Биомеханика имплантации, пример 8: Оценка распределения нагрузки на скуловые имплантаты Зигома (Zygoma)
Имплантаты системы Зигома (ранее назывались «скуловыми имплантатами») были разработаны для оригинального решения проблемы протезирования при выраженной атрофии альвеолярного отростка верхней челюсти в случаях, когда для установки стандартных имплантатов требуется обширное реконструктивное вмешательство. В целом, методика использования имплантатов системы Зигома заключается в установке относительно длинных винтовых имплантатов (45-60 мм) большого диаметра (4,5 мм) из чистого титана в дистальных отделах верхней челюсти, в качестве опоры используется доступный объем верхней челюсти и скуловой кости, для чего такие длинные имплантаты необходимо вводить под наклоном. Обычно имплантаты Зигома27 устанавливают в сложных ситуациях с целью избежать или минимизировать объем реконструктивных вмешательств.
Во-первых, скуловые имплантаты позволяют избежать необходимости трансплантации костных блоков в дистальных отделах верхней челюсти при сохранении достаточного объема кости в переднем отделе для установки стандартных винтовых имплантатов (обычно два). Во-вторых, при выраженной атрофии всего альвеолярного отростка верхней челюсти имплантаты Зигома дают возможность ограничиться пересадкой костных блоков в переднем отделе верхней челюсти для установки стандартных имплантатов. В-третьих, при утрате премоляров и моляров с одной или обеих сторон верхней челюсти и выраженной резорбции участков адентии имплантат Зигома можно комбинировать с одним или двумя имплантатами, установленными мезиально для обеспечения надежной опоры несъемного частичного протеза.
На рис. 1а показана схема с двумя дистальными имплантатами Зигома и двумя стандартными имплантатами системы Бронемарка в переднем отделе челюсти, что характерно для первых двух описанных ситуаций (из Zhao et al.28). Кроме того, на этом рисунке представлено упрощенное изображение подковообразного протеза с опорой на четыре имплантата. Учитывая число имплантатов, такую схему можно считать первым описанием концепции «Все-на-Четырех», хотя авторы и не использовали этого названия.
С точки зрения биомеханики, скуловые имплантаты в основном схожи с более короткими имплантатами, установленными под наклоном. Прежде всего это касается распределения нагрузки на имплантаты и внутренних деформаций самих имплантатов, протеза и прилегающей костной ткани. Однако скуловой имплантат отличается тем, что его установка под наклоном обусловлена анатомическими требованиями, чтобы задействовать плотную ткань скуловой кости и обеспечить возможность фиксации протеза. Особое внимание следует уделять плотности костной ткани в области гребня, которая часто оказывается относительно низкой при выраженной атрофии верхней челюсти. В таких случаях именно скуловая кость позволяет достаточно надежно зафиксировать имплантат, чтобы он мог противостоять осевым и неосевым нагрузкам. Очевидно, что скуловой имплантат должен обладать высокой прочностью на сгибание и устойчивостью к усталостным переломам.
Дополнительную проблему представляет собой довольно мягкая костная ткань альвеолярного отростка, которая может приводить к образованию своеобразной консоли, когда только апикальная часть имплантата жестко фиксирована в скуловой кости. При этом возникает нежелательная относительная подвижность корональной части имплантата, а это неблагоприятно действует на прилегающую кость. Такая особенность имеет большое значение в третьей описанной выше ситуации, т.е. при замещении жевательных зубов с помощью протеза с опорой на один скуловой имплантат и один-два стандартных имплантата. Однако нужно помнить, что при соединении скулового имплантата только с одним стандартным имплантатом может появиться проблема со стабильностью конструкции.
В случае ослабления фиксации протеза под действием боковой нагрузки возникает вращательный эффект, который ведет к деформации длинного скулового винта.
Рисунок 1. Результаты аналитической модели нагрузки на скуловые имплантаты и стандартные имплантаты системы Бронемарка на верхней челюсти (из Zhao et al.):
(а) Жесткий протез с опорой на два стандартных имплантата в переднем отделе и два скуловых имплантата в дистальных отделах. Нагрузку оказывали в трех точках: I, II и III.
(b-d) Осевая сила 100 Н воздействует в трех «точках нагрузки» (I, II и III). Осевые силы в направлениях х1, х2 или х3. (В данном случае, в отличие от предыдущих,«+» соответствует компрессии, а «-» растяжению.)
В 1997 г. Zhao и соавт. разработали экспериментальную модель для изучения особенностей биомеханики описанных конструкций (см. рис. 1а): два имплантата системы Бронемарка длиной 10 мм в переднем отделе верхней челюсти и два скуловых имплантата в дистальных отделах. Причем авторы допускали полную остеоинтеграцию стандартных имплантатов и остеоинтеграцию апикальных частей скуловых имплантатов. Степень остеоинтеграции альвеолярной части скуловых имплантатов считали переменной: в модели 1 ее считали несущественной, а в модели 2 - достаточной для осуществления средней поддержки. В заключение авторы отметили, что обе модели обеспечивают стабильную поддержку протеза.
Кроме того, в описываемом эксперименте протез считали жестким и недеформируемым, в то время как соединения имплантатов и протеза - шарнирными, способными выдерживать нагрузки в трех направлениях (но при отсутствии сгибающего момента).28 Иными словами, перечисленные условия в целом соответствуют модели Скалака, описанной выше в этой главе. Zhao и соавт. отметили, что предложенная ими модель напоминает клиническую ситуацию при ослаблении фиксации протеза, когда допускается некоторое вращающее движение протеза, но без возникновения сгибающего момента. Помимо перечисленных условий и параметров, при проведении анализа учитывали нагрузку на имплантаты.
Перед обсуждением результатов этого анализа нужно понять общие параметры функционирования описанной системы. Во-первых, из-за особенностей остеоинтеграции в разной по плотности костной ткани скуловые имплантаты подвергаются большей деформации, чем стандартные имплантаты, установленные в переднем отделе верхней челюсти, под действием боковых нагрузок, но относительно «жесткие» под действием осевой нагрузки. Устойчивость более эластичных скуловых имплантатов к боковым нагрузкам достигается с помощью их шинирования с «жестко» фиксированными стандартными имплантатами. Во-вторых, при планировании лечения стоматологи должны учитывать качество костной ткани альвеолярного гребня.
В результате анализа Zhao и соавт. определили, что осевые и неосевые силы действуют на все четыре имплантата, участвующих в опоре протеза, вне зависимости от точки приложения сил. На рис. 1b-1d представлены примеры модели 2, которая предполагает определенную поддержку альвеолярной части скуловых имплантатов. Каждая графа соответствует осевой силе 100 Н на имплантаты в трех точках (x1, х2 или х3). В частности, на рис. 1b показана осевая нагрузка 100 Н, которая действует на протез в точке I в направлениях х1, х2 или х3. Даже при силе 100 Н лишь в направлении х3 возникает значимая компрессионная нагрузка (около 50 Н) на имплантаты. В данном случае эта сила воздействует только на два имплантата системы Бронемарка, в то время как к скуловым имплантатам осевая нагрузка почти не прилагается. Однако при воздействии силы в наиболее дистальной точке III осевая нагрузка составляет около 100 Н (компрессия) на ближайший скуловой имплантат и около 75 Н на противоположный. Результаты анализа модели 1 (отсутствие альвеолярной поддержки скуловых имплантатов) схожи с моделью 2, но приложение силы в точке III ассоциируется с более высокой осевой нагрузкой на ближайший и удаленный скуловые имплантаты (125 и 100 Н, соответственно).
Кроме того, Zhao и соавт. отметили относительно высокую поперечную нагрузку на стандартные и скуловые имплантаты в модели 2, в зависимости от точки приложения силы и ее направления. В частности, приложение силы 100 Н в точке III в направлении х3 ассоциируется с поперечной нагрузкой 8,32 и 38,5 Н на скуловые имплантаты Z-1 и Z-2, соответственно, и 9,57 и 18,8 Н на имплантаты системы Бронемарка В-3 и В-4, соответственно. По данным Zhao и соавт.,28 поперечная нагрузка на имплантат приближалась к значению силы, действующей на протез, только в одном случае, а именно при воздействии силы в точке III, а нагрузка на имплантат В-4 в направлении х2 достигала 74 Н.
При использовании скуловых имплантатов также нужно учитывать степень деформации как самих имплантатов, так и прилегающей к ним костной ткани. Ujigawa и соавт. сравнили скуловые и стандартные имплантаты на модели черепа человека с помощью трехмерного анализа конечных элементов. Модель создали с помощью данных КТ. Два скуловых имплантата длиной 60 мм находились в скуловой кости на 18,2 мм и в верхней челюсти на 6,3 мм. Два стандартных имплантата были установлены с каждой стороны от срединной линии на 5,2 и 12,3 мм с наклоном 16 и 8° к горизонтальной плоскости. В рамках исследования имплантаты сочли полностью остеоинтегрированными, а механические свойства разных материалов почерпнули в специализированной литературе. На окклюзионную поверхность протеза действовала вертикальная сила 150 Н, а на нёбную - боковая сила 50 Н. Кроме того, «к области прикрепления жевательной мышцы к скуловой кости и скуловому отростку верхней челюсти прилагали распределенную силу 300 Н для имитации движений нижней челюсти... Движения нижней челюсти были ограничены симметрично» (Ujigawa et al.).
Главным результатом этого исследования стало то, что максимальный показатель критерия пластичности Мизеса отметили в области скулового имплантата и его соединения с протезом. При воздействии на протез вертикальной нагрузки пиковый показатель пластичности Мизеса составлял 15-45 МПа, а при воздействии боковой - 10-50 МПа. Несмотря на определенную важность этой информации, ей сложно найти применение без изучения усталостной прочности таких имплантатов в указанных условиях.
Резюме. В этой и предыдущих статьях на сайте подробно обсуждались биомеханические аспекты использования имплантатов, установленных под наклоном. При правильном планировании лечения такое положение имплантатов позволяет уменьшить протяженность консольных частей протеза и равномернее распределить нагрузку на имплантаты, а также уменьшить деформации всех составляющих конструкции и окружающей имплантаты костной ткани. Необходимость в установке имплантатов с выраженным наклоном возникает при отсутствии условий для их вертикального позиционирования. Следует помнить, что одинаковая нагрузка на имплантаты, установленные вертикально и под наклоном, приводит к большей деформации кости, прилегающей к последним. Кроме того, в таких случаях повышается нагрузка на соединения между имплантатами и протезом. Однако правильное планирование с учетом распределения нагрузки и прочностных характеристик используемых материалов повышает безопасность и эффективность описанной концепции, что подтверждается данными клинических исследований.
