de reação apresentaram diferenças importantes quando a geometria das roscas e o contato com o tecido ósseo foram modelados de forma mais realista.

As maiores concentrações de tensão foram observadas no osso cortical, onde atingiram valores próximos ao limite máximo de resistência citado pelos autores. Em contraste, o osso trabecular apresentou influência limitada sobre o comportamento mecânico global nas condições simuladas. Na própria estrutura implantária, as tensões permaneceram abaixo do limite de fadiga considerado no estudo, indicando um desempenho mecânico favorável sob as condições analisadas.

A comparação entre os modelos antes e após a simulação da osseointegração completa demonstrou uma redução das tensões na interface implante-osso. Além disso, os autores verificaram que a geometria inicial das roscas dos parafusos exerce influência significativa sobre a distribuição das tensões no osso cortical, evidenciando a importância de representar esse detalhe geométrico com precisão nas análises biomecânicas de implantes subperiosteais personalizados.

6. Análise clínica

Este estudo não fornece evidências clínicas diretas, mas representa uma contribuição metodológica importante para a compreensão do comportamento biomecânico dos implantes subperiosteais personalizados. Os resultados sugerem que uma representação simplificada da interface entre o parafuso e o osso pode alterar significativamente a estimativa dos deslocamentos e da distribuição das tensões, influenciando a interpretação das análises por elementos finitos utilizadas durante o desenvolvimento desses dispositivos.

Um dos principais achados diz respeito ao papel predominante do osso cortical na transmissão das cargas mecânicas. As tensões calculadas nessa camada aproximam-se dos valores máximos de resistência relatados pelos autores, reforçando a importância de uma adequada ancoragem cortical no planejamento de implantes subperiosteais destinados a pacientes com atrofia maxilar severa. Em contrapartida, o osso trabecular apresentou influência reduzida sobre o comportamento mecânico global dentro das condições simuladas. Essa observação, contudo, deve ser interpretada exclusivamente no contexto do modelo computacional utilizado, não podendo ser generalizada para todas as situações clínicas.

O estudo também demonstra que a osseointegração completa está associada à redução das tensões mecânicas na interface implante-osso. Embora essa conclusão resulte exclusivamente de simulações numéricas, ela evidencia a relevância de incorporar diferentes estágios biológicos aos modelos biomecânicos para reproduzir de forma mais fiel o comportamento dos implantes ao longo do processo de cicatrização.

Além disso, os autores mostram que a geometria das roscas dos parafusos exerce influência significativa sobre a distribuição das tensões no osso cortical. Esse resultado destaca a importância de representar com precisão esse detalhe geométrico durante o desenvolvimento de modelos numéricos destinados à otimização de implantes subperiosteais personalizados. Entretanto, por se tratar de um estudo exclusivamente computacional, são necessários estudos experimentais e clínicos para confirmar a aplicabilidade prática desses achados.

7. Aplicações clínicas

A metodologia apresentada pode ser particularmente útil para engenheiros, implantodontistas e pesquisadores envolvidos no desenvolvimento digital de implantes subperiosteais personalizados destinados ao tratamento da atrofia maxilar severa. Uma modelagem mais precisa da interação entre os parafusos de fixação e o osso pode contribuir para aperfeiçoar as análises biomecânicas realizadas durante o planejamento digital e os processos de fabricação baseados em CAD/CAM e manufatura aditiva.

Essa abordagem também poderá servir de base para futuras pesquisas voltadas à otimização da geometria dos implantes, das estratégias de fixação e dos protocolos de simulação utilizados no desenvolvimento de dispositivos personalizados. Entretanto, os dados disponíveis não demonstram benefício clínico direto nem justificam alterações nas técnicas cirúrgicas atualmente empregadas. A validação dessa metodologia dependerá de estudos experimentais e de investigações clínicas prospectivas.

8. Nível de evidência, limitações e transparência

Este trabalho corresponde a um estudo pré-clínico de simulação computacional baseado na análise por elementos finitos (Finite Element Analysis – FEA). Portanto, seu nível de evidência está restrito ao campo da pesquisa biomecânica e não permite estabelecer conclusões diretas sobre a eficácia clínica ou o desempenho em longo prazo dos implantes subperiosteais produzidos por manufatura aditiva.

Um dos principais pontos fortes do estudo é o desenvolvimento de uma estratégia de submodelagem capaz de representar com elevado nível de detalhe a interface entre o parafuso e o osso, reduzindo simultaneamente o custo computacional das simulações. Essa metodologia constitui uma contribuição relevante para o aprimoramento das análises biomecânicas aplicadas a implantes personalizados.

Entretanto, as informações disponíveis não mencionam validação experimental do modelo nem comparação com resultados clínicos. Da mesma forma, não são descritas análises de sensibilidade ou outros procedimentos de validação. Como ocorre em todas as análises por elementos finitos, os resultados dependem das hipóteses adotadas, das propriedades dos materiais e das condições de contorno definidas no modelo. O resumo também não apresenta informações sobre financiamento ou conflitos de interesse dos autores.

9. Principais pontos do estudo

• Tipo de estudo: Estudo pré-clínico de simulação computacional por análise de elementos finitos (FEA).
• Nível de evidência: Pesquisa pré-clínica baseada em modelagem numérica.
• População ou número de estudos analisados: Não especificado nas informações disponíveis.
• Número de pacientes ou implantes: Não especificado.
• Tempo de acompanhamento: Não aplicável / não informado.
• Desfecho principal: Avaliar a influência da interação entre os parafusos de fixação e o osso sobre o comportamento biomecânico de estruturas implantárias subperiosteais produzidas por manufatura aditiva.
• Principal resultado: A modelagem detalhada da interface parafuso-osso altera significativamente os deslocamentos, as forças de reação e a distribuição das tensões, sendo o osso cortical a região submetida às maiores cargas mecânicas.
• Conclusão científica: A abordagem de submodelagem permite uma avaliação biomecânica mais realista da interface implante-osso e demonstra a importância da representação precisa da geometria das roscas dos parafusos.
• Limitações: Estudo exclusivamente computacional; ausência de validação clínica ou experimental descrita; diversos detalhes metodológicos não são informados no resumo disponível.

10. Impacto científico

Este estudo amplia o conhecimento científico sobre a biomecânica dos implantes subperiosteais personalizados ao direcionar a atenção para a interação mecânica entre os parafusos de fixação e o tecido ósseo. Enquanto muitos trabalhos anteriores concentraram-se principalmente na resistência estrutural do implante, esta pesquisa demonstra que uma representação detalhada da interface parafuso-osso pode influenciar significativamente os resultados obtidos por análises numéricas.

Sua principal contribuição está na metodologia proposta. A estratégia de submodelagem possibilita combinar elevada precisão local com eficiência computacional, oferecendo uma ferramenta promissora para o desenvolvimento e a otimização de implantes personalizados produzidos por fluxos digitais e manufatura aditiva.

Embora o estudo não forneça evidências clínicas capazes de sustentar modificações em protocolos cirúrgicos, estabelece uma base metodológica sólida para futuras investigações experimentais e clínicas. Além disso, destaca a relevância da geometria das roscas dos parafusos e do comportamento mecânico do osso cortical como fatores que merecem investigação adicional no desenvolvimento de novas gerações de implantes subperiosteais personalizados.

11. Conclusão editorial

Este estudo pré-clínico apresenta uma metodologia inovadora para analisar a interação biomecânica entre os parafusos de fixação e o osso em implantes subperiosteais fabricados por manufatura aditiva. Os resultados demonstram que uma modelagem mais detalhada da interface parafuso-osso pode melhorar a compreensão da distribuição das tensões mecânicas, especialmente no osso cortical. Embora represente uma contribuição metodológica relevante para o desenvolvimento de implantes personalizados em fluxos digitais, suas conclusões devem ser interpretadas com cautela e confirmadas por estudos experimentais e pesquisas clínicas antes de serem aplicadas à prática clínica.