Mechanical stress development during dental implant surgery : a literature review

Abstract

Aim of the investigation: The application of dental implants, which are anchored in the alveolar process similar to a tooth root, has proven to be effective for the treatment of missing teeth. When placing the implant, high primary stability values were aimed for, which was particularly true in cases with immediate loading of the implant. Modern implant systems feature design and drilling protocols that are intended to prevent overloading of the alveolar bone during implant placement, since resorptive processes can impair esthetics and, in the long term, function. The aim of this literature study is to determine the current data situation regarding the effects of mechanical stress on the alveolar bone during implant placement and to present the new findings with regard to clinical relevance. Material and method: The medical database PubMed was searched for the following terms and links: Dental implant insertion AND mechanical stress AND bone. The publications found were assigned to the groups I) in vitro studies and finite element studies, II) animal studies and III) clinical studies. The final search took place on September 30th 2019. Results: Of the 163 publications covered, 57 papers were included in the analysis presented. Based on in vitro studies and finite element analyses, it was shown that cortical bone exhibits poorer stress reduction and a linear increase in insertion torque due to lower viscoelasticity compared to cancellous bone. When undersized osteotomy was used for implant placement, this was reflected in a clear tendency towards increased stress in the bone. The evaluation of the animal studies has shown that, depending on the extent of the undersized implant bed, the inner areas of the implant threads form healing chambers in which rapid bone regeneration occurs. The areas of direct contact between the implant body and alveolar bone, on the other hand, indicate resorption of the bone during the healing phase. The higher the insertion torque during implant placement, the greater the resorption seemed to be. This observation was made even though there was more implant-bone contact during the initial healing phase. The evaluated clinical studies show that the changes in marginal bone level appear to be more pronounced with implants inserted at high torque than with lower torque. Clinically mobile implants, however, show an a priori less favorable prognosis. Discussion: When placing dental implants, a cautious and gentle approach is required. Negative effects on the alveolar process can be minimized by a controlled insertion torque that takes into account the biological characteristics of the implant healing process. Since the exact limit values for the mechanical load capacity of the alveolar bone are not known, the assessment of the bone quality that should precede implant placement is of paramount importance. In this way, both the surgical protocol and the subsequent prosthetic loading protocol can be adapted to the patient situation found. Future implant systems should be provided with a refined macro design, which not only preserves implant stability from the compression of the cortical layer, but also includes the area of the trabecular bone. Conclusion: Before dental implantation, the bony alveolar ridge must be analyzed with regard to the existing bone quality, since its condition is decisive for the incorporation of the implant. The obtained knowledge determines the selection of the appropriate drilling protocol and the implant design to be used, which is expected to lead to more sustainable results.

Zur Spannungsentwicklung beim Setzen zahnärztlicher Implantate - eine Literaturstudie Ziel der Untersuchung: Zur Versorgung fehlender Zähne hat sich die Verwendung zahnärztlicher Implantate bewährt, die - einer Zahnwurzel ähnlich - im Aveolarfortsatz verankert werden. Beim Setzen des Implantats hat man hohe Primärstabilitätswerte angestrebt. Dies traf besonders auf die Fälle mit Sofortbelastung des Implantats zu. Moderne Implantatsysteme sollen durch Design und Bohrprotokoll eine Überlastung des Alveolarknochens während der Insertion verhindern, weil davon ausgehende resorptive Prozesse die Ästhetik und längerfristig auch die Funktion beeinträchtigen können. Ziel dieser Literaturstudie ist es, die aktuelle Datenlage über die Auswirkungen mechanischer Beanspruchung des Alveolarknochens beim Setzen vom Implantaten zu eruieren und die neuen Erkenntnisse hinsichtlich klinischer Relevanz darzustellen. Material und Methode: Die medizinische Datenbank PubMed wurde nach folgenden Begriffen und Verknüpfungen durchsucht: Dental implant insertion AND mechanical stress AND bone. Die gefundenen Publikationen ordnete man den Gruppen I) In-vitro-Studien und Finite-Element-Studien, II) Tierstudien und III) klinische Studien zu. Am 30. September 2019 fand die abschließende Recherche statt. Ergebnisse: Von den 163 erfassten Publikationen gingen 57 Artikel in die vorgelegte Arbeit ein. Anhand von In-vitro-Studien und Finite-Element-Analysen konnte gezeigt werden, dass kortikaler Knochen im Vergleich zu spongiösem Knochen eine schlechtere Stressreduktion und aufgrund seiner geringeren Viskoelastizität einen linearen Anstieg des Einbringdrehmoments aufweist. Wenn bei Implantatinsertion mit unterdimensionierter Osteotomie gearbeitet wurde, machte sich dies in einer deutlichen Tendenz zu erhöhtem Stress im Knochen bemerkbar. Die Auswertung der Tierstudien hat ergeben, dass je nach Ausmaß der Unterdimensionierung des Implantatbetts die inneren Bereiche der Implantatgewinde Heilungskammern bilden, in denen es zu rascher Knochenneubildung kommt. Die Bereiche mit direktem Kontakt zwischen Implantatkörper und Alveolarknochen hingegen lassen eine Resorption des Knochens während der Heilungsphase erkennen. Die Resorption schien dabei umso größer zu sein, je höher das Eindrehmoment bei der Implantatinsertion war. Diese Beobachtung wurde gemacht, obwohl während der initialen Heilung ein höherer Implantat-Knochenkontakt vorlag. Die ausgewerteten klinischen Studien belegen, dass die Veränderungen am marginalen Knochenniveau bei den Implantaten, die mit hohem Drehmoment eingebracht wurden, offensichtlich größer sind, als wenn mit niedrigerem Drehmoment implantiert wurde. Darüberhinausgehend zeigen klinisch mobile Implantate jedoch a priori eine ungünstigere Einheil-Prognose. Abstract 4 Diskussion: Beim Setzen von zahnärztlichen Implantaten ist eine behutsame und schonende Vorgehensweise erforderlich. Durch ein kontrolliertes Einbringdrehmoment, welches die biologischen Besonderheiten des Implantat-Einheilungsprozesses berücksichtigt, können schädigende Auswirkungen auf den Alveolarfortsatz minimiert werden. Da die exakten Grenzwerte für die mechanische Belastbarkeit des Alveolarknochens nicht bekannt sind, ist die Beurteilung der Knochenqualität, die der Implantatinsertion vorausgehen soll, von großer Bedeutung. Dadurch können sowohl das chirurgische Protokoll als auch das folgende prothetische Belastungsprotokoll an die vorgefundene Patienten-Situation angepasst werden. Zukünftige Implantatsysteme sollten mit einem verfeinerten Makrodesign ausgestattet werden, welches die Implantatstabilität nicht nur aus der Kompression der kortikalen Schicht erhält, sondern auch den Bereich des trabekulären Knochens mit einbezieht. Schlussfolgerung: Vor der zahnärztlichen Implantation gilt es, den knöchernen Alveolarfortsatz hinsichtlich der vorliegenden Knochenqualität zu analysieren, da sein Zustand für die Aufnahme des Implantates maßgeblich ist. Die erhaltene Kenntnis beeinflusst die Auswahl des entsprechenden Bohrprotokolls und des zu verwendenden Implantatdesigns, wodurch Ergebnisse größerer Nachhaltigkeit zu erwarten sind.