Universidad Nacional de Córdoba Universidad Nacional de Córdoba
Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales
Año
Año
: 2014
: 2014
Carrera
Carrera
: Ingeniería Biomédica
: Ingeniería Biomédica
Asignatura:
Asignatura:
Biomateriales
Biomateriales
Profesores
Profesores
: Dr. Carlos ldani ! Ing. Alfredo Coromina ! "ic.
: Dr. Carlos ldani ! Ing. Alfredo Coromina ! "ic. #uillermo "o$ano
#uillermo "o$ano
Implantes dentales
Implantes dentales
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I%&ñe$' "uis (miliano I%&ñe$' "uis (miliano )atrícula: *++++,40 )atrícula: *++++,40 -eca: 0/02014 -eca: 0/02014
Prólogo
(s reuisito %&sico 3ara los seres ios el 3oder alimentarse. 5na gran astedad de erte%rados emos desarrollado' en millones de años de 3rue%a 6 error' un 3otente 6 eficiente sistema 3ara ma7imi$ar el a3roecamiento de los alimentos ingeridos: una com3le8a com%inaci9n de degradaciones uímicas 6 mec&nicas sucesias ue reducen lo ingerido a sus com3onentes m&s 3rimitios.
(n la 3arte de degradaci9n mec&nica' las estrellas son los dientes. (sos 3eueños 9rganos de te8ido minerali$ado ue' en la aturale$a' corren un 3a3el esencial en la ida de los seres ios; un animal ie lo ue <ien= sus dientes.
(l ser umano no sería la e7ce3ci9n a esta a3arentemente ine7ora%le regla' de no ser 3orue 6a emos demostrado ue nuestro car&cter es el de desafiar constantemente las im3osiciones de la aturale$a; mediante la inenci9n de técnicas 6 erramientas orientadas 3ara el cuidado dental' logramos 3rolongar la duraci9n de la dentici9n original en la %oca 6' cuando esto falla' emos desarrollado técnicas 3ara la
implantación de materiales que sustituyan al diente en sí, tratando de aproximar las características tanto en funcionalidad como en apariencia.
Como estos im3lantes dentales se an conertido en las >ltimas décadas en uno de los 3ilares centrales de la dontología' su desarrollo 6 diseño re3resenta una gran fuente de interés 3ara la Ingeniería' un desafío 3ermanente: o s9lo de%en ser %iocom3ati%les' tienen ue ser ca3aces de resistir el estar sometidos a esfuer$os fluctuantes con cada masticaci9n 6' 3or si esto fuera 3oco' cum3lir ciertos est&ndares estéticos.
Índice:
Introducci9n...????????????????????????????..2 Desarrollo??????????????????????????????.* Conclusi9n?????????????????????????????.11 Bi%liografía consultada????????????????????????12
Introducción:
(n el 3resente tra%a8o se desarrollar& el tema de los materiales m&s com>nmente utili$ados 3ara confeccionar im3lantes dentales' siendo estos el @itanio 6 el Di97ido de irc9n. )&s concretamente' se desarrollar&n las características ue acen a estos dos los materiales 3referidos 3ara la tarea' e73oniendo enta8as 6 desenta8as desde un 3unto de ista %iomédico; esto es' tomando como es3ina dorsal la %iocom3ati%ilidad ue 3resentan cada uno de los materiales 6 su adecuaci9n a la tarea a la ue ser&n e73uestos.
e uele necesario definir' entonces' un 3ar de conce3tos ue resultar&n clae 3ara el desarrollo del tra%a8o.
Biocompatibilidad: Ca3acidad de un material 3ara llear a ca%o con una res3uesta a3ro3iada en una a3licaci9n %iol9gica es3ecífica. (sto significa' a grandes rasgos' no generar res3uestas adersas como 3ueden ser reacciones alérgicas' citoto7icidad' 3ro%lemas emodin&micos' no ser cancerígeno' etcétera.
Cargas: Aplicación, distribución, e! de "oo#e: Cuando a un material se le a3lica una carga so%re su su3erficie' ésta se transmite a lo largo del mismo. "a res3uesta del material a la misma de3ende de la forma del material' su geometría' su su3erficie 6 com3osici9n' entre otros. eg>n la "e6 de ooe' la carga a3licada 3or unidad de &rea' es decir' la tensi9n e73erimentada 3or un material es directamente proporcional al alargamiento unitario 6 a una constante 3ro3ia de cada material'
denominada )9dulo de Eoung o )9dulo de (lasticidad.
$steointegración: "a osteointegraci9n 3uede definirse como Funa cone7i9n directa estructural 6 funcional entre el ueso io 6 la su3erficie de un im3lante sometido a una cargaF. Gesulta crucial 3ara los im3lantes dentales' 3uesto ue éstos de%en 3resentar un %uen ancla8e al ueso del 3aciente 6 so3ortar la a3licaci9n de cargas masticatorias. 5na característica mu6 im3ortante del ueso es su constante reestructuraci9n' 3roducto de ser un te8ido io. "os uesos a los cuales el cuer3o detecta ue so3ortan grandes cargas son refor$ados 3ara a6udarlos en su tarea; sin em%argo' como contra3artida' auellos no son estimulados mediante la a3licaci9n de tensiones tienden a ser 3aulatinamente rea%sor%idos.
%esarrollo
5n im3lante dental es una 3ie$a sanitaria creada con el 3ro39sito de reem3la$ar la funci9n de un diente faltante' mediante la sustituci9n de la raí$ faltante 3ara mantener así un diente artificial. i %ien la eidencia ist9rica muestra ue la im3lantaci9n dental es un tema de 3reocu3aci9n desde tiem3os inmemoriales Hla 3rimera 3r9tesis de la ue se tiene constancia es una im3lantaci9n necr93sica' reali$ada durante el eolítico' ace unos / 000 años' es recién en el iglo JKIII ue se em3ie$a a acer una inestigaci9n con rigor científico so%re el tema.
5n im3lante dental consta de tres 3artes
Corona: Parte del im3lante ue da acia la caidad %ucal' 3r9tesis en sí misma
Pilar: (s la 3orci9n del im3lante ue sostiene la 3r9tesis. (st& en íntimo contacto con el te8ido gingial.
Cuerpo o implante: Porci9n del im3lante dental ue es insertado en la caidad con el o%8etio de actuar como un ancla 3ara toda la estructura su%6acente.
De%ido a la 3osici9n en la ue se coloca' el material con el ue se fa%rica el im3lante 3resenta arios ti3os de interfases: el cuer3o insertado en el ueso' el 3ilar en contacto con la encía 6 la corona' ue ueda e73uesta a la salia' a los alimentos 6 %acterias' todas 3resentes en la caidad %ucal.
(n 3ocas 3ala%ras' el 3roceso de im3lantaci9n es un 3rocedimiento de cirugía escalonada. "a 3rimera eta3a consiste en insertar el im3lante al niel del ueso' 3ero 3or de%a8o de la encía. (sto 3rotege al im3lante de los moimientos mientras cicatri$a. (n este 3roceso son de ital im3ortancia las características su3erficiales del mismo' 6a ue el principal objetivo de este proceso es obtener una buena osteointegración.
(n 3ocas ocasiones sucede ue alrededor de la su3erficie del im3lante se forma una mem%rana fi%rosa. (s indolora' 3ero im3ide la integraci9n 9sea. (s 3reciso entonces retirar el im3lante e insertarlo de nueo. Al finali$ar este 3roceso de curaci9n' el im3lante de%e e73onerse uir>rgicamente al retirar 3arte de la encía su3er3uesta.
(n la segunda eta3a' el ciru8ano reisa si el im3lante se integr9 con é7ito 6 conecta el 3ilar ue 3enetra a traés de la encía acia la %oca. e 3ermite ue la encía cicatrice alrededor del 3ilar 6 forme el sellado gingial Hla uni9n de la mucosa gingial' un factor fundamental 3ara garanti$ar el é7ito 6 duraci9n del im3lante' 6a ue crea una %arrera alrededor de este' eitando la entrada al ueso de no7as' restos alimenticios 6 otros agentes ue 3roocarían la destrucci9n 3rogresia' 6 3or tanto la 3érdida 3aulatina del so3orte del im3lante' ue trae consigo la moilidad 6' en su caso' la caída del mismo.
Por >ltimo' la eta3a final consiste en adosar la 3r9tesis al 3ilar' aora fuertemente su8etado 3or el sellado gingial' 3roceso des3ués del cual el 3aciente tiene un corto 3eríodo de recu3eraci9n. (n total' el 3roceso dura alrededor de cuatro meses' 3ero se de%e tener en cuenta ue aría este n>mero am3liamente seg>n las condiciones del 3aciente al ue se le reali$a la 3r&ctica' 3uesto ue de3ende del se7o' edad' nutrici9n' grado de actiidad física' res3uesta %iol9gica ante la 3r&ctica inasia Hstress' estado del ueso donde se tiene ue acer la im3lantaci9n' etcétera.
Al momento de seleccionar un 3osi%le material 3ara confeccionar los im3lantes' se de%en considerar auellos ue cum3lan una larga e7tensi9n de condiciones' siendo las m&s im3ortantes:
• Biocom3ati%ilidad
• )9dulo de Eoung similar al del ueso • Alta dure$a
• steointegra%ilidad
• Gesistencia a la a3licaci9n 3eri9dica de cargas
• Poca modificaci9n olumétrica ante cam%ios de 3resi9n 6 tem3eratura • -actor estético
(l ueso es un material 3eculiar. u com3aratiamente %a8o )9dulo de Eoung resulta un 3ro%lema a la ora de im3lantar materiales ue entren en contacto directo con el mismo' 3uesto ue el alto desfasa8e ue a6 entre sus m9dulos de elasticidad ocasionan una gran transferencia de cargas desde el ueso acia el im3lante' li%er&ndose éste de las mismas 6' con el tiem3o' rea%sor%iéndose H stress&s'ielding' lo ue resulta en un 3ro%lema todaía ma6or 3uesto ue esto 3rooca la 3érdida del
ancla8e del im3lante. (s 3or esto ue se tiende a %uscar materiales con el m9dulo de elasticidad lo m&s similar al ueso 3osi%le.
Inconta%les materiales fueron' en su de%ido tiem3o' 3ro3uestos 3ara la tem&tica de im3lantes: 3lomo' madera' acero' o8alata' 3lata? sin em%argo' de todos los materiales ue se ensa6aron' el @itanio 3uro H@i' la aleaci9n @itanio!Aluminio! Kanadio H@i!Al!K 6 el di97ido de irconio o $irconia Hr2 son los ue est&n
considerados como me8ores en cuanto a8uste a estos reuerimientos.
)9dulo de Eoung
L#PaM
Carga de ru3tura en
tracci9n L)PaM
u3erficie
Dure$a
L)osM
@i
/+
240!NN0
O7ido de
@itanio
N!
@i!Al!K
11+
,0!,/
O7ido de
@itanio
r
/+
20N!*10
Di97ido
de
r
,
ueso
14
!
*
1//!220
!
4
Hdiente
(abla )! Características mec&nicas de los materiales utili$ados 3ara im3lantes "a me8ora de la interfa$ im3lante ueso sigue siendo un 3ro%lema a%ierto. Por lo 3ronto' no e7iste un material ue sea 3erfectamente integra%le al ueso; en definitia' el sustituto ideal 3ara un diente sería otro diente. in em%argo' mediante 3rue%as in vivo en 3erros' oe8as 6 cone8os se an llegado a arias conclusiones 3ara
ma7imi$ar el a3roecamiento de los im3lantes.
Forma y detalle (macroscópico) de la superficie del cuerpo
Con el 3aso de los años' se an ensa6ado arios ti3os de diseño su3erficial del cuer3o. e insertaron en 3erros im3lantes de cuatro ti3os de su3erficie: lisa' cuadrada' con forma de 6 en cuña. "uego de tres meses se retiraron 6 se ealu9 la cantidad 6 calidad del contacto ueso!im3lante de cada uno.
*igura )u3erficie con forma de K Ha; u3erficie cuadrada H%; u3erficie en cuña Hc; u3erficie lisa Hd
e o%tuo como resultado ue la su3erficie cuadrada resulta la m&s resistente ante torues' de%ido a su gran contacto im3lante!ueso. Por ende' los im3lantes odontol9gicos de ma6or 3roliferaci9n son auellos ue tiene el cuer3o tallado en forma de tornillo.
Forma y detalle (microscópico) de la superficie del cuerpo
"a rugosidad de las su3erficies es un factor decisio 3ara la osteointegraci9n. 5na 3r&ctica com>n es la del granallado de la su3erficie.
(l granallado es un método de aca%ado su3erficial en el ue se dis3aran so%re el material 3artículas a altas elocidades. (l ti3o de aca%ado de3ende tanto del tamaño de las 3artículas a%rasias 3ro6ectadas H120 ! *00 µm; 400 ! 00 µm; 1000 !
1*00 µm' de su naturale$a uímica HO7ido de aluminio' Car%uro de silicio' 97ido de
titanio 6 di97ido de $irc9n 6 su forma. "a res3uesta de adesi9n 6 diferenciaci9n de los osteo%lastos est& íntimamente influenciada 3or la rugosidad de la su3erficie.
(73erimentalmente se a com3ro%ado ue 3ara un mismo material' la osteointegraci9n es me8or en una su3erficie granallada ue en una ue a sido tratada mediante tratamientos uímicos corrosios.
"as su3erficies rugosas ofrecen la 3osi%ilidad de retenci9n de A3 Hidro7ia3atita' mineral com3onente del +0 del te8ido 9seo 6 B)P 1 6 2 HProteínas )orfogenéticas Oseas' 3or sus siglas en inglés' ue act>an como factor estimulante 3ara la síntesis de matri$ 9sea 6 la diferenciaci9n de células mesenuim&ticas en osteo%lastos' res3ectiamente. (sto afecta 3ositiamente a la osteointegraci9n general del im3lante' 3or lo ue se %usca ue am%os elementos estén 3resentes en la medida de lo 3osi%le.
"os 3rocedimientos em3leados 3ara de3ositar A3 en las rugosidades son ariados' 3ero 3ara el @itanio 6 la $irconia resulta 93tima la 3ro6ecci9n 3or 3lasma. Consiste en la generaci9n de eleadas tem3eraturas H000!1000 QC en un arco eléctrico de tal forma ue se 3ermita la 3ro6ecci9n de 3olos de alta tem3eratura de fusi9n' aunue 3or características del tratamiento la tem3eratura de la su3erficie no llega a e7ceder los 200QC.
Estado del hueso al momento de la implantación
De%ido a ue cada 3aciente es distinto en mil maneras diferentes' el ueso donde se colocar& el im3lante 3uede tener diferentes densidades. A eces es mu6 denso' lo ue no es faora%le dado ue no 3osee el n>mero necesario de osteocitos reueridos 3ara la generaci9n de 3uentes 9seos' 6 otras eces 3oco denso' tam%ién teniendo una cantidad de osteocitos mu6 %a8a 3ara ue el 3roceso sea ia%le. "a determinaci9n de la densidad 9sea se 3uede reali$ar mediante Ga6os J.
5na e$ determinado este factor' el odont9logo decide la colocaci9n im3lante adecuado' tanto en diseño' como en longitud 6 grosor.
(n ocasiones' si e7iste una falta de ueso en el 3unto id9neo 3ara la colocaci9n del im3lante' una 3r&ctica 3ara salaguardar este o%st&culo es colocar un in8erto de ueso' generalmente tomado del ueso de los 39mulos. (n un %ree 3la$o' el organismo se encarga de generar ueso de densidad igual o su3erior al del ueso ue lo rodea.
Titanio
De los materiales 3ro3uestos' el @itanio tiene la enta8a de ser altamente com3ati%le 3ara im3lantes endo9seos con forma de raí$. uele confeccionarse en forma de tornillo.
)ec&nicamente' su dure$a le 3ermite so3ortar eleadas cargas oclusales 3roducidas durante la masticaci9n' 6 su m9dulo el&stico es mu6 3arecido al del ueso' lo ue reduce significatiamente el stress!sielding.
*igura +! Im3lante de titanio recu%ierto con A3
5na característica %&sica del @itanio ue lo diferencia frente a otros metales es la ca3acidad ue tiene de formar una ca3a de 97ido con características 3articulares: su 3rimera ca3a de &tomos se o7ida' 3ero esto no modifica en a%soluto su fuerte uni9n con la su%6acente ca3a de &tomos; 3ermanecen esta%les en su 3osici9n' 3or tanto ning>n &tomo ioni$ado es li%erado 6 ninguna 3roteína resulta modificada. (sto lo ace
<inisi%le= 3ara los sistemas de defensa %iol9gicos' lo ue 3ermite al ueso regenerarse 3or so%re el material.
*igura ! Com3ortamiento del ierro 6 el titanio frente a la e73osici9n a fluidos %iol9gicos
u su3erficie ideal' entonces' es una rugosa' com3uesta de 97ido de titanio o de aleaci9n' 6 recu%ierta con idro7ia3atita. A>n así' en un im3lante de titanio retirado se o%ser9 tra%écula 9sea 6 asculari$ada en los uecos entre el im3lante 6 el ueso' 3ero un aance muco menor en la su3erficie del im3lante.
"as enta8as ue 3resenta son sus características similares al ueso 3ara ser un metal' su %iocom3ati%ilidad 6 su relatiamente %a8o costo. "as contras' 3or otro lado' son la generaci9n de micro!astillas o%sera%les en los te8idos 3eri!im3lantares' 3resumi%lemente formadas en el momento de inserci9n del im3lante en el te8ido 9seo. (stas astillas 3ueden llegar a significar una amena$a de3endiendo de su 3osici9n 6 su tamaño' com3rometiendo la integridad de la tra%écula 9sea en formaci9n o ra6ando la su3erficie del titanio' dificultando así la osteointegraci9n.
Zirconia
:
(l segundo material es la $irconia. "a ma6or enta8a ue 3resenta contra el titanio es el factor estético. Dada su alta dure$a' su dura%ilidad es e7celente' así como su osteointegraci9n 6 %iocom3ati%ilidad.
*igura -! Im3lante de irconia
Como se mencion9' la $irconia se utili$a 3ara o%tener el me8or resultado estético' 6a ue el color de los com3onentes del im3lante dental es com3letamente %lanco' m&s cercano a lo natural de los dientes' 6 no de metal. e eita así el collar met&lico ue mucas eces es notorio alrededor de la encía' cuando el 3aciente tiene un im3lante de titanio. De esta manera' se o%tiene un me8or resultado estético' conserando las características funcionales 6 mec&nicas del material tradicional.
tro factor im3ortante es ue 3resenta todaía menor riesgo de desencadenar reacciones adersas del organismo. (7iste gente ue es alérgica a metales' a los cuales les resulta im3osi%le reali$arse im3lantes de titanio. (l di97ido de $irconio' en cam%io' no 3resenta asta el momento ning>n caso registrado de reacci9n alérgica.
*igura ! Im3lante de irconia com3arado estéticamente con im3lante de @itanio. e 3uede
o%serar claramente el anillo negro en el de titanio.
@odas estas características son las ue acen a la $irconia una o3ci9n muco m&s 3referida 3or los 3acientes' donde la estética es una 3arte ital de la odontología.
"9gicamente' el 3recio del im3lante de $irconia es m&s eleado en com3araci9n del de titanio; algunos an a3odado este im3lante como el <oro %lanco de la odontología=.
orcelana
(7iste en la actualidad un tercer ti3o de material de im3lantes' los de 3orcelana. on una alternatia mu6 %arata res3ecto a los otros dos' 3ero así tam%ién sus características 6 a8uste a la tarea son 3o%res' 3or lo ue se a o3tado 3or la omisi9n en este tra%a8o. Presentan una e7celente osteointegraci9n' 3ero su e7cesia fragilidad conierte esto en un 3ro%lema: "a tasa de recam%io de un im3lante de 3orcelana llega a ser de uno a dos eces 3or año' lo ue se em3eora cuando éste de%e remoerse 6 est& %ien osteointegrado.
!mplantes dentales en el mercado
Actualmente en Argentina se encuentra una gran cantidad de endedores de im3lantes dentales' siendo las m&s renom%radas Bio5nite' -ia Im3lantes' don@it 6 @ecnoIm3lant. @odas estas em3resas est&n en conformidad con la norma I/AM 01)0 para Implantes %entales' 6 actualmente ofrecen cursos de 3romoci9n 6 ca3acitaci9n so%re sus 3roductos 3ara los odont9logos.
(l 3ro%lema con estas em3resas es ue mu6 3ocas son fa%ricantes nacionales 6' con el sistema de %loueo de im3ortaciones im3uesto 3or la go%ernaci9n de turno' la dis3oni%ilidad 6 ariedad de los im3lantes se e dr&sticamente reducida.
(n una entreista la dont9loga es3eciali$ada en Im3lantología Claudia )artíne$ de Gulli' ésta reel9 ue los 3acientes siem3re tienen sentimientos encontrados ante la elecci9n de im3lantes de 3orcelana' titanio o $irconia' de%ido a ue el rango de 3recios entre los ue oscilan estos tres es mu6 am3lio. (n un 0 de los casos el 3aciente elige la de 3orcelana' seguido del a3ro7imadamente *0 ue elige las de titanio' de8ando un 10 ue elige im3lantes de $irconia. e de%e destacar ue éstos 3orcenta8es son calculados en %ase las 3r&cticas reali$adas 3or la doctora Gulli' 6 est&n le8os de re3resentar a la toma de decisi9n de la 3o%laci9n en general.
Conclusión
De acuerdo a lo inestigado' 3uede afirmarse ue la ingeniería de im3lantes es un tema ue a aan$ado muco 3ero así tam%ién tiene muco desarrollo 3or delante. Com3aratiamente' el Di97ido de irconio 6 el @itanio son similares entre sí 6 am%os a3tos 3ara la tarea ue se reuiere' sus características mec&nicas así lo demuestran: am%os tienen una mu6 %uena osteointegraci9n Hotorgada 3or los tratamientos su3erficiales a los ue se los somete 6 3or 3ro3iedades inerentes al material' un m9dulo de elasticidad ue' si %ien no es el del ueso' es similar al mismo 6' 3or >ltimo' no son elementos reca$ados 3or el ser umano' no 3roocan una res3uesta negatia en la gran ma6oría de los casos.
in em%argo' si %ien 6a se o%tienen resultados satisfactorios' siem3re 3uede %uscarse un nueo material ue sea todaía me8or en cuanto a dos ca%os sueltos: el 3rimero 6 m&s releante' la me8ora de la interfa$ ueso!im3lante' 6a sea mediante nueos tratamientos su3erficiales o nueos materiales; el segundo' la %>sueda de materiales ue tengan un m9dulo de elasticidad todaía m&s similar al del ueso' esto sin 3erder de ista la %iocom3ati%ilidad necesaria.
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