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Avaliação biomecânica de um tratamento de superfície à base de biocerâmica absorvível: estudo em cães Biochemical evaluation of an absorbable bioceramic based surface treatment: a study in dogs Rodrigo GRANATO1, Charles MARIN2, Ariel LENHARO3, Sérgio Ricardo de OLIVEIRA4, Cirilo LIMA5, Marcelo SUZUKI6, Paulo Guilherme COELHO7 RESUMO O objetivo deste estudo foi avaliar a fixação biomecânica de superfície de implante tratada com biocerâmica absorvível e ataque ácido (NanossTM - experimento) comparando com uma superfície tratada por duplo ataque ácido (controle) em cães. Métodos: o modelo animal compreendeu a instalação de 24 implantes na porção proximal da tíbia de 6 cães (12 por superfície, 2 por membro), que permaneceram por 2 e 4 semanas de experimentação in vivo. Após a eutanásia os espécimes foram destinados ao teste biomecânico (torque para fratura interfacial). ANOVA com 95% de intervalo de confiança e o teste Tukey para comparações múltiplas foram utilizados. Foi encontrada diferença significativa nos valores do teste biomecânico entre os grupos NanossTM (p < 0,03) e controle. Conclusão: de acordo com o teste biomecânico, os períodos iniciais da osseointegração foram afetados positivamente pela superfície NanossTM, quando comparados ao grupo controle. ABSTRACT The objective of this study was to analyses the biomechanical fixation of a bioceramic grit-blasted and acid-etched surface (NanossTM, test), versus a dual acid-etched implant surface (control) in a dog model. Methods: the animal model comprised the placement of 24 implants along the proximal tibiae of 6 dogs (12 per surface, 2 per limb), which remained for 2 and 4 weeks implantation time. After euthanization specimens were biomechanically tested (torque to facial fracture). ANOVA at 95% level of confidence and Tukey post-hoc test was utilized for multiple comparisons. Results: Significantly higher removal torque was observed for the NanossTM group compared to control one (p < 0.03). Conclusion: according to the biomechanical results, early biomechanical fixation was positively affected by the NanossTM surface compared to the dual-acid etched surface. Key words: Biomechanics. Osseointegration. Dental implants. Palavras-chave: Osseointegração. Implantes dentários. Biomecânica. Endereço para correspondência: Rodrigo Granato Rua Tenente Silveira, 293 - Sala 1001 Centro 88010-301 - Florianópolis - Santa Catarina - Brasil E-mail: [email protected] Recebido: 15/04/2009 Aceito: 29/05/2009 1. Doutorando em Implantodontia, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SC, Brasil. 2. Doutorando em Odontologia (Cirurgia e Traumatologia Bucomaxilofacial), Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil. 3. Doutor em Implantodontia. Diretor, presidente e professor, INEPO - Instituto Nacional de Experimentos e Pesquisas Odontológicas, São Paulo, SP, Brasil. 4. Doutor em Odontologia (Periodontia). Pesquisador do Departamento de Periodontia e Implantodontia, Instituto de Pesquisa e Ensino em Saúde, Uberlândia, MG, Brasil. 5. Doutorado em Técnica Operatória e Cirurgia Experimental. Professor Associado do Departamento de Medicina Veterinária, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, MG, Brasil. 6. Professor Assistente do Departamento de Prótese, Tufts University School of Dental Medicine, Boston, MA, Estados Unidos. 7. Departamento de Biomateriais e Biomimética, New York University, New York, NY, Estados Unidos. 26 Innov Implant J, Biomater Esthet, São Paulo, v. 4, n. 2, p. 26-30, maio/ago. 2009 Revista Innovation Vol. 4 - Num 2 - 2009.indd 26 21.08.09 12:15:42 ARTIGOS CIENTÍFICOS Granato R, Marin C, Lenharo A, Oliveira SR de, Lima C, Suzuki M, Coelho PG INTRODUÇÃO As alterações de superfície dos implantes dentários foram um dos tópicos mais estudados recentemente, uma vez que esta é a primeira parte do implante a entrar em conato com o tecido ósseo2-3,18. Tais alterações têm por objetivo melhorar a biocompatibilidade e a osseocondutividade ao longo do implante1,6,8. Os diversos tipos de tratamento de superfície hoje disponíveis mostraram-se eficientes ao aumentar a resposta do organismo aos implantes, resultando em melhores taxas de contato osso/implante e melhores propriedades biomecânicas ósseas mesmo nos períodos iniciais da osseointegração2-3,10,12,15,20-23. As mudanças na textura e composição química das superfícies são as alterações mais utilizadas, e têm mostrado resultados promissores2-3. As microtexturizações das superfícies apresentam médias de rugosidade (Ra) variando entre 0.5 e 2.0 µm. A resposta do tecido ósseo adjacente aos implantes frente a esta alteração de superfície é implementada quando comparadas a implantes lisos2-3. Além da rugosidade de superfície, as modificações químicas, tais como o uso de recobrimentos biocerâmicos à base de Cálcio(Ca) e Fósforo(P) têm se mostrado eficientes na melhora da resposta biológica aos implantes. Estudos clínicos e laboratoriais indicam que implantes recobertos com biocerâmicas 6 (normalmente através de Plasma Spray de Hidroxiapatita (PSHA)14,16-17 apresentam altos graus de osteocondutividade e fixação nos estágios iniciais da osseointegração quando comparados aos implantes sem recobrimento12,21,27. Entretanto estes recobrimentos podem ser parcialmente dissolvidos ou reabsorvidos devido às variações em sua composição e espessura12,21. Outro ponto fraco seria a união entre a superfície metálica do implante, a camada de óxido de titânio e o recobrimento biocerâmico, resultando em possíveis falhas de adesividade entre os materiais14. Na tentativa de melhorar a resposta biológica e evitar as falhas mecânicas encontradas com os recobrimentos de PSHA, as biocerâmicas estão sendo utilizadas em escalas cada vez menores, através de novas técnicas da engenharia de materiais10,21-23. A literatura ainda é esparsa com relação ao uso de biocerâmicas em escala nanométrica, porém os resultados estão se mostrando promissores11,14,23. O objetivo deste trabalho foi avaliar e comparar a fixação biomecânica de implantes dentários que apresentavam uma superfície jateada com biocerâmica absorvível em escala nanométrica/ataque ácido seletivo (NanossTM) contra uma superfície controle tratada por duplo ataque ácido (DAA), nos momentos iniciais do processo de osseointegração em cães. A hipótese é que os implantes tratados com biocerâmica apresentem melhores propriedades biomecânicas, mesmo em curtos períodos de experimentação in vivo. MATERIAL E MÉTODOS MATERIAL Neste estudo foram utilizados implantes cilíndrico rosqueáveis fabricados em Ti grau 5 (TryonTM, SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil) com dois tipos distintos de tratamento de superfície. O primeiro grupo (n = 12) apresentava um tratamento à base de duplo ataque ácido (controle), o segundo grupo (n = 12) recebeu um jateamento com biocerâmica absorvível/ataque ácido seletivo (experimento, NanossTM, SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil) sobre uma superfície previamente tratada por DAA. Os implantes apresentavam 4,1 mm de diâmetro e 13 mm de comprimento. A Figura 1 ilustra em microscopia eletrônica de varredura os detalhes das duas superfícies avaliadas. Figura 1 - Microscopia eletrônica de varredura evidenciando uma maior texturização para a superfície NanossTM. MÉTODOS Após aprovação do Comitê de Ética e Pesquisa em Animais da Universidade Federal de Santa Catarina, seis cães de raça indefinida, machos, adultos foram selecionados e mantidos em observação por um período de 15 dias antes do início dos procedimentos. O local de eleição para a instalação dos implantes foi a porção proximal da tíbia, e dois implantes foram instalados por membro (4 por animal). Na tíbia direita os implantes permaneceram por um período de 4 semanas, enquanto na tíbia esquerda o período foi de 2 semanas. Os implantes foram instalados de forma alternada (controle/experimento) no sentido proximal/distal ao longo dos 6 cães. A distribuição quanto aos animais, período in vivo e tipo de superfície resultou em um número igual de implantes por grupo (n = 6). Os procedimentos cirúrgicos foram realizados sob anestesia geral. Previamente à anestesia foi realizada a aplicação intramuscular de maleato de acepromazina (0,2 mg/kg), diazepam (0,5 mg/kg), e fentanil (4 mg/kg). A indução anestésica foi realizada com cloridrato de ketamina (3 mg/kg), e a anestesia geral mantida por via inalatória por halotano (1 a 2%). O sítio cirúrgico foi inicialmente preparado com tricotomia e aplicação de solução antisséptica a base de iodo. Realizou-se então uma incisão através da pele de aproximadamente 5 cm de Innov Implant J, Biomater Esthet, São Paulo, v. 4, n. 2, p. 26-30, maio/ago. 2009 Revista Innovation Vol. 4 - Num 2 - 2009.indd 27 27 21.08.09 12:15:42 Avaliação biomecânica de um tratamento de superfície à base de biocerâmica absorvível: estudo em cães comprimento até alcançar o periósteo em profundidade e com o auxílio de descoladores. O mesmo foi elevado até a completa exposição do osso na porção medial da tíbia. Perfurações padronizadas foram realizadas com brocas sequenciais até um diâmetro de 3 mm, de acordo com as orientações do fabricante, a 1.200 rpm sob abundante irrigação com soro fisiológico 0,9%. Os implantes foram instalados mantendo uma distância mínima entre eles de 1 cm. Para coaptação das bordas da ferida, foram utilizadas suturas simples por planos. O periósteo foi suturado com Vicryl® 4-0 (Ethicon - Johnson & Johnson, San Angelo, TX, Estados Unidos) e a pele com nylon 4-0 (Shalon Fios Cirúrgicos Ltda., Goiânia, GO, Brasil). Após as cirurgia foram administrados antibiótico e antiinflamatório na dose de penicilina benzatina (20.000 UI/ kg) IM e cetoprofeno 1% (1 ml/5 kg) intramuscular, por 48 horas pós-operatórias. A eutanásia foi realizada por overdose anestésica, com as mesmas medicações citadas anteriormente. Com o auxílio de serra manual, o terço superior da tíbia foi removido e realizada a dissecção para remoção de todo o tecido mole adjacente. Os espécimes obtidos foram destinados ao teste mecânico de torque até fratura interfacial (remoção ao torque até que uma queda da resistência de 10% seja identificada). Esta manobra visa à manutenção da arquitetura óssea ao redor dos implantes mesmo após a avaliação biomecânica, permitindo avaliações histológicas posteriores. A tíbia com os implantes foi adaptada a um sistema servoelétrico de torque equipado com célula de carga de 2000 N.cm (Test Resources, Minneapolis, MN, EUA). Uma peça especialmente desenhada foi adaptada à conexão externa de cada implante e o bloco foi cuidadosamente posicionado para evitar desalinhamento durante a realização do teste (Figura 2). uma curva de torque/deslocamento foi registrada para cada espécime. O teste ANOVA com 95% de intervalo de confiança e o teste Tukey para comparações múltiplas foram utilizados para análise estatística. RESULTADOS Os procedimentos cirúrgicos e o período pós-operatório seguiram-se livre de complicações sem sinais de infecção ou outras intercorrências relevantes. Após a eutanásia os implantes foram inspecionados manualmente, e uma vez determinada a estabilidade de todos os implantes, estes foram destinados para o teste de torque. O teste ANOVA mostrou significativamente valores de torque de remoção mais altos para o grupo NanossTM quando comparados ao grupo controle (p < 0.03) (Figura 3). Figura 3 - Aumento significante nos valores da avaliação biomecânica para a superfície NanossTM em 2 e 4 semanas de experimentação in vivo. DISCUSSÃO Figura 2 - Peça com os implantes adaptada ao sistema servoelétrico para torque até a fratura interfacial. Os implantes foram submetidos ao torque no sentido anti-horário na razão de aproximadamente 0,196 rad/min e 28 O objetivo deste estudo foi avaliar, em um modelo animal, os efeitos na fixação biomecânica de implantes osseointegráveis tratados pela incorporação de uma biocerâmica à base de Ca e F em sua superfície. Os testes de torque para fratura interfacial demonstraram valores superiores para a superfície testada comparando-se à superfície controle. O termo osseointegração tem sido definido como o “íntimo contato osso/implante observado através de microscopia óptica”2-3. Baseado neste conceito, vários autores têm demonstrado sucesso clínico acima de 90% em estudos com Innov Implant J, Biomater Esthet, São Paulo, v. 4, n. 2, p. 26-30, maio/ago. 2009 Revista Innovation Vol. 4 - Num 2 - 2009.indd 28 21.08.09 12:15:42 ARTIGOS CIENTÍFICOS Granato R, Marin C, Lenharo A, Oliveira SR de, Lima C, Suzuki M, Coelho PG controles de longo prazo e a utilização de implantes lisos7,13. Nas últimas duas décadas, com o intuito de melhorar a velocidade de reparo frente aos biomateriais, o principal foco das pesquisas tem sido o macro e micro desenho de implantes dentários. Entres estas alterações, as modificações de superfície têm sido o parâmetro mais estudado, visto que esta é a porção do implante que interage diretamente com o tecido ósseo adjacente5,8,13,20. Estudos demonstram que o aumento da microrrugosidade do implante, independentemente da técnica de confecção, resulta em melhora da resposta biológica e da fixação biomecânica quando comparadas aos implantes lisos2-3. Os maiores valores de fixação biomecânica dos implantes com superfícies rugosas em relação aos implantes lisos poderiam ser atribuídos apenas ao maior embricamento mecânico do osso ao substrato metálico. Entretanto, um estudo usando nanoidentação constatou que as propriedades mecânicas dos osso formado junto à superfícies microtexturizadas (duplo ataque ácido ex. Ra entre 0,5 e 1 µm) são melhores quando comparadas ao osso formado junto à superfícies lisas nos estágios iniciais do reparo9, além de indícios de que a texturização nanométrica da superfície altera significantemente a interação osso/implante20. Com relação à rugosidade e texturização das superfícies analisadas, o estudo de Marin, 2008, demonstrou que a adição elemental de ordem nanométrica de Ca e F a uma superfície previamente tratada por DAA, não altera seu padrão de rugosidade (Ra entre 0,5 e 1 µm)19. Sendo assim, além de sua diferença química, ambas as superfícies avaliadas apresentavam padrão moderadamente rugoso. Estudos anteriores, também sugerem que a presença de Ca e P incorporada à superfície de implantes resultam em uma melhor resposta inicial do hospedeiro ao biomaterial26-27. Entretanto, era proposto que Ca e P deveriam estar presentes em grande quantidades para que tal melhora ocorresse. Nos últimos 5 anos, quantidades substancialmente menores de Ca e P têm sido propostas, e da mesma forma mantendo uma melhor resposta biológica20-21,24-25. O modelo animal utilizado neste estudo, bem como a distribuição sequencial dos implantes na tíbia, permitiram a comparação do mesmo número de implantes controle (DAA) e experimento (NanossTM) por animal, sítio cirúrgico e período in vivo. Desta maneira as diferenças do osso cortical e medular presentes ao longo da tíbia, que poderiam gerar resultados tendenciosos foram minimizadas. A interação entre osso cortical e medular é outra vantagem deste modelo animal para o teste mecânico quando comparados com outros modelos, onde a interação osso/implante está restrita basicamente ao osso cortical6,8. A análise da resposta óssea medular nas diferentes superfícies é um importante fator em estudos animais, visto que o uso clínico de implantes em regiões de baixa densidade óssea muitas vezes necessita um maior tempo para que a osseointegração ocorra4. Considerando que recobrimentos à base de hidroxiapatita melhoram a resposta tecidual nos períodos iniciais do reparo ósseo26, estudos atuais têm demonstrado que recobrimentos em escala nanométrica11 e deposições cristalinas nanométricas20,22 têm atingido avanços significativos na resposta biológica dos implantes dentários. Entretanto a quantidade e a distribuição ideais das partículas de Ca e P estão sob ativa investigação. CONCLUSÃO A hipótese levantada pelos pesquisadores foi confirmada pelos maiores valores de fixação biomecânica atribuídos à superfície NanossTM (DAA e posterior incorporação de biocerâmica a base de Ca e F). Innov Implant J, Biomater Esthet, São Paulo, v. 4, n. 2, p. 26-30, maio/ago. 2009 Revista Innovation Vol. 4 - Num 2 - 2009.indd 29 29 21.08.09 12:15:43 Avaliação biomecânica de um tratamento de superfície à base de biocerâmica absorvível: estudo em cães REFERÊNCIAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 30 Abrahamsson I, Berglundh T, Linder E, Lang NP, Lindhe J. Early bone formation adjacent to rough and turned endosseous implant surfaces. An experimental study in the dog. Clin Oral Implants Res. 2004;15(4):381-92. Albrektsson T, Wennerberg A. Oral implant surfaces: Part 1--review focusing on topographic and chemical properties of different surfaces and in vivo responses to them. Int J Prosthodont. 2004;17(5):536-43. Albrektsson T, Wennerberg A. Oral implant surfaces: Part 2-review focusing on clinical knowledge of different surfaces. Int J Prosthodont. 2004;17(5):544-64. Albrektsson T, Zarb G, Worthington P, Eriksson AR. 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