Introduzione
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Introduzione
La funzione di un impianto dentale è di sostituire le caratteristiche strutturali del
dente mancante, fornendo un beneficio funzionale ed estetico. A tal fine
l‟impianto deve essere inserito nella cresta mascellare o mandibolare tramite
un‟operazione invasiva che va ad intaccare l‟integrità dell‟osso. Quando
l‟impianto è introdotto nella sede biologica infatti, per quanto adeguato a livello
progettuale, lascia sempre uno spazio micrometrico, sede di fenomeni biologici
complessi il cui evolversi è fortemente condizionato dalla stabilità meccanica
iniziale dell‟impianto stesso. Già nelle prime ore successive all‟inserimento
dell‟impianto, si ha lo sviluppo di un tessuto di granulazione, costituente il primo
tessuto che viene prodotto per colmare l‟intercapedine. Nell‟arco delle prime
cinque settimane si verifica la neogenerazione ossea, che porta alla formazione
dell‟osso primitivo tramite ossificazione diretta (APPENDICE A) [1]. Alla fine
della sesta settimana l‟osso primitivo è progressivamente riassorbito e sostituito
dall‟osso lamellare, il quale si organizza in osso trabecolare, in funzione della
conformazione della superficie dell‟impianto e della qualità degli stimoli
meccanici a cui è soggetto. Il verificarsi di micromovimenti dell‟impianto dentale
può influenzare la differenziazione in senso fibroblastico (premessa per la
formazione di un tessuto fibroso) che può risultare preponderante, tanto da
stratificarsi all‟interfaccia tra osso e impianto. Al fine di evitare il fallimento
dell‟impianto, si deve cercare di avere la minor quantità possibile di tessuto
fibroso intorno all‟impianto [2].
Il lavoro della mia Tesi di Laurea si è incentrato quindi su tale problematica come
risposta ad una specifica esigenza legata alla biocompatibilità di impianti dentali
innovativi messi a disposizione del Laboratorio di Ing. dei Materiali del DICAT
dell‟Università degli Studi di Genova.
Introduzione
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Tale lavoro ha avuto come obiettivo la valutazione quantitativa dei
micromovimenti di impianti dentali innovativi, sottoposti a sollecitazioni tali da
simulare le condizioni fisiologiche di stress che gli impianti si troverebbero a
subire durante i mesi di guarigione dell‟osso circostante. Gli impianti dentali in
esame sono attualmente in fase di registrazione di brevetto, pertanto, la
validazione delle loro caratteristiche meccaniche è un punto fondamentale per la
futura diffusione di questi impianti sul mercato. Nello specifico il lavoro è stato
indirizzato alla realizzazione di un sistema di misurazione attendibile dei
micromovimenti, in quanto, al momento, non sono disponibili macchine in grado
di quantificarli con precisione. Le possibili soluzioni al problema del fallimento
dell‟impianto per mancata osteointegrazione sono ora infatti relegate alla
valutazione della qualità dei biomateriali impiegati e dell‟osso che deve accogliere
l‟impianto.
La fase sperimentale è stata condotta presso il laboratorio del DICAT, con il
supporto e l‟assistenza dell‟Ing. Giorgio Facco. In tale sede si sono compiute le
procedure di foratura e di preparazione dei campioni, sui quali sono state poi
svolte le prove sperimentali. In particolare, il lavoro è stato articolato in quattro
fasi:
- inserimento in costine suine di due tipologie di impianti dentali a lama
innovativi, per mettere a confronto il loro livello di invasività
- analisi, tramite Microscopio Elettronico a Scansione, delle superfici delle
sedi biologiche che hanno ospitato gli impianti in esame
- preparazione di campioni, progettati appositamente per lo studio della
stabilità primaria degli impianti
- valutazione della stabilità primaria tramite un‟apparecchiatura progettata
presso il laboratorio del DICAT
La strumentazione necessaria all‟esecuzione delle osteotomie è stata messa a
disposizione dalla Mectron Medical Technology.
Introduzione
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Introduction
A dental implant is used for replacing the structural characteristics of the missing
tooth and it gives a functional, aesthetic benefit. To obtain this result, the implant
has to be inserted in the jawbone with an invasive operation. When the implant is
fed, in fact, leaves a micrometric free place where biological phenomena occur.
This phenomena are influenced by implant‟s primary stability.
Shortly after the implant surgery, it is possible to observe the establishment of the
first bone tissue, which fills the space. After five weeks occurs the formation of
the primitive bone by direct ossification (APPENDIX A) [1].
At the end of the sixth week the primitive bone is reabsorbed and it is replaced
with the lamellar bone, which becomes trabecular bone because it is subject to
mechanical stimuli. Dental implant‟s micromotion, in the interface between bone
and implant, could cause the formation of a fibrous tissue which could lead to the
failure of the implant [2].
The topic of my graduation thesis is just the primary stability because it is
necessary to study the biocompatibility of innovative dental implants which are
provided to the DICAT laboratory of the University of Genoa.
The aim of this work is the quantitative estimation of dental implant‟s
micromotion, subjected to mechanical stress in order to create the same
physiological conditions which occur during the healing of the bone.
The dental implants under consideration are course of patent pending, for this
reason the evaluation of their mechanical characteristics is an important goal for
their next diffusion on the market. In particular, this work focuses on the
achievement of a device which can measure the implant‟s micromotion. At the
moment, in fact, don‟t exist instruments which are able to assess exactly these
movements.
Introduzione
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The experimental phase was conducted in DICAT laboratory, with the assistance
of Ing. Giorgio Facco.
In this location, it was possible to carry out the preparation of the samples, used to
perform the experimental tests. The work is especially divided into four phases:
- insertion of two types of dental implant in pork bone, to evaluate the
damages caused by this invasive operation
- analysis, with Scanning Electron Microscope, of the surfaces which have
received the implants
- samples preparation to the study of the primary stability
- estimation of the primary stability with a proper device, planned by
DICAT laboratory
Mectron Medical Technology offered the necessary equipments for processing
this thesis.
Introduzione
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APPENDICE A
L‟ossificazione è il processo di creazione dell‟osso mediante la deposizione di
materiale extracellulare e relativa calcificazione. Esistono tre processi differenti di
ossificazione: ossificazione diretta, ossificazione mantellare e ossificazione
indiretta.
L‟ ossificazione diretta, o membranosa, è tipica delle ossa piatte della volta
cranica e di ossa del massiccio facciale, quali certe porzioni delle ossa mascellari
e zigomatiche. Essa inizia da centri di ossificazione che si sviluppano nel
mesenchima, in fasi precoci della vita fetale, oppure in membrane di tessuto
connettivo fibroso denso evolute dal mesenchima, in fasi più tardive della vita
intrauterina e nella vita postnatale. L‟ossificazione diretta procede per fasi: 1) il
primo evento morfologicamente riconoscibile è il differenziamento di una ricca
trama vascolare; 2) accanto ai vasi sanguigni si ha il differenziamento di cellule
mesenchimali in cellule osteoprogenitrici, le quali a loro volta si trasformano in
osteoblasti: tale fenomeno è mediato dall‟azione autocrina/paracrina delle BMP;
3) gli osteoblasti si dispongono in filiere simil-epiteliali, unendosi mediante
giunzioni serrate, ed iniziano la deposizione della matrice organica dell‟osso, o
tessuto osteoide; 4) il tessuto osteoide va incontro a mineralizzazione,
trasformandosi in osso fibroso; 5) via via che la deposizione di osso prosegue, i
primi osteoblasti restano racchiusi in lacune ossee trasformandosi in osteociti,
mentre nuovi osteoblasti si differenziano apponendosi alla superficie dell‟osso
neoformato, che si accresce progressivamente in spessore; 6) arrivano i
preosteoclasti e si differenziano in osteoclasti, che avviano la dissoluzione
dell‟osso fibroso, che verrà successivamente rimpiazzato con osso lamellare da
nuovi contingenti di osteoblasti. I residui delle membrane connettivali in cui si
sono sviluppati i centri di ossificazione permangono tra le ossa piatte della volta
Introduzione
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cranica durante la vita infantile, costituendo le fontanelle e le suture. Esse hanno
la funzione di consentire l‟incremento del volume della scatola cranica per tutto il
periodo dell‟accrescimento.
L‟ossificazione mantellare avviene a livello del corpo della mandibola. Essa può
essere considerata una variante di ossificazione diretta, in quanto avviene nel
contesto di un mesenchima e poi di un tessuto connettivo, seguendo le stesse
tappe già descritte per l‟ossificazione diretta. La peculiarità di questa modalità di
ossificazione è che l‟osso in formazione si modella attorno ad un abbozzo
cartilagineo conformato a ferro di cavallo, detto cartilagine del Meckel, che deriva
dal mesenchima del primo arco branchiale. Si ritiene che la cartilagine del Meckel
svolga un azione di induzione sulla differenziazione in senso osseo del
mesenchima circostante. Tuttavia, a differenza di quanto avviene per gli abbozzi
scheletrici cartilaginei nell‟ossificazione indiretta, essa non ossifica, ma viene
invece circondata completamente dal tessuto osseo ed infine involve; il vuoto che
rimane viene colmato da tessuto osseo. Solo nella regione del mento un piccolo
tratto della cartilagine del Meckel viene inglobato nella mandibola ed ossifica con
meccanismo condrale.
L‟ossificazione indiretta, o condrale, è la variante più diffusa, interessando tutte
le restanti ossa dello scheletro assile e degli arti nonché la base del cranio.
Tipicamente, l‟osso è preceduto da un abbozzo cartilagineo che richiama la forma
del futuro segmento osseo e che viene successivamente riassorbito e rimpiazzato
da tessuto osseo. Le ossa che si formano con tale modalità sono anche dette ossa
di sostituzione. L‟osso si forma sia alla superficie dell‟abbozzo cartilagineo,
apponendosi all‟esterno tra cartilagine e pericondrio (ossificazione pericondrale)
sia all‟interno di questo (ossificazione endocondrale) [2].
Introduzione
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Bibliografia
[1] D.Bani – Il tessuto osseo –
[2] Rossella Bedini, Pietro Ioppolo, Perla Filippini, Valentina Nastasi, Salvatore Caiazza,
Alessandra Bianco, Emanuela Ortolani, Pierluigi Barra - Studio in vitro e invivo della
biointegrazione di impianti dentali - Istituto Superiore di Sanità,2004; pp.1-35.
Capitolo 1. Stato dell’arte
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Capitolo 1: Stato dell’Arte
1.1.Impianti Dentali
1.1.1.Tipologie d‟impianti dentali
1.1.2.Impianti a forma di radice
1.1.3.Impianti a lama
1.1.4.Impianti sub-periostei
1.1.5.Impianti trans-ossei
1.1.6.Connessione esterna fixture-abutment
1.2.Materiali e trattamenti superficiali
1.2.1.Titanio
1.2.2.Trattamenti superficiali
1.3.Tessuto osseo
1.4 Complicanze biologiche
1.5 La chirurgia ossea
1.5.1 Problematiche connesse all‟utilizzo della fresa
1.5.2 La chirurgia piezoelettrica
1.6 Metodi di valutazione della stabilità primaria
1.6.1 Valutazione in vitro
1.6.2 Valutazione in vivo
1.1 Impianti dentali
L‟impianto dentale (Fig 1.1.1) è definito come dispositivo progettato per essere
collocato chirurgicamente all‟interno o sull‟osso mandibolare o mascellare, per
fornire resistenza allo spostamento di una protesi dentale [1,1]. Il compito
principale dell‟impianto dentale è di sostituire una parte della componente dentale
perduta, ricoprendone i compiti estetici e funzionali.
Capitolo 1. Stato dell’arte
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Il perno che verrà inserito chirurgicamente all‟interno dell‟osso avrà la funzione
che fisiologicamente è svolta dalla radice dentale, sostenendo quindi tutta la
struttura dell‟impianto [1,1].
Figura 1.1.1 a: confronto struttura dente e struttura impianto dentale; b:
struttura impianto dentale
1.1.1.Tipologie d’impianti dentali
La classificazione degli impianti dentali può essere effettuata in base alle
caratteristiche strutturali [1,2]:
•impianti endossei: a forma di radice, a lama;
•impianti sub-periostei: completi, unilaterali, circonferenziali;
• impianti trans-ossei: a graffetta, a perno singolo, ad ago;
Nel corso degli anni gli impianti endossei (Fig 1.1.1) a radice sono diventati la
tipologia più utilizzata in implantologia.
In generale i sistemi implantari sono dispositivi che penetrano la sede ove si
trovava il dente, e alla cui sommità viene collocata una corona artificiale, la parte
che emerge dal tessuto gengivale e permette la masticazione.
L‟impianto dentale è costituito da:
• corpo dell’impianto (fixture o implant);
• perno moncone (abutment);
• vite del moncone che connette i due componenti;
Capitolo 1. Stato dell’arte
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Il materiale comunemente utilizzato è il Titanio di grado 5 (classificazione
ASTM, American Society for Testing and Materials), infatti genera
istantaneamente uno strato superficiale di ossido inerte che lo rende altamente
resistente alla corrosione e biocompatibile .
1.1.2.Impianti a forma di radice
In condizioni in cui si dispone di una porzione di osso larga e profonda, vengono
utilizzati gli impianti a forma di radice (Fig 1.1.2.1): hanno una morfologia
cilindrica o conica, ruvida o liscia, pieni o cavi. Sono impianti sepolti che
vengono interamente ricoperti e lasciati riposare nel tessuto osseo prima di venire
caricati a seguito dell‟avvenuta osteointegrazione (dai 4 ai 6 mesi). Tali impianti,
con profondità di 2 mm, sono generalmente dotati di spire che li rendono
paragonabili alle viti; le spire conferiscono alla struttura una stabilità maggiore
rispetto agli impianti a morfologia cilindrica.
Figura 1.1.2.1 a: diversi tipi di impianti a vite; b: impianto a cono
Gli impianti a forma di radice hanno un diametro che varia da 3,2 mm a 7 mm;
lunghezza dai 10 mm a 18 mm. Le dimensioni di tale impianto garantiscono una
efficace stabilità, ma sono al contempo un limite nel caso in cui la sede ossea non
abbia uno spessore adeguato al suo accoglimento [1,3].
Le regioni frontali, superiori ed inferiori, possiedono una quantità di tessuto
spongioso ridotta in favore di quella corticale. In questi casi si preferisce utilizzare
gli impianti di forma cilindrica: tali impianti garantiscono, in queste regioni,
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