Ориентация тела имплантата: влияние на направление нагрузки

Силы, действующие на дентальные имплантаты, являются векторами (имеют как величину, так и направление). Окклюзионные силы являются обычно трехмерными, с компонентами, направленными вдоль одной или более клинических осей координат. Основные силы окклюзии могут быть разложены на несколько компонентов в разных плоскостях. Сила одной и той же величины может иметь разные эффекты на зону контакта «имплантат-кость» при изменении ее направления.

Зубы предназначены для нагрузки, действующей в основном вдоль продольной оси их тела. Корни перпендикулярны кривой Уилсона и кривой Шпее, и хотя жевание происходит по эллиптической «слезообразной» схеме, в завершение которой зубы контактируют, силы действуют вдоль продольной оси корней, особенно во время сильного прикусывания. Апикальное смещение зубов минимально по сравнению с их латеральным смещением, которое уменьшает латеральный силовой компонент нагрузки.

Имплантаты также разработаны для продольно-осевых нагрузок. Вгапетагк в 1970 г. методом анализа конечных элементов в 2 плоскостях оценил 50 эндостальных дизайнов имплантатов и обнаружил, что все они испытывали меньший стресс при нагрузке, действующей вдоль продольной оси. Стрессовые контуры были в основном сконцентрированы в трансоссальной (крестальной) области. Анализ конечных элементов в 2 и 3 плоскостях, выполненный различными авторами, дал сходные результаты. Аксиальная нагрузка, действующая вдоль продольной оси тела имплантата, приводит к тому, что большую часть стресса составляют компрессионные нагрузки, а не растягивающие или поперечно-сдвигающие.

Когда тело имплантата нагружают вдоль продольной оси, то сила величиной 100 Н полностью состоит из аксиального компонента и нет никакого латерального компонента. Однако большинство анатомических вариаций, таких как вогнутость кости, расположены с лицевой стороны и влияют на наклон тела имплантата. Наклон тела имплантата на 15° легко можно компенсировать во время протезной реконструкции с помощью абатмента, ангулированного на 15°. От уровня кромки гребня кости до окклюзионной плоскости имплантат выглядит подобно аксиально установленному. Следовательно, зубной техник и протезист часто работают с ангулированным и аксиальным имплантатами сходным образом. Однако в ангулированном имплантате нагрузка на кость лицевой стороны возрастает на 25,9%. Если имплантолог-хирург устанавливает тело имплантата с ангуляцией 30°, то щечный компонент силы любой окклюзионной нагрузки будет появляться, если 50% ее действует на кость с лицевой стороны. Следовательно, хотя протезист может установить ангулированный на 30° абатмент и произвести восстановление зуба так же, как при аксиальном имплантате, состояния различаются значительно.

Большее напряжение в крестальной кости из-за ангулированных сил также подтверждено фотоэластическим методом и методом анализа конечных элементов в 3 плоскостях. Действует ли окклюзионная нагрузка на тело ангулированного имплантата, или ангулированная нагрузка действует на тело имплантата, перпендикулярного окклюзионной плоскости – результаты являются аналогичными. Биомеханический риск возрастает. Любая нагрузка, которая действует под любым углом, может быть разделена на компрессионные и поперечно-сдвигающие компоненты. Чем больше угол направления действия нагрузки к продольной оси имплантата, тем выше компрессионные, растягивающие и поперечно-сдвигающие стрессы. При оценке методом анализа конечных элементов видно, что при изменении направления силы, приводящем к более ангулированной или горизонтальной нагрузке, величина стресса возрастает в 3 раза или более. Кроме того, растягивающие и поперечно-сдвигающие силы возрастают в большей степени по сравнению с компрессионными, их величина повышается более чем в 10 раз по сравнению с аксиальной силой. Эти стрессовые контуры напоминают схему ранней потери крестальной кости на имплантатах. Следовательно, не только величина стресса повышается при ангулированной нагрузке, но и тип стресса модифицируется с появлением более опасного латерального компонента, что способствует потере кости и ухудшает успешность возобновления роста костной ткани.

Механика кости и направление силы

Неблагоприятный эффект отклоняющихся от оси или ангулированных нагрузок на кость еще больше усиливается из-за анизотропии кортикальной кости. Анизотропию кости определяют как зависимость ее механических свойств, включая предел прочности, от направления действующей на нее нагрузки. Сообщается, что кортикальный слой длинных костей человека наиболее прочен при компрессии, на 30% менее прочен при растяжении и на 65% – при поперечном сдвиге. Следовательно, ОЗИ пытается устранить или уменьшить все поперечно-сдвигающие нагрузки в зоне контакта «имплантат-кость». Чем больше угол силы, тем больше ее поперечно-сдвигающий компонент. Поперечно-сдвигающие силы увеличиваются при ангулированной нагрузке, действующей на тело имплантата.

Силы, приложенные под углом к кости, еще больше влияют на физиологический предел прочности кости к компрессии или растяжению. Прочность кортикального слоя уменьшается с увеличением угла направления действия нагрузки.

Сила, действующая под углом 30°, уменьшает предел прочности кости на 10% при компрессии и на 25% – при растяжении. Сила, действующая под углом 60°, уменьшает прочность на 30% при компрессии и на 55% – при растяжении. Следовательно, при действии ангулированных сил не только растет нагрузка на крестальную кость вокруг имплантата, но также уменьшается величина стресса, которую кость может выдержать (предел прочности). Чем больше угол нагрузки, тем меньше предел прочности.

С помощью ОЗИ стоматологи пытаются устранить латеральные и поперечно-сдвигающие нагрузки, действующие на протез с опорой на имплантаты, потому что под их воздействием величина силы возрастает, а прочность кости снижается.

Ангулированная нагрузка, действующая вдоль продольной оси имплантата, увеличивает компрессионные силы у края гребня на противоположной стороне имплантата, увеличивая растягивающий компонент силы со стороны действия нагрузки. Чем больше угол между направлением силы и продольной осью тела имплантата, тем более негативно нагрузка действует на гребень кости. Например, анализ методом конечных элементов в трех плоскостях показывает, что вертикальная нагрузка на имплантат со 100% костным контактом может приводить к развитию компрессионного стресса величиной 27,6 МПа в зоне контакта «кость-имплантат», при этом растягивающего стресса практически нет. При нагрузке под углом 45° на имплантат того же дизайна компрессионный стресс может возрасти до 96,6 МПа, а растягивающий стресс, действующий с противоположной стороны, до 27,6 МПа. Следовательно, при нагрузке под углом 45°компрессионный стресс увеличился в 3 раза, а растягивающий – в 1000 раз. Микронапряжение в крестильной кости может увеличиться при ангулированной нагрузке, и аксиальная нагрузка в пределах физиологических границ будет заменена патологической перегрузкой с клиническим результатом – потерей кости.

Главный компонент окклюзионной силы, следовательно, необходимо направлять вдоль продольной оси тела имплантата, а не под углом к нему, или вдоль штифта ангулированного абатмента. Ангулированные абатменты следует использовать только для улучшения пути введения протеза или конечного эстетического результата. Ангулированный абатмент, который нагружается вдоль своей оси, будет передавать значительную моментную нагрузку (с тенденцией к вращению или раскачиванию имплантата) как на крестальную область вокруг имплантата, так и на винт абатмента пропорционально углу наклона.

Большинство тел имплантатов, установленных под углом к окклюзионной плоскости, требуют ангулированного абатмента. Хирург или протезист должны понимать, что ангулированные абатменты изготавливаются из 2 частей и слабее по дизайну, чем двухсекционные неангулированные штифты. Более того, больший поперечный компонент силы действует у гребня кости в результате действия ангулированных нагрузок. Но имплантационный хирург может установить тело имплантата строго перпендикулярно окклюзионной плоскости, а стоматолог-протезист затем будет нагружать коронку имплантата под углом, и это приведет к развитию аналогичных неблагоприятно воздействующих на крестальную кость (и винт абатмента) сил. Следовательно, ангулированная нагрузка повышает величину крестального стресса вокруг тела имплантата, трансформирует большую часть силы в растягивающие и поперечно-сдвигающие ее компоненты и уменьшает прочность кости при компрессии и растяжении. В отличие от этого, при аксиальной нагрузке величина стресса, действующего на тело имплантата, является минимальной, а прочность кости – наибольшей. Все эти 3 фактора требуют уменьшения ангулированных сил.

Преждевременные окклюзионные контакты приводят к локализированной латеральной нагрузке противолежащих контактирующих коронок. Поскольку область поверхности преждевременного контакта мала, то величина стресса в кости увеличивается пропорционально (так как Б = Б/А). Вся окклюзионная сила прикладывается к одной области, а не распределяется на несколько абатментов и зубов. Кроме того, преждевременный контакт находится чаще всего на наклонной плоскости83, тем самым создавая больший горизонтальный компонент нагрузки и увеличивая компрессионный и растягивающий крестальный стресс. Следовательно, оценка окклюзии и ее коррекция у частично идентичных пациентов с имплантатами намного важнее, чем у пациентов с естественными зубами, потому что преждевременные контакты могут привести к более опасным последствиям для имплантатов, чем для зубов.

Устранение преждевременных окклюзионных контактов особенно важно, когда присутствует парафункция, потому что продолжительность действия и величина окклюзионной силы возрастает. Устранение преждевременных контактов более важно, чем на естественных зубах, потому что для имплантата характерны меньшая проприоцепция, отсутствие подвижности, и он не может эффективно рассеивать действующие силы. Из-за проприоцепции начальные преждевременные окклюзионные контакты естественных зубов часто влияют на закрытие нижней челюсти, приводя к центральной окклюзии, отличной от окклюзии центрального отношения. Коронка имплантата с преждевременными контактами не обладает этими защитными возможностями, поэтому для нее характерен повышенный риск.

Если латеральная или ангулированная нагрузка не может быть устранена, для уменьшения риска потери кости или разлома компонента имплантата показаны уменьшение величины силы или дополнительная площадь поверхности. Например, если рядом установлены 3 имплантата, на первый из них нагрузка действует вдоль продольной оси, на второй – под углом 15°, а на третий – 30°, хирург может снизить общий риск посредством увеличения диаметра ангулированных имплантатов, выбрав дизайн с большей площадью поверхности, или путем установки дополнительного имплантата в пространство без зубов рядом с наиболее ангулированным имплантатом. Протезист может снизить риск перегрузки за счет шинирования имплантатов, уменьшив нагрузку на второй имплантат и еще больше уменьшив нагрузку на третий имплантат. Все латеральные нагрузки должны быть устранены в первую очередь с самого ангулированного имплантата.

В передней части верхней челюсти, в лабиальной вогнутости, может потребоваться, чтобы имплантат был ангулирован от губной стороны кости и абатмента по направлению к лицевому контуру коронки. В таких случаях на тело имплантата нагрузка чаще всего действует под углом, и для него требуется ангулированный протезный абатмент. Как результат, показаны имплантаты большего диаметра или большее число имплантатов, чтобы уменьшить крестальный стресс для каждого абатмента. Аугментация гребня может быть необходима до установки имплантата, чтобы улучшить условия установки и сделать возможным использование имплантата более широкого диаметра, особенно у пациента с тяжелым бруксизмом. Задачами ОЗИ является уменьшение силы окклюзионных контактов, увеличение количества или диаметра имплантатов, на которые действует ангулированная нагрузка.

Угол бугра коронки

Угол действия силы может находиться под влиянием наклона бугра. Естественные зубы часто имеют крутые бугровые скаты, и 30° углы бугров восстанавливают в искусственных зубах и коронках естественных зубов. Большие углы бугров могут разрезать пищу легче и эффективнее, но окклюзионный контакт вдоль ангулированного бугра приводит к ангулированной нагрузке на крестальную кость. Величина силы является минимальной, если ангулированный окклюзионный контакт не является преждевременным, а обеспечивает одинаковую нагрузку, действующую на несколько зубов и имплантатов. Однако ангулированная нагрузка на бугор увеличивает общий стресс без видимой пользы. Следовательно, никакого преимущества не приобретается, а риск возрастает.

Идеальный окклюзионный контакт на коронке имплантата, следовательно, должен находиться на плоской поверхности, перпендикулярной телу имплантата. Это положение обычно сопровождается увеличением ширины центральной борозды на 2-3 мм на коронках задних имплантатов, которые позиционируют над средней частью абатмента имплантата. Противолежащий бугор реконтурируют, чтобы он смыкался с центральной ямкой прямо над телом имплантата.

Аксиальная нагрузка на имплантат особенно важна, если интенсивность силы или ее продолжительность возрастают (например, при парафункции). Окклюзионные схемы и окклюзионная анатомия должны инкорпорировать аксиальные нагрузки на тела имплантатов, и когда это недостижимо, следует рассмотреть механизмы уменьшения негативного эффекта латеральных нагрузок. Поскольку горизонтальные или латеральные нагрузки вызывают повышение величины растягивающих и поперечносдвигающих сил у кромки гребня, их величина должна быть уменьшена в окклюзионной схеме, особенно в механических системах, которые повышают биомеханическую нагрузку.