Pérez Pevida, Esteban
Monticelli, Francesca (dir.) ; Brizuela Velasco, Aritza (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2017
Abstract: La utilización de implantes dentales para la rehabilitación de piezas dentales pérdidas se encuentra en pleno crecimiento, consiguiendo devolver y mejorar la función y estética de los pacientes.
El principal material usado en la fabricación de implantes dentales es el titanio. En un principio se utilizaron implantes de titanio comercialmente puro, aunque debido a sus limitadas propiedades mecánicas se comenzó a utilizar el titanio en aleación con otros materiales como el vanadio y aluminio.
Un implante osteointegrado se une de manera rígida al hueso y, al contrario que los dientes, carece de ligamento periodontal. Por tanto, la tensión que recibe un implante a consecuencia de las cargas masticatorias no se disipa en movimiento, como ocurre en los dientes, sino que se disipa en deformación. Si esta deformación supera el umbral de deformación ósea se producirán microfracturas óseas y por tanto la consecuente pérdida de hueso.
La aleación Ti-6Al-4V presenta cierta incompatibilidad mecánica con el hueso, por su alto módulo de elasticidad aparte de contener iones tóxicos como el aluminio y el vanadio. El Módulo de Young o elasticidad tipificado para esta aleación es de 110 GPa, lo cual dista mucho del relativo al hueso que es de aproximadamente 14GPa en hueso cortical y 1.4GPa en hueso esponjoso.
Esto supone, según el fenómeno de análisis de haz complejo, que dos materiales con diferentes Módulos de Young unidos y sometidos a carga transmiten la tensión en el primer punto en el que entran en contacto.
Como consecuencia la tensión, y por tanto deformación en el caso de los implantes dentales, se concentra a nivel de la cresta ósea produciendo la pérdida de hueso marginal.
La aleación Ti-6Al-4V es la más utilizada en la fabricación de implantes dentales; si bien es cierto en la actualidad es necesario desarrollar nuevas aleaciones más biomiméticas con la finalidad de que sean más biocompatibles y permitan asegurar un correcto funcionamiento en el cuerpo humano como la aleación hiperelástica de Ti-Nb-Zr. En este sentido existen en el mercado otras aleaciones como la Ti-15Zr que aporta un mayor límite elástico al implante e implantes cerámicos de Y-TZP que otorgan una coloración blanca al implante concediendo mejor estética y todas ellas con distintas propiedades elásticas y por tanto, distinto comportamiento biomecánico.
El objetivo de la presente tesis doctoral es evaluar cómo influyen las propiedades elásticas del material de fabricación de los implantes dentales en la transferencia de carga al hueso peri-implantario en términos de magnitud y distribución de tensión y deformación.
Se realizó un análisis de elementos finitos 3D tomando como modelo una sección de hueso mandibular y un implante unitario sobre el que se retuvo cementada una corona ceramometálica sobre pilar de titanio. Se compararon cuatro tipos de aleaciones: rígida (Y-TZP), convencional (Ti-6Al-4V y Ti-15Zr) e hiperelástica (Ti-Nb-Zr). Se ensayó una carga estática de 150N de magnitud sobre fosa central, con una dirección de 6 grados respecto al eje axial del implante.
Los resultados no mostraron diferencias en la distribución de la tensión y deformación del hueso, para los cuatro tipos de aleaciones a estudio, concentrándose ambas fundamentalmente a nivel de la cortical periimplantaria. Si embargo si se encontraron diferencias en la magnitud de la tensión transferida al hueso de soporte, siendo la aleación más rígida (Y-TZP) la que menos tensión y deformación transfiere al hueso cortical.
Se concluye que existe influencia del material de fabricación de los implantes dentales en la magnitud de la tensión y la deformación transferida al hueso peri-implantario.
Bibliografía
1) Adell R, Eriksson B, Lekholm U, Brånemark PI, Jemt T. A long term follow-up study of osseointegrated implants in the treatment of totally edentulous jaws. Int J Oral Maxillofac Implants 1990;5:347–359.
2) MischCE,SuzukiJB,Misch-DietshFM,BidezMW. A positive correlation between occlusal trauma and peri-implant bone loss: Literature support. Implant Dent 2005;14:108–116.
3) Frost HM. A 2003 update of bone physiology and Wolff‟s Law for clinicians. Angle Orthodontist 2004; 74:3-15.
4) Roberts E, Garetto L, Brezniak, N. Bone physiology and metabolism. St Louis: Mosby, 1994.
5) Frost HM. A 2003 update of bone physiology and Wolff‟s Law for clinicians. Angle Orthodontist 2004; 74:3-15.
6) Szmukler-Moncler S, Salama H, Reingewirtz Y, Dubruille JH. Timing of loading and effect of micromotion on bone-dental implant interface: Review of experimental literature. J Biomed Mater Res. 1998;43:192–203.
7) Laurell L, Lundgren D. Marginal bone level changes at dental implants after 5 years in function: a meta-analysis. Clin Implant Dent Relat Res. 2011Mar;13(1):19- 28.
8) Firme CT, Vettore MV, Melo M, Vidigal GM Jr. Peri-implant bone loss around single and multiple prostheses: systematic review and meta-analysis. Int J Oral Maxillofac Implants. 2014 Jan-Feb;29(1):79-87.
9) Akça K, Uysal S, Cehreli MC. Implant-tooth-supported fixed partial prostheses: correlations between in vivo occlusal bite forces and marginal bone reactions. Clin Oral Implants Res. 2006 Jun;17(3):331-6.
10) Skalak R. Biomechanical considerations in osseointegrated prostheses. J Prosth Dent. 1983; 49:843-848.
11) Baumeister T, Avallone EA. Mark’s standard handbook of mechanical engineers. Nueva York: McGraw-Hill, 1978.
12) Kitamura E, Stegaroiu R, Nomura S, Miyakawa O. Influence of marginal bone resorption on stress around an implant - a three dimensional finite element analysis. J Oral Rehabil 2005; 32:279-286.
13) Timoshenko S, Goodier JN. Theory of elasticity. Nueva York: Mc Graw- Hill. 1951.
14) Kozlovsky A, Tal H, Laufer BZ, Leshem R, Rohrer MD, Weinreb M, Artzi Z. Impact of implant overloading on the peri-implant bone in inflamed and non- inflamed peri-implant mucosa. Clin Oral Implants Res 2007; 18:601-610.
15) Niinomi M. Recent research and development in titanium alloys for biomedical applications and healthcare goods. Science and Technology of Advanced Materials 4 2003; 445–454.
16) Lee TJ, Ueno T, Nomura N, Wakabayashi N, Hanawa T. Titanium-Zirconium binary alloy as dental implant material: analysis of the influence of compositional change on mechanical properties and in vitro biologic response. Int J Oral Maxillofac Implants. 2016; 31(3):547-54.
17) Piconi C., Maccauro G. Zirconia as ceramic biomaterial. Biomaterials. 1999; 20(1):1-25.
18) Karre R, Niranjan MK, Dey SR. First principles theoretical investigations of low Young's modulus beta Ti-Nb and Ti-Nb-Zr alloys compositions for biomedical applications. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2015; 50:52-8.
19) Park CH, Lee CS, Kim YJ, Jang JH, Suh JY, Park JW. Improved pre-osteoblast response and mechanical compatibility of ultrafine-grained Ti-13Nb-13Zr alloy. Clin Oral Implants Res. 2011;22(7):735-42.
20) Meng Q, Guo S, Liu Q, Hu L, Zhao X. A beta-type TiNbZr alloy with low modulus and high strength for biomedical applications. Progress in Natural Science: Materials International 2014; 24(2): 157-162.
21) Brailovski V, Prokoshkin S, Gauthier M, Inaekyan K, Dubinskiy S. Mechanical properties of porous metastable beta Ti–Nb–Zr alloys for biomedical applications. Journal of Alloys and Compounds 2013; 577S: 413–417.
22) Elias LM, Schneider SG, Schneider S, Silva HM, Malvisi F. Microstructural and mechanical characterization of biomedical Ti–Nb–Zr(–Ta) alloys. Mat Sci Eng A- Struct 2013; 577S: 413-417.
23) Geng JP, Tan KB, Liu GR. Application of finite element analysis in implant dentistry: a review of the literature. J Prosthet Dent 2001; 85: 585–598.
24) Lekholm U, Zarb GA. Patient selection and preparation. In: Bränemark P-I, Zarb GA, Albreksson T, editors. Tissue-integrated prostheses. Osseointegration in clinical dentistry. Chicago: Quintessence; 1985. p. 199–209.
25) Álvarez-Arenal A, Segura-Mori L, Gonzalez-Gonzalez I, Gago A. Stress distribution in the abutment and retention screw of a single implant supporting a prosthesis with platform switching. Int J Oral Maxillofac Implants 2013; 28 (3): e112-21.
26)
Karre R, Niranjan MK, Dey SR. First principles theoretical investigations of low Young's modulus beta Ti-Nb and Ti-Nb-Zr alloys compositions for biomedical applications. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2015; 50:52-58.
27) Bona AD, Anusavice KJ, DeHoff PH. Weibull analysis and flexural strength of hot-pressed core and veneered ceramic structures. Dent Mater. 2003; 19(7):662-9.
28) Meijer HJA, Starmans FJM, Bosman F, Steen WHA. A comparison of three finite element models of an edentulous mandible provided with implants. J Oral Rehabil 1993;20:147–157.
29) Papavasiliou G, Kamposiora P, Bayne SC, Felton DA. Three-dimensional finite element analysis of stress-distribution around single tooth implants as a function of bony support, prosthesis type, and loading during function. J Prosthet Dent 1996;76:633–640.
30) Álvarez-Arenal Á, Segura-Mori L, Gonzalez-Gonzalez I, DeLlanos-Lanchares H, Sanchez-Lasheras F, Ellacuria-Echevarria J. Stress distribution in the transitional peri-implant bone in a single implant-supported prosthesis with platform- switching under different angulated loads. Odontology. 2016.
31) Watanabe M, Hattori Y, Satoh Ch. Biological and biomechanical perspectives of normal dental oclusion. International Congress Series. 2005. 1284: 21-27.
32) Brunski JB, Puleo DA, Nanci A. Biomaterials and biomechanics of oral and maxillofacial implants: current status and future developments. Int J Oral Maxillofac Implants. 2000; 15(1):15-46.
33) Çaglar A, Bal BT, Karakoca S, Aydın C, Yılmaz H, Sarısoy S. Three-dimensional finite element analysis of titanium and yttrium-stabilized zirconium dioxide abutments and implants. Int J Oral Maxillofac Implants. 2011; 26(5):961-9.
34) Bankoğlu Güngör M, Yılmaz H. Evaluation of stress distributions occurring on zirconia and titanium implant-supported prostheses: A three-dimensional finite element analysis. J Prosthet Dent. 2016.
35) Bal BT, Cağlar A, Aydin C, Yilmaz H, Bankoğlu M, Eser A. Finite element analysis of stress distribution with splinted and nonsplinted maxillary anterior fixed prostheses supported by zirconia or titanium implants. Int J Oral Maxillofac Implants. 2013; 28(1):e27-38.
36) Osman RB, Elkhadem AH, Ma S, Swain MV. Titanium versus zirconia implants supporting maxillary overdentures: three-dimensional finite element analysis. Int J Oral Maxillofac Implants. 2013; 28(5):e198-208.
37) Szmukler-Moncler S, Salama H, Reingewirtz Y, Dubruille JH. Timing of loading and effect of micromotion on bone-dental implant interface: Review of experimental literature. J Biomed Mater Res. 1998;43:192–203.
Abstract (other lang.):
El principal material usado en la fabricación de implantes dentales es el titanio. En un principio se utilizaron implantes de titanio comercialmente puro, aunque debido a sus limitadas propiedades mecánicas se comenzó a utilizar el titanio en aleación con otros materiales como el vanadio y aluminio.
Un implante osteointegrado se une de manera rígida al hueso y, al contrario que los dientes, carece de ligamento periodontal. Por tanto, la tensión que recibe un implante a consecuencia de las cargas masticatorias no se disipa en movimiento, como ocurre en los dientes, sino que se disipa en deformación. Si esta deformación supera el umbral de deformación ósea se producirán microfracturas óseas y por tanto la consecuente pérdida de hueso.
La aleación Ti-6Al-4V presenta cierta incompatibilidad mecánica con el hueso, por su alto módulo de elasticidad aparte de contener iones tóxicos como el aluminio y el vanadio. El Módulo de Young o elasticidad tipificado para esta aleación es de 110 GPa, lo cual dista mucho del relativo al hueso que es de aproximadamente 14GPa en hueso cortical y 1.4GPa en hueso esponjoso.
Esto supone, según el fenómeno de análisis de haz complejo, que dos materiales con diferentes Módulos de Young unidos y sometidos a carga transmiten la tensión en el primer punto en el que entran en contacto.
Como consecuencia la tensión, y por tanto deformación en el caso de los implantes dentales, se concentra a nivel de la cresta ósea produciendo la pérdida de hueso marginal.
La aleación Ti-6Al-4V es la más utilizada en la fabricación de implantes dentales; si bien es cierto en la actualidad es necesario desarrollar nuevas aleaciones más biomiméticas con la finalidad de que sean más biocompatibles y permitan asegurar un correcto funcionamiento en el cuerpo humano como la aleación hiperelástica de Ti-Nb-Zr. En este sentido existen en el mercado otras aleaciones como la Ti-15Zr que aporta un mayor límite elástico al implante e implantes cerámicos de Y-TZP que otorgan una coloración blanca al implante concediendo mejor estética y todas ellas con distintas propiedades elásticas y por tanto, distinto comportamiento biomecánico.
El objetivo de la presente tesis doctoral es evaluar cómo influyen las propiedades elásticas del material de fabricación de los implantes dentales en la transferencia de carga al hueso peri-implantario en términos de magnitud y distribución de tensión y deformación.
Se realizó un análisis de elementos finitos 3D tomando como modelo una sección de hueso mandibular y un implante unitario sobre el que se retuvo cementada una corona ceramometálica sobre pilar de titanio. Se compararon cuatro tipos de aleaciones: rígida (Y-TZP), convencional (Ti-6Al-4V y Ti-15Zr) e hiperelástica (Ti-Nb-Zr). Se ensayó una carga estática de 150N de magnitud sobre fosa central, con una dirección de 6 grados respecto al eje axial del implante.
Los resultados no mostraron diferencias en la distribución de la tensión y deformación del hueso, para los cuatro tipos de aleaciones a estudio, concentrándose ambas fundamentalmente a nivel de la cortical periimplantaria. Si embargo si se encontraron diferencias en la magnitud de la tensión transferida al hueso de soporte, siendo la aleación más rígida (Y-TZP) la que menos tensión y deformación transfiere al hueso cortical.
Se concluye que existe influencia del material de fabricación de los implantes dentales en la magnitud de la tensión y la deformación transferida al hueso peri-implantario.
Bibliografía
1) Adell R, Eriksson B, Lekholm U, Brånemark PI, Jemt T. A long term follow-up study of osseointegrated implants in the treatment of totally edentulous jaws. Int J Oral Maxillofac Implants 1990;5:347–359.
2) MischCE,SuzukiJB,Misch-DietshFM,BidezMW. A positive correlation between occlusal trauma and peri-implant bone loss: Literature support. Implant Dent 2005;14:108–116.
3) Frost HM. A 2003 update of bone physiology and Wolff‟s Law for clinicians. Angle Orthodontist 2004; 74:3-15.
4) Roberts E, Garetto L, Brezniak, N. Bone physiology and metabolism. St Louis: Mosby, 1994.
5) Frost HM. A 2003 update of bone physiology and Wolff‟s Law for clinicians. Angle Orthodontist 2004; 74:3-15.
6) Szmukler-Moncler S, Salama H, Reingewirtz Y, Dubruille JH. Timing of loading and effect of micromotion on bone-dental implant interface: Review of experimental literature. J Biomed Mater Res. 1998;43:192–203.
7) Laurell L, Lundgren D. Marginal bone level changes at dental implants after 5 years in function: a meta-analysis. Clin Implant Dent Relat Res. 2011Mar;13(1):19- 28.
8) Firme CT, Vettore MV, Melo M, Vidigal GM Jr. Peri-implant bone loss around single and multiple prostheses: systematic review and meta-analysis. Int J Oral Maxillofac Implants. 2014 Jan-Feb;29(1):79-87.
9) Akça K, Uysal S, Cehreli MC. Implant-tooth-supported fixed partial prostheses: correlations between in vivo occlusal bite forces and marginal bone reactions. Clin Oral Implants Res. 2006 Jun;17(3):331-6.
10) Skalak R. Biomechanical considerations in osseointegrated prostheses. J Prosth Dent. 1983; 49:843-848.
11) Baumeister T, Avallone EA. Mark’s standard handbook of mechanical engineers. Nueva York: McGraw-Hill, 1978.
12) Kitamura E, Stegaroiu R, Nomura S, Miyakawa O. Influence of marginal bone resorption on stress around an implant - a three dimensional finite element analysis. J Oral Rehabil 2005; 32:279-286.
13) Timoshenko S, Goodier JN. Theory of elasticity. Nueva York: Mc Graw- Hill. 1951.
14) Kozlovsky A, Tal H, Laufer BZ, Leshem R, Rohrer MD, Weinreb M, Artzi Z. Impact of implant overloading on the peri-implant bone in inflamed and non- inflamed peri-implant mucosa. Clin Oral Implants Res 2007; 18:601-610.
15) Niinomi M. Recent research and development in titanium alloys for biomedical applications and healthcare goods. Science and Technology of Advanced Materials 4 2003; 445–454.
16) Lee TJ, Ueno T, Nomura N, Wakabayashi N, Hanawa T. Titanium-Zirconium binary alloy as dental implant material: analysis of the influence of compositional change on mechanical properties and in vitro biologic response. Int J Oral Maxillofac Implants. 2016; 31(3):547-54.
17) Piconi C., Maccauro G. Zirconia as ceramic biomaterial. Biomaterials. 1999; 20(1):1-25.
18) Karre R, Niranjan MK, Dey SR. First principles theoretical investigations of low Young's modulus beta Ti-Nb and Ti-Nb-Zr alloys compositions for biomedical applications. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2015; 50:52-8.
19) Park CH, Lee CS, Kim YJ, Jang JH, Suh JY, Park JW. Improved pre-osteoblast response and mechanical compatibility of ultrafine-grained Ti-13Nb-13Zr alloy. Clin Oral Implants Res. 2011;22(7):735-42.
20) Meng Q, Guo S, Liu Q, Hu L, Zhao X. A beta-type TiNbZr alloy with low modulus and high strength for biomedical applications. Progress in Natural Science: Materials International 2014; 24(2): 157-162.
21) Brailovski V, Prokoshkin S, Gauthier M, Inaekyan K, Dubinskiy S. Mechanical properties of porous metastable beta Ti–Nb–Zr alloys for biomedical applications. Journal of Alloys and Compounds 2013; 577S: 413–417.
22) Elias LM, Schneider SG, Schneider S, Silva HM, Malvisi F. Microstructural and mechanical characterization of biomedical Ti–Nb–Zr(–Ta) alloys. Mat Sci Eng A- Struct 2013; 577S: 413-417.
23) Geng JP, Tan KB, Liu GR. Application of finite element analysis in implant dentistry: a review of the literature. J Prosthet Dent 2001; 85: 585–598.
24) Lekholm U, Zarb GA. Patient selection and preparation. In: Bränemark P-I, Zarb GA, Albreksson T, editors. Tissue-integrated prostheses. Osseointegration in clinical dentistry. Chicago: Quintessence; 1985. p. 199–209.
25) Álvarez-Arenal A, Segura-Mori L, Gonzalez-Gonzalez I, Gago A. Stress distribution in the abutment and retention screw of a single implant supporting a prosthesis with platform switching. Int J Oral Maxillofac Implants 2013; 28 (3): e112-21.
26)
Karre R, Niranjan MK, Dey SR. First principles theoretical investigations of low Young's modulus beta Ti-Nb and Ti-Nb-Zr alloys compositions for biomedical applications. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2015; 50:52-58.
27) Bona AD, Anusavice KJ, DeHoff PH. Weibull analysis and flexural strength of hot-pressed core and veneered ceramic structures. Dent Mater. 2003; 19(7):662-9.
28) Meijer HJA, Starmans FJM, Bosman F, Steen WHA. A comparison of three finite element models of an edentulous mandible provided with implants. J Oral Rehabil 1993;20:147–157.
29) Papavasiliou G, Kamposiora P, Bayne SC, Felton DA. Three-dimensional finite element analysis of stress-distribution around single tooth implants as a function of bony support, prosthesis type, and loading during function. J Prosthet Dent 1996;76:633–640.
30) Álvarez-Arenal Á, Segura-Mori L, Gonzalez-Gonzalez I, DeLlanos-Lanchares H, Sanchez-Lasheras F, Ellacuria-Echevarria J. Stress distribution in the transitional peri-implant bone in a single implant-supported prosthesis with platform- switching under different angulated loads. Odontology. 2016.
31) Watanabe M, Hattori Y, Satoh Ch. Biological and biomechanical perspectives of normal dental oclusion. International Congress Series. 2005. 1284: 21-27.
32) Brunski JB, Puleo DA, Nanci A. Biomaterials and biomechanics of oral and maxillofacial implants: current status and future developments. Int J Oral Maxillofac Implants. 2000; 15(1):15-46.
33) Çaglar A, Bal BT, Karakoca S, Aydın C, Yılmaz H, Sarısoy S. Three-dimensional finite element analysis of titanium and yttrium-stabilized zirconium dioxide abutments and implants. Int J Oral Maxillofac Implants. 2011; 26(5):961-9.
34) Bankoğlu Güngör M, Yılmaz H. Evaluation of stress distributions occurring on zirconia and titanium implant-supported prostheses: A three-dimensional finite element analysis. J Prosthet Dent. 2016.
35) Bal BT, Cağlar A, Aydin C, Yilmaz H, Bankoğlu M, Eser A. Finite element analysis of stress distribution with splinted and nonsplinted maxillary anterior fixed prostheses supported by zirconia or titanium implants. Int J Oral Maxillofac Implants. 2013; 28(1):e27-38.
36) Osman RB, Elkhadem AH, Ma S, Swain MV. Titanium versus zirconia implants supporting maxillary overdentures: three-dimensional finite element analysis. Int J Oral Maxillofac Implants. 2013; 28(5):e198-208.
37) Szmukler-Moncler S, Salama H, Reingewirtz Y, Dubruille JH. Timing of loading and effect of micromotion on bone-dental implant interface: Review of experimental literature. J Biomed Mater Res. 1998;43:192–203.
Abstract (other lang.):
Pal. clave: biomecánica ; estomatología y ortodoncia
Titulación: Programa de Doctorado en Medicina
Plan(es): Plan 497
Knowledge area: Estomatología
Department: Cirugía, Ginecología y Obstetricia
Nota: Presentado: 16 06 2017
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, Cirugía, Ginecología y Obstetricia, 2017
-
Permalink:
Visitas y descargas
Record created 2017-06-26, last modified 2021-05-20
