Биомеханические факторы эффективности внутрикостных стоматологических имплантатов (экспериментально-клиническое исследование)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Росмедтехнологий»

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Биомеханические факторы эффективности внутрикостных стоматологических имплантатов (экспериментально-клиническое исследование)

14.01.14 - стоматология

Журули Георгий Нугзарович

Москва - 2010

Работа выполнена на кафедре клинической стоматологии и имплантологии Института повышения квалификации Федерального медико-биологического агентства

Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор Олесова Валентина Николаевна

Научный консультант: доктор технических наук Киселев Алексей Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор Шугайлов Игорь Александровича

доктор медицинских наук, профессор Панин Андрей Михайлович

доктор медицинских наук, профессор Гунько Валерий Иосифович

Ведущая организация ФГУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Росмедтехнологий»

Защита состоится 2010 года на заседании диссертационного совета Д.208.120.01 при Институте повышения квалификации Федерального медико-биологического агентства (125371, г. Москва, Волоколамское шоссе, д.91)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института повышения квалификации Федерального медико-биологического агентства (123182, г. Москва, Волоколамское шоссе, д.30)

Автореферат разослан 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук, профессор Е.С. Кипарисова.

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Применение дентальных внутрикостных имплантатов открыло новые возможности в конструировании зубных протезов. Главным преимуществом дентальной имплантации является создание условий для несъемного протезирования, в том числе при полном отсутствии зубов и обширных дефектах зубных рядов, а так же при дефектах челюстей. Кроме того, внутрикостные имплантаты могут использоваться для повышения фиксации съемных протезов (Афанасьев В.В. с савт., 2010; Жусев А.И., Ремов А.Ю., 2004; Иванов С.Ю., Базикян Э.А. с соавт., 2004; Кулаков А.А., Лосев Ф.Ф., Гветадзе Р.Ш., 2006; Миргазизов М.З., 2008; Мушеев И.У., Олесова В.Н., Фрамович О.З., 2000,2008; Параскевич В.А., 2002; Робустова Т.Г., 2003).

Значительный опыт использования имплантации в России и за рубежом отражен в многочисленных публикациях, которые в основном касаются клинической эффективности разных видов имплантатов, методик имплантации (непосредственной, отсроченной, в условиях дефицита костной ткани, при непосредственной нагрузке имплантатов), методов предимплантационного обследования и компьютерного планирования установки имплантатов, лечения основного осложнения имплантации - периимплантита.

Биомеханические аспекты планирования имплантации и функционирования внутрикостных имплантатов изучены недостаточно, что отчасти объясняется невозможностью измерить in vivo напряжения в костной ткани при нагрузке как зубов, так и имплантатов. Гнатодинамометрические, тензометрические, частотно-резонансные измерения (RFA) дают относительное и локальное представление о напряженно-деформированном состоянии (НДС) в костной ткани при нагрузке имплантатов.

Наиболее информативным и перспективным экспериментальным методом изучения биомеханики нижней челюсти является трехмерное математическое моделирование напряженно-деформированного состояния при разных клинических условиях (Бесяков В.Р. 2000; Ерошин В.А., Арутюнов А.С. с соавт., 2009; Иванов А.Г. с соавт., 2000; Олесова В.Н., Арутюнов С.Д., Воложин А.И. с соавт., 2010; Лебеденко И.Ю., Мальгинов Н.Н., Ибрагимов Т.И., 2010; Ревякин А.В., Никольский Ю.В. с соавт., 2006; Чуйко А.Н. с соавт., 2007; Чумаченко Е.Н., Арутюнов С.Д., Лебеденко И.Ю., 2003; Чумаченко Е.Н., Янушевич О.О. с соавт., 2010; Шашмурина В.Р., 2008;). Проведенные в этом направлении работы базируются на математических моделях и расчетах разного уровня сложности и соответствия клиническим условиям (большинство моделей ограничены сегментом нижней челюсти), дают разноречивые результаты по величине и характеру напряжений в костной ткани; редко в условиях идентичной модели проводится сравнение биомеханических показателей при нагрузке интактного зубного ряда и при наличии имплантатов.

Анализ зависимости клинической эффективности имплантатов от биомеханических условий их функционирования отражен в немногочисленных публикациях, касающихся отдельных факторов влияния функциональной нагрузки на состояние костной ткани (количество, длина имплантатов, первичная стабильность имплантатов). Отсутствуют определенные сведения о влиянии на клинические результаты локализации имплантатов в разных отделах челюсти, объемов костной ткани в месте имплантации, конструкции протезов на имплантатах и их окклюзионных взаимоотношений, особенностей функциональной нагрузки.

Цель исследования: повышение эффективности дентальной имплантации с учетом биомеханики внутрикостных имплантатов и факторов риска функциональной перегрузки костной ткани нижней челюсти при протезировании на имплантатах.

Задачи исследования:

1. Разработать трехмерную математическую модель нижней челюсти с возможностью измерения напряженно-деформированного состояния в губчатой и кортикальной костной ткани во всех отделах челюсти при вертикальной и горизонтальной нагрузках зубов и имплантатов в разных отделах зубного ряда.

2. В условиях моделирования интактного зубного ряда изучить напряженно-деформированное состояние нижней челюсти при нагрузке боковых, фронтальных зубов и клыков.

3. Сопоставить величину и картину распределения сжимающих и растягивающих напряжений в нижней челюсти при нагрузке интактного зубного ряда и имплантатов в области моляров, клыков и резцов; сравнить напряжения с данными по пределам прочности костной ткани.

4. Выявить значение локализации имплантатов, объемов окружающей костной ткани, направления нагрузки на величину и картину распределения напряжений в нижней челюсти.

5. Провести ретроспективный анализ клинической эффективности внутрикостной имплантации на нижней челюсти в отдаленные сроки после протезирования на имплантатах частичных и полных дефектов зубного ряда с учетом степени резорбции костной ткани, рецессии десны, частоты развития воспалительных явлений и удаления имплантатов.

6. Выявить влияние биомеханических условий имплантации и нагрузки имплантатов: количества, размеров, локализации, наклона имплантатов; структуры и объема костной ткани в месте имплантации (в т.ч. после костной пластики); пола и возраста пациентов; сроков начала нагрузки имплантатов, конструкции протезов и их окклюзионных взаимоотношений на показатели клинической эффективности имплантации.

7. Выделить биомеханические факторы риска снижения эффективности внутрикостной имплантации на нижней челюсти и дать практические рекомендации по профилактике перегрузки имплантатов.

Научная новизна исследования. Разработана трехмерная математическая модель нижней челюсти с интактным зубным рядом или внутрикостными имплантатами в области резцов, клыков и моляров, позволяющая изучить напряженно-деформированное состояние кортикальной и губчатой костной ткани всех отделов челюсти при вертикальной и горизонтальной нагрузках зубов и имплантатов.

Впервые проведено изучение биомеханики костной ткани альвеолярной части челюсти и других ее отделов в зависимости от величины, направления и области приложения функциональной нагрузки к зубам интактного зубного ряда.

Дано сравнение величин напряжений при нагрузке зубов и заменяющих их имплантатов во фронтальном и боковом отделах челюсти, а также с пределами прочности кортикальной и губчатой костной ткани.

Экспериментальные данные сопоставлены с результатами оценки состояния большого количества внутрикостных имплантатов через пять лет после окончания протезирования на нижней челюсти. Впервые проанализирована степень резорбции периимплантатной костной ткани, рецессии и воспаления десны в зависимости от биомеханических условий функционирования имплантатов: количества и структуры костной ткани в месте имплантации, размеров и локализации имплантатов в челюсти, конструкции зубных протезов на имплантатах и особенностей их нагрузки.

Практическая значимость исследования. При математическом моделировании установлены общие закономерности НДС нижней челюсти при нагрузке зубов и имплантатов любой локализации, заключающиеся в наличии максимальных напряжений в кортикальной кости в пришеечной области нагруженного зуба или имплантата с распространением напряжений на примыкающие альвеолярные лунки и на противоположной стороне челюсти, в стенки нижнечелюстного канала, ретромолярные зоны и ветви челюсти. Выявлен факт идентичности величины максимальных напряжений в костной ткани при нагрузке зубов или имплантатов в разных функциональных группах зубного ряда, несмотря на разную величину прилагаемой нагрузки. Показано значительное негативное влияние горизонтальной нагрузки на НДС костной ткани вокруг зубов и имплантатов. Выявлено увеличение максимальных напряжений при замене зуба имплантатом и снижение при этом распределения напряжений на другие отделы челюсти.

Данные экспериментального моделирования подтверждены результатами отдаленных клинических исследований, показавших высокую эффективность внутрикостной имплантации на нижней челюсти при соблюдении адекватных биомеханических условий функционирования имплантатов. При этом через 5 лет нагрузки установлена определенная степень резорбции костной ткани у большинства имплантатов в сравнении с исходным уровнем альвеолярного гребня. Выявлены биомеханические факторы, снижающие результативность имплантации, среди которых: функциональная перегрузка имплантатов в связи с их недостаточным количеством, установкой с наклоном, окклюзионными супраконтактами, односторонним жеванием; незначительная толщина кортикальной кости по альвеолярному гребню челюстей и небольшое увеличение костной ткани после костной пластики; структура кости челюсти типа D3 и D4 по C. Misch; локализация имплантатов во фронтальном отделе; мужской пол пациентов и возраст после 60 лет; длина имплантата менее 10 мм и диаметр менее 3,5 мм; несъемное протезирование с опорой на зубы и имплантаты.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В условиях трехмерного математического моделирования дифференцированная нагрузка разных отделов интактного зубного ряда нижней челюсти вызывает схожую картину напряженно-деформированного состояния костной ткани с максимальными напряжениями в кортикальной кости вокруг шейки нагруженного зуба и разной степенью передачи напряжений в апекальную часть его альвеолярной лунки и в альвеолярные лунки рядом стоящих зубов, а также в отдаленные отделы челюсти (включая альвеолярные лунки противоположного зубного ряда, ретромолярные зоны, ветви челюсти, нижнечелюстной канал).

2. Вертикальная нагрузка разных функциональных отделов зубного ряда, несмотря на разную величину нагрузки, вызывает схожие величины максимальных напряжений в кости вокруг шеек нагруженных зубов. Горизонтальная нагрузка зубов, особенно боковых, несмотря на меньшую величину, значительно увеличивает напряжения в костных тканях по сравнению с вертикальной нагрузкой.

3. Замена зубов внутрикостными имплантатами увеличивает до трех раз напряжения в кортикальной кости вокруг шейки имплантатов (особенно во фронтальном отделе) при вертикальной и горизонтальной нагрузках, снижает степень распространенности напряжений на другие отделы челюсти.

4. В связи с отсутствием закономерности снижения напряжений в костной ткани вокруг зубов и имплантатов во фронтальном отделе нижней челюсти при приложении существенно меньшей функциональной нагрузки в сравнении с боковым отделом резцы и замещающие их имплантаты характеризуются меньшей выносливостью к функциональным нагрузкам.

5. Внутрикостная имплантация на нижней челюсти при контрольной оценке через 5 лет после окончания протезирования обеспечивает высокую эффективность функционирования имплантатов, которое сопровождается у большинства имплантатов умеренной резорбцией костной ткани от исходного уровня альвеолярного гребня с рецессией и воспалением десны у незначительного количества имплантатов.

6. По данным сравнительной клинической оценки биомеханическими факторами, снижающими эффективность имплантации, являются: функциональная перегрузка имплантатов в связи с их недостаточным количеством, установкой с наклоном, окклюзионными супраконтактами, односторонним жеванием; незначительная толщина кортикальной кости по альвеолярному гребню челюстей и небольшое увеличение костной ткани после костной пластики; структура кости челюсти типа D3 и D4 по C. Misch; локализация имплантатов во фронтальном отделе; мужской пол пациентов и возраст после 60 лет; длина имплантата менее 10 мм и диаметр менее 3,5 мм; несъемное протезирование с опорой на зубы и имплантаты.

Апробация работы. Результаты исследования доложены на Научно-практической конференции «Пути совершенствования последипломного образования специалистов стоматологического профиля. Актуальные проблемы ортопедической стоматологии и ортодонтии», посвященной 75-летию со дня рождения профессора Х.А. Каламкарова (Москва, 2002); III Всероссийской научно-практической конференции «Образование, наука и практика в стоматологии - Дентал Ревю» (Москва, 2006); Конференции молодых ученых МГМСУ (Москва, 2007); III научно-практической конференции врачей онкологов «Актуальные вопросы клинической и экспериментальной онкологии в системе ФМБА России» (Москва, 2008); X Научно-технической конференции «Медико-технические технологии на страже здоровья» (Тунис, 2008); Конференции «Имплантация в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии», посвященной 20-летию системы дентальных имплантатов RADIX (Минск, 2009); Международной научно-практической конференции «Стоматология славянских государств» (Белгород, 2009); Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы стоматологии» (Санкт-Петербург, 2009); VI Межрегиональной научно-практической конференции с международным участием, посвященной 60-летию организации РГМУ им. академика И.П. Павлова (Рязань, 2009); IV Украинском международном конгрессе «Стоматологическая имплантация. Остеоинтеграция» (Киев, 2010); X Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новые технологии в стоматологии и имплантологии» (Саратов, 2010); XXIV Всероссийской научно-практической конференции «Cтоматология XXI века» (Москва, 2010); на заседании кафедры клинической стоматологии и имплантологии ИПК ФМБА России (2010).

Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены в практику работы Клинико-диагностического центра МГМСУ (г. Москва), Клинического центра стоматологии ФМБА России (г. Москва), Городской стоматологической поликлиники № 51 г.Москвы, Стоматологической поликлиники № 1 г. Владикавказа; в учебный процесс кафедры факультетской хирургической стоматологии и имплантологии МГМСУ (г. Москва), кафедры клинической стоматологии и имплантологии ИПК ФМБА России (г. Москва), кафедры челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии РУДН (г. Москва), кафедр хирургической и ортопедической стоматологии ДГМА (г. Махачкала).

По теме диссертации опубликовано 44 работ, в том числе 20 в журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 207 листах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, трех глав собственных исследований, выводов, практических рекомендаций, указателя литературы. Диссертация иллюстрирована 51 рисунками и 32 таблицами. Указатель литературы включает 215 источника, из которых 149 отечественных и 66 зарубежных.

Содержание работы

Материал и методы исследования. Экспериментальная часть исследования выполнена на трехмерных математических моделях, идентичных по размерам и строению нижней челюсти (рис.1-3).

Физико-механические характеристики тканей нижней челюсти (модуль упругости, коэффициент Пуассона, предел прочности), зубов и конструкционных материалов взяты из специальных литературных источников (Олесова В.Н. с соавт. 2010; Чумаченко Е.Н. с соавт. 2003; O`Brein W. 1997) (табл. 1).

Рис. 1. Трехмерная конечноэлементная модель нижней челюсти (1017676 узлов, 945420 элементов)

Рис. 2. Внутренняя структура трехмерной конечноэлементной модели нижней челюсти (1 - кортикальная кость, 2 - губчатая кость, 3 - дентин, 4 - периодонт, 5 - десна, 8 - эмаль или искусственная коронка, 10 - нижне- челюстной канал, 11 - сосудисто-нервный пучок)

Рис. 3. Внутренняя структура трехмерной конечноэлементной модели нижней челюсти (1 - кортикальная кость, 2 - губчатая кость, 3 - дентин, 4 - периодонт, 5 - десна, 8 - эмаль или искусственная коронка, 10 - нижне- челюстной канал, 11 - сосудисто-нервный пучок)

Таблица 1 Физико-механические характеристики тканей нижней челюсти и конструкционных материалов

Функциональная нагрузка в вертикальном и горизонтальном направлениях локализовалась в области центрального резца, клыка или второго моляра (или воздействовала на имплантаты, заменяющие указанные зубы). Величина вертикальной нагрузки составляла соответственно 130H, 200H и 250H для фронтального, клыкового и бокового отделов зубного ряда; горизонтальной нагрузки - 80H, 120H и 150H.

Дифференцированное изучение напряжений в кортикальной и губчатой костной ткани нижней челюсти проводилось с использованием математического конечно-элементного анализа (МКА) с помощью специальной программы «UZOR» (1017676 узлов, 945420 элементов) (д.т.н. Киселев А.С.); сопоставлялись величины сжимающих и растягивающих напряжений, распространяющихся в щечно-язычном, медио-дистальном и вертикальном направлениях (x,y,z), учитывались интегральные напряжения в области нагрузки, вдоль зубного ряда и в других отделах челюсти (рис. 4).

xy

zi

Рис. 4. Распределение напряжений в губчатой кости при горизонтальной нагрузке имплантата в боковом отделе нижней челюсти

Клиническая часть исследования базировалась на результатах клинико-рентгенологического обследования состояния 507 внутрикостных винтовых имплантатов на нижней челюсти (производства Straumann и Nobel Biocare) у 154 пациентов Клинико-диагностического центра МГМСУ через 5 лет после окончания протезирования; среднее количество имплантатов на обследованного 3,3 ± 0,2. Имплантаты установлены в следующих возрастных группах: 20-30 лет - 82 имплантата, 30-40 лет - 74, 40-50 лет - 184, 50-60 лет - 189, 60-70 лет - 68; у мужчин 148 имплантатов, у женщин - 359.

Критериями оценки состояния имплантатов были: резорбция костной ткани у шейки имплантата (0 мм, 1 мм, 2 мм, 3 мм, 4 мм, 5 мм), рецессия десны у имплантата (0 мм, 1 мм, 2 мм, 3мм, 4 мм, 5 мм), наличие или отсутствие воспалительных явлений в периимплантатных тканях, удаление имплантата. Проводилась дифференцированная оценка состояния имплантатов в зависимости от биомеханических условий имплантации и функционирования имплантатов (табл. 2).

Таблица 2 Основные биомеханические условия имплантации и нагрузки имплантатов

Статистическая обработка результатов исследования проводилась с помощью стандартного набора инструментов офисного приложения Microsoft Office Excel 2003. Вычислялись среднее арифметическое значение (M), стандартная ошибка среднего (m). Статистическая значимость полученных результатов (p) вычислялась с использованием критерия Стьюдента (t) и его интерпретации на основании стандартной таблицы критических значений коэффициента Стьюдента. Уровень значимости () соответствовал вероятности -ошибки равной 5% (=0,05), статистически значимыми признавались результаты при p<0,05.

Результаты исследования. При анализе максимальных напряжений в кортикальной костной ткани челюсти, развивающихся при нагрузке интактного зубного ряда, установлено, что максимальные величины появляются по вершине альвеолярной лунки вокруг нагруженного зуба, а также в области его апекса. Впервые зарегистрировано, что напряжения распространяются, уменьшаясь, по вершинам межзубных костных перегородок всего зубного ряда, включая противоположную от нагрузки сторону челюсти. За пределами зубного ряда впервые установлены зоны существенных напряжений, появляющиеся при нагрузке зубов.

При вертикальной нагрузке в боковом отделе зубного ряда основные параметры НДС кортикальнальной кости таковы:

- наибольшие напряжения (13,2 МПа) распространяются по вертикали межзубных перегородок с медиальной и дистальной сторон лунки второго моляра. Эти напряжения сжимающие и более выражены в щечно-язычном направлении;

- в апекальной зоне второго моляра локализуются противоположные - растягивающие напряжения (5,6 МПа), более выраженные в щечно-язычном направлении;

- сопоставимые по величине с областью нагруженного второго моляра имеются напряжения в кортикальных пластинах челюсти за пределами зубного ряда - в области внутреннего угла челюсти при переходе в ветвь челюсти и в вырезке ветви челюсти (9,9 МПа); в проекции нагруженного моляра в кортикальной кости челюсти выявляется зона напряжений в медио-дистальном направлении до 3,2 МПа; по стенкам нижнечелюстного канала напряжения составляют 4,8 МПа;

- кортикальные лунки моляров, расположенных рядом со вторым моляром, испытывают напряжения в вертикальном направлении, сопоставимые с областью нагрузки (растягивающие в области первого моляра, сжимающие - вдоль медиального корня третьего моляра);

- определенные напряжения передаются в пришеечную область по дистальному и медиальному краям лунки клыка на стороне нагрузки (5,1 МПа), а также в области резцов со стороны нагрузки (3,6 МПа); у шеек противоположных моляров напряжения 1,2 МПа.

При смещении вертикальной нагрузки в область резцов максимальные напряжения в кортикальной кости также локализуются вокруг шейки нагруженного резца, однако, они незначительно меньше (10,4 МПа) в сравнении с моляром, хотя величина нагрузки на резец в 2 раза меньше; при этом в апекальной области лунки нагруженного резца напряжения даже больше (6,8 МПа). В тоже время напряжения от нагруженного резца в большей степени передаются в кортикальные лунки других зубов (у моляров на обеих сторонах челюсти 10,6 МПа, у клыков 3,9 МПа).

За пределами зубного ряда максимальные напряжения смещаются в ретромолярную область и не уменьшаются по величине в сравнении с нагрузкой моляра (9,9 МПа). В нижнечелюстном канале напряжения практически отсутствуют.

При вертикальной нагрузке клыка наибольшие напряжения, также как при нагрузке моляра и резца, развиваются в вершине альвеолярной кортикальной лунки нагруженного зуба (i 11,0 МПа) и имеют сжимающий характер. Величина напряжений у клыка меньше, чем у моляра на 20% и одинакова с напряжением у резца. В области дна альвеолярной лунки клыка напряжения становятся растягивающими (как у моляра и резца), также уменьшаются по сравнению с вершиной межзубных перегородок на 50,5% ( у моляра на 57,4% , у резца на 47,8%), но величина этих напряжений (7,3МПа) больше в сравнении с моляром на 30,4% и почти не различается с резцом. В стенках лунок зубов, прилегающих к клыку, локализуются напряжения 7,2МПа; то есть на 47,0% меньше пришеечной области (также, как у резца), тогда как в области нагруженного моляра напряжения в примыкающих лунках не меняются в сравнении с областью его шейки. Величина напряжений в прилегающих к клыку лунках на 83,3% меньше, чем у моляра и практически одинакова с резцами.

Таблица 3 Максимальные интегральные напряжения в кортикальной костной ткани нижней челюсти при нагрузке зубов или внутрикостных имплантатов в разных отделах зубного ряда

м - моляр, к - клык, р - резец.

При нагрузке клыка степень распространения напряжений в другие отделы зубного ряда меняется: в области центрального резца и второго моляра на стороне нагрузки распространяются напряжения соответственно 7,2МПа и 9,6МПа, что меньше напряжений у клыка на 50,5% и 14,2% (при нагрузке резца напряжения в области клыка (3,9МПа) меньше максимальных напряжений у резца в 2,7 раза, а в области моляра они сопоставимы (10,6МПа); при нагрузке моляра напряжения в области клыка (5,1МПа) и резца (3,6МПа) меньше зоны моляра (13,2МПа) в 2,6 и 3,6 раз соответственно. имплантат челюсть биомеханический

За пределами зубного ряда при нагрузке клыка развиваются напряжения, прежде всего, в ретромолярной зоне (7,4МПа), что меньше на 33,8%, чем при нагрузке резца и моляра (9,9МПа); по сравнению с резцом локализация одинакова, а при нагрузке моляра напряжение смещены к внутреннему углу челюсти и в вырезку ее ветви на стороне нагрузки. При нагрузке клыка максимальные напряжения в челюсти на 50,5% меньше напряжений у клыка, при нагрузке резца сопоставимы, при нагрузке моляра меньше на 24,3%. Напряжения в подбородочной области при нагрузке клыка меньше ( 3,4МПа) меньше области нагрузки в 3 раза, при нагрузке резца на 61,4%, моляра на 81,3%. При нагрузке клыка имеются напряжения вдоль нижнечелюстного канала(6,0МПа), также как при нагрузке моляров (4,8МПа) на стороне нагрузки; при нагрузке резцов такие напряжения отсутствуют. При нагрузке моляра напряжения в нижнечелюстном канале меньше напряжений в области нагрузки в 2,7 раз, при нагрузке клыка на 83,7%.

Обобщая сравнительные закономерности напряжений в кортикальной костной ткани при вертикальной нагрузке целостного зубного ряда в разных его отделах (резцов, клыков и моляров) можно констатировать, что максимальные величины напряжений регистрируются по вершине альвеолярных лунок нагруженных зубов, эти напряжения сжимающие и близки по своим значениям (несмотря на разный уровень нагрузки); в область дна альвеолярных лунок нагруженных зубов передается значительная часть напряжений (меньше у моляров, больше у резцов), они становятся растягивающими; такой же величины, но сжимающие напряжения распространяются в стенках лунок рядом расположенных зубов при нагрузке резцов и клыков (при нагрузке моляров величина напряжений в стенках примыкающих альвеолярных лунок не уменьшается); напряжения от зоны нагрузки передаются в область зубов других функциональных групп, в том числе на противоположной стороне челюсти: величина этих напряжений от моляров передаются вдоль зубного ряда в меньшей степени, чем от резцов и клыков в область моляров; нагрузка от всех отделов зубного ряда в значительной степени передается на челюсть за пределами зубного ряда, в первую очередь в ретромолярную область, смещаясь при нагрузке моляра к внутреннему углу челюсти и вырезку ветви челюсти, по сравнению с зоной нагрузки эти напряжения уменьшаются при нагрузке клыка и моляра и не уменьшаются при нагрузке резцов; другими зонами нагрузки челюсти являются базальный край в подбородочном отделе и нижнечелюстной канал.При нагрузке имплантатов, замещающих 31,33 и 37 зубы, изменения напряжений в кортикальной кости при вертикальной нагрузке заключаются в увеличении напряжений в пришеечной области имплантата, отсутствии напряжений у апекальной части имплантата в связи с отсутствием кортикальной кости, меньшей передачей напряжений вдоль зубного ряда и наличием напряжений в отдельных зонах челюсти сопоставимой или превышающей величины по сравнению с нагрузкой зубов. Так,

- максимальные сжимающие напряжения в кортикальной костной ткани локализуются с медиальной и дистальной области пришеечной зоны нагруженного второго моляра или имплантата, однако, максимальная величина напряжений вокруг имплантата в 2,3 раза больше, чем вокруг зуба (соответственно 29,7 и 13,2МПа) ; при этом распространение максимальных напряжений вокруг шейки зуба медио-дистальное, а вокруг имплантата щечно-язычное;

- в кортикальной лунке второго моляра локализуются растягивающие напряжения до 5,6 МПа и вдоль лунки имеются сжимающие напряжения 4,75МПа. Вокруг имплантата напряжения в кортикальной кости локализуются только в области шейки ввиду отсутствия кортикальной ткани вокруг имплантат;

- в верхней части кортикальной лунки медиального корня третьего моляра развиваются сжимающие напряжения в вертикальном направлении при нагрузке и зуба и имплантата, однако, величина этих напряжений при нагрузке имплантата ниже на 69,9% (соответственно 8,2 МПа и 3,2МПа); в лунке первого моляра при нагрузке второго моляра развиваются напряжения до 10,0МПа в интегральном выражении, а при нагрузке имплантата эти напряжения в 2 раза меньше ( 4,3МПа);

- при нагрузке второго моляра и имплантата отмечаются сжимающие напряжения по краям лунок резцов и клыков, однако, напряжения при нагрузке зуба в 2 раза выше;

- за пределами зубного ряда сопоставимые растягивающие напряжения в вертикальном направлении формируются в области внутреннего угла челюсти при переходе в ветвь и в вырезке ветви как при нагрузке зуба, так и имплантата (9,9МПа и 10,0МПа); и в проекции нагруженных моляра и имплантата имеется зона напряжений, однако, при нагрузке моляра эти напряжения растягивающие в вертикальном направлении и на 35,4% ниже, чем при нагрузке имплантата, при которой область напряжений смещается к базальному краю, а напряжения становятся сжимающими в медио-дистальном направлении; при нагрузке второго моляра, в отличие от имплантата, в проекции резцов с язычной поверхности локализуется область сжимающих напряжений 2,27МПа, которые по направлению к базальному краю становятся растягивающими; по нижнечелюстному каналу в вертикальном направлении идут сжимающие напряжения при нагрузке второго моляра и замещающего его имплантата, однако, они при нагрузке имплантата в 2 раза больше, чем при нагрузке зуба (соответственно 9,0 МПа и 4,8МПа); при нагрузке второго моляра и замещающего его имплантата выявляются медио-дистально направленные напряжения по краям лунок моляров противоположной стороны зубного ряда, однако, при нагрузке имплантата их величина в 7 раз больше (соответственно 8,6 МПа и 1,2МПа).

При замене имплантатом зуба во фронтальном отделе в параметрах НДС происходят изменения:

- максимальные величины напряжений локализуются в кортикальной костной ткани вокруг шейки зуба или имплантата, имеют сжимающий характер. Однако величина этих напряжений вокруг имплантата в 2,6 раз больше (10,4 МПа и 28,6 МПа); сжимающие напряжения вокруг зуба и имплантата становятся растягивающими, уменьшаются в одинаковой мере (соответственно на 47,8% и 44,7%), однако, вокруг зуба эти напряжения локализуются в области дна кортикальной лунки, а вокруг имплантата - в нижнем слое кортикальной кости в области шейки (соответственно 6,8 МПа и 15,8 МПа); в области шейки зубов и имплантатов, прилежащих к нагруженному зубу или имплантату, в кортикальной костной ткани регистрируются сжимающие напряжения, однако, их величина при нагрузке имплантата уменьшается по сравнению с зоной нагрузки в большей степени - на 47,8% и в 6,2 раза (4,6 МПа);

- с медиальной поверхности кортикальной костной ткани в области шеек клыков или имплантатов на обеих сторонах зубного ряда имеются напряжения, в основном сжимающие, однако, при нагрузке имплантата их величина уменьшается по сравнению с зоной нагрузки в большей степени - в 2,8 раз (3,9 МПа) и в 20,3 раз (1,4 МПа); по краям альвеолярных лунок моляров на обеих сторонах зубного ряда, преимущественно с щечных поверхностей, отмечаются растягивающие напряжения, однако, при нагрузке зуба во фронтальном отделе их величина равна напряжениям в зоне нагрузки (10,6 МПа), а при нагрузке имплантата - ниже в 3 раза (9,6 МПа);

- при нагрузке как зуба, так и имплантата во фронтальном отделе кортикальная костная ткань за пределами зубного ряда испытывает локальные напряжения: в ретромолярных зонах (9,9 МПа и 5,4 МПа), в проекции корней моляров (5,9 МПа и 8,3 МПа), в наружных углах челюсти (3,7 МПа и 9,9 МПа), в подбородочной области с язычной поверхности (4,0 МПа и 4,6 МПа). Однако, при нагрузке имплантата величина напряжений, превышая по значению напряжения при нагрузке зуба (кроме ретромолярной зоны), по сравнению с зоной нагрузки уменьшаются в большей степени (соответственно в 0 и 5 раз; 1,8 и 3,5 раз; 2,8 и 3,5 раз; 2,6 и 6,3 раз.

При замене клыка имплантатом напряжения при вертикальной нагрузке в пришеечной кортикальной кости также увеличиваются (в 2,8 раз - до 30,9 МПа). В лунках рядом расположенных зубов напряжения в 2,3 раза меньше в сравнении с нагрузкой клыка (3,1 МПа и 7,2 МПа).

Напряжения от имплантата в области клыка в меньшей степени передаются в область резцов и моляров, тем более, что максимальные напряжения - у нагруженного имплантата - значительно выше (соответственно 3,1 МПа у резцов против 7,2 МПа при нагрузке клыка; 10,9 МПа у моляра на стороне нагрузки против 9,6 МПа при нагрузке клыка; 8,1 МПа у моляра на противоположной стороне челюсти против 7,6 МПа при нагрузке клыка).

За пределы зубного ряда напряжения от нагруженного имплантата передаются также в меньшей степени, чем при нагрузке клыка, хотя по величине эти напряжения сопоставимы или даже выше (в ретромолярной зоне 10,9 МПа при нагрузке имплантата и 7,4 МПа при нагрузке клыка, в нижнечелюстном канале соответственно 7,6 МПа и 6,0 МПа).

При сравнении НДС костной ткани при нагрузке имплантатов в разных функциональных группах сохраняется закономерность, характерная для зубов: нарастание напряжений (в сопоставлении с величиной нагрузки) в направлении моляр - клык - резец.

В губчатой костной ткани при вертикальной нагрузке второго моляра максимальные напряжения отмечаются по вершине губчатой кости альвеолярной лунки (1,6 МПа) со снижением до 0,5 МПа к апекальной её части и в лунки рядом расположенных зубов; в других отделах челюсти напряжения составляют 0,2 МПа.

При нагрузке фронтального отдела наибольшие напряжения 1,2 МПа также локализуются в апекальной области и до половины щечной и язычной стенок лунки резца, далее по вершинам межзубных губчатых перегородок и по лункам рядом расположенных зубов (соответствующие напряжения 0,9 МПА и 0,4 МПа) напряжения снижаются до 0,4МПа в пришеечных частях лунок моляров с двух сторон при фоновом напряжении в челюсти 0,3МПа.

При нагрузке клыка напряжения 1,5 МПа локализуются у апекса и шейки, в средине лунки 1,0 МПа, у моляров 0,6 МПа, в других отделах 0,3 МПа. Распределение напряжений в губчатой костной ткани челюсти во основном повторяет таковое в кортикальной костной ткани при нагрузке соответствующих отделов зубов, максимальная величина этих напряжений достигает 1,6 МПа; 1,5 МПа; 1,2 МПа в области нагруженных моляра, клыка и резца.

При замене этих зубов имплантатами картина распределения и величина напряжений в губчатой кости практически не меняется, увеличение напряжений на 42,0% отмечается только у имплантата в области моляров. Горизонтальная нагрузка, несмотря на меньшую величину по сравнению с вертикальной, вызывает более значительные напряжения в костной ткани как при нагрузке зубов, так и имплантатов (почти в 2 раза при нагрузке боковой и клыковой зоны зубного ряда).

При горизонтальной нагрузке моляра в кортикальной кости верхней части альвеолярной лунки развиваются напряжения до 28,8 МПа (в других отделах лунки моляра 10,0 МПа), которые постепенно снижаются к фронтальным лункам до 11,7 МПа и далее к пришеечной кортикальной кости противоположных моляров (6,8 МПа). Значительные напряжения (23,5 МПа) регистрируются в верхней части медиальной стенки лунки третьего моляра; по внутреннему углу челюсти на стороне нагрузки напряжения 13,4 МПа снижаются к наружному углу до 5,0 МПа; в вырезке ветви нижней челюсти напряжения соответствуют области нагрузки - 33,8 МПа.

В кортикальной кости при горизонтальной нагрузке резца распределение напряжений напоминает таковое при нагрузке моляра: максимальные нагрузки - в пришеечной части лунки нагруженного резца (12,9 МПА) с уменьшением к апекальной части (4,6 МПа); вокруг шеек моляров на обеих сторонах челюсти 2,7 МПа; напряжения во внутренних углах челюсти 4,6 МПа и в вырезке ветвей челюсти 3,4 МПа.

При горизонтальной нагрузке клыка в кортикальной кости напряжение в лунке у шейки клыка достигают 20,3 МПа, у апекса 6,0 МПа; рядом в шейках резцов и премоляров 16,2 МПа; у шеек моляров с двух сторон челюсти 5,0 МПа; в внутренних углах челюсти 6,8 МПа.

В губчатой кости челюсти при горизонтальной нагрузке разных отделов зубного ряда напряжения таковы: при нагрузке моляра - в верхней трети лунки моляра 2,0 МПа (у апекса 0,8 МПА), в верхней части лунок резцов 0,6 МПа и противоположных моляров 0,5 МПА, в внутреннем углу челюсти и в проекции моляра до нижнечелюстного канала 0,8 МПа; при нагрузке резца - по вершине лунки резца 1,1 МПа и у апекса 0,8 МПа, по шейкам моляров 0,2 МПа; при нагрузке клыка - по вершине лунки клыка 1,6 МПа (у апекса 1,1 МПа), в лунках резцов 0,9 МПа, у шеек моляров и в внутренних углах челюсти 0,5 МПа.

Замена зубов на имплантаты при горизонтальной нагрузке, также как при вертикальной, существенно увеличивает максимальные напряжения в кортикальной костной ткани челюсти (вокруг шейки имплантатов): в 2,8 раз (35,4МПа) при имплантации в фронтальном отделе, в 2,5 раз (50,0МПа) - в области клыка и в 2 раза (54,0МПа) - в области моляра. При этом степень распространения напряжений за пределы кортикальной кости у имплантатов меньше, чем при горизонтальной нагрузки соответствующих зубов, несмотря на близкую картину распределения напряжений.

Замена зубов на имплантаты не вносит заметного изменения в картину распределения и величину напряжений в губчатой кости при горизонтальной нагрузке в сравнении с зубами и в сравнении с вертикальной нагрузкой имплантатов: максимальные напряжения, которые отмечаются вокруг шейки имплантата составляют 1,3 МПа в области резца, 2,1 МПа - моляра, 1,7 МПа - клыка.

Величины максимальных напряжений в костной ткани нижней челюсти при нагрузке не превышают предел ее прочности, однако, довольно значительны, и при неадекватных биомеханических условиях функционирования могут способствовать перегрузке кости вокруг шейки имплантатов, что подтверждается отдаленными клиническими результатами (табл. 4).

По данным клинико-рентгенологического обследования через 5 лет нагрузки только у 3,0% имплантатов отсутствовала резорбция костной ткани вокруг шеек имплантатов; у большинства имплантатов резорбция кости составляла 2 - 3мм: 1мм - 3,5%, 2мм - 51,5%, 3мм - 32,8%, 4мм - 5,1%, 5мм - 4,1% (в связи с значительной резорбцией удалено 2,4% имплантатов). Рецессия десны выявлена у 24,9%, в основном на 1 мм - 19,1%. Воспалительные явления в периимплантатных тканях встречались у 12,0% имплантатов.

При дифференцированном анализе выявлено влияние биомеханических условий имплантации и функционирования имплантатов на показатели эффективности имплантации. Так, при количестве опорных имплантатов, соответствующем количеству протезных единиц в несъемных протезах, частота удаления имплантатов составляет 1,7%, воспалительных периимплантатных явлений 8,9%, рецессии десны более 1мм 5,7%, резорбции костной ткани более 2мм 20,0%; при количестве опорных имплантатов в несъемных протезах, составляющем 80% от количества протезных единиц, показатели состояния имплантатов хуже (соответственно 2,4%, 15,9%, 9,8% и 26,7%).

Количество имплантатов имеет значение и для эффективности имплантации при полном съемном протезировании на балочной фиксации к имплантатам: резорбция костной ткани, рецессия десны, воспаление десны и удаление имплантатов при наличии 4 имплантатов составляют 31,2%, 12,6%, 12,5% и 6,3%, а при наличии 2 имплантатов соответственно 50,0%, 20,0%, 20,0% и 10,0%. Лучше результаты при условно-съемном протезировании на 6 имплантатах, чем на 5.

Таблица 4 Основные показатели состояния внутрикостных имплантатов на нижней челюсти через 5 лет нагрузки

Имеет значение толщина кортикальной и губчатой костной ткани в зоне имплантации и структура костной ткани: при увеличении толщины кортикальной кости от 1 до 3мм частота удаления имплантатов снижается от 5,0% до 0%, развитие воспаления у шейки имплантата от 21,1% до 4,9%, рецессия десны от 11,2% до 0,7% и резорбция кости от 75,2% до 13,0%. Лучшие клинические результаты отмечаются при имплантации в костную ткань типа D2 и D1 по C. Misch по сравнению с D3 и D4; так, при наличии типа D2 частота удаления имплантатов составляет 1,4% , а типа D4 - 8,7%.

Выявлена более низкая эффективность имплантации в старших возрастных группах и у мужчин, возможно, в связи с особенностями костной ткани и остеоинтеграции. Например, частота удаления имплантатов, воспаления, рецессии десны и резорбции костной ткани у женщин составляет 1,5%, 10,0%, 6,2% и 37,0%; а у мужчин 5,4%, 20,3%, 12,9% и 49,3%.

Выявлено влияние длины и диаметра внутрикостных имплантатов на клинические показатели: при увеличении длины имплантата от 8мм до 16мм частота их удаления снижается от 8,3% до 1,5%, воспалительных явлений - от 20,0% до 7,7%, рецессии десны от 8,3% до 6,2% и резорбции кости от 54,9% до 12,3%. Диаметр имплантата влияет на исход имплантации в меньшей степени. Для успешного функционирования имплантатов имеет значение степень увеличения объема костной ткани в месте имплантации после проведения костной пластики, при достижении больших объемов частота развития осложнений уменьшается.

Установлено влияние локализации имплантатов на их эффективность: чаще развитие резорбции костной ткани и последующие осложнения развиваются в области резцов, лучше всего результаты наблюдаются при имплантации в области премоляров и клыков: у фронтальных имплантатов резорбция кости наблюдается в 61,2% случаев, у имплантатов в области моляров - 35,2%, в области клыков - 27,0% и премоляров - 18,6%; рецессия десны - соответственно в 19,3%, 13,1%, 13,1% и 9,0% наблюдений; воспаление - у 19,3%, 20,9%, 13,9% и 10,7% имплантатов; удаление - 5,3%, 3,2%, 1,6% и 1,3% имплантатов.

Среди конструкций протезов с опорой на имплантаты лучшие результаты характерны для одиночных или объединенных искусственных коронок, неудовлетворительные результаты отмечены при нагрузке мостовидных протезов с опорой на зубы и имплантаты; несъемные протезы превосходят съемные по состоянию опорных имплантатов. Так, частота удаления имплантатов, покрытых одиночными коронками, равна 1,5%, под мостовидными протезами с опорой на зубы и имплантаты 9,7%, под съемными протезами 3,4%; развитие воспаления и рецессии десны соответственно 5,5% и 6,6%; 19,4% и 14,7%; 15,6% и 11,5%; резорбция костной ткани 27,3%, 93,5%, 45,1%.

Функциональная перегрузка имплантатов в различных клинических ситуациях часто приводит к дезинтеграции имплантатов (16,7%), развитию воспаления у 23,3%, рецессии десны у 20,0% и резорбции костной ткани у 96,7% имплантатов. В частности, соответствующие показатели при наличии окклюзионных суперконтактов в протезах над имплантатами равны 7,3%, 15,6%, 12,8%, 93,7%; при преимущественном жевании на стороне имплантации - 7,0%, 15,8%, 8,8%, 53,5%. Неблагоприятные результаты характерны для имплантатов, установленных под наклоном: частота дезинтеграции 9,3%, периимплантатных воспалений 25,6%, рецессии десны 16,3%, резорбции костной ткани 93,0%. Получены сведения о непосредственной и (в меньшей степени) ранней нагрузке имплантатов, как о более уязвимых биомеханических условиях функционирования имплантатов: соответствующие показатели частоты удаления имплантатов, периимплантатных воспалений, рецессии десны и резорбции костной ткани составляют 10,7% и 7,2%; 14,3% и 10,1%;17,8% и 13,0%; 39,2% и 34,8%. Таким образом, проведенное экспертно-клиническое изучение влияния биомеханических условий функционирования имплантатов позволяет выделить и учитывать на практике биомеханические факторы риска снижения эффективности внутрикостной имплантации на нижней челюсти.

Выводы

1. По данным трехмерного математического моделирования напряженно-деформированное состояние нижней челюсти при функциональных нагрузках интактного зубного ряда зависит от величины, направления, области приложения нагрузки и плотности костной ткани.

Максимальные величины напряжений развиваются в кортикальной костной ткани по краю альвеолярных лунок вокруг шейки нагруженных зубов с распространением в апекальную часть лунки и в лунки рядом расположенных зубов, а также зубов на противоположной стороне зубного ряда и в зоны челюсти за пределами зубного ряда (ретромолярные и подбородочные отделы, ветви челюсти, нижнечелюстные каналы).

2. Несмотря на разную величину нагрузки резцов, клыков или моляров, ее вертикальное направление вызывает сопоставимые величины максимальных напряжений у шеек нагруженных зубов (соответственно 10,4; 11,0; 13,2 МПа в кортикальной и 1,2; 1,5; 1,6 МПа в губчатой костной ткани); в апекальной области напряжения в кортикальной кости снижаются в 1,5-2 раза (соответственно 6,8; 7,3; 5,6 МПа).

3. В сравнении с областью максимальных напряжений при вертикальной нагрузке моляра в кортикальных альвеолярных лунках рядом расположенных зубов отмечаются такие же напряжения (13,2МПа); в области клыка, резцов и противоположных моляров - уменьшаясь в 2,6; 3,7; 11 раз; в ретромолярных зонах и вырезках ветвей челюсти - на 33,3%, по нижнечелюстному каналу - в 2,7 раз. При нагрузке клыка в области моляра на стороне нагрузки и на противоположной стороне, у резцов и рядом расположенных зубов, а так же в ретромолярной зоне и нижнечелюстном канале напряжения уменьшаются не столь значительно (в среднем на одну треть - 7,2МПа). При нагрузке резцов в области моляров с обеих сторон челюсти и в ретромолярные зоны передаются напряжения, одинаковые с зоной нагрузки (соответственно 10,4; 10,6; 9,9 МПа).

Напряжения в губчатой кости уменьшаются от области нагрузки вдоль зубного ряда от 3 раз при нагрузке резца, 5 раз при нагрузке клыка до 8 раз - при нагрузке моляра и практически не распространяются за пределами альвеолярной части челюсти.

4. Горизонтальная нагрузка, несмотря на двукратное уменьшение величины, не снижает напряжения в кортикальной костной ткани у шейки нагруженного зуба и даже увеличивает их в 2 раза при нагрузке моляра или клыка (соответственно 12,9; 20,3; 28,8 МПа), а так же увеличивает напряжения в других отделах челюсти (за исключением нижнечелюстного канала и при моделировании нагрузки в резцовой области). Увеличение напряжений при приложении горизонтальной нагрузки характерно и для губчатой кости (за исключением нагрузки в резцовой области).

5. Замена зубов внутрикостными имплантатами не меняет картину распределения напряжений в костной ткани нижней челюсти, однако, снижает степень их распространения на другие отделы кортикальной кости вдоль зубного ряда и за его пределами за счет исчезновения напряжений у апекальной части и увеличения напряжений у шейки нагруженного имплантата в сравнении с вертикальной нагрузкой моляров в 2,3 раз (29,7МПа), клыков в 3 раза (30,9МПа) и резцов в 2,7 раз (28,6 МПа). В сравнении с зубами в губчатой кости у имплантата напряжения увеличиваются незначительно.