Evaluarea biomecanică a materialelor utilizate pentru infrastructurile protetice în implanturile subperiostale: o analiză prin metoda elementelor finite

Büşranur Demir, Ipek Caglar

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

Evaluarea biomecanică a materialelor utilizate pentru infrastructurile protetice în implanturile subperiostale: o analiză prin metoda elementelor finite

1. Referință științifică

• Titlul studiului: Biomechanical Evaluation of Prosthetic Framework Materials in Subperiosteal Implants: A Finite Element Analysis
• Autori: Büşranur Demir, Ipek Caglar
• Revistă: BMC Oral Health
• Anul publicării: 2025
• DOI: 10.1186/s12903-025-07391-3

2. Context științific

Reabilitarea implantară a pacienților cu atrofie severă a maxilarului reprezintă una dintre cele mai dificile provocări din implantologia orală modernă. Atunci când volumul osos disponibil nu permite inserarea implanturilor endoosoase convenționale, sunt necesare frecvent proceduri complexe de augmentare osoasă. Aceste intervenții cresc invazivitatea tratamentului, prelungesc durata terapiei și sunt asociate cu o morbiditate mai mare. Dezvoltarea planificării digitale, a tehnologiilor CAD/CAM și a fabricației aditive a determinat reapariția interesului pentru implanturile subperiostale personalizate, considerate o alternativă terapeutică pentru pacienții cu atrofie maxilară avansată.

Deși biomecanica implanturilor endoosoase convenționale a fost studiată pe larg, informațiile privind comportamentul mecanic al implanturilor subperiostale moderne sunt încă limitate. În special, există puține date referitoare la influența materialului infrastructurii protetice asupra distribuirii solicitărilor mecanice în ansamblul implant–proteză. În acest context, studiul își propune să evalueze comportamentul biomecanic al diferitelor materiale utilizate pentru infrastructurile protetice în reabilitările fixe totale susținute de implanturi subperiostale.

3. Obiectivul studiului

Scopul studiului a fost evaluarea influenței diferitelor materiale utilizate pentru infrastructura protetică, caracterizate prin module de elasticitate diferite, asupra comportamentului biomecanic al unei reabilitări fixe totale susținute de implanturi subperiostale personalizate. Prin intermediul unei analize cu elemente finite, autorii au comparat distribuția tensiunilor în osul cortical, osul trabecular, corpul implantului, șuruburile de fixare, șuruburile protetice și infrastructura protetică.

4. Metodologie

Studiul a fost realizat utilizând o analiză tridimensională prin metoda elementelor finite (Finite Element Analysis – FEA). Modelul digital a fost construit pe baza unei investigații CBCT efectuate la un pacient complet edentat la nivelul maxilarului. Pornind de la această reconstrucție anatomică, cercetătorii au proiectat un implant subperiostal personalizat, alcătuit din două componente, destinat susținerii unei proteze fixe totale înșurubate. Utilizarea imaginilor radiologice a fost aprobată de comisia de etică competentă.

Au fost comparate patru materiale pentru infrastructura protetică: aliaj cobalt-crom (CoCr), titan (Ti), zirconiu (Zr) și polieter-eter-cetonă (PEEK). Pe baza acestora au fost analizate cinci configurații restauratoare: CoCr cu ceramică, zirconiu cu ceramică, titan cu ceramică, titan cu rășină acrilică și PEEK cu material compozit.

Pentru simularea forțelor masticatorii fiziologice au fost aplicate simultan o încărcare verticală de 100 N în regiunea anterioară și încărcări verticale de 150 N, respectiv oblice de 100 N la un unghi de 30°, în regiunile posterioare. Pentru osul cortical și trabecular au fost calculate tensiunile principale maxime, iar pentru implant, infrastructura protetică și șuruburi au fost determinate tensiunile echivalente Von Mises. Fiind vorba despre un studiu bazat exclusiv pe simulare computerizată, nu a existat o perioadă de urmărire clinică.

5. Rezultatele principale

Simulările numerice au demonstrat că materialul utilizat pentru infrastructura protetică influențează semnificativ distribuția solicitărilor mecanice în întregul ansamblu implant–proteză. Dintre toate configurațiile analizate, combinația PEEK cu material compozit a generat cele mai ridicate valori ale tensiunilor atât în osul cortical și trabecular, cât și la nivelul corpului implantului, al șuruburilor de fixare și al șuruburilor protetice. În schimb, infrastructura realizată din aliaj cobalt-crom acoperită cu ceramică a prezentat în mod constant cele mai reduse niveluri de solicitare în majoritatea structurilor evaluate.

Comparativ cu infrastructura din cobalt-crom, configurația PEEK–compozit a determinat aproximativ 14% mai multe tensiuni în osul cortical, 22% mai multe tensiuni în osul trabecular și aproape 96% mai multe tensiuni la nivelul șuruburilor protetice. În schimb, cele două variante bazate pe titan — una acoperită cu ceramică și cealaltă cu rășină acrilică — au prezentat modele de distribuție a tensiunilor aproape identice. Acest rezultat sugerează că proprietățile biomecanice ale întregii restaurări sunt influențate în principal de materialul infrastructurii și într-o măsură mult mai mică de materialul de acoperire.

Șuruburile protetice au reprezentat componenta supusă celor mai mari solicitări mecanice, atingând o valoare maximă a tensiunii Von Mises de 233,05 MPa, în timp ce șuruburile de fixare au înregistrat o valoare maximă de 71,45 MPa. Cele mai importante concentrări de tensiuni au fost observate în jurul bonturilor protetice, al conexiunilor înșurubate și al zonelor de sprijin situate în regiunea caninilor și a osului zigomatic. În toate configurațiile analizate, valorile tensiunilor calculate pentru osul cortical și trabecular au rămas sub pragurile biologice considerate acceptabile de autori.

6. Analiză clinică

Acest studiu furnizează informații biomecanice relevante într-un domeniu al implantologiei care rămâne insuficient documentat. Rezultatele arată că utilizarea unor materiale cu elasticitate mai mare nu conduce automat la o distribuție mai favorabilă a forțelor masticatorii. Dimpotrivă, infrastructura realizată din PEEK, material caracterizat printr-un modul de elasticitate redus, a generat cele mai ridicate concentrații de tensiuni atât în țesutul osos, cât și în componentele implantare și, în special, în șuruburile protetice. Acest lucru sugerează că o rigiditate mai scăzută a infrastructurii nu garantează o biomecanică mai avantajoasă a restaurării.

În schimb, aliajul cobalt-crom a asigurat cea mai favorabilă distribuție a solicitărilor mecanice în întregul ansamblu implant–proteză. Deși infrastructura însăși a fost supusă unor tensiuni interne mai mari decât materialele mai flexibile, rigiditatea crescută a permis o repartizare mai uniformă a forțelor ocluzale, limitând astfel concentrarea solicitărilor la nivelul osului și al componentelor implantare. Aceste rezultate evidențiază importanța modulului de elasticitate al materialului infrastructurii în proiectarea biomecanică a reabilitărilor fixe totale susținute de implanturi subperiostale.

Un alt rezultat cu relevanță clinică este faptul că șuruburile protetice au reprezentat componenta cea mai solicitată mecanic în toate modelele analizate. Această observație sugerează că sistemele de înșurubare constituie punctul critic al acestor restaurări și că rezistența lor trebuie luată în considerare încă din etapa de proiectare digitală. Alegerea materialului infrastructurii trebuie, prin urmare, completată de o atenție deosebită acordată designului și fiabilității conexiunilor protetice.

De asemenea, studiul arată că cele două configurații bazate pe titan — una cu ceramică și cealaltă cu rășină acrilică — au avut un comportament biomecanic aproape identic. Această observație indică faptul că, în restaurările protetice multistratificate, materialul infrastructurii influențează distribuția tensiunilor într-o măsură mult mai mare decât materialul de acoperire.

Totuși, interpretarea acestor rezultate trebuie realizată în contextul unui studiu bazat exclusiv pe simulare numerică. Analiza prin metoda elementelor finite permite compararea foarte precisă a diferitelor configurații în condiții controlate, însă nu poate reproduce procese biologice precum vindecarea, remodelarea osoasă, variabilitatea individuală a pacienților sau comportamentul clinic pe termen lung. Din acest motiv, concluziile reprezintă o bază biomecanică valoroasă, care necesită validare prin studii clinice prospective.

7. Aplicații clinice

Rezultatele acestui studiu pot contribui la optimizarea planificării digitale a reabilitărilor fixe totale susținute de implanturi subperiostale personalizate, în special la pacienții cu atrofie severă a maxilarului, pentru care implanturile endoosoase convenționale sau procedurile extensive de augmentare osoasă nu reprezintă o opțiune predictibilă. Studiul demonstrează că alegerea materialului infrastructurii protetice trebuie considerată un element esențial al proiectării biomecanice și nu doar o decizie estetică sau tehnologică.

Rezultatele evidențiază, de asemenea, importanța conexiunilor înșurubate. Deoarece șuruburile protetice au fost componentele cele mai solicitate în toate configurațiile analizate, rezistența lor mecanică trebuie evaluată cu atenție în cadrul fluxurilor digitale CAD/CAM utilizate pentru realizarea restaurărilor implantare. Având în vedere că toate concluziile provin din simulări numerice, aceste aplicații trebuie interpretate ca orientări biomecanice și nu ca recomandări clinice definitive.

8. Nivelul dovezilor, limitări și transparență

Această publicație reprezintă un studiu preclinic bazat pe analiza prin metoda elementelor finite (Finite Element Analysis – FEA). Acest tip de cercetare este recunoscut pe scară largă pentru evaluarea și compararea comportamentului biomecanic al diferitelor configurații implant–proteză în condiții standardizate de încărcare. Cu toate acestea, rezultatele obținute au un caracter teoretic și nu permit extrapolarea directă către performanța clinică pe termen lung, supraviețuirea implanturilor sau incidența complicațiilor biologice și protetice.

Autorii evidențiază mai multe limitări inerente modelului numeric utilizat. Țesutul osos a fost considerat omogen, izotrop și liniar elastic, ceea ce reprezintă o simplificare a proprietăților biomecanice reale ale osului uman. Țesuturile moi periimplantare nu au fost incluse în simulare, deoarece obiectivul principal al studiului a fost analiza distribuției tensiunilor în os și în componentele implantului. În plus, geometria filetelor șuruburilor a fost simplificată pentru a reduce complexitatea modelului computațional. Modelul nu a permis simularea proceselor biologice precum vindecarea, remodelarea osoasă, fibrointegrarea, îmbătrânirea materialelor sau modificările funcționale care apar în timp. Din aceste motive, autorii subliniază că sunt necesare studii clinice prospective pentru validarea rezultatelor biomecanice obținute.

Pe baza informațiilor disponibile în articol, nu sunt raportate conflicte de interese specifice și nici relații financiare cu producători de implanturi sau materiale protetice. De asemenea, fragmentele disponibile nu indică faptul că finanțarea din industrie ar fi influențat proiectarea studiului sau interpretarea rezultatelor.

9. Punctele-cheie ale studiului

• Tipul studiului: analiză tridimensională prin metoda elementelor finite (FEA), cu caracter preclinic.
• Nivelul dovezilor: studiu experimental biomecanic preclinic.
• Model experimental: reconstrucție digitală tridimensională a unui maxilar complet edentat, realizată pe baza unei investigații CBCT.
• Numărul pacienților: un singur set de date CBCT utilizat pentru modelarea digitală.
• Sistem implantar: implant subperiostal personalizat, alcătuit din două componente.
• Perioada de urmărire: nu se aplică.
• Obiectiv principal: evaluarea distribuției tensiunilor în osul cortical și trabecular, corpul implantului, infrastructura protetică, șuruburile de fixare și șuruburile protetice.
• Materiale comparate: aliaj cobalt-crom, titan, zirconiu și PEEK, asociate cu diferite materiale de acoperire.
• Rezultatul principal: configurația PEEK–compozit a generat cele mai mari solicitări mecanice, în timp ce infrastructura din cobalt-crom a prezentat cea mai favorabilă distribuție a tensiunilor.
• Concluzia științifică: materialul infrastructurii protetice influențează în mod semnificativ comportamentul biomecanic al restaurărilor susținute de implanturi subperiostale, iar șuruburile protetice reprezintă componenta cea mai solicitată mecanic.
• Principala limitare: rezultatele provin exclusiv din simulări numerice și necesită confirmare prin studii clinice prospective.

10. Impactul științific

Acest studiu aduce o contribuție importantă la înțelegerea biomecanicii implanturilor subperiostale personalizate, un domeniu al implantologiei care a cunoscut un interes reînnoit datorită progreselor în planificarea digitală și tehnologiile CAD/CAM. În timp ce implanturile endoosoase convenționale au fost investigate extensiv din punct de vedere biomecanic, datele referitoare la implanturile subperiostale moderne rămân limitate. Compararea directă a mai multor materiale pentru infrastructura protetică în cadrul aceluiași model anatomic oferă informații valoroase privind influența modulului de elasticitate asupra transmiterii forțelor masticatorii în reabilitările fixe totale.

O altă contribuție semnificativă a studiului constă în abordarea integrată a întregului ansamblu implant–proteză. Autorii nu au analizat doar implantul propriu-zis, ci și infrastructura protetică, șuruburile de fixare și conexiunile protetice. Identificarea șuruburilor protetice drept componentele cele mai solicitate mecanic deschide noi direcții de cercetare privind optimizarea conexiunilor mecanice și a designului CAD/CAM al restaurărilor fixe totale susținute de implanturi subperiostale.

Deși studiul nu demonstrează superioritatea clinică a unui anumit material, acesta oferă o bază biomecanică solidă pentru viitoare cercetări experimentale și studii clinice prospective destinate evaluării performanței pe termen lung a implanturilor subperiostale personalizate.

11. Concluzie editorială

Analiza prin metoda elementelor finite demonstrează că materialul utilizat pentru infrastructura protetică influențează decisiv comportamentul biomecanic al reabilitărilor fixe totale susținute de implanturi subperiostale personalizate. Dintre configurațiile analizate, infrastructura realizată din aliaj cobalt-crom a prezentat cea mai favorabilă distribuție a tensiunilor, în timp ce combinația PEEK–compozit a generat cele mai ridicate concentrații de solicitări la nivelul osului, implantului și, în special, al șuruburilor protetice. Aceste rezultate contribuie la aprofundarea cunoștințelor privind biomecanica implanturilor subperiostale moderne proiectate digital. Totuși, având în vedere caracterul preclinic al studiului, concluziile trebuie considerate dovezi experimentale. Studii clinice prospective și evaluări pe termen lung sunt necesare pentru a determina dacă diferențele biomecanice observate se traduc în beneficii clinice reale.