Биомеханическое изучение напряженно-деформированного состояния в области коротких дентальных имплантатов в системе костная ткань-имплантат-абатмент

Современная стоматология не может быть представлена без реабилитации пациентов с использованием дентальных имплантатов. Устранение одиночных, включенных, концевых дефектов зубных рядов, лечение полного отсутствия зубов с помощью конструкции с опорой на дентальные имплантаты проводится практически в любой стоматологической клинике. Однако расширение показаний для дентальной имплантации неизменно связано с необходимостью проведения дополнительных операций, направленных на увеличение объема костной ткани. Близость расположения нижнечелюстного канала или дна верхнечелюстной пазухи зачастую не позволяет использовать имплантаты требуемой длины. Наряду с этим следует отметить нарастание тенденции желания пациентов сократить сроки и количество этапов лечения. Не без влияния вышеперечисленных факторов была сформулирована концепция применения коротких имплантатов, которая продолжает дополняться различными положениями. Под термином «короткие имплантаты» мы понимаем конструкцию с длиной внутрикостной части 6-8 мм при соотношении длин внутрикостная часть/внекостная часть менее чем 1:1.

Большое количество публикаций в специализированной литературе посвящено применению коротких имплантатов, и демонстрируемый успех их использования составляет более 90%. Например, онлайн-библиотека MEDLINE на поиск short implants в разных вариантах показывает несколько сотен ссылок на статьи, в том числе и в достаточно авторитетных изданиях [2-4, 8, 9]. Однако все прогнозы относительно состоятельности и выживаемости коротких имплантатов основаны большей частью на выводах из клинических исследований, которыми, к сожалению, можно манипулировать путем того или иного количества критериев включения/невключения пациента в исследование. Прямая связь клинической и экспериментальной имплантологии с биомеханикой позволяет, используя метод конечно-элементного анализа, смоделировать любую ситуацию и изучить поведение системы кость-имплантат-абатмент-протез.

Цель - изучение наряженно-деформированного состояния (НДС) системы костная ткань-имплантат-абатмент при воздействии экспериментальной нагрузки и сравнение результатов функционирования коротких и стандартных имплантатов в условиях костной ткани различных типов плотности.

Для точной передачи геометрии альвеолярной кости нами по поперечным срезам компьютерной томограммы пациента с отсутствующими 3.4, 3.5, 3.6 зубами с использованием CAD комплекса SolidWorks, был построен объемный участок нижней челюсти. Смоделировано 4 типа костной ткани, отличающихся объемом и физическими свойствами компактного и губчатого вещества, в соответствии с общепринятой классификацией [5, 6]. I тип кости - компактинизированная структура (модуль упругости Eкорт=25 500 МПа), II тип - компактная кость толщиной 3 мм и мелкоячеистая губчатая структура (модуль упругости Eкорт=25 500 МПа, Eгуб=10 500 МПа), III тип - компактная кость толщиной 1 мм и среднеячеистая губчатая структура (модуль упругости Eкорт=16 900 МПа, Eгуб=6500 МПа), IV тип - крупноячеистая губчатая костная структура, отсутствие компактного слоя (модуль упругости Eгуб=4500 МПа). Значения модуля упругости получили путем пересчета данных плотности ткани по шкале Хаунсфилда для каждого типа кости, используя известные эмпирические формулы [1, 7]. В каждую из четырех моделей костной ткани виртуально устанавливали конструкцию имплантат (титановый винтовой дентальный имплантат диаметром 4 мм) - абатмент. Соединение имплантат-абатмент моделировали по типу внутреннего шестигранника. Абатмент фиксировали в инфраструктуре винтом с усилием 30 Н/см², что позволяло минимизировать микрозазор между стенками шестигранника и максимально приблизить модель к реальной картине. Смоделировали два вида комплекса имплантат-абатмент: в одном случае длина внутрикостной части составила 13 мм, а внекостной - 10 мм (контроль), в другом случае (опыт) - 6 и 12 мм соответственно. Всего было построено 8 различных трехмерных расчетных моделей системы кость-имплантат-абатмент.

К верхней точке абатмента прикладывали нагрузку 100 Н под углом 30°.

В каждой модели регистрировали возникающие напряжения в кости в области шейки имплантата и в самой искусственной структуре в области соединения имплантат-абатмент. Также определяли деформацию костной ткани в области шейки имплантата и материала имплантата в верхней точке абатмента, т.е. в месте приложения нагрузки (см. рисунок).

Полученные данные сравнивали попарно, объединив модели с одинаковым типом кости. Результаты исследования и увеличение значений НДС в моделях коротких имплантатов сведены в таблицу.

При оценке результатов можно отметить, что в любом случае данные НДС в области коротких имплантатов превышают соответствующие значения при моделировании стандартных имплантатов.

Наименьшая разность попарно представленных результатов определяется в зоне соединения имплантат-абатмент (7,5-8,2%). Причем мы не наблюдаем в значениях НДС узла сопряжения зависимости от типа костной ткани.

НДС костной ткани в области шейки короткого имплантата на десятки процентов превышает аналогичный показатель при моделировании стандартного имплантата, и увеличение значения происходит при ослаблении механических свойств кости (разность напряжений при I типе костной ткани - 28,6%, при IV типе - 43,4%; разность деформаций при I типе костной ткани - 27,8%, при IV типе - 47%). Это особенно важно, учитывая, что короткие имплантаты рекомендуют устанавливать в области дна верхнечелюстной пазухи, где определяется III, а чаще IV тип кости.

Результаты деформации (перемещения) верхней точки абатмента не показывают зависимость от типа смоделированной костной ткани, но разница между использованием коротких и стандартных имплантатов значительная - 55,8-62,0%.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о неоднозначном прогнозе использования коротких имплантатов в качестве самостоятельных опор для ортопедических конструкций. Вполне допустимо их применение как дополнительной точки опоры, совместив их с имплантатами длиной от 10 мм и больше. Также необходимо подчеркнуть, что методы современной стоматологической имплантологии должны включать биомеханическое виртуальное планирование на основе индивидуализированных показателей плотности костной ткани для получения долгосрочного прогноза состоятельности и выживаемости системы костная ткань-имплантат-абатмент-протез.