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Impianti dentali

di Enrico Gherlone, Luigi Paracchini, Leonardo Targetti, Alberto Mascardi, Emilio Balbo, Roberto Grassi.

Aspetti biomeccanici

I modelli solidi tridimensionali di cinque importanti impianti dentali sono stati ricreati al calcolatore mediante SolidWorks 2000 (SolidWorks Corporation) operante in ambiente WINDOWS™.

Le sezioni e le curve caratteristiche d'ogni singolo impianto, sono state ricavate dalle dimensioni reali della fixture attraverso l'uso di un proiettore di profilo Zeiss. I cinque impianti ricreati virtualmente al calcolatore sono stati rappresentati in figura 9.

Anche la mandibola, oggetto dello studio, è stata ricreata al calcolatore mediante lo stesso software impiegato per la realizzazione virtuale delle cinque fixture. Dall'intera geometria tridimensionale è stata estratta, attraverso tagli su due piani, una fetta contenente sia impianto, sia l'osso, così come mostrato in figura 10. La particolarità di tale modello è stata quella di considerare l'osso circondante di 1 classe, cioè osso compatto e omogeneo, così come riportato dalla classificazione di Lekholm e Zarb. Ottenuto, per ogni configurazione il modello solido tridimensionale, mediante un secondo software, Femap 7.01 (Enterprise Software Products, Inc.) operante in ambiente WINDOWS™, si è potuto discretizzarlo in singoli elementi finiti (operazione di mesh). La mesh è stata ricreata impiegando i seguenti parametri: per l'osso corticale e compatto della mandibola, modulo di elasticità normale "E" pari a 15000 N/mm2 (MPa) e coefficiente di Poisson "n" pari a 0.3; per il titanio, materiale costituenti gli impianti, modulo di elasticità normale "E" pari a 110000 N/mm2 (MPa) e coefficiente di Poisson "n" pari a 0.33.

Scelte le caratteristiche dei materiali in gioco passo successivo molto importante è stato quello di valutare il tipo d'elemento per la mesh. Su ogni singolo modello, ed è stata creata una discretizzazione in elementi finiti tetraedrici a quattro nodi (figura 10) caratterizzata da circa 60000 elementi e 80000 nodi, parametri che hanno potuto garantire un'ottima rifinitura del modello e un'elevata convergenza dei risultati. Ottenuta la discretizzazione in elementi finiti dei cinque insiemi solidi (osso più impianto), al modello sono stati applicati i vincoli, che sono serviti a evitare le traslazioni e le rotazioni rispetto all'asse X, Y e Z, e un carico verticale pari a 200 N, che ha riprodotto una forza masticatoria media. Il modello completo di mesh, dei vincoli e del carico statico è stato risolto con il solutore CDASprint 5.0 (CDA Group, Inc.), operante in ambiente WINDOWS™ e successivamente post-processato mediante FEMAP 7.01. La soluzione del modello ad elementi finiti ha portato alla determinazione dello stato di sforzo all'interfaccia osso-impianto e in cresta mandibolare, secondo la teoria di von Mises. I risultati ottenuti al termine della simulazione al calcolatore sono stati rappresentati nelle figure 11 e 12. Lo stato di sforzo è stato rappresentato sfruttando una colorazione che, partendo dal marrone indice di uno sforzo nullo (0 N/mm2), arriva fino al rosso, colore caratteristico del massimo dello sforzo (15 N/mm2). La figura 11 riproduce lo stato di deformazione sulla fetta osso e impianto, in una rappresentazione tridimensionale, mentre la figura 12 riproduce i risultati in due piani, quello XY e quello YZ. I primi risultati dello studio al calcolatore mostrano come le sistematiche (Sterioss, Nobel Biocare, Lifecore e Frialit) che prevedono l'inserzione della fixture a filo della cresta mandibolare trasmettano uno stato di sollecitazione più alto rispetto al caso dell'inserimento dell'impianto 3 mm sotto cresta mandibolare com'è per l'impianto Bicon.

Per i quattro impianti inseriti in cresta s'induce, sotto l'azione del carico statico, uno stress nell'osso che si distribuisce in modo uniforme lungo tutto l'impianto. In particolare, per le sistematiche Sterioss e Nobel Biocare lo sforzo si concentrerebbe alle due estremità dell'impianto, lasciando l'osso mandibolare privo di sollecitazione nella parte centrale.

Per quanto riguarda l'impianto Bicon lo stato di sforzo si concentrerebbe in una porzione interna all'osso mandibolare e per la precisione nella parte coronale dell'impianto posta secondo la tecnica d'inserzione a 3 mm dalla superficie ossea, mentre nella zona bassa dell'impianto e in cresta mandibolare lo stato di sforzo sull'osso appare nullo. L'analisi condotta nel piano YZ non fa altro che confermare quanto già esposto per i risultati ricavati nel piano XY.

I 4 impianti inseriti in cresta produrrebbero uno stato di sforzo che sembrerebbe propagarsi dalla superficie dell'osso mandibolare per tutto il corpo implantare, mentre per l'impianto sottocrestale lo sforzo si concentrerebbe a una profondità di 3 mm dalla cresta mandibolare e solo nella sua zona coronale. Ultimo aspetto, ma non meno importante, che può essere ricavato dall'analisi dei risultati raccolti in figura 12, è la sollecitazione che il carico statico produce all'interno dell'impianto. Gli impianti Sterioss e Lifecore mostrerebbero zone ad elevati stress, concentrati soprattutto nella parte alta del filetto esterno e interno, mentre per gli impianti Nobel Biocare e Frialit gli stress sembrerebbero limitati a piccole zone poste alle estremità dell'impianto. Per quanto riguarda l'impianto Bicon, lo stress massimo si manifesta nella parte coronale, circoscritto nella zona di inserimento del moncone.

Il metodo agli elementi finiti è certamente un valido mezzo per predire un eventuale fallimento protesico, causato da una cattiva distribuzione dei carichi tra la geometria dell'impianto e dell'osso. Gli stress calcolati all'interfaccia osso-impianto, secondo la teoria di von Mises, indicano come le strutture implantari poste in cresta mandibolare possano indurre nell'osso elevati stress, rispetto, per esempio, a quegli impianti, nel caso specifico Bicon, inseriti sotto la cresta mandibolare.

Nel gruppo degli impianti inseriti in cresta ce ne sono alcuni che meglio distribuiscono le sollecitazioni nell'osso rispetto ad altri.

Quest'aspetto potrebbe portare a un riassorbimento osseo limitato a piccole zone, rispetto a un possibile esaurimento di matrice biologica lungo tutto l'impianto.

Mentre diventa sempre più evidente l'importanza della tutela dei tessuti superficiali perimplantari ai fini del miglioramento della prognosi a medio e lungo termine della riabilitazione impiantoprotesica, è verosimile il fatto che la ricrescita di un collare d'osso vitale e immunologicamente protetto, perché fisiologicamente vascolarizzato, attorno alla connessione impianto-moncone sia la premessa biologica indispensabile per garantire salute e predicibilità alla performance funzionale ed estetica dei tessuti perimplantari. La particolare conformazione rastremata della spalla dell'impianto sottocrestale, più rispettosa dell'anatomia della cresta ossea, sembrerebbe capace di evitare quelle pericolose sollecitazioni in grado di determinare le temute craterizzazioni del profilo crestale, spesso all'origine della perdita degli impianti e delle protesi sovrastanti. La connessione conometrica dell'impianto sottocrestale, apparentemente esente da picchi di forze nella distribuzione dei carichi, assorbirebbe completamente la ripartizione degli stress. Gli impianti Sterioss, Nobel Biocare, Lifecore e Frialit sfruttano invece, nel collegamento tra impianto e moncone, una vite che, sollecitata in fase di compressione statica da elevati stress, potrebbe, a lungo termine, andare incontro a possibili svitamenti o rotture.

è chiaro che un corretto equilibrio delle sollecitazioni ossee perimplantari sul modello proposto da Hassler et al. sia più facilmente raggiungibile, utilizzando nella riabilitazione orale implantoprotesica sistemi implantari biomeccanicamente più rispettosi delle soglie limite di stimolazione tissutale e, quindi, in grado di mantenere e addirittura di promuovere l'eutrofismo tissutale a lungo termine, tanto nei tessuti duri quanto in quelli molli.