superficie de los implantes orales revision enfocada a la topografia y a las propiedades quimicas 1
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Se revisa las propiedades topográficas y químicas de las distintas superficies de implantes orales. Se examinan los diferentes mecanismos de anclaje, como la unión biomecánica y bioquímica. Se discuten la osteoatracción y las superficies recubiertas. La calidad de la superficie de un implante oral puede subdividirse en propiedades mecánicas, topográficas y fisicoquímicas. Las propiedades topográficas se evalúan a un nivel de resolución micrométrico. Las superficies moderadamente rugosas (Sa entre 1,0 Y 2,0 mm) muestran respuestas óseas más fuertes que las superficies más lisas o más rugosas. La mayoría de los implantes comercializados actualmente son moderadamente rugosos. Los implantes orales permiten el crecimiento óseo hacia el interior de pequeñas irregularidades superficiales: unión biomecánica u osteointegración. Parece posible una unión biomecánica adicional con ciertas superficies. La osteoatracción es un término comercial sin correspondencia biológica precisa. Se han desarrollado superficies recubiertas con agentes biomecánicos, tales como los factores de crecimiento. Conclusión: Las superficies moderadamente rugosas parecen tener algunas ventajas clínicas sobre las superficies más lisas o más rugosas, pero las diferencias son pequeñas y, a menudo, no estadísticamente significativas. Los implantes bioactivos podían ofrecer resultados prometedoresTRANSCRIPT
SUPERFICIE DE LOS IMPLANTES ORALES REVISION ENFOCADA A LA TOPOGRAFIA Y LAS PROPIEDADES QUIMICAS DE SUPERFICIE
SUPERFICIE DE LOS IMPLANTES ORALES REVISION ENFOCADA A LA TOPOGRAFIA Y LAS PROPIEDADES QUIMICAS DE SUPERFICIE Tomas Albrektsson, MD, PhD, Odhca Ann Wennerberg, DOS, PhDbInt J Prosthodont 2004; 17.536-543
Dr. German Duarte AnayaSeminarios de revisión
LAS MODIFICACIONES EN LAS SUPERFICIES EN LOS IMPLANTES TIENEN COMO FIN.
Aumentar el área de contacto y por lo tanto una mejor respuesta en la interfase implante/ huesoGenerando así el anclaje bio-mecánico mas adecuado.
Cuando se genera ese anclaje bio-mecánico con mayor rapidez, vamos a obtener oseointegración mas veloz
Hench y Ethridge 1982, Cicero 2003, Albrektsson 2004, Jokstad 2008, Misch 2009
Propiedades mecánicas
Propiedades físicas y químicas
SI PRODUCIMOS MODIFICACIONS EN LA SUPERFICIE DE LOS IMPLANTES
ESTAS PUEDEN INFERIR EN LAS PROPIEDADES DEL MATERIAL
Propiedades topográficas
Las respuestas tisulares que suceden en la interfase hueso/implante esta en relación con la calidad de su superficie
Propiedades mecánicas
El desgaste esta en relación con la
la resistencia del materialLas propiedades del titanio dependen del contenido de O2
Titanio Grado 1 concentración de O2 0,18% tiene una resistencia de 170MPa
Titanio grado 4 Concentración de O2 0,4% tiene una resistencia de 485MPa
Aleaciones de titanio Ti-6Al-4V Concentración de O2 baja , disminuye la fragilidad y aumenta su resistencia y ductilidad.
La rugosidad de la superficie
Los tratamiento de superficie pueden producir cambios potenciales que pueden conllevar a incrementar el porcentaje
Implantes Plasma de Ti Poroso (poros de 200 a 500 µm) tienen una baja dureza, y menos resistentes a la fatiga
Brånemark, P-J. 1969, Kujala S 2003, Dunand DC, 2004, Zou CM 2008, Wang O 2008, Daniel J 2011
implantación iónica obtenida mediante el bombardeo de la superficie con iones de alta energía hasta una profundidad de 0,1 micrones aumenta la resistencia a la corrosión debido a que se forma una película superficial de TiN.
Desgaste
CorrosiónEstrés, fatiga o envejecimiento de la superficie del implante. Esto puede traer como consecuencia la corrosión del implante.
Kohn Dh 1990, Wennerberg A 1996, Norton M 1998, Becker W 2000, Astrand P 2000, Steveling H 2001, Steveling H 2001. Morra M 2003, Albrektsson 2004
Propiedades topográficas
Grado de rugosidad.
La topografía superficial está relacionada
La rugosidad superficiales es el conjunto de irregularidades de la
superficie
alturas de las crestas
profundidades de los valles
Parámetros que nos sirven para medir la rugosidad, se pueden clasificar en 3 tipos fundamentales:
1. Respecto a la dirección de las alturas.• Desviación media aritmética del perfil.• Altura de las irregularidades en diez puntos. • Altura de una cresta del perfil.• Profundidad de un valle del perfil.• Altura de una irregularidad del perfil.• Profundidad de un valle del perfil.
2. Respecto a la dirección transversal 3. Respecto a la forma de las irregularidades
Orientación de las irregularidades.
Rasgos de la textura de una superficie
Kohn Dh 1990, Wennerberg A 1996, Norton M 1998, Becker W 2000, Astrand P 2000, Steveling H 2001, Steveling H 2001. Morra M 2003, Albrektsson 2004
Orientación de las irregularidades.
Propiedades topográficas
Moderamente rugosas(1.0-2.0 µm)
Rugosas (Mayor de 2.0 µm)
Mínimamente rugosa ( 0,5 y 1,0 µm)
Grado de rugosidad.
• La rugosidad es el conjunto de irregularidades que posee una superficie,• La mayor o menor rugosidad permite definir la micro-geometría de la superficie• La unidad de rugosidad es el micrómetro o micra (1micra= 1 µm = 0,000001 m = 0,001 mm),
Orientación de las irregularidades.
Propiedades topográficas
Grado de rugosidad.
Cuando los osteoblastos están cultivados sobre superficies lisas (Ra < 2 µm), éstas asumen una morfología plana
Si son cultivados sobre superficies con Ra> 2 µm, pero las distancias entre picos son mayores que la longitud de las células (≈ 10 µm), la superficie es percibida como lisa.
Si Ra > 2 µm y la densidad de picos es elevada, las células son incapaces de aplanarse y extenderse. Se anclan en la superficie por medio de contactos focales entre las extensiones citoplasmáticas y los múltiples picos de la topografía. Esto fuerza a la célula a asumir una morfología más osteoblástica.
En superficies con una topografía mixta, el comportamiento del cultivo reflejará un comportamiento medio combinado entre las dos morfologías.
Ra rugosidad media
Wennerberg A 1996. Aparicio C. 2004, Boyan BD 2001, Brunette DM 2001, Buser D. 2001
Orientación de las irregularidades.
Propiedades topográficas
Grado de rugosidad.
• En la actualidad, está ampliamente aceptado que la rugosidad superficial de un implante es un factor determinante de su calidad superficial, cualquiera que sea el material del que esté fabricado o su aplicación [Buser2001].
• Los cambios topográficos de la superficie tienen influencia significativa en la cascada de eventos que llevan a la aceptación del mismo por parte del huésped [Boyan 2001],
desde la adsorción de proteínas hasta la mineralización de la matriz extracelular del tejido óseo, pasando por la adhesión, proliferación y diferenciación, tanto de los osteoblastos como de los osteoclastos. Todo ello conlleva una mayor rapidez en los procesos de curación y, por lo tanto, una más rápida y biológicamente más eficaz osteointegración [Wennerberg 1996].
Propiedades topográficas
Escala mili-métricaForma
Escala de décimas de milímetroOndulaciones de las superficies,
Escala micro-métricaRugosidad
Escala nano-métricairregularidades
¿…… Niveles superficie …..?
Actualmente existe un interés considerable por las Nano-estructuraslas irregularidades del tamaño de nanómetros como pueden afectar la respuesta ósea… ?
Wojciak-Stothard B 1998 Mostraba que las líneas celulares de macrófagos reaccionan a los microsurcos a nivel manométrico…. Rice JM, 2003 No encontraba efectos significativos en la adhesión celular a diferentes nano-topografías.
Propiedades físicas
ENERGÍA SUPERFICIALEs el grado de atracción o repulsión que la superficie del
implante ejerce sobre el medio.Hench y Ethridq 1982
Alta energía superficialMejor absorción de proteínas
Tratamientos chorreado incandescente
Baja energía superficial
Baier 1982, 1986
Una forma práctica de medir la energía superficial son las mediciones del ángulo de contacto método también usado para determinar la humectabilidad de la superficie
(hidrófoba o hidrófila)
superficie hidrófilasuperficie hidrófoba
CARGA SUPERFICIAL Potencial eléctrico que presentan, es decir, si están cargadas
positiva o negativamente o neutras
Hench LL, 1982, Baier RE 1982, Baier RE 1986, Williams RL 1990, Kasemo B 1991, Smith DC 1992, Smith DC. 1993. Albrektsson 2004
Propiedades Química
Composición química superficial
Métodos de preparación
impurezas atrapadas en la superficie
La capa superficial puede contener uniones reactivas, y un intercambio continuo de agua y diversos iones influye en la unión de las proteínas a la superficie y en las reacciones celulares subsiguiente
Hench LL, 1982, Baier RE 1982, Baier RE 1986, Williams RL 1990, Kasemo B 1991, Smith DC 1992, Smith DC. 1993. Albrektsson 2004
Bengt y Kasemo 1980, Kasemo B & Lausmaa J. 1985
Ca
H2O
Una de las funciones fundamentales que ejercen las superficies en los
implantes dentales es la de aumentar el área de contacto e integración entre el implante y el hueso, generando así el anclaje bio-mecánico.
El tratamiento de las superficies se considera como un parámetros de máxima importancia en el éxito clínico de la implantología oral.
.
Albrektsson 2004
Rugosidad superficial Química superficial
EL ENFOQUE ACTUAL HA VARIADO
Mecanismo de anclaje de los implantes orales
Unión biomecánica
Unión bioquímicas
UNIÓN BIOMECÁNICA Uniones mecánicas a través de sus irregularidades
Steveling 2001, Albrektsson 2004
El hueso crece hacia el
interior de la rugosidad
Mínimamente
rugosa
( 0,5 y 1,0 Um)
Superficies mecanizadas
El aspecto potencialmente negativo de la unión biomecánica es que emplea tiempo.
Transcurren semanas hasta que se
empieza a formar hueso en las
irregularidades de la superficie del implante.
Antes del engranaje óseo
La osteointegración depende de la unión biomecánica
UNIÓN BIOMECÁNICA Uniones mecánicas a través de sus irregularidades
Wennerberg 1996, Steveling 2001, Albrektsson 2004
Superficies Texturizadas (arenadas /ácidos)
Moderamente rugosas (1.0-2.0 Um)
• Presentan uniones mecánicas mas fuertes
• Mejor respuesta ósea
• Necesitan tiempo para que se forme hueso y obtener la retención biomecánica.
• El implante depende de su macro-diseño para su retención
• Las uniones biomecánicas más fuertes
están presentes en superficies de una rugosidad de 1,5um.
• los implantes chorreados con plasma, más rugosos, muestran un crecimiento óseo hacia el interior más débil
Unión biomecánica Uniones mecánicas a través de sus irregularidades
• Las superficies de titanio electropulidas de una rugosidad similar a los pilares (es decir, sobre 0,2um no se osteointegran de una manera apropiada
Carlsson 1988, Carlsson 1994, Albrektsson 2004
Superficies electropulidas (Mayor de 2.0 Um)
Las superficies de titanio electropulidas
ACTUALMENTE las irregularidades por debajo de, al menos, 1um pueden ser invadidas por hueso, pero los sistemas haversianos completos necesitan un espacio mayor
Wennerberg 2000
EN LOS AÑOS OCHENTAel hueso necesita cavidades o poros de un mínimo de 50 a 100um para un crecimiento adecuado.
Puedo modificar la superficie del Ti para que se puede
transformar en una superficie
BIOACTIVAEs decir buscar la
1. Modificar la composición y estructura de la capa protectora de oxido de titanio (TiO2) del implante convirtiéndola en una capa bioactiva.
2. La aportación de un recubrimiento bioactivo .
- Hidroxiapatita proyectada por plasma fue el recubrimiento inicialmente propuesto
- Tratamientos con NaOH y calor- Implantación iónica de Ca.- Anodización con electrólitos que contienen
iones de fósforo, sulfuro, calcio o magnesio.
¿….. Como podría optimizar el comportamiento de la interfase implante-hueso del Ti ….. ?
Hench 1970, Skripitz 1989, Hench 1990, Hulbert 1990, Hanawa 1991, Sul YT 2002, Sul YT 2002, Albrektsson 2004
¿….. Como….?
Ti c.p.Superficie del titanio
se considerada BIOINERTE
Forma uniones biomecánicas
Hench sugirio por primera vez la unión química potencial entre el implante y los tejidos del huésped
Formación de enlaces químicos directos con el
hueso
Actualmente existen dos tipos de implantes con superficies que se presentan
como superficies bioactivas:
1. Implantes con fosfato cálcico (Jansen JA ,2003)Nanotite ® 3I ( depósito de nanocristales de fosfato cálcico. proceso Discrete Crystalline Deposition o proceso DCD™)
2. Implantes con flúor. (Ellingsen JE 2003)Osseospeed (Astra Tech).
Implante NanoTite Certain PREVAIL Implante NanoTite Cónico Certain® PREVAIL®
ESTOS IMPLANTES BIOACTIVOS TIENE DOS TIPOS DE UNIONES BIOMECÁNICA
Uniones mecánicas a través de enlaces químicos con el hueso.
Anclaje biomecánico a través de sus irregularidades
La ventaja teórica de estos implantes es que la unión biomecánica es rápida, es decir, funciona en un momento en que aún no se ha desarrollado una unión biomecánica apropiada
1. Implantes con fosfato cálcico. Se basa su actividad en la capacidad de formar apatita impulsando la función celular para conseguir formar una interfase de hueso y carbonato cálcico.OSSEOTITE NANOTITE® (3i)
2. Implantes con flúor.Demuestran una buena adhesión del hueso en la interfase. OSSEOSPEED (Astra Tech).
Sul 2002 , Jansen 2003, Ellingsen 2003, Jokstad 2003, Albrektsson 2004
IMPLANTES SUPERFICIES BIOACTIVAS
IMPLANTES RECUBIERTOS DE FOSFATO CÁLCICO
• los biomateriales de fosfato cálcico son similares al mineral óseo. – Pueden formar apatita ósea como mineral o HA carbonada sobre sus
superficies (bioactividad).– Son capaces de promover la función celular, llevando a la formación de
una interfase resistente entre el hueso y el fosfato cálcico. – Son osteoconductores y pueden unirse a las proteínas morfogenéticas
óseas (BMP) para convertirse en osteoinductores. – Jarcho y cols fueron los primeros que presentaron indicaciones de la
unión directa del hueso a la HA. – Se cree que los fosfatos cálcicos pueden tener capacidad bioactiva,
aunque esto no puede aplicarse a todos los tipos de fosfatos cálcicos.– No se conocen los mecanismos de la capacidad bioactiva potencial del
fosfato cálcico, • Hipótesis de que se forma una capa de apatita carbonada similar al mineral
óseo por disolución iónica a partir del material biocerámico.• Otros mecanismos potenciales incluyen un efecto directo de las
concentraciones elevadas de calcio y fósforo y la alta afinidad por los factores de crecimiento.
Jarcho 1977, Ogiso 1992, Neo M 1992, Ducheyne 1999, Jansen 2003
IMPLANTES FLURADOS
Hlinqserr introdujo el tratamiento del titanio con flúor.
Osseospeed (Astra Tech). OsseoSpeed™ fue lanzado al mercado en 2004 – Mayor incremento de la formación de hueso– mayor adhesión ósea.– Mayor contacto óseo.– Los mecanismos exactos para una oseointegración más rápida no han sido del todo
esclarecidos , pero se han observado una mayor diferenciación osteoblástica, activación plaquetaria y unas propiedades trombogénicas para esta superficie modificada con flúor
Ellingsen 2000, Ellingsen 2003, Johansson 2004, Mellonig 2005, Masaki 2005, Barewal RM, 2006, Stanford 2006, Johnson 2006, Stanford 2006, Schliephake 2006, Carlsson 2006, Ellingsen 2006, Cooper 2006, Wennerberg 2006, Isa ZM 2006, Thor 2006, Thor A 2007, McGlumphy EA 2007, Stanford C 2007, Abrahamsson 2007, Berglundh 2007,
Evidencia de una superficie bioactiva del implante
Coalescencia tisular. Esta teoría se basa en la micrografía electrónica de transmisión de alto poder (MET) .
– Demuestra que el tejido «flota en el interior» de la superficie del biomaterial. Las distancias son tan pequeñas que parece probable que se produzca una unión biomecánica.
Davies señala la existencia de una semejanza en la morfología interfacial entre las imágenes a alto poder de la HA potencialmente bioactiva y el Ti c.p, no considerado bioactivo
Hench 1971, Davies 1990, Albrektsson 2004
Evidencia de una superficie bioactiva del implante
Cuando se retira un implante, por ejemplo, con una prueba de cizallamiento, la ruptura no se produce en la interfase, sino en el tejido óseo.– Esto puede ser importante, ya que los enlaces iónicos actúan sobre una
distancia corta (nanómetros), mientras que los movimientos registrados de los implantes osteointegrados se producen en un nivel micrométrico.
– Los enlaces iónicos no serían posibles si estos movimientos se produjeran en la interfase entre el hueso y el material; por ello, deben producirse en el tejido óseo, al menos para los implantes unidos.
– Sin embargo, el hallazgo de tejido óseo sobre la superficie de los implantes después de las pruebas de cizallamiento podría no servir como conclusión evidente de bioactividad, ya que, al menos en teoría, el entrecruzamiento biomecánico puede dar lugar a la fractura y expulsión de porciones de tejido óseo atrapado en las irregularidades, orientadas tridimensionalmente, del implante.
Hench 1971, Davies 1990, Albrektsson 2004
Evidencia de una superficie bioactiva del implante
La evidencia química, tal como la formación de capas de apatita de carbonato sobre los implantes cerámicas con fosfato cálcico.
– La evidencia química publicada en la literatura necesita mayores investigaciones para que sea concluyente.
Daculsi 1990, Legeros 2002
Evidencia de una superficie bioactiva del implante
El hecho de que el uso de varias técnicas de modificación superficial de los implantes orales simultáneamente lleva a una superficie más rugosa
Cuando se evalúa la respuesta del hueso a la nueva superficie, bioactiva en potencia, los efectos positivos de la respuesta ósea pueden explicarse debido a un incremento de la rugosidad superficial.
Albrektsson 2004
IMPLANTES RECUBIERTOS CON SUPERFICIES osteoatractividad
QUE ES UNA…… superficie particularmente osteoatractiva…?
Jarcho 1977, Ogiso 1992, Neo M 1992, Ducheyne 1999, Jansen 2003
«bioactivo».
TIENDEN A SUGERIR QUE ÉSTAS TIENEN UNA ATRACCIÓN ESPECIAL PARA EL TEJIDO ÓSEO
IMPLANTES RECUBIERTOS CON SUPERFICIES osteoatractividad
Jarcho 1977, Ogiso 1992, Neo M 1992, Ducheyne 1999, Jansen 2003
Superficies grabadas con acidos OSSEOTITE® (3i)
Aumentan la retención de fibrina que posibilita que las células osteogénicas migren hacia la superficie del implante, permitiendo lo que Davies denomina
«formación de hueso de novo».
TIENDEN A SUGERIR QUE ÉSTAS TIENEN UNA ATRACCIÓN ESPECIAL PARA EL TEJIDO ÓSEO
Este tipo de retención de fibrina se observa claramente en muchas
topografías implantarias superficiales
Cellplus (Oentsply/Friadent), muestran una capacidad de retención de fibrina sirnilar
IMPLANTES RECUBIERTOS CON SUPERFICIES osteoatractividad
Rupp F,2004, Arvidsson 2006, Degidi M 2006, Stadlinger B 2007, Stadlinger B 2009
Superficie SLA Strauman
TIENDEN A SUGERIR QUE ÉSTAS TIENEN UNA ATRACCIÓN ESPECIAL PARA EL TEJIDO ÓSEO
Implante OPS (Dentsply/Friadent)
Estas son superficies chorreada y grabada con ácido. Ambas superficies son moderadamente rugosas
Estudios preclinicosBuser 1991, Wilke 1991, Cochran 1996, Cochran 1998, Buser 1998, Buser1999, Quinlan 2005, de Sanctis 2009, Estudios clinicosCochran 2002, Bornstein 2003, Salvi G 2004, Nordin 2004, Cornelini 2006, Bischof 2006, Cochran 2007, Bornstei 2007, Fischer 2008, Bornstein 2008, De Boever 2009, Cehreli 2010, Fischer 2010
IMPLANTES RECUBIERTOS CON SUPERFICIES osteoatractividad
TiUnite es la superficie (TiO2) de óxido de titanio patentada de Nobel Biocare.
TIENDEN A SUGERIR QUE ÉSTAS TIENEN UNA ATRACCIÓN ESPECIAL PARA EL TEJIDO ÓSEO
• Altamente cristalino y enriquecido con fosfatos • Producido mediante oxidación anódica • Poros en la gama baja micrométrica • Ti grado 4 comercialmente puro trabajado en
frío.• La osteoconductividad de la superficie es igual o
incluso supera la de la superficie de fosfato Ca ( Poulos et al. 2009, Xiropaidis et al. 2005)et al. 2005)
• Estimula el rápido crecimiento de hueso por osteoconducción :• Las propiedades osteoconductivas
producen un contacto hueso-implante mayor durante la fase temprana de cicatrización y contribuyen a una integración más rápida del implante en el hueso circundante
(Zechner et al. 2003, Ivanoff et al. 2003)
Todos los tipos de implantes descritos como «osteoatractivos»
pueden, de hecho, compartir las características de ser moderadamente
rugosos y, de esta manera, más atrayentes para la formación de hueso nuevo
que los implantes roscados más lisos o los chorreados con plasma más rugosos.
Albrektsson 2004
IMPLANTES DE SUPERFICIES RECUBIERTAS
BMP
En esta denominación se incluyen las superficies de implantes que han sido recubiertas con un agente potencialmente estimulante de hueso
factores de crecimiento óseo
Aunque se ha discutido mucho sobre ello, no hay constancia de que realmente las superficies recubiertas se hayan probado y documentado como implantes orales.
Presumiblemente, existen aún soluciones hipotéticas para el futuro. Se sugiere actuar con precaución, especialmente, puesto que se duda del efecto de la
administración externa de factores de crecimiento en el caso de
CONCLUSIONLas superficies moderadamente rugosas pueden tener algunas ventajas clínicas en comparación con las superficies roscadas, más lisas, y con las superficies chorreadas con plasma, más rugosas.
Los implantes bioactivos presentan unas expectativas que pueden ser prometedoras en el futuro. Sin embargo, los autores coinciden con Jokstad y cols." en que «un número sustancial de afirmaciones llevadas a cabo por diferentes fabricantes sobre la superioridad atribuida a las características del diseño no se basan en estudios clínicos rigurosos y a largo plazo». De hecho, parece probable que los avances en la técnica quirúrgica aporten buenas expectativas para mejorar los resultados clínicos.
Algunos cirujanos simplemente tienen menos resultados clínicos exitosos que otros que trabajan con el mismo implante. Ésta es una observación importante que debe tenerse en cuenta para evitar ser mal orientado por el lado comercial de la implantología oral cuando proclama que las modificaciones de las superficies osteoatractivas son, supuestamente, la única manera de mejorar el éxito clínico.