Cuantificación del micromovimiento en implantes dentales mediante endoscopía.

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1 Cuantificación del micromovimiento en implantes dentales mediante endoscopía. O A Decco 1, A C Cura 1 y M Formica 1 1 Laboratorio de Bioimplantes, Facultad de Ingeniería, UNER, Ruta 11 Km 10, Paraná, Entre Ríos, Argentina. Resumen. La estabilidad primaria al momento del asentamiento del implante dental, es dependiente de la calidad y cantidad del hueso local, el tipo de implante, y la técnica de colocación. Para evaluar la misma, 100 implantes de titanio Semados (Bego, Bremen, Alemania), fueron insertados en hueso bovino trabecular fresco. Los 100 implantes tenían 3.75 mm de diámetro, 50 implantes de 8.5 mm de longitud y 50 implantes de 15 mm. Se determinó el torque de inserción a intervalos de 10, 20 y 30 Ncm. Se cargaron los implantes horizontalmente con 10, 20 y 30 N. Una placa indicadora se fijó al pilar del implante permitiendo la observación del movimiento del implante relativo a la superficie ósea. Los implantes con estabilidad primaria mostraron un desplazamiento medio de 59 µm para 10N, 173 µm para 20N, y 211 µm para 30N. El desplazamiento medio para los implantes de 15 mm fue menor comparado con los implantes de 8.5 mm. Se concluye que el desplazamiento de los implantes en hueso trabecular puede detectarse y visualizarse utilizando endoscopios comercialmente disponibles con una alta magnificación. La reducción de la longitud del implante en hueso trabecular se asocia a un aumento del número de implantes con pérdida de estabilidad primaria. 1. Introducción Berglundt et al. (2003) describen la oseointegración como un proceso dinámico con una fase de establecimiento y otra de mantenimiento. Mientras que la primera involucra una continua relación entre resorción y formación ósea, en la segunda la oseointegración trata de asegurarse a través de la continua adaptación funcional [1]. La estabilidad del implante en las etapas tempranas de la curación es un factor importante para la oseointegración [2]. Según Sennerby et al. (1998) [3], la estabilidad de los implantes dentales depende del contacto directo entre el hueso circundante y la superficie del implante. Se encuentran dos diferentes estabilidades: la estabilidad primaria y secundaria. La estabilidad primaria, la cual se presenta en el momento del asentamiento del implante, es un componente mecánico dependiente de la calidad y cantidad del hueso local, el tipo de implante, y la técnica de colocación. Tabassum et al. (2010) [4], observaron que la colocación de implantes gravados en modelos de hueso sintético resultaron en una estabilidad primaria mejorada. Cavallaro et al. (2009) [5], concluyeron que, para mejorar la estabilidad primaria, es necesario realizar modificaciones al protocolo de fresado para distintas densidades óseas. La estabilidad secundaria, en cambio, se atribuye a la formación y remodelación ósea en la interfaz hueso implante. Jaffin y Berman (1991) [6], demostraron que los huesos tipo I, II y III ofrecen buena estabilidad primaria. En cambio, el tejido óseo tipo IV posee una cortical fina y una estructura trabecular medular débil de baja densidad, por lo que reportó un 35% de fallas de los implantes.

2 Se han llevado a cabo estudios en los que se observan la densidad ósea y el contacto huesoimplante luego de la aplicación de fuerzas al implante. Degidi et al. [7, 8], Romanos et al. [9] e Iezzi et al. [10], observaron implantes inmediatamente cargados los cuales fueron exitosos desde el punto de vista clínico; y basados en radiografías, mostraron que luego de la recuperación se encontró un contacto hueso implante entre 40-75%. Duyck et al. (2001) [11], demostró que cargas dinámicas excesivas causaban cráteres a los implantes oseointegrados. Szmukler-Moncler et al. (1998) [12] sugirieron un límite crítico de micromovimiento sobre el cual prevalece el encapsulamiento de tejido fibroso por sobre la oseointegración. Sin embargo, este nivel crítico no es cero micromovimiento, como se ha asumido generalmente: el rango de micromovimiento tolerado se encuentra entre 50 y 150 µm. Brunski (1993) [13] indicó que por debajo de los 100 µm de movimiento relativo entre el implante y el hueso es un estímulo funcional y no perturba la recuperación del tejido óseo. Pillar et al. [14] y Soballe et al. [15] concluyeron que 150 μm de movimiento en el implante causan la encapsulación con tejido fibroso alrededor del mismo. Varias pruebas han sido desarrolladas para medir la estabilidad y desplazamiento del implante incluyendo evaluación radiográfica [16], análisis de frecuencia de resonancia [17, 18], Periotest [19, 20] y el método de torque de inserción [21]. La evaluación radiográfica es difícil de estandarizar y no es suficiente para permitir una evaluación en un corto período [3]. Tanto el Periotest como el análisis de frecuencia de resonancia proveen una medida no directa de un implante in vivo en relación al hueso circundante. Los valores de Periotest (VPT) pueden ser afectados por la posición y longitud del implante y por la calidad del tejido óseo [22]. Los VPT medios para implantes sujetos a carga inmediata no funcional luego de 8 semanas fueron -2.4 (-4 to +1) [23]. Otro método utilizado en rutina es el de definir estabilidad primaria mediante la medición del torque de inserción al momento de la colocación del implante (Wentaschek et al. 2008) [24]. Un valor de torque de inserción >35Ncm da como resultado los implantes más exitosos [25]. Engelke et al. (2004) [26] realizó un estudio del desplazamiento de los implantes dentales durante la aplicación de cargas laterales. El desplazamiento fue medido utilizando endoscopía de contacto. La carga de diferentes tipos de hueso con fuerzas de entre 5 y 30 N produjo desplazamientos en el rango de 39.2 µm a µm. De acuerdo a Engelke et al. (2004), la endoscopía de contacto en combinación con la técnica de soporte de inmersión, podría ser una herramienta útil para la verificación de la estabilidad del implante bajo carga funcional durante la cirugía. Se observó que el hueso trabecular fue el tipo de tejido óseo más crítico para proveer estabilidad primaria. El presente estudio tiene como objetivo la inclusión del endoscopio como herramienta útil para la evaluación de la estabilidad primaria de implantes dentales. Además busca observar la influencia de las variables de torque de inserción y longitud de implante en el micromovimiento medido, que no habían sido consideradas en el estudio previo de Engelke et al. (2004). 2. Materiales y métodos El estudio fue llevado a cabo en especímenes cúbicos de hueso bovino trabecular fresco de 2 cm, clasificados como hueso tipo IV de acuerdo al criterio de Lekholm y Zarb. 100 implantes de titanio Semados (Bego, Bremen, Alemania), fueron colocados en los especímenes. Todos los implantes tenían 3.75 mm de diámetro, 50 implantes con 8.5 mm de longitud y 50 con una de 15 mm. Fueron colocados de acuerdo a las instrucciones del fabricante utilizando fresas con diámetros de 2.5 mm, 2.8 mm y 3.25 mm. La inserción de los implantes se llevó a cabo con un criquet con indicación de torque de 10, 20 y 30 Ncm, para registrar el máximo torque necesario para la colocación del implante a nivel del hueso. Los implantes fueron provistos con una placa indicadora de 4 mm x 8 mm (dental film, Kodak, Buenos Aires, Argentina). Esta se fijo al implante utilizando un pilar protésico (Bego, Bremen, Alemania). Para registrar el desplazamiento, fuerzas horizontales de 10, 20 y 30 N fueron progresivamente aplicadas al tercio superior del pilar por un lapso de 2 s, simulando una carga aplicada por un paciente. Se obtuvieron un total de 300 mediciones. Los implantes fueron clasificados como no estables una vez observado un completo aflojamiento. Un cable de tungsteno con un

3 XVIII Congreso Argentino de Bioingeniería SABI VII Jornadas de Ingeniería Clínica diámetroo de 600 μm m, fue ubicaado como reeferencia a una u distanciaa <500 μm del final de la placa indicadoora (figura 1)). El movimieento de la placa en relaciión a la referrencia fue reggistrado utiliizando un microenddoscopio 7215 BA (Karll Storz, Tuttllingen, Alem mania). Las im mágenes fueeron digitalizzadas con el softw ware Pinnaclle Systems (Avid Tecchnology, Munich, M Alem mania) y el desplazamiiento fue determinnado con un umbral daddo por el mínnimo desplaazamiento quue detecta ell endoscopio o con una precisiónn de 10 μm a 70X de maagnificación.. El desplazaamiento fue definido com mo la diferen ncia de la distanciaa entre la plaaca indicadoora y el cablle de referen ncia antes y durante la ccarga (figura 2) y fue medido con c el softwaare Image Prro Plus v.1.1 (Media Cy ybernetics Innc, Bethesda MD, USA). Figuraa 1: (1) endoscopio de coontacto; (2) campo c de vissión; (3) pilarr; (4) implantte dental; (5) cable de refferencia; (6) placca indicadoraa; (7) muestrra ósea; (8) cargga lateral a) a b) Figura 2: caable de refereencia y placaa indicadora a) antes d la aplicació de ón de la cargga, y b) durannte la aplicacción de la carga 3. Resultados 3.1. Estaabilidad prim maria y torquue de inserciión Todos loos implantes fueron coloccados con unn torque de in nserción por debajo de loos 30 Ncm (fi figura 3). En 8 ocasiones, para los im mplantes de 8.5 mm dee longitud, no fue posiible la mediición del desplazaamiento debido a un movimiento m excesivo deel implante, demostranddo éstos inssuficiente estabiliddad primaria durante la caarga luego dee la aplicació ón de 20 N (nn= 1) y 30 N (n= 7). N de implantes To orque de inserción y lon ngitud del im mplante ,5m mm 15m mm hasta 10Ncm 10 a 20Ncm m 20 a 30Ncm

4 Figura 3: Frecuencia de distribución de los implantes de acuerdo a la longitud del implante y al torque de inserción Influencia de la carga lateral sobre el desplazamiento En aquellos implantes con estabilidad primaria, se observó un desplazamiento medio de 59 µm (n= 100) después de la aplicación de 10 N. La aplicación de 20 N resultó en un desplazamiento promedio de 173 µm (n= 99) y la de 30 N dio un desplazamiento promedio de 211 µm (n= 93), observando que los incrementos de la fuerza lateral produjeron grandes desplazamientos. Comparando los implantes de 8.5 y 15 mm de longitud, el desplazamiento de los implantes de 8.5 mm fue significativamente mayor para todas las condiciones de carga (tabla 1). Los implantes de 8.5 mm mostraron un valor medio de desplazamiento por encima de los 100 µm para todas las cargas laterales. Ninguno de los valores medios de los implantes de 15 mm excedió el valor umbral de 100 µm bajo las diferentes condiciones de carga (tabla 1). Tabla 1: Valores medios y desvíos estándares del desplazamiento en implantes con estabilidad primaria. 10N 20N 30N 8.5mm 15mm Total 8.5mm 15mm Total 8.5mm 15mm Total N x [um] SD [um] Influencia del torque de inserción, la carga lateral y la longitud del implante en el micromovimiento Se observa que para los implantes de 8.5 mm de longitud, un torque menor a 30 Ncm produce movimientos mayores a 100 µm, mientras que para los implantes de 15 mm de longitud, un torque de 20 Ncm muestra valores de micromovimiento por debajo del umbral (tabla 2). Tabla 2: valores de micromovimiento medio respecto del torque de inserción y la carga lateral para las diferentes longitudes de implante. Torque de inserción [Ncm] Longitud [mm] Carga lateral [N] µm 31 µm 70 µm 15 µm 62 µm 13 µm µm 131 µm 118 µm 28 µm 65 µm 25 µm µm 113 µm 105 µm 43 µm 96 µm 46 µm 4. Discusión Según Schliephake (2009) [27] se considera como valor umbral, para indicar estabilidad primaria en los implantes con carga inmediata, un torque de inserción de aproximadamente 30 Ncm. Ottoni et al. (2005) [28] encontraron que un torque superior a los 32 Ncm era necesario para obtener la futura oseointegración de los implantes cargados luego de un periodo de 24 hs. Degidi et al. (2006) [29], Testori et al. (2007) [30], Neugebauer et al. (2006) [25] consiguieron tasas de éxitos por encima del 97% con torques de inserción superiores a 25 Ncm, los cuales fueron aplicados con diferentes protocolos de carga. Schincaglia et al. (2007) [31] concluyó que la carga inmediata de implantes en

5 mandíbula con prótesis fijas puede ser considerada una opción de tratamiento, si los implantes son insertados con un torque mayor a 20 Ncm dentro de hueso no aumentado. Wentaschek et al. (2008) [24] reportó torques de inserción promedio de 37.5 Ncm para mandíbula. Nuestro estudio muestra que bajo las situaciones experimentales de torques menores a 30Ncm, se produjeron la mayoría de las colocaciones de los implantes en el hueso bovino trabecular, y por lo tanto, este tipo de hueso debería ser considerado fundamentalmente crítico cuando es planeada la carga inmediata de los implantes. Además, de los resultados se observa que un torque menor a 20 Ncm produce micromovimientos mayores a 100 µm para ambas longitudes de implantes. Esto está de acuerdo con Wentaschek et al. (2008) quien concluyó que un torque de inserción menor o igual a 11 Ncm es un factor de riesgo significativamente alto cuando los implantes son colocados para una rehabilitación prostética, inclusive bajo condiciones libres de cargas. En el presente estudio, 8 implantes de 8.5 mm de longitud mostraron ausencia de estabilidad primaria cuando fueron cargados con 20 y 30 N. Los implantes de 15 mm de longitud, no mostraron falta de estabilidad primaria en ninguno de los casos. Además, fue posible observar grandes aumentos en los desplazamientos de los implantes cuando se incrementaban las fuerzas laterales. Estos resultados son consistentes con los observados por Engelke et al. (2004) [26], quienes encontraron variación de los desplazamientos con las fuerzas aplicadas. Una fuerza lateral de 5 N dio como resultado un desplazamiento promedio de 39 µm y para 30 N, el desplazamiento medio fue de 157 µm. Según Brunski (1993) [13] los desplazamientos por encima a 100 µm deben evitarse, ya que éstos interfieren con los procesos de remodelación de la interfaz observada durante la oseointegración. La posibilidad de realizar medidas directas del micromovimiento, puede ayudar en la aplicación de recomendaciones basadas en la fisiología ósea, para evitar fallas resultantes por desconocimiento o no detección de los parámetros de la estabilidad primaria. La determinación certera, desde el punto de vista clínico, de las fuerzas que actúan sobre un implante recientemente insertado, es muy difícil de realizar. Gerlach y Schwarz (2002) [32], Haraldson y Carlsson (1977) [33] consideraron fuerzas que van desde 25 N a 50 N aplicadas durante la ingesta diaria de los alimentos, mientras que Wang y Stohler (1990) [34] determinaron que la fuerzas de masticación características de varias consistencias de comida, tenían valores entre 52 N y 104 N. Asumiendo solo las fuerzas de masticación de comidas blandas cercanas a los 30 N, un desplazamiento medio de 396 µm fue medido en nuestro estudio en hueso trabecular con implantes de 8.5 mm de longitud. Por lo tanto, implantes de 8.5 mm en hueso trabecular en condición de carga no proveen suficiente estabilidad primaria y producen micromovimientos que pueden dañar el tejido circundante en las etapas tempranas de la curación. Kato (1989) [35] reportó que las fuerzas de la superficie labial de un incisivo central superior fueron de 1.5 N durante el reposo, 10.9 N durante la deglución, y 5.0 N durante el habla. Horn et al. (1995) [36] observó promedios de presiones labiales de hasta 9.5 N. Consecuentemente, condiciones de carga de 10 N son representativas de la magnitud de las fuerzas actuantes de los tejido blandos sobre los pilares de los implantes. Desde nuestro estudio, la conclusión que se puede alcanzar, es que las fuerzas de los tejidos blandos no conllevan a desplazamientos críticos en la mayoría de los implantes situados en hueso trabecular; en particular, cuando implantes largos son empleados. 5. Conclusiones El endoscopio de alta magnificación es una herramienta válida para la cuantificación del desplazamiento de los implantes en hueso trabecular. Fuerzas laterales de 20 N implican desplazamientos promedios mayores a 100 µm y por consiguiente representan desplazamientos críticos. Reducir la longitud de los implantes en hueso trabecular está directamente relacionado con un incremento en el número de implantes que presentan ausencia de estabilidad primaria. Las magnitudes de los micromovimientos presentes en implantes de 8.5 mm de longitud inmediatamente cargados, producirían el fracaso de la oseointegración.

6 6. Referencias [1] Berglundh T, Abrahamsson I, Lang N P y Lindhe J. Denovo alveolar bone formation adjacent to endosseous implants Clin Oral Implants Res [2] Seong W-J, Holte J, Holtan J, Olin P, Hodges J y Ko C-C. Initial stability measurement of dental implants placed in different anatomical regions of fresh human cadaver jawbone J Prosthet Dent [3] Sennerby L y Meredith N. Resonance frequency analysis: Measuring implant stability and osseointegration Compend Contin Educ Dent [4] Tabassum A, Meijer G J, Wolke J G y Jansen J A. Influence of surgical technique and surface roughness on the primary stability of an implant in artificial bone with different cortical thickness: a laboratory study Clin Oral Implants Res [5] Cavallaro J Jr, Greenstein G y Greenstein B. Clinical methodologies for achieving primary dental implant stability: the effects of alveolar bone density J Am Dent Assoc [6] Jaffin R A y Berman C L. The excessive loss of Branemark fixtures in type IV bone: a 5-year analysis J Periodontol [7] Degidi M, Scarano A, Piattelli M y Piatelli A. Histologic evaluation of an immediately loaded titanium implant retrieved from a human after 6 months in function J Oral Implantol [8] Degidi M, Scarano A, Iezzi G y Piattelli A. Histologic analysis of an immediately loaded implant retrieved after 2 months J Oral Implantol [9] Romanos G E, Testori T, Degidi M y Piatelli A. Histologic and histomorphometric findings from retrived, immediately occlusally loaded implants in humans J Periodontol [10] Iezzi G, Pecora G, Scarano A, Perrotti V y Piatelli A. Histologic evaluation of 3 retrieved immediately loaded implants after a 4-month period Implant Dentistry [11] Duyck J, Ronold H J, Van Oosterwyck H, Naert I, Vander Sloten J y Ellingsen J E. The influence of static and dynamic loading on marginal bone reactions around osseointegrated implants: an animal experimental study Clin Oral Implants Res [12] Szmukler-Moncler S, Salama H, Reingewirtz Y y Dubruille J H. Timing of loading and effect of micromotion on bone-dental implant interface: review of experimental literature J Biomed Mater Res [13] Brunski J B. Avoid pitfalls of overloading and micromotion of intraosseous implants Dent Implantol Update [14] Pilliar R M, Lee J M y Maniatopoulos C. Observations of the effect of movement on bone ingrowth into porous-surfaced implants Clin Orthop Relat Res [15] Søballe K, Brockstedt-Rasmussen H, Hansen E S y Bünger C. Hydroxyapatite coating modifies implant membrane formation. Controlled micromotion studied in dogs Acta Orthop Scand [16] Cha J Y, Kil J K, Yoon T M y Hwang C J. Miniscrew stability evaluated with computerized tomography scanning J Orthod Dentofacial Orthop [17] Su Y Y, Wilmes B, Hönscheid R y Drescher D. Application of a wireless resonance frequency transducer to assess primary stability of orthodontic mini-implants: an in vitro study in pig ilia Int J Oral Maxillofac Implants [18] Kahraman S, Bal B T, Asar N V, Turkyilmaz I y Tözü, T. Clinical study on the insertion torque and wireless resonance frequency analysis in the assessment of torque capacity and stability of self-tapping dental implants J Oral Rehabil [19] Inaba M. Evaluation of primary stability of inclined orthodontic mini-implants J Oral Sci

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