Estudio de predicción de vida a fatiga de implantes dentales de titanio y de sus principales tipos de conexiones implantoprotésicas

Resumen

En la actualidad, el odontoestomatólogo clínico tiene a su disposición más de cien tipos de diseño de implantes, los cuales presentan diversas combinaciones en lo relativo a su longitud, morfología, anchura del cuerpo, anchura de la plataforma, conexión, superficie, entre otros (Binon 2000). Los principales tipos de conexiones entre implantes y prótesis son las siguientes: Conexión externa hexagonal tipo branemark (universal o compatible) A pesar de la alta tasa de éxito de los tratamientos con conexión hexagonal externa, la dificultad más común de este tipo de conexión es la pérdida del tornillo cuando se emplean para reemplazar un único diente (Shafie 2014) puesto que el tornillo es laparte más débil entre el implante, la conexión del pilar y el hueso. Además, el desajusterotacional y un “incorrecto asentamiento” contribuyen a la pérdida del tornillo debido a la aparición de micro-movimientos durante la carga del implante. Conexión interna La aparición de las conexiones internas se debió al interés por tratar de reducir los inconvenientes estéticos y de filtración microbiana de la conexión externa, a la par que mejorar el comportamiento del implante y del hueso peiimplatario frente a las fuerzas masticatorias (Finger et al. 2003). A diferencia de la conexión hexagonal externa, el punto más débil en implantes con conexión interna resulta ser el hueso puesto que la distribución de las cargas se dirige hacia el hueso lo que contribuye a una menor pérdida del tornillo. La reducción del movimiento rotacional entre el implante y el pilar también contribuye a reducir dicha pérdida, llegando algunas conexiones internas a eliminar por completo el movimiento rotacional empleando para ello un diseño de fricción. Conexiones de cono morse Se trata de un tipo de conexión interna cuya principal ventaja radica en que el implante y el pilar encajan perfectamente en cualquier lugar de los 360º y que se fundamenta en el hecho de que cualquier superficie metálica cónica acoplada a otra bajo un ángulo menor de 8º crea un ajuste por fricción que cierra mecánicamente (Meng et al. 2007). Con este sistema cónico todas las partes que integran el conjunto implantoprótesis se comportan como un todo único, se distribuyen adecuadamente las fuerzas, se garantiza la estabilidad de la prótesis y se protegen las zonas de mayor sufrimiento mecánico tal y como la región crestal del implante (Mert et al. 2000). Concepto general de fatiga Se conoce como fatiga de los materiales al fenómeno por el cual el comportamiento de los materiales varía cuando están sometidos a cargas cíclicas a cuando las cargas actuantes son estáticas. Es decir, es un proceso de acumulación de daño, agrietamiento y fractura de un cuerpo sometido a cargas fluctuantes variables o cíclicas (González Velázquez 2004). Tal y como se ha definido en el apartado anterior, la fatiga aparece cuando intervienen cargas cíclicas que modifican el comportamiento esperado del material haciendo que su vida útil se vea reducida. Los implantes dentales están sometidos a un sinfín de ciclos de cargas a lo largo del periodo en el que se encuentran colocados en la boca debido, principalmente, a las cargas que se producen durante la masticación (Ayllón et al. 2014). Esta situación de cargas cíclicas provoca que el fenómeno de la fatiga en implantes dentales sea un área de interés para las casas comerciales fabricantes puesto que, aunque la tasa de éxito sea muy elevada, algunos implantes pueden llegar a fracasar por rotura y/o fatiga. Para evaluar la idoneidad de los diferentes diseños de implantes y componentes se realizan test de fatiga definidos por la norma ISO 14801 (ISO14801 2007). Esta norma, titulada “Ensayo de fatiga para implantes dentales endoóseos”, especifica cómo se deben ensayar los implantes endoóseos de manera individual. Los objetivos generales de este trabajo de investigación son: - Analizar la máxima carga soportada por el conjunto implante – pilar protésico en implantes de conexión externa, interna hexagonal y cono morse. - Evaluar el comportamiento a fatiga del conjunto implante – pilar protésico en implantes de conexión externa, interna hexagonal y cono morse, bajo solicitaciones cíclicas determinadas. Los objetivos específicos son los siguientes: - Validar los resultados mecánicos mediante el Método de los Elementos Finitos. - Analizar la probabilidad de fallo de los implantes de conexión externa, como modelo básico de estudio, para un número de ciclos determinado. Material y métodos Los implantes analizados a lo largo de la presente Tesis Doctoral corresponden a implantes disponibles en el mercado, como son los comercializados por Proclinic® S.A. (Madrid, España), fabricados por Avenir SL en Rimini (Italia) y los comercializados por Implacil De Bortoli® (São Paulo, Brasil). Los diez implantes de Proclinic empleados para la realización de los ensayos mecánicos fueron divididos de manera aleatoria en dos grupos: cinco de ellos se emplearon para llevar a cabo los ensayos de compresión y obtención de la carga máxima de fractura y los otros cinco, para la realización del ensayo dinámico. Los implantes de la casa comercial Implacil De Bortoli® se emplearon para la obtención y comparación del comportamiento de ambas conexiones ante un ensayo de compresión. Se emplearon 5 implantes de cada tipo para realizar cada uno de los estudios descritos a continuación, ajustándose este valor a otros ensayos y cumpliendo los requisitos estadísticos. Ensayos de compresión De acuerdo con el diseño del estudio, en todos los implantes se aplicaron cargas de compresión hasta su fractura empleando para ello la máquina universal modelo AME-5kN (Técnica Industrial Oswaldo Filizola Ltda, Guarulhos, Brasil). Los ensayos fueron realizados en los laboratorios de biomecánica de Biotecnos, aplicando la carga a una velocidad de 1mm/min. Ensayos de fatiga Para la realización del ensayo de fatiga, se aplicaron 360.000 ciclos con una carga axial de 150 ± 10N con una frecuencia de 4Hz, tal y como se describe en diferentes estudios (Gehrke & De Carvalho Serra 2015; Gehrke, Poncio da Silva, et al. 2016). Estudio de elementos finitos Fueron realizados mediante el software comercial ANSYS® Workbench (Canonsburg, PA, Estados Unidos). Resultados Una vez realizados los ensayos in vitro se observó que la fractura en todos los implantes aparecía en la primera rosa. Esto se comprobó de manera numérica puesto que la aparición de las tensiones máximas (zona que más “sufre” del material) se produce en la zona de inserción del implante en el hueso y que se corresponde con la primera rosca. Por otro lado, los implantes de conexión externa también se estudiaron a fatiga. Para el ensayo experimental a fatiga se aplicaron 360.000 ciclos con una carga media de 150N sin aparecer ningún tipo de grieta ni fractura. Estos resultados experimentales se verifican numéricamente mediante la simulación de las mismas condiciones esperando obtener valores de tensiones que no superen los límites del material. Los resultados obtenidos tras el análisis por elementos finitos muestran que, aplicando una carga media de 150N, se espera que la vida mínima sea de 530.122 ciclos sin que aparezcan tensiones superiores a los límites que el titanio es capaz de soportar. Una vez caracterizado el comportamiento a fatiga del implante Proclinic® de 3.5mm de diámetro y 10mm de longitud mediante los ensayos mecánicos y los diferentes estudios de elementos finitos, se va a proceder a completar la caracterización y el comportamiento biomecánico del conjunto mediante el uso del método de fatiga probabilista descrito por Prados-Privado y coautores en (M. Prados-Privado et al. 2016). Con este modelo de fatiga probabilista se obtuvo una media superior a la obtenida en el estudio numérico, pero siempre en concordancia con los datos proporcionados por el resto de ensayos. Referencias Binon, P., 2000. Implants and components entering the new millennium. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, 15, pp.76–94. Shafie, H.R., 2014. Clinical and laboratory manual of dental implant abutments, Wiley- Blackwell. Finger, I. et al., 2003. The evolution of external and internal implant/abutment connections. Practical Procedures and Aesthetic Dentistry, 15, pp.625–632. Meng, J.C. et al., 2007. Influence of connection geometry on dynamic micromotion at the implant-abutment interface. The International journal of prosthodontics, 20(6), pp.623–625. Mert, B., Hunenbart, S. & Belser, U., 2000. Mechanics of the implant abutment connection: an 8-Degree taper compared to a Butt join Connection. International Journal of Oral & Maxillofacial Implants, 15, pp.519–526. González Velázquez, J., 2004. Mecánica de Fractura 2a edición., Editorial Limusa SA. Ayllón, J.M. et al., 2014. Fatigue life estimation in dental implants. Engineering Fracture Mechanics, 123, pp.34–43.