CC BY
51
ПЛАНИРОВАНИЕ ОРТОПЕДИЧЕСКОГО ЛЕЧЕНИЯ ПРИ ПРОТЕЗИРОВАНИИ НА ДЕНТАЛЬНЫХ ИМПЛАНТАТАХ НА ОСНОВЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСТРУКЦИЙ ПРОТЕЗОВ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТА
Головко Александр Иванович, кандидат медицинских наук, доцент кафедры ортопедической стоматологии Белорусского государственного медицинского университета, Минск
Alexander Golovko, PhD, Associate Professor, Department of Orthopedic Dentistry of the Belarusian State Medical University, Minsk Planning of orthopedic treatment in prosthetics based on strength samples of prosthetic constructions under experimental conditions
Резюме. Изучение прочностных характеристик дентальных имплантатов в эксперименте при использовании имплантата как опорного элемента мостовидного протеза, в условиях, имитирующих функциональные нагрузки в полости рта.
Материалы и методы. В экспериментальных условиях испытания проводились в соответствии с ISO 14801:2012, где оценивали прочностные характеристики конструкций 18 дентальных одноэтапных имплантатов диаметром 3,5 мм и длиной 8 мм в сборе с прямым абатментом и фиксирующим винтом М1,6.
Заключение. В ходе эксперимента установлено, что не происходит критического изменения изгиба образцов мостовидных протезов под нагрузкой при увеличении расстояния между двумя опорами мостовидного протеза при замещении деффектов зубного ряда малой протяженности. Результаты исследования позволяют шире использовать мостовидные протезы, фиксированные на имплантатах. Ключевые слова: ортопедическое лечение, протезирование, дентальные имплантаты, прочностные характеристики протезов. Современная стоматология. — 2021. — №2. — С. 86-90.
Objective. Study of the strength characteristics of dental implants in the experiment when using the implant as a supporting element of the bridge, under conditions that simulate functional loads in the oral cavity.
Materials and methods. Under experimental conditions, the tests were carried out in accordance with ISO 14801:2012, where the strength characteristics of the structures of 18 single-stage dental implants with a diameter of 3.5 mm and a length of 8 mm, assembled with a straight abutment and an M1.6 fixing screw were evaluated.
Conclusion. In the course of the experiment, it was found that there is no critical change in the bending of the samples of bridges under load with an increase in the distance between the two supports of the bridge when replacing defects in the dentition of short length. The research results allow wider use of bridges fixed on implants.
Keywords: orthopedic treatment, prosthetics, dental implants, strength characteristics of prostheses. Sovremennaya stomatologiya. — 2021. — N2. — P. 86-90.
Восстановлению зубов после удаления посвящено множество работ, связанных с эстетическими и медицинскими вопросами. Это неудивительно, ведь, по разным оценкам, примерно 26% людей теряют все свои зубы к 74 годам [1]. Распространенность частичной адентии, по данным Всемирной организации здравоохранения, достигает 75% населения Земли [2]. Основными ее причинами являются кариес и его осложнения, маргинальный периодонтит, а также травмы.
В структуре оказания стоматологической помощи в нашей стране частичная потеря составляет от 75% до 96% случаев, причем встречается во всех возрастных группах пациентов [3, 4].
Следует отметить, что широко применяемые в республике мостовидные
протезы имеют ряд противопоказаний, связанных с препарированием опорных зубов и их последующей биомеханической перегрузкой.
Среди вариантов замены утраченных зубов наиболее естественным и широко обсуждаемым методом в научных сообществах является попытка вырастить зубы из стволовых клеток. Однако эта технология очень дорогая, как и все работы, связанные с выращиванием культур клеток в контролируемых условиях. При успешном ее развитии до широкого внедрения пройдет еще несколько десятков лет. Таким образом, данная разработка недоступна большинству стоматологических пациентов, но важным является найти баланс между инновациями и качеством лечения.
Следовательно, мостовидные протезы, ввиду ограничения применения и большого количества осложнений, будут использоваться реже, натуральные зубы, изготовленные с использованием стволовых клеток, в ближайшее время не станут общепринятой стоматологической практикой. Ожидаемо, что технология использования дентальных имплантатов будет преобладать над ортопедической стоматологией в обозримом будущем, и дентальнaя имплантация войдет в число рутинных хирургических и ортопедических процедур, используемых при лечении частичной адентии.
Установка большого количества имплантатов по принципу «устaновленный имплантaт» для последующего
Рис. 1. - Испытательная машина DYNA-MESS 2S 5 kN
протезирования бывает затруднена из-за проблем, связанных с атрофией челюсти, ее низкой минеральной плотностью и хирургическими противопоказаниями. К тому же литературные данные о преимуществах и показаниях к различным конструкциям, способах соединения супра- и мезострукту-ры, выборе необходимого количества устанавливаемых имплантантов и оптимального расстояния между ними весьма противоречивы [5-9].
В имплантологии для решения биомеханических задач используются теоретические (математический анализ, метод конечных элементов) и экспериментальные подходы (голографическая интерферометрия, тензометрия, поляризационно-оптический метод). Сопоставление теоретических исследований, проводимых с помощью конечно-элементной модели, основанных на определении напряжений, которые
Е
В
Рис. 2. Схема испытаний: 1 - устройство для прикладывания нагрузки; 2 - номинальный уровень кости; 3 - соединительный компонент; 4 - полусферический нагружаемый элемент; 5 - тело стоматологического имплантата; 6 - держатель образца
возникают в системе «имплантат - кость» и экспериментально подтвержденных деформаций с допустимыми значениями в системе «зуб - челюсть» представляет собой алгоритм планирования для протезирования на дентальных имплантатах. Выбор необходимого количества устанавливаемых имплантатов при потере зубов и планировании ортопедической конструкции проводили на экспериментальной модели.
Цель исследования - изучение напряженно-деформационных характеристик дентальных имплантатов как опорного элемента мостовидного протеза, в условиях, имитирующих функциональные нагрузки в полости рта.
Материалы и методы
На кафедре ортопедической стоматологии БГМУ в тесном сотрудничестве с рядом белорусских производителей, проводится разработка имплантационной системы, которая отвечала бы нагрузочным
Рис. 5. Приложение осевой силы на имплантат
требованиям ISO 14801. На нагрузочном стенде проведен динамический сравнительный анализ нагружения одноэтапных дентальных имплантатов при планировании мостовидного протеза разной протяженности. Принцип работы установки (рис. 1) заключается в изучении прочностных характеристик испытуемых образцов при механических циклических нагружениях.
В экспериментальных условиях испытания проводились в соответствии с ISO 14801:2012, в ходе которых оценивали прочностные характеристики конструкций 18 дентальных одноэтапных имплантатов диаметром 3,5 мм и длиной 8 мм в сборе с абатментом и фиксирующим винтом М1,6. Нагрузочные характеристики основываются на статических испытаниях согласно ISO 14801, под жевательной нагрузкой 30 кг, что примерно соответствует силе 300 Н. Все детали состоят из сплава Ti4Al6V Образцы жестко зафиксированы в заливочном материале Technovit 4071
Рис. 4. Общий вид модели имплантата: а) имплантат, б) абатмент, в) фиксирующий винт
Рис. 6. Схема нагружения образца 2 модели, рядом стоящих имплантатов, при отсутствии двух зубов
Рис. 9. Схема исследования образца 5 модели при отсутствии пяти зубов
с модулем упругости более 2 ГПа и металлической технологической оснастке (рис. 3), имитирующей фиксацию в кости, но не деформирующей испытуемые образцы, на расстоянии 3,5 мм между образцами и последующим увеличением согласно отсутствию одного, двух и трех зубов соответственно.
Ось имплантата расположена под углом 30±2° относительно направления нагрузки аппарата для испытаний (рис. 2). Центр нагрузки - на пересечении центральной продольной оси имплантата, расположенной на расстоянии 11 мм от уровня опоры имплантата, и прикладывается на полусферическую поверхность.
Изгибающий момент М определяется выражением: М=уР
Плечо пары у определяется как 1-б1п 30°. Для испытанной конфигурации плечо момента составляет 0,5 I или 5,5 мм, тогда М=5,5Р (Н мм), где: М - максимальный изгибающий момент, Р - максимальная приложенная нагрузка. Силовое воз-
Рис. 7. Схема исследования образца 3 модели при отсутствии трех зубов
действие осуществляли на середину ортопедической конструкции. Частота нагрузки не превышает 15 Гц. Статистическая обработка цифровых данных проводилась с использованием пакета прикладных программ Microsot Excel 2010, STATISTICA 6.0.
Оценить напряженно-деформированное состояние конструкции имплантата и костной ткани в зоне его нагружения при различных вариантах также позволяет метод конечно-элементного анализа. В программе ANSYS были созданы объемные модели: имплантат, абатмент, фиксирующий винт (рис. 4).
Для описания физико-механических свойств материалов использовали модуль Юнга и коэффициент Пуассона. 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. Геометрия для ее построения
Рис. 8. Схема исследования образца 4 модели при отсутствии четырех зубов
была получена из реального протеза-демонстратора с помощью 3D-сканера и параметризована с помощью CAD-системы SoIidWorks.
Представлена конструкция дентального двухэтапного имплантата диаметром 4 мм в сборе с абатментом и фиксирующим винтом М 1,6. Все детали состоят из сплава Л4А16У
В модели имплантата при помощи специальных контактных конечных элементов было учтено контактное взаимодействие между внутрикостной частью и супра-структурой, а также между фиксирующим винтом и супраструктурой.
Основным методом исследования был конечно-элементный анализ, который позволяет рассчитывать НДС, возникающее внутри механической системы под воздействием внешних сил, а также отображает участки конструкции, где происходит деформация материала и последующее разрушение. НДС, рассчитанное методом конечно-элементного
Рис. 10. Распределение нагрузки и напряженные области в модели имплантата при Р=300 Н
Таблица 1 Параметры испытания образцов 2-5
Образец Сила F Н Частота v, 1ц Расстояние l, мм Расстояние x между образцами, мм Плечо момента, У, мм Ожидаемое количество циклов
2 300 10 11 7,9 5.5 5-106
3 300 10 11 15,8 5.5 5-106
4 300 10 11 23,7 5.5 5-106
5 300 10 11 31,6 5.5 5-106
Таблица 2 Результаты динамических испытаний образцов 2-5
Блок Макс. нагрузка, Н Макс. изгибающий момент, Нмм Количество пройденных циклов Изгиб образцов под нагрузкой, мм Изгиб образцов, мм Примечание
2 300,37 1652 5-106 0,2 0 Отсутствие повреждений
3 300,27 1651,5 5-106 0,19 0 Отсутствие повреждений
4 299,91 1651 5-106 0,19 0 Отсутствие повреждений
5 299,91 1651 5-106 0,26 0 Отсутствие повреждений
анализа, не должно превышать предельных значений напряжений. Схема нагру-жения двухэтапного имплантата в сборе представлена на рисунке 5.
В исследовании к моделям были приложены осевые нагрузки F=300 Н со стороны торца абатмента для оценки возникновения эквивалентных нагрузок в имплантате, а также возможной точки разрушения при превышении предельно допустимой точки текучести материала. Поскольку по результатам оценки предела текучести Ti6Al4V с помощью программного комплекса он составил 827 МПа, что практически не отличалось от теоретического предела текучести материала (~850 МПа), что было обусловлено неоднородностью сплава, то было установлено, что приведенные расчеты имеют погрешность в районе 2%. Было допущено использование значений, полученных с помощью программного комплекса.
Результаты и обсуждение
Испытание на усталостность вну-трикостного зубного имплантата (ISO 14801:2012) позволяет рассчитывать напряженно-деформируемое состояние, возникающее внутри механической системы под воздействием внешних сил, а также отображает участки конструкции, где происходит деформация материала и последующее разрушение при функциональной нагрузке. Была проведена серия экспериментов с расстояниями
между установленными имплантатами, моделирующими мостовидные конструкции различной протяженности, учитывая наиболее вероятный худший случий, позволяющий использование имплантатов. Данные проведения циклов нагружения испытуемых образцов приведены в таблицах 1, 2 и рисунках (6-9).
В ходе эксперимента установлено, что не происходит критического изменения изгиба образцов мостовидных протезов под нагрузкой при увеличении расстояния между двумя опорами мостовидного протеза при замещении деффектов зубного ряда малой протяженности. Так, параметры значений при отсутствии двух, трех и четырех зубов находятся в рамках значений 0,19 мм, 0,20 мм и 0,20 мм соответственно и не вызывают значительных деформационных изменений имплантаци-онных структур. При дальнейшем увеличении протяженности модели мостовидного протеза, фиксированного на дентальных имплантатах, происходит значительный изгиб и деформация прежде всего супра-структуры опорных имплантатов, а также развинчивание фиксирующего винта, что приведет к разрушению системы «имплантаты - супраструктура - кость».
При детальном рассмотрении математической модели планирования имплантации при силе нагружения модели F=300 Н значения напряжений по Von Mises (673 МПа), а также эквивалентной деформации ESTRN (0,0054 мм) нет предела текучести мате-
риала (рис. 10), а лишь деформационные изменения супраструктуры.
Таким образом, следует, что основные напряжения при данной силе нагружения возникали также в области перехода конца тела импланта и абатмента по конусу. Напряжение на краю имплантата составило 42,7 Н/мм2, что ниже предела текучести (827 Н/мм2) в 20,3 раза. Это говорит о том, что целостность имплан-тата сохраняется при таком нагружении и величина микроперемещений приведет к расцементировке, раскручиванию фиксирующего винта, но не повреждению конструкции мостовидного протеза, опорой которого является дентальный имплантат.
Выводы:
1. Представленная экспериментальная установка может быть использована в ряде имплантационных систем для оценки прочностных характеристик дентальных имплантатов совместно с ортопедическими конструкциями.
2. Объединение имплантационных структур в единый блок позволяет воспринимать гораздо большие и статические и циклические нагрузки.
3. Результаты исследования дают возможность шире использовать мо-стовидные протезы, фиксированные на имплантатах.
4. Данные модели конструкций мосто-видных протезов позволяют использовать опорные элементы при наклоненных имплантатах не более 30 градусов.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
1. Журули Г.Н. Биомеханические факторы эффективности внутрикостных стоматологических имплантатов (экспериментально-клиническое исследование): Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. - М., 2010. - 44 с. / Zhuruli G.N. Biomekhaniches-kiye faktory effektivnosti vnutrikostnykh stomatologicheskikh implantatov: Avtoref. dis.... d-ra med. nauk [Biomechanical factors of the effectiveness of intraosseous dental implants], M., 2010, 44 p. (in Russian)
2. Утюж А.С. Концепция выбора ортопедической конструкции с опорой на дентальные имплантаты как метод профилактики периимплантита у пациентов с полной и частичной вторичной адентией: Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. -М., 2017. - 45 с. / Utyuzh A.S. Kontseptsiya vybora ortopedicheskoy konstruktsii s oporoy na dental'nyye implantaty kak metod profilaktiki periimplantita u patsiyentov s polnoy i chastichnoy vtorichnoy adentiyey: Avtoref. dis.... d-ra med. nauk [The concept of choosing an orthopedic design based on dental implants as a method for preventing peri-implantitis in patients with complete and partial secondary adentia]. M., 2017, 45 p. (in Russian)
3. Всемирная организация здравоохранения. Здоровье полости рта. Информационный бюллетень №318. [Электронный ресурс]. Доступ: http://www.who.int/mediacentre/ factsheets/fs318/ru / Vsemirnaya organizatsiya zdravookhraneniya. ZdoroVye polostirta. Informatsionnyy byulleten' №318. [World Health Organization. Oral health. Newsletter no.318]. Dostup: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs318/ru (in Russian)
4. Матвеев А.М., Близнюк В.В. Основные направления деятельности стоматологической службы Республики Беларусь в 2016-2017 годах // Современная стоматология. - 2017. - №3. - С.24-29. / Matveyev A.M., Bliznyuk VV Osnovnyye napravleniya deyatel'nosti stomatologicheskoy sluzhby Respubliki Belarus' v 20162017 godakh [The main activities of the dental service of the Republic of Belarus in 2016-2017]. Sovremennaya stomatologiya, 2017, no.3, pp.24-29. (in Russian)
5. Рубникович С.П., Прялкин С.В., Бусько В.Н. Оценка прочности характеристик винтовой фиксации абатментов к дентальным имплантатам с коническим типом
Адрес для корреспонденции
Кафедра ортопедической стоматологии
Белорусский государственный медицинский университет
г. Минск, ул. Сухая, 28
220004, Республика Беларусь
тел.: + 375 17 200-54-72
Головко Александр Иванович, e-mail: [email protected]
соединения в условиях эксперимента // Стоматология. Эстетика. Инновация. -2019. - Т.3, №3. / Rubnikovich S.P., Pryalkin S.V, Bus'ko V.N. Otsenka prochnosti kharakteristik vintovoy fiksatsii abatmentov k dental'nym implantatam s konicheskim tipom soyedineniya v usloviyakh eksperimenta [Assessment of the strength of the characteristics of screw fixation of abutments to dental implants with a conical type of connection under experimental conditions]. Stomatologiya. Estetika. Innovatsiya, 2019, vol.3, no.3. (in Russian)
6. Головко А.И. Изучение супраструктуры стоматологических имплантатов на основе метода конечно-элементного анализа // Современная стоматология. - 2019. - №4. - С.32-36. / Golovko A.I. Izucheniye suprastruktury stomatologicheskikh implantatov na osnove metoda konechno-elementnogo analiza [Study of the suprastructure of dental implants based on the finite element analysis method]. Sovremennaya stomatologiya, 2019, no.4, pp.32-36. (in Russian)
7. Миргазизов М.3., Миргазизов А.М. Критeрии эффективности в дентaльной имплaнтологии // Российский стомaтологический журнал. - 2000. - №2. - С.4-
7. / Mirgazizov M.3., Mirgazizov A.M. Kriterii effektivnosti v dental'noy implantologii [Efficiency criteria in dental implantology]. Rossiyskiy stomatologicheskiy zhurnal,
2000, no.2, pp.4-7. (in Russian)
8. Weiss C.M., Weiss A. Principles and Practice of Implant Dentistry. Mosby, Inc.,
2001, 447 p.
9. Vetromilla B.M. [et al.] Influence of different implant-abutment connection designs on the mechanical and biological behavior of single-tooth implants in the maxillary esthetic zone: A systematic review. J Prosthet Dent, 2019, vol.121, no.3, pp.398-403.
Конфликт интересов
Согласно заявлению авторов, конфликт интересов отсутствует.
Поступила 08.06.2020 Принята в печать 28.04.2021
Address for correspondence
Department of Orthopedic Dentistry
Belarusian State Medical University
28, Sukhaya street, Minsk
220004, Republic of Belarus
phone: + 375 17 200-54-72
Alexander Golovko, e-mail: [email protected]
Выходные данные
«Современная стоматология» №2 (83) 2021 г. Международный научно-практический информационно-аналитический журнал.
Свидетельство о регистрации № 966. Выдано Министерством информации Республики Беларусь 9 июля 2010 года. Периодичность - 4 раза в год
Учредитель - Частное издательское унитарное предприятие ЮпокомИнфоМед Юридический адрес: 220018, г. Минск, ул. Якубовского, 70-5 УНП 191350993
Директор Юрий Талятович Шарабчиев Главный редактор Ирина Константиновна Луцкая Шеф-редактор Татьяна Николаевна Манак Ответственный секретарь, редактор Татьяна Ясевич Компьютерный дизайн и верстка: Марина Шусталик Сайт: Марина Шусталик
Ответственность за достоверность и интерпретацию информации несут авторы и рекламодатели
Перепечатка материалов возможна только с письменного разрешения редакции
Рукописи рецензируются независимыми экспертами
Адрес редакции: Н220004, г. Минск, ул. Короля, 51, офис 22 (7-й этаж)
®(+375 17) 373-07-01, Velcom (+375 29) 69-59-419,
Тел./ факс (+375 17) 374-07-02
e-mail: [email protected], www.mednovosti.by
Редакция оставляет за собой право размещать по своему усмотрению полные тексты публикуемых статей на сайте редакции и в базах данных (сайтах) своих партнеров.
Журнал "Современная стоматология" включен в электронные базы данных
"КиберЛенинка" и РИНЦ eLIBRARYru
Цитируемость - 1454
Импакт-фактор - 0,319 (2015 г.)
Индекс Хирша - 5
Тираж распространения, включая
электронную подписку, 968 экз.
Подписано в печать с оригинал-макета 22.06.2021 г.
Формат 60x84 1/8. Гарнитура Helvetica Narrow. Уч.-изд.12 л.
Типография: Государственное предприятие «СтройМедиаПроект» Лицензия ЛП № 02330/71 от 23.01.2014 ул. В. Хоружей, 13/61, 220123, Минск
Распространяется по каталогу РУП "Белпочта", РУП «БелСоюзпечать», Украина (ГП «Пресса»), Литва (АО «Летувос паштас»), Латвия (ООО «Подписное агентство PKS»), Германия (Kubon&Sagner), Болгария (Фирма INDEX), РФ (ООО «Ин-формнаука»), РФ (ЗАО «МК-Периодика»), Молдова (ГП «Пошта Молдовей») Подписные индексы: 75038 и 750382. Цена свободная.
Электронная версия (выборочные статьи) журнала доступна на сайте www.eLIBRARY.ru, www.CyberLeninka.ru, а также на сайте журнала www.mednovosti.by По данным Google Analytics (февраль 2021г.), посещаемость сайта www.mednovosti.by - 215000; читаемость журнала "Современная стоматология" - 7800
