Винтовое соединение протезов: характеристики, этапы установки

Винты в реставрациях с опорой на имплантаты в первую очередь используются для скрепления протезных компонентов вместе. В большинстве систем с помощью винта компонент (например, абатмент для цементной ретенции, абатмент для винтовой ретенции и абатмент для аттачмента или протеза) фиксируется к телу имплантата. Несколько лет назад цементная ретенция использовалась чаще, но сейчас используется реже по следующим причинам:

• Гидростатическое давление часто мешает осуществить полную посадку компонентов, что ведет к образованию цементного края у кромки кости.

• Излишки цемента находятся на уровне кости, на несколько миллиметров ниже края мягких тканей, и без хирургической отслойки тканей их почти невозможно полностью удалить.

• Кроме того, штифт абатмента часто имеет диаметр только 2-3 мм, что слишком мало для предсказуемого цементирования. Когда возможно зацементировать абатмент в теле имплантата, показан композитный цемент, потому что он имеет наивысшую прочность при действии компрессионных и растягивающих сил. Однако композитный цемент еще труднее удалить, чем любой другой цемент, и это может способствовать потере крестальной кости.

• Штифт абатмента малого размера также имеет повышенный риск разлома, если он не полностью установлен в тело имплантата. Если абатмент сломается от усталости в долгосрочной перспективе, его необходимо вырезать из тела имплантата.

• Эта процедура наиболее трудна и часто перегревает имплантаты, ведя к потере кости или несостоятельности имплантата, или перфорирует тонкую наружную стенку имплантата, что обычно вызывает его несостоятельность. Поэтому цементированный штифт редко показан, только в тех случаях, когда все возможные методы винтовой ретенции не помогли, и цементированный штифт используется как средство спасения.

Ряд преимуществ оправдывают использование абатмента винтовой ретенции. Винт абатмента является самым легким, безопасным и наиболее эффективным методом фиксации протезных компонентов к телу имплантата. Винт абатмента обеспечивает ретенцию даже при малых размерах и легко удаляем. Его использование для колпачков слепочных трансферов, чтобы передать информацию о положении тела имплантата в лабораторию, является обычным. Эти компоненты должны быть вывинчены, как только трансфер будет изготовлен. Кроме того, протезист может решить заменить один абатмент на другой, несколько отличающийся по дизайну, ангуляции или высоте. Следовательно, легко удаляемый компонент является значительным преимуществом. Однако винтовая ретенция может создать и некоторые проблемы. Хроническое ослабление винта и его разлом могут быть дорогими и занимать много времени.

Частым осложнением винтового двухсекционного абатмента является ослабление винта абатмента в области тела имплантата под коронкой, которая зацементирована к абатменту. Удалить цементированную коронку с подвижного абатмента очень трудно. Чтобы разрешить эту проблему, стоматолог просверливает в коронке отверстие доступа к винту абатмента. Однако эта процедура может повредить фарфор или режущий край коронки, что приведет к необходимости ее замены.

Когда конечный абатмент выбран и позиционирован, протезист не хочет, чтобы абатмент ослаб. Однако ослабление винта абатмента является наиболее распространенным осложнением для имплантатов одиночных зубов и составляет, по литературным данным, 65% в течение 3-летнего периода. Ослабление винта абатмента менее вероятно во множественных реставрациях, но и о таких случаях есть сообщения. Сделанный в 1995 г. обзор отчетов о дентальных имплантатах и их компонентах показал, что разлом компонентов продолжает быть проблемой имплантационной стоматологии. Разломы происходили в имплантатах, протезных винтах и абатментах 6 ведущих дентальных производителей.

Силовые факторы

Внешние силы, которые действуют на винтовое соединение, значительно увеличивают риск ослабления винта. Они могут быть названы силами, разделяющими соединение, но они являются теми же силами, что ранее были представлены как факторы, увеличивающие риск несостоятельности имплантата, потери крестальной кости и разлома компонентов. Внешние силы, обусловленные наличием парафункции, неадекватной высотой коронки, жевательной динамикой и длиной консоли (отклонение от оси) являются факторами, которые могут значительно увеличить стресс, действующий на имплантат и винтовое соединение. Из них главным фактором является парафункция. Пациент с горизонтальным бруксизмом многократно нагружает коронку имплантата ангулированной силой, повышает величину силы, количество циклов усталостной несостоятельности и угол направления действия силы и создает поперечный сдвигающий стресс в зоне контакта «кость-имплантат». Ослабление винта абатмента можно ожидать у пациента с тяжелым бруксизмом. Условия, которые ведут к чрезмерной окклюзионной нагрузке, также повышают риск ослабления винта абатмента. Когда соседние естественные зубы подвижны вследствие действия боковых или ангулированных сил, коронка имплантата может быть перегружена. Требуется коррекция окклюзионных сил, чтобы позволить соседним зубам смещаться до контакта с коронкой имплантата и тем самым уменьшить риск перегрузки. Когда все вышесказанное выполнено, внешние силы, приложенные к соединению, наиболее важны для уменьшения частоты ослабления винта. Например, исследование Воhann и соавт. показало, что сила на винте прямо пропорциональна высоте коронки. Высота коронки является вертикальной консолью и умножает силу, действующую на винт абатмента. Следовательно, имплантат, замещающий одиночный зуб, у пациента с потерей кости из-за заболевания пародонта в анамнезе и большая высота коронки увеличивают риск ослабления винта абатмента. Когда винты затянуты и помещены на плоскость без разделяющих сил, они будут оставаться тугими всегда. Когда силы, разделяющие соединение, больше, чем силы, удерживающие винты вместе (так называемые зажимные силы), винты ослабевают.

Другие часто встречающиеся условия, которые могут вызвать потерю ретенции винтового абатмента, включают непассивную супраструктуру, неравные окклюзионные нагрузки и усталость материала. Неравные окклюзионные нагрузки вызывают многократную компрессию и затем растяжение компонентов имплантата. Поскольку винт является наклонной плоскостью, то непрерывная вибрация приводит к его ослаблению. Методы предотвращения ослабления включают:

• предварительную нагрузку, дизайн и место расположения винта;

• уменьшение моментных сил;

• использование динамометрического ключа и точного каркаса;

• правильную подгонку компонентов;

• адекватные окклюзионные схемы; достаточное количество имплантатов и избегание пациентов со значительной парафункцией.

Механика металлического винта

Целью простого устройства является уменьшение усилия, необходимого для работы. Пять устройств увеличивают силу:

1. винт;

2. наклонная плоскость;

3. рычаг;

4. колесо;

5. блок.

Из них рычаг и винт являются наиболее важными для протезиста. Консоль способна увеличить силу в соответствии с длиной рычага (например, МР = Б * длина консоли, где МР – момент силы, Б – сила). Винт еще более эффективен. Момент сил 20 Н•см, приложенный к винту, способен сдвинуть 2 железнодорожных вагона на плоской поверхности. Несколько факторов могут увеличить или уменьшить риск ослабления винта в винтовой системе «металл-металл». Винтовое соединение является термином, используемым для описания этой системы.

Вращающие ротационные силы могут быть измерены, как вращающий момент – в Н•см. Вращающий момент, приложенный к винтовому компоненту, влияет на компрессионные силы в витках резьбы и компрессионные силы, действующие на головку винта на компоненте, в который вкручивается винт. Вращающий момент также приводит к действию растягивающих сил в пределах патричного компонента винта. Слишком маленькая величина вращающего момента результируется в низких зажимных силах, что увеличивает риск ослабления. Слишком большая величина вращающего момента приводит к разлому винта или обнажению компонентов резьбы.

Преднагрузка является начальной нагрузкой, создаваемой под действием вращающего момента сил, она вызывает удлинение винта. Преднагрузка обусловливает действие растяжения на винт и приводит к развитию чрезмерной зажимной силы между частями имплантата. Величина зажимных сил в зоне контакта «металл-металл» винтового компонента является одним из наиболее важных параметров для долгосрочной винтовой фиксации. Прочность соединения повышается в основном за счет увеличения зажимных сил и в меньшей степени обусловлена любыми другими условиями, напрямую относящимися к винту. Зажимная сила прямо пропорциональна силе, используемой для затягивания винтов.

Цель затягивания винта с преднагрузочным стрессом – максимизировать период до появления усталости винта и обеспечить удовлетворительную резистентность к ослаблению. Преднагрузка находится под влиянием 6 факторов:

1. величина вращающего момента;

2. дизайн головки винта;

3. дизайн и количество витков резьбы;

4. состав металлического материала;

5. состояние поверхности;

6. диаметр винта.

Величина преднагрузки

Величина преднагрузки напрямую связана с зажимной силой. Напряжение (изменение длины, деленное на первоначальную длину) винта также напрямую связано с величиной вращающей силы. Чем выше сила, тем больше напряжение. В конечном счете, силы вызывают пластическое или необратимое изменение материала, в момент которого винт больше нельзя вывернуть, и дополнительная сила вызывает разлом. Предлагаемая величина вращающего момента для преднагрузки должна быть 75% от значения, при котором достигается необратимая деформация, чтобы обеспечить клапан безопасности для винтового соединения.

Величина преднагрузки, приложенной к винтовому соединению, должна быть постоянной и достаточно большой, чтобы вызвать деформацию (напряжение) в пределах головки винта. Производители часто предлагают использовать динамометрический ключ с высоким значением вращающего момента для затягивания винта абатмента, чтобы минимизировать его ослабление. Эта концепция приводит к уменьшению доли случаев ослабления винта абатмента с 50 до 16% во время первого года нагрузки, при использовании одной и той же имплантационной системы. V-образный 30° профиль резьбы винта наиболее часто используется для соединения «металл-металл» и позволяет растянуть или преднагрузить металл, чтобы предотвратить ослабление винта. Однако поскольку винтовые компоненты взаимодействуют друг с другом, износ (притирка) медленно уменьшает способность винта удерживать компоненты вместе.

Для значений оптимального вращающего момента, о которых сообщается в литературных источниках, характерно широкое расхождение в диапазоне от 12,4 до 83,8 Н•см в зависимости от материала и дизайна винта. Как правило, величина вращающего момента на винтах абатментов, предлагаемых производителями, варьирует от 20 до 35 Н•см, и требуется, чтобы эти величины для динамометрических ключей были более последовательными. Ручной ключ не может создать постоянное значение вращающего момента. В одном исследовании было показано, что средний вращающий момент, создаваемый на винтовом соединении ручной отверткой, был 11 Н•см и варьировал от 5 до 20 Н•см. Несколько сообщений также указывают на недостаточную точность динамометрических ключей и на то, что компоненты ключей могут подвергнуться коррозии после многократного автоклавирования, а это может увеличить вращающий момент, действующий на винтовую систему. Следовательно, предлагается автоклавировать ручные динамометрические ключи в открытом положении, врач должен тестировать их компоненты до использования, чтобы убедиться, что они в рабочем состоянии. Периодически динамометрические ключи должны повторно калиброваться компанией-производителем или компанией, выпускающей имплантационные системы.

Стоматолог должен быть осторожным, потому что вращающий момент, вероятно, передает ротационные или поперечно-сдвигающие компоненты действующей силы в зону контакта «кость-тело» имплантата. Величина вращающего момента для удаления имплантата зависит от дизайна имплантата, состояния поверхности и плотности кости и может быть менее 15 Н•см в мягких типах кости. Следовательно, использование противовращающих устройств, таких как модифицированный кровоостанавливающий зажим для удержания абатмента и профилактики его вращения (и, следовательно, вращения имплантата), рекомендуется во время затягивания винта абатмента. До начала использования динамометрического ключа, чтобы убедиться, что установка абатмента полностью завершена и он сцеплен с шестигранником или антиротационным элементом тела имплантата, обычно выполняется рентгенография. Методики противовращения для уменьшения поперечно-сдвигающих нагрузок на крестальную кость только тогда эффективны, когда компоненты не имеют ротационных ошибок.

Дополнительные окклюзионные нагрузки могут иметь кумулятивный эффект при преднагрузке, и материал может демонстрировать пластическую деформацию, при превышении предела прочности. Если нагрузка на винт превышает предел прочности, происходит пластическая деформация вследствие действия аксиальной нагрузки и изгибания. Она вызывает ослабление винта и ведет к потенциальной несостоятельности устройства.

Дизайн головки винта

В попытке минимизировать клинические осложнения проводится усовершенствование винтов, чтобы сделать преднагрузку максимальной, а потерю результирующего вращающего момента при трении минимальной. Головка винта шире, чем диаметр резьбы, и для абатмента чаще всего является плоской. При винтовой фиксации частей в других областях деятельности, а не в стоматологии часто используется конусовидная головка, чтобы помочь выровнять компоненты, которые имеют плохую подгонку. Конусовидная головка при этом действует как наклонная плоскость. Однако этот дизайн головки уменьшает зажимный эффект и уменьшает растягивающую силу в витках резьбы винта. Винтов колпачка с конусовидными (а не плоскими) головками, следует избегать. Конусовидная головка винта искажает и выравнивает непассивные компоненты и создает при этом видимость правильной подгонки непассивной отливки, но супраструктура не деформируется бесконечно, поэтому в системе развивается стресс. Даже вращающий момент 10 Н•см, приложенный к наклонной плоскости винта, может исказить супраструктуру и привести к значительному стрессу в области крестальной кости. Кроме того, большая часть силы в пределах конусовидного винта распределяется скорее к головке, чем к фиксирующему компоненту винта.

Винт с плоской головкой распределяет силы более равномерно в пределах витков резьбы и головки винта и имеет меньшую вероятность искажения непассивной отливки. Как результат, стоматолог может определить и исправить непассивную отливку. По сути, головка абатмента также должна быть плоской на верхушке, чтобы увеличить зажимную силу в головке винта и растягивающую силу в витках резьбы. Пластиковый литой абатмент имеет больший риск ослабления из-за недостаточной точности соприкасающихся поверхностей.

Дизайн и количество витков резьбы

Дизайн и количество витков резьбы также являются важными факторами, влияющими на риск ослабления винта. Наиболее частым дизайном винта абатмента, используемым производителями имплантатов, является фикстура-V-образный профиль резьбы с углом 30°. Дизайн фикстуры позволяет преднагрузочному вращающему моменту, приложенному к винту, растянуть патричный компонент винта до 30° его матричного компонента, чтобы помочь зафиксировать металлические компоненты. Однако дизайн винта передает большую часть вращающего момента на первые витки резьбы. Как общее правило, когда используется У-образный профиль резьбы с углом 30°, количество витков резьбы не должно быть больше величины диаметра винта. Поэтому на дизайнах винтов абатментов имплантационных систем большинства производителей имеется всего несколько витков резьбы. Наиболее распространенным дизайном является длинный стержень с плоской головкой и 6 витками резьбы для достижения оптимального растяжения.

По этим причинам специалистами космической промышленности был создан другой дизайн винта (Spiralock, «Detroit Tool Industry», США), который может распределять вращающие преднагрузки на каждый патричный и матричный компонент винта. Дополнительные витки резьбы на винте еще больше увеличивают его резистентность к ослаблению. Эта модифицированная форма резьбы используется в космическом челноке, чтобы поддерживать целостность винтового соединения. Эта форма винта используется исключительно компанией-производителем имплантатов «BioHorizons Dental Systems» (США). В сообщении о 5-летнем проспективном исследовании не говорилось ни о каком ослаблении винта. Не ожидается, что ослабление винта вообще никогда не будет наблюдаться, но использование импровизированных инженерных принципов, очевидно, может значительно уменьшить такое осложнение.

Состав металлических компонентов

Конструкция материала, предположительно, является главным фактором, увеличивающим срок службы винта. Химический состав металлических компонентов может влиять на величину преднагрузки до разлома и, следовательно, напрямую определять величину преднагрузки, при которой ее можно безопасно использовать. Дизайн винта и предельная прочность значительно различаются у разных производителей (от 12,4 Н для золотого до 83,3 Н для титанового винта). Эти вариации также могут быть обусловлены наружным диаметром винта, глубиной витков резьбы, точностью компонентов, конусностью и плохой обработкой инструментов и могут вызвать большое количество разнообразных осложнений, связанных с ослаблением винта.

Растяжение металлических компонентов соотносится с модулем эластичности, который зависит от типа материала, его ширины, дизайна и величины действующего стресса. Так, золотой винт больше растягивается, но имеет более низкий предел прочности, чем винт, сделанный из титанового сплава. Протезные винты могут разламываться под действием торсионного изгибающего момента величиной 16,5 Н•см, а для винтов абатментов, состоящих из различных материалов и имеющих разные размеры, этот показатель равен 40 Н•см. Материал, из которого сделан винт (например, титановый сплав или золото), имеет специфический модуль эластичности. Пластическая, или необратимая, деформация является конечной точкой модуля эластичности.

Сплав титана имеет в 4 раза большую резистентность к разлому при изгибании по сравнению с чистым титаном 1-й категории очистки. Следовательно, винты абатмента, сделанные из титана 1 -й категории очистки, будут деформироваться и ломаться легче, чем сделанные из сплава. Поэтому более высокая величина вращающего момента может быть использована на винте абатмента из титанового сплава и матричном компоненте (тело имплантата). Хотя прочность титана разных категорий очистки значительно разнится, модуль эластичности у них сходный. Однако, хотя величины напряжения в области винтов абатментов, сделанных из титана разной степени чистоты, аналогичны, величины безопасной с точки зрения риска разлома нагрузки различаются в 4 раза.

Состояние поверхности

Значение состояния поверхности винта противоречиво оценивается в механике винтов. Одни специалисты считают, что более шероховатая поверхность увеличивает резистентность (трение) в винтовом соединении и минимизирует риск его ослабления. Другие специалисты считают более важным использование поверхностей, уменьшающих трение, и утверждают, что увеличение преднагрузки является эффективным способом улучшения фиксации. Тестирование винтов с нанесением и без нанесения смазки показало отсутствие статистической разности между значениями резистентности в этих двух группах.

Диаметр винта

Диаметр винта может повлиять на величину преднагрузки, приложенной к системе и не вызывающей ее деформации. Чем больше диаметр, тем больше преднагрузка, которая может быть приложена без развития деформации, и тем больше зажимная сила, действующая на винтовое соединение. Большинство винтов абатментов имеют сходный размер. Однако диаметр винтов колпачков, выпускаемых рядом производителей, меньше (и они могут быть из другого сплава). Как общее правило, винты абатмента ослабляются реже и могут противостоять большей преднагрузке, чем винты колпачков. Кроме того, винты колпачков не сцеплены с антиротационным шестигранником, и, следовательно, противоторсионные устройства не могут быть использованы.