Имплантологическое лечение является одним из основных направлений современной стоматологии. При неблагоприятных клинических условиях в области планируемой имплантации существует возможность реабилитации с использованием несъемного протеза с консольным элементом в зоне дефекта [1]. Необходимость включения консольного элемента в протезную конструкцию является актуальным и зачастую необходимым.

По данным метаанализов и ретроспективных исследований, эффективность имплантации и протезирования при восстановлении зоны дефекта консольным элементом варьируется в пределах 91-97% [2-4]. Есть четкие рекомендации и правила, по которым расстояние между имплантатами не должно быть меньше 3 мм, а расстояние до соседнего зуба минимум 1,5 мм [5, 6]. В случаях, когда имплантаты устанавливаются без учета минимально допустимых расстояний между ними, окончательная реакция костной ткани малопрогнозируема. В то же время в ортопедической стоматологии распространено мнение о возможной перегрузке опорных зубов консольными несъемными протезами.

Одним из главных моментов, от которых зависит продолжительность функционирования имплантатов, являются параметры напряженно-деформированного состояния (НДС) в костной ткани вокруг дентальных имплантатов, особенно в отдаленные сроки их функционирования. Для изучения НДС в тканях вокруг имплантатов проведен ряд экспериментальных исследований с использованием метода математического анализа трехмерных конечно-элементных моделей [7-10].

Цель исследования - биомеханическое обоснование рекомендаций по возможности включения консольного элемента различной протяженности в несъемную ортопедическую конструкцию с опорой на два имплантата с учетом типа антагонистов.

При моделировании в программном комплексе ANSYS Mechanical использовалась расчетная схема: трехмерное математическое моделирование НДС костной ткани, окружающей два опорных имплантата и самой несъемной ортопедической конструкции, включающей консольный элемент в боковом отделе нижней челюсти. Варьировались следующие геометрические параметры: длина имплантата в кости от 9 до 14 мм; диаметр имплантатов от 3,5 до 5 мм таким образом, что самый длинный имплантат (14 мм) имел диаметр 5 мм, самый короткий (9 мм) - 3,5 мм; протяженность консольной части конструкции - от 4 до 14 мм. Ширина конструкции задавалась равной 9 мм, высота - 8 мм, общая протяженность без консольного элемента - 13 мм. При расчетах для всех материалов применялась упругая модель поведения, случаи пластической деформации кости и керамики считались недопустимыми. Для описания физико-механических свойств материалов использовались: модуль Юнга (кортикальная кость 1610 кг/мм², губчатая кость 750 кг/мм², титановый сплав 11 500 кг/мм², керамика 2240 кг/мм², сплав хром-кобальт 1720 кг/мм²) и коэффициент Пуассона (титановый сплав 0,33, керамика 0,19, сплав хром-кобальт 0,31, кортикальная кость 0,25, губчатая кость 0,45) [11-14]. В качестве нагрузки прикладывалось жевательное давление в зависимости от типа антагонистов, имеющее вертикальную и боковую составляющие: 250Н и 100Н - антагонисты в виде интактного зубного ряда, 60Н и 24Н - полного съемного протеза, 80Н и 32Н - частичного съемного пластиночного протеза, 130Н и 52Н - бюгельного протеза, 350Н и 140Н - имплантатов [15, 16]. Задача решалась в статической постановке на конечно-элементной сетке размерностью 130 000 узлов и 75 000 элементов (тетраэдры) с типичной схемой приложения нагрузок и закрепления (рис. 1, см. цв. вклейку). Геометрия для ее построения была получена из реального протеза-демонстратора с помощью 3D-сканера и параметризована с помощью CAD-системы SolidWorks. Моделирование производилось в среде ANSYS Mechanical Workbench 16.0 с выводом результатов в виде компьютерных картин напряженно-деформированного состояния протезной конструкции и костной ткани в сопровождении цветной шкалы величин напряжений (рис. 2, см. цв. вклейку).

Во всех вариантах моделирования видно, что максимальное напряжение возникает вокруг имплантата, расположенного ближе к консольному элементу и на поверхности абатмента данного имплантата. В таблице представлена зависимость максимальных напряжений на поверхности кости от нагрузки, оказываемой на конструкцию с консольным элементом протяженностью 4, 10, 12 мм.

Влияние длины консоли следующее: минимальные напряжения при жевательном давлении 60Н при наличии консоли 10 и 12 мм повышаются до 2,8 и 3,9 МПа, тогда как при консоли в 4 мм они не превышают 1,6 МПа; максимальные напряжения проявляются при жевательном давлении 350Н и составляют 8,7 МПа при консоли 10 мм и 12,3 Мпа - 12 мм, тогда как при консоли в 4 мм напряжения не превышают 6 МПа. При увеличении протяженности консольного элемента до 14 мм и более возникают напряжения до 20 МПа в кости и до 200 МПа в имплантатах, что свидетельствует о возможности их разрушения.

При моделировании длины консольной части протеза 10 мм, но с приложением разной величины жевательного давления (60Н вертикального и 24Н горизонтального; 350Н вертикального и 104Н горизонтального) получены напряжения в костной ткани свыше 23 МПа, даже при достаточных размерах опорных имплантатов (диаметр 3,5 мм и длина 9 мм у находящегося ближе к консольному элементу; диаметр 5 мм и длина 14 мм у находящегося дальше от консольного элемента). При таких напряжениях возможно разрушение костной ткани, поскольку, по данным литературы, пиковые нагрузки в процессе жевания могут превысить нагрузки, прикладываемые к моделям в данном исследовании, а пределы прочности кортикальной кости 45 МПа (спонгиозно кости 15 МПа), с запасом прочности в пределах 50%. Таким образом, для данной ортопедической конструкции рекомендуются имплантаты диаметром 4,5-5 мм, протяженность консоли не более 12 мм.

По данным ряда авторов, установлено, что исследования, проводимые методом конечных элементов, позволяют сделать выводы об общих закономерностях распределения нагрузок, но не могут провести расчет клинической индивидуальной конструкции, поэтому следует иметь в виду, что точные данные о параметрах напряженно-деформированного состояния костной ткани сугубо индивидуальны для каждого пациента [17].

- с увеличением протяженности консольного элемента в несъемном протезе на имплантатах в 2 раза - напряжения в кости растут практически по линейному закону, при уменьшении диаметра имплантатов - по квадратическому;

- в случаях замещения дефекта на антагонирующей стороне полным съемным протезом, частичным съемным пластиночным протезом, бюгельным протезом возможно изготовление консольного элемента в несъемной конструкции до 12 мм с опорой на имплантаты диаметром от 4 мм, длиной более 10 мм;

- при наличии на противоположной челюсти интактного зубного ряда или несъемной ортопедической конструкции с опорой на дентальные имплантаты не рекомендуется моделировать консольный элемент протяженностью более 8 мм с опорой на имплантаты диаметром менее 4,5 мм и длиной менее 10 мм;

- поскольку основное напряжение при воссоздании жевательных нагрузок возникает вокруг имплантата, находящегося ближе к консольному элементу несъемной конструкции, рекомендуется не воспроизводить плотный окклюзионный контакт между жевательной поверхностью консольного элемента и антагонистами.