Механизм силового воздействия: несостоятельность имплантата и протеза

Существуют ограниченные данные в отношении ударных сил, действующих на естественные зубы и мосты на естественных зубах. То, как действуют силы на имплантационные реставрации в полости рта, определяет вероятность несостоятельности системы. Продолжительность действия силы может повлиять на конечный исход функционирования имплантата. Относительно малые силы, чье действие постоянно повторяется в течение длительного времени, могут привести к усталостной несостоятельности имплантата или протеза. Концентрация стресса и, в конечном счете, несостоятельность могут развиться, если площадь, на которую действует сила, недостаточна для ее адекватного распределения. Если сила действует на некотором расстоянии от слабого звена имплантата или протеза, то могут наблюдаться изгиб или торсионная несостоятельность вследствие моментных нагрузок. Понимание механизмов силового воздействия и несостоятельности очень важно для имплантолога, чтобы избежать дорогостоящих и болезненных осложнений.

Механизмы силового воздействия и несостоятельности

Моментные нагрузки

Момент силы в точке создает вращение или изгиб вокруг этой точки. Момент определяется как вектор (М) (векторы характеризуются величиной и направлением), чья величина равна произведению силы и расстояния от точки приложения силы, измеренного по линии, перпендикулярной направлению действия силы (плечо момента). Такая моментная нагрузка также называется торсионной нагрузкой и может быть весьма деструктивной по отношению к имплантату. Вращающие или изгибающие моменты, действующие на имплантат вследствие, например, чрезмерно длинного консольного моста или балочных частей, могут привести к разрушению зоны контакта, резорбции кости, ослаблению протезного винта и разлому балки/моста. О негативном эффекте консолей сообщается более 30 лет. Правильный дизайн реставрации должен обязательно учитывать моментные силы и моментные нагрузки, вызванные ими.

Плечо момента в клинических условиях

Все 6 вращающих моментов (ротаций) могут развиваться вокруг 3 клинических осей координат (окклюзионно-апикальной, фациально-лингвальной и мезиально-дистальной). Такие моментные нагрузки вызывают микроротацию и концентрацию стресса на кромке альвеолярного гребня у зоны контакта «имплантат-ткань», что неизбежно ведет к потере крестальной кости.

В клинических условиях имплантационной стоматологии существуют 3 плеча момента:

• окклюзионная высота;

• длина консоли;

• окклюзионная ширина.

Минимизация каждого из них необходима для профилактики потери ретенции реставрацией, переломов компонентов, потери крестальной кости или полной несостоятельности имплантата.

• Окклюзионная высота.

Окклюзионная высота по сути является плечом момента для сил, действующих вдоль фациально-лингвальной оси (окклюзионные контакты рабочей и балансирующей сторон, выталкивание языка или пассивная нагрузка при напряжении мышц щек и рта), а также сил, направленных вдоль мезиально-дистальной оси.

Начальная моментная нагрузка на гребень кости типа А меньше по сравнению с типами С или О. План лечения должен учитывать такую изначально менее устойчивую к нагрузкам биомеханическую среду. Заметьте, что величина момента силы, направленной вдоль вертикальной оси, не зависит от окклюзионной высоты, поскольку не существует никакого эффективного плеча момента. Окклюзионные контакты, происходящие на каком-либо расстоянии от имплантата, или латеральные нагрузки, однако, будут образовывать значительные плечи моментов.

• Длина консоли.

Большие по величине моменты в имплантационных системах могут развиться при действии сил вдоль вертикальной оси, если используются консоли или существуют офсетные нагрузки вследствие жесткой фиксации имплантатов. Компонент силы, направленной вдоль язычной оси, может также создавать крутящий момент вокруг лингвальной оси имплантата, если он действует по всей длине консоли.

Имплантат с консольной мезобалкой длиной 1, 2 или 3 см характеризуется значительным диапазоном моментных нагрузок. Сила в 100 Н, действующая прямо вдоль имплантата, не вызывает моментной нагрузки или изгиба, потому что не действуют никакие ротационные силы. Та же самая сила (100 Н), приложенная на расстоянии 1 см от имплантата, создает моментную нагрузку 100 Н▪см. Подобным образом, если нагрузка прикладывается на расстоянии 2 см от имплантата, то в зоне контакта «кость-имплантат» действует момент сил 200 Н▪см, на расстоянии 3 см - 300 Н▪см. Для сравнения: абатменты имплантатов обычно затягиваются с усилием, соответствующим моменту сил 30 Н▪см.

Консольные протезы, прикрепленные к шинированным вместе имплантатам, демонстрируют сложные реакции на нагрузку. Самой простой формой такой реакции может быть действие рычага I класса. Если 2 имплантата, отстоящие друг от друга на 10 мм, соединены вместе и спроектирована 20-миллиметровая дистальная консоль, то при действии силы в 100 Н может получиться следующее. Силе величиной 100 Н противодействует растягивающая сила в 200 Н со стороны мезиального имплантата, а на дистальный имплантат как точку опоры рычага действует компрессионная сила величиной 300 Н. При тех же самых месте приложения и величине дистальной нагрузки, но при смещении дистального имплантата вперед на 5 мм, нагрузки на имплантаты меняются. Передний имплантат должен сопротивляться растягивающей силе в 500 Н, а дистальный имплантат в качестве точки опоры рычага подвергается действию компрессионной силы в 600 Н. Следовательно, растягивающая сила возрастает в 2,5 раза на переднем имплантате, а компрессионная сила возрастает в 2 раза. Поскольку кость и винты ослабевают под действием растягивающих сил, то у обоих имплантатов появляется больший риск осложнений.

Подобные принципы для рычажных сил I класса используются для оценки консольных нагрузок на передние шинированные имплантаты, установленные на кривой с дистальными удлиненными протезами. Схема протезирования Nobel Biocare предусматривает использование 4-6 передних имплантатов, установленных спереди от подбородочного отверстия или гайморовых пазух и полнодугового несъемного протеза с консолированными сегментами. Конкретные длины консолей не указаны, хотя рекомендуется продлевать их до 2-3-го премоляра. Предлагается уменьшать длину консоли, если для поддержки реставрации устанавливают 4, а не 6 имплантатов, или если имплантаты устанавливают в более мягкую кость верхней челюсти. Проводится линия от дистальной части каждого заднего имплантата. Расстояние до центра самого переднего имплантата называется переднезадним размером (ПЗ-размер). Чем больше ПЗ-размер – расстояние между центром самого переднего имплантата и наиболее дистальной стороной задних имплантатов – тем меньше нагрузки на имплантат со стороны консолированных сил из-за стабилизирующего эффекта ПЗ-размера. Как утверждает Misch, длина этой дистальной консоли определяется величиной стресса, приложенного к системе. Поскольку стресс равен силе, разделенной на площадь, то рассматриваются оба аспекта. Величина и направление силы определяется:

• парафункцией;

• высотой коронки;

• жевательной динамикой;

• полом;

• возрастом;

• расположением дуги.

Площадь функциональной поверхности определяется:

• числом имплантатов;

• шириной;

• длиной;

• дизайном;

• плотностью кости, что определяет зону контакта и прочность кости.

Клинический опыт говорит, что при идеальных условиях (парафункция отсутствует, 5 имплантатов, кость типа А и т.д.) дистальная консоль не должна быть больше ПЗ-размера более чем в 2,5 раза. Одним из самых существенных факторов для определения длины консолей является величина силы. Пациентам с тяжелым бруксизмом не следует устанавливать реставрации с консолями независимо от других факторов.

Квадратная форма дуги характеризуется меньшим переднезадним расстоянием между шинированными имплантатами, и в этом случае должны использоваться консоли меньшей длины. Конусовидная форма дуги имеет самое большое расстояние между передними и задними имплантатами и предусматривает возможность установки самых длинных консолей. Верхняя челюсть имеет менее плотную кость, чем нижняя, и часто в нее устанавливают переднюю консоль с протезом. Как результат, может потребоваться более дистальная установка имплантатов верхней челюсти по сравнению с нижней, чтобы увеличить ПЗ-размер для передней и задней консолей. Может также потребоваться аугментация стенки гайморовой пазухи, чтобы сделать возможной установку заднего имплантата.

• Окклюзионная ширина.

Широкие окклюзионные поля увеличивают плечо момента при любых действующих на каком-либо расстоянии окклюзионных нагрузках. Наклон в фациально-лингвальном направлении (ротацию) можно значительно уменьшить путем сужения окклюзионных полей или корректировки окклюзии, чтобы обеспечить более центральные контакты.

В целом порочный, деструктивный цикл может развиться при действии моментных нагрузок и привести к потере крестильной кости. Когда развивается потеря крестальной кости, окклюзионная высота автоматически увеличивается. При увеличении моментного плеча окклюзионной высоты фациально-лингвальная микроротация/раскачивание увеличивается и вызывает еще большую потерю крестильной кости. Если плотность и прочность кости не укрепить и не изменить таким образом биомеханическую окружающую среду, то этот циклический процесс будет продолжаться, пока не приведет к несостоятельности имплантата.

Усталостная несостоятельность

Усталостная несостоятельность характеризуется динамичными цикличными условиями нагрузки. 4 фактора усталости значительно влияют на вероятность несостоятельности в имплантационной стоматологии:

1. биоматериал;

2. геометрическая форма структуры;

3. величина силы;

4. число циклов.

Усталостное поведение биоматериалов графически описывается так называемой кривой Б-п (график приложенного стресса и числа нагрузочных циклов). Если имплантат подвержен исключительно высокому стрессу, он может выдержать только несколько циклов нагрузки, до того как произойдет разлом. Наоборот, большое число нагрузочных циклов может переноситься при низком уровне стресса. Уровень стресса, ниже которого биоматериал имплантата может быть нагружен сколь угодно и называется пределом выносливости. Сплав титана имеет более высокий предел выносливости, чем чистый титан.

Геометрия имплантата влияет на степень, до которой он может сопротивляться сгибанию и торсионным нагрузкам и, в конечном счете, усталостному разлому. Имплантаты редко или никогда не подвержены усталостному разлому под действием аксиальных компрессионных нагрузок. Morgan и соавт. сообщили об усталостных переломах дентальных имплантатов Branemark, вызванных циклическими щечно-язычными нагрузками (латеральными нагрузками) в области слабой прочности к сгибанию в месте фиксации имплантата (например, уменьшение момента инерции, как было определено позже). Перелом тела имплантата происходил у 3% пациентов, а разлом винтов абатмента имплантата Branemark наблюдался менее чем у 3%. Было также отмечено 15 случаев разлома акриловых или композитных зубов, установленных на 10-20% несъемных протезов с опорой на имплантаты в течение 1-5 лет.

Геометрические характеристики также включают толщину металла или имплантата. Усталостный разлом соотносится с толщиной металла, причем каждое увеличение его толщины на одну единицу приводит к увеличению прочности в 4-й степени. Материал, у которого стенка в 2 раза толще, будет примерно в 16 раз прочнее. Даже небольшие изменения толщины могут привести к значительным отличиям. Часто на слабое звено в дизайне тела имплантата влияет разница между внутренним и наружным диаметром винта и пространство, занимаемое винтом абатмента в имплантате.

Действующая нагрузка (стресс) может быть уменьшена до определенной степени, при этом уменьшается вероятность усталостного разлома. Как описано ранее, величина нагрузок на дентальные имплантаты может быть уменьшена за счет учета их расположения в дуге (например, более высокие нагрузки на задние отделы по сравнению с передними отделами нижней и верхней челюстей), устранения моментных нагрузок и увеличения поверхности, сопротивляющейся нагрузке (например, оптимизация геометрии функциональной площади или увеличение числа используемых имплантатов).

Наконец, вероятность усталостного разлома соотносится с уменьшением количества повторных циклов. Таким образом, активные стратегии устранения парафункциональных привычек и уменьшение окклюзионных контактов служат для защиты от усталостного разлома.

Корневидные имплантаты имеют различную геометрию поперечного сечения. Корневидный имплантат можно спроектировать как полый цилиндр, потому что в теле имплантата необходим канал, который обеспечивает прикрепление абатмента с помощью винта. В дистальной (апикальной) области корневидного имплантата геометрия поперечного сечения может представлять сплошной цилиндр. При некоторых дизайнах канал доходит до верхушки имплантата.

Осложнения при имплантационных реконструкциях

Наиболее распространенные осложнения в имплантационных реконструкциях связны с биомеханическими условиями. Заживление имплантата может не произойти из-за микросдвига имплантата вследствие слишком большого стресса. Ранняя потеря крестильной кости может быть связана с состояниями окклюзионной перегрузки. Протезы или винты абатментов могут ослабиться при изгибе или под действием моментных сил. Разлом имплантата или его компонентов может произойти из-за усталости. Несостоятельным протез может стать по вышеупомянутым причинам или вследствие разлома при изгибе. Кроме того, биомеханические нагрузки на дентальные имплантаты (моменты, стресс, напряжение) существенно влияют на долгосрочное благополучие зоны контакта «кость-имплантат». Таким образом, стоматологу требуется знание базисных биомеханических принципов.