Efeito biomecânico da espessura do implante e do diâmetro dos parafusos em implantes subperiosteais de CFR-PEEK: uma análise tridimensional por elementos finitos

Eda Etik, Basak Keskin Yalcin

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42032041/

Efeito biomecânico da espessura do implante e do diâmetro dos parafusos em implantes subperiosteais de CFR-PEEK: uma análise tridimensional por elementos finitos

1. Referência científica

• Título do estudo: Biomechanical effect of implant thickness and screw diameter on CFR-PEEK subperiosteal implants: a three-dimensional finite element analysis
• Autores: Eda Etik, Basak Keskin Yalcin
• Revista científica: Scientific Reports
• Ano de publicação: 2026
• DOI: 10.1038/s41598-026-49671-0

2. Contexto científico

A reabilitação de doentes com atrofia maxilar severa continua a representar um dos maiores desafios da implantologia oral contemporânea. Quando o volume ósseo disponível é insuficiente para a colocação de implantes endósseos convencionais, torna-se necessário recorrer a abordagens terapêuticas alternativas. A evolução da imagiologia tridimensional, do planeamento digital e das tecnologias CAD/CAM veio renovar o interesse pelos implantes subperiosteais personalizados, permitindo uma adaptação anatómica mais precisa e um planeamento cirúrgico altamente individualizado.

Paralelamente aos avanços dos fluxos digitais, a escolha do biomaterial assume um papel determinante no comportamento mecânico do sistema implantar. O poliéter-éter-cetona reforçado com fibras de carbono (CFR-PEEK) tem vindo a despertar um interesse crescente devido à sua elevada resistência mecânica e ao seu módulo de elasticidade mais próximo do tecido ósseo quando comparado com as ligas metálicas tradicionalmente utilizadas. Contudo, permanece limitada a evidência relativamente ao impacto que parâmetros de desenho, como a espessura da estrutura do implante ou o diâmetro dos parafusos de fixação, exercem sobre a distribuição das cargas funcionais. O presente estudo procura responder a esta questão através de uma análise tridimensional por elementos finitos.

3. Objetivo do estudo

O principal objetivo desta investigação consistiu em avaliar a influência da espessura da estrutura do implante subperiosteal e do diâmetro dos parafusos de fixação no comportamento biomecânico de implantes personalizados fabricados em CFR-PEEK reforçado com 60% de fibras de carbono.

Para esse efeito, os autores compararam diferentes configurações implantares, analisando a distribuição das tensões mecânicas, a deformação global do sistema e a forma como as cargas funcionais são transmitidas entre o implante e o osso de suporte.

4. Metodologia

Este trabalho corresponde a um estudo pré-clínico in silico, desenvolvido através de uma análise tridimensional por elementos finitos (Finite Element Analysis – FEA). O modelo anatómico utilizado foi reconstruído a partir de imagens de tomografia computorizada obtidas de um doente com atrofia maxilar severa, classificada como Classe V de Cawood e Howell. A reconstrução tridimensional serviu de base ao desenvolvimento de um implante subperiosteal totalmente personalizado.

Foram criadas quatro configurações implantares distintas, combinando duas espessuras da estrutura do implante (1,0 mm e 1,5 mm) com dois diâmetros dos parafusos de fixação (1,5 mm e 2,0 mm). A estrutura principal foi modelada utilizando CFR-PEEK reforçado com 60% de fibras de carbono, enquanto os parafusos, os pilares protéticos e a infraestrutura metálica foram definidos com as propriedades mecânicas do titânio.

Para reproduzir diferentes condições funcionais, foram simulados três cenários de carga: uma carga vertical bilateral na região posterior, uma carga oblíqua unilateral na mesma região e uma carga vertical bilateral na região anterior. Os parâmetros avaliados incluíram o deslocamento total do sistema, as tensões principais máximas e mínimas no osso e as tensões equivalentes de Von Mises no implante, nos pilares e na estrutura metálica. Tratando-se de uma simulação computacional, o estudo não incluiu qualquer acompanhamento clínico.

5. Principais resultados

As simulações numéricas demonstraram que a geometria do implante influencia significativamente o comportamento biomecânico de todo o sistema implantar. O aumento da espessura da estrutura de 1,0 mm para 1,5 mm reduziu de forma consistente o deslocamento global do conjunto em todos os cenários de carga, indicando um aumento da rigidez mecânica. Paralelamente, verificou-se uma diminuição das tensões de tração e de compressão transmitidas ao osso envolvente, sobretudo na crista alveolar posterior, região sujeita às maiores cargas funcionais durante a mastigação.

Observou-se uma tendência semelhante quando o diâmetro dos parafusos de fixação foi aumentado de 1,5 mm para 2,0 mm. Parafusos de maior diâmetro favoreceram uma distribuição mais homogénea das cargas funcionais, reduzindo as concentrações de tensão tanto no osso como no implante subperiosteal. Contudo, esta melhoria biomecânica foi acompanhada por um aumento das tensões na infraestrutura metálica da prótese, sugerindo que parte das cargas foi redistribuída para os componentes estruturalmente mais rígidos, em vez de ser totalmente eliminada.

Entre os três cenários avaliados, as cargas aplicadas na região posterior originaram os níveis de tensão mais elevados. Em contrapartida, a carga vertical aplicada ao setor anterior produziu valores inferiores e um padrão distinto de distribuição das tensões, concentrando-se sobretudo na região da abertura piriforme e do pavimento nasal. As simulações revelaram igualmente que o CFR-PEEK reforçado com 60% de fibras de carbono, devido ao seu elevado módulo de elasticidade, reduz as tensões transmitidas ao tecido ósseo, embora concentre uma maior parcela das cargas mecânicas no corpo do implante e na infraestrutura metálica. Os autores concluem que todas as configurações avaliadas satisfazem os requisitos biomecânicos essenciais para este tipo de implantes personalizados, salientando, contudo, que estas conclusões se baseiam exclusivamente em modelos computacionais e necessitam de validação experimental e clínica.

6. Análise clínica

Este estudo fornece uma perspetiva relevante sobre a importância dos parâmetros de desenho no desempenho biomecânico dos implantes subperiosteais personalizados. Os resultados demonstram que a seleção do biomaterial, embora fundamental, não é o único fator determinante para a estabilidade do sistema. A espessura da estrutura do implante e o diâmetro dos parafusos de fixação desempenham igualmente um papel decisivo na forma como as cargas mastigatórias são distribuídas entre o implante, o sistema de fixação e o osso de suporte.

O aumento da espessura da estrutura implantar resultou numa maior rigidez do conjunto e numa redução da deformação sob carga funcional. Do ponto de vista biomecânico, uma menor deformação poderá favorecer uma transmissão mais uniforme das forças oclusais e reduzir as concentrações localizadas de tensão no osso peri-implantar. De forma semelhante, a utilização de parafusos de maior diâmetro promoveu uma distribuição mais equilibrada das cargas nas zonas de fixação, diminuindo as tensões concentradas no tecido ósseo. Contudo, estes resultados não devem ser interpretados como prova de uma melhoria da sobrevivência clínica dos implantes, uma vez que o estudo não avaliou fenómenos biológicos como a osteointegração, a remodelação óssea ou o comportamento clínico a longo prazo.

Um dos aspetos mais interessantes da investigação prende-se com o desempenho do CFR-PEEK reforçado com 60% de fibras de carbono. As simulações sugerem que este material contribui para reduzir as tensões transmitidas ao osso, mantendo simultaneamente uma elevada estabilidade estrutural. No entanto, essa vantagem biomecânica implica também uma maior concentração de tensões no próprio implante e na infraestrutura metálica. Este comportamento evidencia que o desenvolvimento de implantes personalizados exige um equilíbrio entre a rigidez do material, a geometria da estrutura e a distribuição global das cargas funcionais, evitando transferir excessivamente os esforços para um único componente.

Apesar da relevância dos resultados, importa considerar algumas limitações. O modelo computacional foi desenvolvido com base na anatomia de um único doente e assumiu propriedades homogéneas, isotrópicas e linearmente elásticas para os materiais e para o tecido ósseo. Além disso, fatores biológicos como a remodelação óssea, a variabilidade individual da qualidade do osso, a osteointegração e os efeitos das cargas cíclicas ao longo do tempo não foram incluídos na simulação. Assim, este trabalho deve ser encarado como uma investigação biomecânica pré-clínica que fornece bases para estudos experimentais e clínicos futuros, mas que não permite estabelecer recomendações terapêuticas definitivas.

7. Aplicações clínicas

Os resultados desta investigação poderão ser particularmente úteis no desenvolvimento de implantes subperiosteais personalizados destinados a doentes com atrofia maxilar severa, nos quais a colocação de implantes convencionais ou a realização de procedimentos extensos de regeneração óssea não constituem opções viáveis.

Num fluxo de trabalho totalmente digital, baseado em tomografia computorizada, planeamento CAD/CAM e fabrico personalizado, a espessura da estrutura do implante e o diâmetro dos parafusos de fixação surgem como variáveis de desenho capazes de influenciar significativamente o comportamento biomecânico do sistema. As informações obtidas neste estudo podem contribuir para otimizar o desenvolvimento de implantes individualizados, favorecendo uma distribuição mais equilibrada das cargas funcionais.

Contudo, os autores não propõem um protocolo clínico específico nem identificam uma configuração ideal para utilização rotineira. Os resultados devem ser considerados como evidência pré-clínica que necessita de confirmação através de estudos laboratoriais e ensaios clínicos prospetivos antes de poder ser integrada na prática clínica em implantologia oral.

8. Nível de evidência, limitações e transparência

O presente trabalho corresponde a um estudo pré-clínico in silico, desenvolvido através de uma análise tridimensional por elementos finitos (Finite Element Analysis – FEA). Embora esta metodologia seja amplamente utilizada para avaliar o comportamento biomecânico de dispositivos implantares em condições controladas, o seu nível de evidência permanece pré-clínico, não permitindo estabelecer previsões diretas sobre o desempenho clínico, a sobrevivência dos implantes ou os resultados obtidos em doentes.

Do ponto de vista metodológico, o estudo apresenta diversos aspetos robustos. O modelo tridimensional foi desenvolvido a partir de imagens de tomografia computorizada de um doente com atrofia maxilar severa, foram comparadas quatro configurações implantares distintas e foram simulados três cenários de carga representativos de diferentes situações funcionais. Adicionalmente, os autores realizaram uma análise de convergência da malha (mesh convergence), reforçando a fiabilidade e a consistência dos resultados numéricos obtidos.

Apesar destas características, existem limitações que devem ser consideradas. Todas as simulações foram realizadas com base na anatomia de um único doente, o que limita a generalização dos resultados para outras populações. Além disso, o osso e os diferentes materiais foram considerados homogéneos, isotrópicos e linearmente elásticos, simplificando o comportamento biomecânico real dos tecidos biológicos. O modelo também não contempla fenómenos como a osteointegração, a remodelação óssea, as diferenças individuais na qualidade do osso nem os efeitos das cargas mastigatórias repetidas ao longo do tempo. Assim, os resultados devem ser interpretados como evidência biomecânica preliminar e não como demonstração da superioridade clínica de uma determinada configuração implantar.

Relativamente à transparência científica, os autores referem a aprovação pelas respetivas comissões de ética e a obtenção do consentimento informado do doente para utilização dos dados imagiológicos. Nas informações disponibilizadas não são mencionados conflitos de interesse nem relações financeiras com fabricantes de implantes dentários.

9. Pontos-chave do estudo

• Tipo de estudo: Estudo pré-clínico in silico baseado em análise tridimensional por elementos finitos (FEA).
• Nível de evidência: Estudo pré-clínico de modelação computacional.
• População analisada: Modelo anatómico personalizado de um doente com atrofia maxilar severa (Classe V de Cawood e Howell).
• Número de doentes: 1.
• Configurações implantares avaliadas: Quatro modelos virtuais combinando duas espessuras da estrutura do implante (1,0 mm e 1,5 mm) e dois diâmetros dos parafusos de fixação (1,5 mm e 2,0 mm).
• Período de acompanhamento: Não aplicável.
• Critério principal de avaliação: Influência da espessura da estrutura do implante e do diâmetro dos parafusos na distribuição das tensões mecânicas e na deformação global do sistema.
• Principal resultado: O aumento da espessura da estrutura e do diâmetro dos parafusos reduziu as tensões transmitidas ao osso e aumentou a estabilidade mecânica do sistema, embora tenha provocado uma maior concentração de tensões na estrutura implantar e na infraestrutura metálica.
• Conclusão científica: A geometria do implante, o diâmetro dos parafusos e a rigidez do CFR-PEEK influenciam significativamente o comportamento biomecânico dos implantes subperiosteais personalizados.
• Principais limitações: Modelo baseado num único doente, pressupostos simplificados relativamente às propriedades mecânicas dos materiais e ausência de validação experimental e clínica.

10. Impacto científico

Este estudo contribui para o desenvolvimento do conhecimento científico sobre implantes subperiosteais personalizados, ao analisar simultaneamente dois parâmetros de desenho que têm sido pouco estudados em conjunto: a espessura da estrutura implantar e o diâmetro dos parafusos de fixação. Os resultados demonstram que o desempenho biomecânico de um implante depende não apenas das propriedades do biomaterial utilizado, mas também da sua configuração geométrica e da forma como as cargas funcionais são distribuídas ao longo de todo o sistema implantar.

A investigação fornece igualmente novos dados sobre o potencial do CFR-PEEK reforçado com 60% de fibras de carbono como material para o fabrico de implantes subperiosteais individualizados. As simulações sugerem que este biomaterial poderá favorecer uma distribuição mais equilibrada das tensões no osso peri-implantar, mantendo simultaneamente uma elevada estabilidade estrutural. Contudo, os resultados evidenciam também que a otimização biomecânica exige uma abordagem integrada, na qual as propriedades do material e a geometria do implante sejam consideradas de forma conjunta.

Embora este trabalho não demonstre a eficácia clínica desta solução terapêutica, fornece informação quantitativa relevante para o desenvolvimento futuro de implantes personalizados concebidos através de fluxos digitais. Além disso, estabelece uma base científica sólida para estudos experimentais e ensaios clínicos prospetivos destinados a avaliar se as vantagens biomecânicas observadas nas simulações se traduzem em melhores resultados clínicos a longo prazo.

11. Conclusão editorial

Este estudo pré-clínico baseado numa análise tridimensional por elementos finitos demonstra que a espessura da estrutura do implante e o diâmetro dos parafusos de fixação constituem fatores determinantes para o comportamento biomecânico dos implantes subperiosteais personalizados em CFR-PEEK. As simulações indicam que estruturas mais espessas e parafusos de maior diâmetro aumentam a estabilidade mecânica do sistema e reduzem as tensões transmitidas ao osso, embora conduzam a uma maior concentração de esforços na própria estrutura implantar e na infraestrutura metálica. Estes resultados representam um contributo importante para a otimização do desenho de implantes personalizados em fluxos de trabalho digitais. No entanto, devido ao caráter computacional da investigação, as conclusões devem ser interpretadas com prudência e confirmadas através de estudos experimentais e clínicos antes da sua aplicação na prática clínica diária.