Tipos de superficie de implantes

Materiales y Superficies de los Implantes dentales

La mayoría de profesionales están familiarizados con los implantes dentales. No obstante, el proceso biológico y los motivos por los cuales se usan determinados materiales, su proceso de manufacturación en la fabricación del implante, y la superficies resultantes de dicho proceso y que estarán en contacto con los tejidos vivos se entiende de una forma menos profunda. Un conocimiento general de estos parámetros ayuda a desarrollar un algoritmo lógico en la selección de la superficie de implantes¹. Este conocimiento tiene un claro impacto en el éxito clínico a largo plazo de los implantes.

A diferencia de otras prótesis ortopédicas los implantes dentales están en comunicación permanente con superficies externas en nuestro organismo ya que penetran a través de la mucosa en una cavidad húmeda y contaminada, la boca². Por lo tanto los implantes dentales deben estar diseñados para lograr una buena relación a largo plazo con tejido mesenquimal (hueso), tejido epitelial (encía), y un entorno externo. Dadas las difíciles condiciones en las que trabajan los implantes es sorprendente su elevado porcentaje de éxito³.

Antes de profundizar en materiales de implantes, haremos un breve recordatorio. Todos los materiales existen en una de las siguientes tres formas atómicas: amorfa (gases y líquidos), mesomorfas (cerámicas y polímeros), y cristalina (metales, algunas cerámicas y polímeros).

Las fuerzas atómicas de enlace pueden ser de atracción o de repulsión. Las fuerzas repulsivas actúan en distancias más cortas que las fuerzas de atracción. Los átomos en materiales amorfos están distribuidos de forma randomizada en el espacio. Los átomos de materiales mesomórficos están organizados de forma regular en alguna pero no todas las direcciones del espacio. En los materiales cristalinos, los átomos se organizan en una estructura tridimensional. Cada cristal tiene un orden atómico que puede ser interpretado como una disposición de átomos esféricos en una única posición geométrica determinada. Los materiales pueden ser considerados como inertes cuando reaccionan mínimamente con tejidos biológicos, bioactivos cuando interaccionan de alguna forma con tejidos vivos, o biodegradables cuando son reabsorbidos y reemplazados por tejidos vivos. Debemos tener este hecho presente que incluso los materiales considerados como inertes liberan algunos de sus constituyentes en los tejidos vecinos en algún grado a lo largo del tiempo.

1.  I.      Materiales para implantes dentales

Los implantes dentales disponibles comercialmente están fabricados de dos tipos de materiales: metales (incluyendo aleaciones) o cerámicas. En algunos casos los implantes se pueden fabricar como una combinación de estos materiales, donde con un proceso de substracción de metal se recubre el implante de una cerámica. Este es el caso de los implantes recubiertos por hidroxiapatita.

Cada uno de estos materiales es capaz de alcanzar la biocompatibilidad con los tejidos con los que va a estar en contacto. No obstante, también cada uno de ellos tiene limitaciones para su uso indiscriminado.

1. Metales para implantes dentales

De los metales utilizados el titanio es el comúnmente utilizado para la fabricación de implantes. El titanio se produce convirtiendo el óxido de titanio en tetracloro de titanio (TiCl₄). Es menos denso y más fuerte que el acero⁴. No obstante, el titanio puro, comercialmente puro (grado I), es el más blando y dúctil de los metales. Los titanios creados (II a IV) comercialmente, tienen mayor cantidad de oxígeno, hierro, y nitrógeno. Cuando el titanio se mezcla con aluminio y banadio (Ti-6Al-4V), la fuerza del metal obtenido aumenta y su ductilidad disminuye.

Una propiedad de los metales y sus aleaciones es que pueden ser susceptibles de experimentar el fenómeno llamado corrosión. Consiste en la pérdida de iones hacia el medio acuoso vecino que los rodea y es dependiente de varios factores incluyendo el tipo de superficie del implante, el área de la superficie del implante, el pH del entorno y las corriente galvánicas generadas por el contacto con metales a distintos (utilizados en la prótesis).

En general los materiales utilizados para la fabricación de implantes dentales se consideran como resistentes a la corrosión. No obstante, bajo ciertas circunstancias esta resistencia a la corrosión puede verse afectada.

1. Modificación de la superficie de los implantes, y esterilización.

La preparación de la superficie de los implantes es muy importante para obtener una adecuada biocompatibilidad⁵. Diversos estudios han detectado diferencias significativas en las características de superficie (contaminación de implantes similares) producidos por distintas firmas convencionales⁶. Tanto científicos como clínicos están a la búsqueda de la superficie de implante ideal para asegurar una buena retención de los implantes, mejorando su diseño, acabado final y biocompatibilidad⁷. Las modificaciones de las superficie de los implantes como puede ser el spray de plasma, ya sea con hidroxiapatita o titanio, aumentan la superficie del implante en contacto con el hueso⁸. Otros sistemas para modificar la superficie de los implantes son el chorreado, o el grabado ácido. El chorreado es el proceso por el cual impactan a gran velocidad y energía pequeñas partículas que dejan una impronta en la superficie de forma que ésta queda con una superficie rugosa. En algunos casos se pueden combinar varios de los procesos. Así hay implantes que además de tener un grabado ácido en la superficie, también están expuestos a un proceso de chorreado. Estos procesos pueden dejar algunas partículas de contaminantes en la superficie de estos implantes. En principio no implican una mayor predisposición del implante a fracasar. Pero sí pueden modificar la respuesta biológica de los tejidos al organismo, y una respuesta diferente al proceso de corrosión o de oxidación de la superficie del implante.

Existen una serie de requisitos específicos desarrollados para definir las propiedades que deben tener los implantes dentales para ser utilizados⁹. Deben ser sin contaminantes de superficie ni cuerpos extraños. Los metales deben ser desgrasados y limpiados tras un proceso de estabilización de la superficie del metal, por inmersión en un baño de ácido nítrico de forma que aumenta la formación de una capa de óxido en su superficie. Esta capa de óxido tiene como objetivo minimizar las posibilidades de corrosión de la superficie del implante. Si la capa de óxido es penetrada durante el proceso de comercialización del implante habrá más capacidad de corrosión. Por esta razón es importante que en el proceso de manufacturación de los implantes la manipulación del implante sea minimizado colocando los implantes en superficies metálicas de la misma composición durante la cirugía. Si se ralla la superficie del titanio con un instrumento de acero inoxidable también podemos incrementar las posibilidades de corrosión de la superficie.

Una vez fabricado el implante dental este debe ser esterilizado previa su utilización. El proceso de esterilización destruirá microorganismos pero no eliminará contaminantes orgánicos o inorgánicos de la superficie y que pueden afectar la osteointegración del mismo. Existen evidencias contrastadas de que algunos sistemas de esterilización como el del óxido-etileno, contaminan la superficie del implante con detritus orgánicos e inorgánicos que afectan de forma perjudicial la unión celular a la superficie del implante. El impacto definitivo de estos contaminantes de superficie en el proceso de integración todavía no está bien estudiado, pero queda claro que su presencia no es deseable.

Una medida de la energía de la superficie del implante es la tensión superficial crítica. Se mide por un proceso denominado análisis del ángulo de humectancia. Cuando la tensión de superficie crítica tiene valores altos los fluidos biológicos tiene una capacidad de derramamiento por la superficie fácil (humectabilidad) de forma que la adherencia celular se ve facilitada. Inmediatamente tras la colocación de un implante existen unas pequeñas biocapas, ricas en lípidos y proteínas, que se adhieren a la superficie del implante. Estas biocapas absorben fluidos tisulares y constituyen un delgado recubrimiento lineal de la superficie adherente de unos 100 Aº.

Para implantes con energía de tensión superficial metálica alta estas biocapas dominadas por proteínas son altamente conductivas para la adherencia de fibroblastos. Y esta adherencia de fibroblastos facilita la captación de factores celulares y sanguíneos absorbentes. La energía de superficie tiene un efecto substancial en la integración de las interfases de los implantes y depende de las propiedades mecánicas y químicas del material, procesado de la superficie, y factores biológicos locales. Es la superficie que va a interaccionar con las células que contactarán con el implante. Los contaminantes de superficie o las energías de superficie bajas, a menudo relacionadas con el acabado y pulido convencional, inhiben la formación de estas biocapas y al menos teóricamente reducen su biocompatibilidad.

Tras la fabricación de un implante existen distintos métodos para limpiar su superficie de contaminantes inorgánicos. Una por radiofrecuencia, donde el implante se ve sometido a una corriente ionizada de gas a baja presión (en general Argon). El plasma resultante elimina los contaminantes de superficie. Este lavado por radiofrecuencia tiene un efecto desinfectante y mejoran la respuesta biológica de las células y los tejidos en contacto con los implantes. También puede reducir la corrosión del titanio y de las aleaciones del titanio y aumentar la velocidad de cicatrización de los tejidos tisulares alrededor de la superficie del implante sin alterar el grosor de la capa de óxido de titanio. Algunos investigadores han sugerido que este proceso mejora la afinidad del calcio y fosfatos por la superficie del implante. El proceso de osteointegración se ve mejorado por la producción de superficie con alta tensión de superficie.

Otra forma de esterilizar los implantes es mediante irradiaciones gamma. Este sistema impide el reesterilizado y reutilizado porque el óxido-etileno o el vapor pueden modificar las características de los implantes. Especialmente en casos de recubrimientos con hidroxiapatita, ya que el vapor puede alterar las distintas interfases de la hidroxiapatita.

1. Cerámicas en la fabricación de implantes dentales

En la actualidad la hidroxiapatita es la única sustancia cerámica utilizada para la fabricación de implantes¹⁰. En general se utiliza para su recubrimiento. La hidroxiapatita es un constituyente primario de la porción mineralizada del hueso. Constituye el 60% del peso del hueso y el 40% de su volumen.

Las cerámicas de hidroxiapatita que se comercializan pueden tener distinta estequiometría, tamaño cristalino, forma cristalina y porcentaje de cristalinidad de la hidroxiapatita encontrada en el hueso nativo. Se pueden encontrar comercialmente tanto cerámicas densas como porosas.

Igual que la hidroxiapatita de los tejidos vivos sufre un recambio a lo largo del tiempo, las cerámicas de fosfato cálcico también pueden sufrir una reabsorción debida a su disolución o a la acción celular, o a una combinación de los dos procesos. La reabsorción de las cerámicas de fosfato cálcico depende de varios factores. En primer lugar la composición química de la cerámica en particular, puede tener un efecto en las características de la reabsorción que sufren. Químicamente la hidroxiapatita se reabsorbe más lentamente que las cerámicas, como pueden ser el fosfato tricálcico. El área de superficie también tiene un gran impacto en este proceso de reabsorción. El área de superficie está influenciada por el grado de porosidad de la cerámica. Las formas porosas de la hidroxiapatita tienen un área de superficie mayor en contacto con el entorno y sufren un proceso de reabsorción más acelerado que las formas más densas.

Las ventajas potenciales de la hidroxiapatita como material de cubrimiento de implantes dentales son su baja capacidad inmunogénica y su tendencia a hacer uniones químicas con hueso vecino. No provocan ninguna respuesta inflamatoria y es bien tolerada por los tejidos mesenquimales adyacentes.

La hidroxiapatita es el material aloplástico más biocompatible y su uso limitado a nivel clínico viene debido a su fragilidad. La hidroxiapatita se puede aplicar al titanio o a aleaciones del titanio por diversas técnicas. El spray de plasma en el que un polvo  de cerámica es calentado en una llama y aplicado a la superficie del implante preparada es la forma más empleada. Según las necesidades del proceso de estrellado del plasma, se puede obtener un recubrimiento de hidroxiapatita de varios grados y cristalinidad. Se cree que las formas más cristalinas son más estables en la superficie del implante y menos susceptibles a procesos de disolución.

En estudios experimentales sobre la resistencia de los recubrimientos de hidroxiapatita, se ha observado que la respuesta a fuerzas excesivas resulta en una fractura de la interfase de la hidroxiapatita en recubrimiento del implante más que en una fractura a nivel de la hidroxiapatita en contacto con el hueso adyacente. En principio esto no significa un problema clínico para su uso. Se ha visto que este daño es más frecuente en osteotomías para implantes preparadas sin terrajar. Puede ser, pues, aconsejable realizar un terrajado de la osteotomía si se van a utilizar implantes recubiertos por hidroxiapatita¹¹.

Algunos estudios han sugerido que la colonización bacteriana o la infección periimplantaria es mas fácil en superficies de implantes recubiertas por hidroxiapatita que en implantes de titanio liso¹². Es importante destacar que ni la colonización ni la infección de un implante significan inequívocamente su fracaso. Estudios in vivo han demostrado que existe poca diferencia en la respuesta biológica de un implante infectado recubierto por hidroxiapatita de un implante infectado de titanio liso. No obstante las infecciones crónicas contribuyen en la presencia de bolsas gingivales más grandes alrededor de los implantes. Este hecho se debe a la retención bacteriana y no ha quedado demostrado que se deba al recubrimiento de hidroxiapatita.

1. II.Bacterias, infecciones y superficie de implantes

La flora bacteriana asociada con los implantes en pacientes edéntulos parciales, suele ser igual a la de los dientes naturales tanto en pacientes sanos como periodontalmente afectos. Se han detectado diferencias en la flora de paciente edéntulos respecto de pacientes desdentados. Es más preocupante la relación de la superficie del implante con el acúmulo de placa bacteriana. Pero, ¿existe alguna superficie de implantes que fracasa a menudo debido a que retiene más placa?.

Sabemos que los implantes incluyendo los de titanio o hidroxiapatita permiten la adherencia bacteriana. Igual que la adherencia de células en el proceso inicial de oseointegración requiere la presencia de unas biocapas, la saliva puede provocar una fina película alrededor del implante que facilita adherencia bacteriana posterior. Esta adherencia se ve incrementada con concentraciones elevadas de calcio en la saliva, un constituyente normal de la saliva. Pero ningún estudio ha demostrado más tendencia a retener placa en un tipo concreto de superficie implantaria.

Los defectos óseos debidos al fracaso de implantes recubiertos por hidroxiapatita, a menudo son mayores que los implantes de titanio convencionales. Esto puede ser debido a que el proceso de periimplantitis en este tipo de implantes tiene una evolución más solapada que la periimplantitis en un implante convencional de forma que la reabsorción ósea asociada a la infección actúa durante más tiempo y el defecto resultante es mayor.

1. III.      Tratamientos biológicos de los implantes para mejorar su biocompatibilidad

Las uniones de los tejidos blandos epiteliales a la superficie de los implantes se hace a través de hemidesmosomas. Estas uniones son susceptibles de ser destruidas. La inflamación de los tejidos blandos alrededor de los implantes provoca una destrucción tisular asociada con la presencia de placa bacteriana y una flora similar a la de la periodontitis crónica. Cualquier mejora en la adherencia de los tejidos blandos minimizaría la potencial pérdida de éstos por la formación de bolsas que acumulan placa bacteriana. La superficie de implantes tratada con laminina aumentan la adherencia celular, al menos en estudios “in Vitro”¹³. Esta mejora de adherencia de los tejidos blandos a la superficie del implante. También depende de las características de la superficie del implante, siendo las superficies rugosas más predispuestas a facilitar la adherencia celular que las superficies lisas. Los recubrimientos de superficie bioactivos que seleccionan y mejoran la adherencia de los tejidos blandos y sellan la interfase del implante con el entorno externo son muy deseables. La incorporación de proteínas morfogenéticas en el recubrimiento de las superficies de los implantes podrían, por lo tanto acelerar el proceso de osteointegración y facilitar una carga temprana de los implantes. No obstante, este tipo de biología de superficie está en sus inicios y existen dificultades técnicas en su aplicación y mantenimiento.

1. IV.      Enfermedades, tratamientos y biocompatibilidad de los implantes

La mayoría de los implantes se oseointegran satisfactoriamente. No obstante, existen una serie de enfermedades y tratamientos que pueden afectar de forma adversa la estabilidad de los implantes a largo plazo. En algunos casos los implantes en función pueden perderse como consecuencia de la progresión de una enfermedad o de la administración de un tratamiento¹⁴.

La radioterapia en la zona de la cabeza y cuello es a menudo un tratamiento primario o coadyuvante a neoplasias malignas de esta región. Los pacientes con implantes dentales en una zona que va a ser irradiada pueden afectar la viabilidad de los implantes en esta zona¹⁵. Cuando el haz de radiación cruza la interfase de materiales con distinto número atómico, se liberan electrones secundarios, resultando en una mayor liberación de radiación a los tejidos que se interponen entre la fuente de radiación y el implante. Este efecto es más evidente en la interfase del implante, siendo el incremento de la radiación significativo unos milímetros alrededor del implante. El material del implante por sí mismo juega un papel importante, ya que los materiales con un número atómico alto en general provocan un incremento de la dosis de radiación mayor. Las aleaciones de oro, como los que se utilizan en algún tipo de prótesis, también incrementan la dosis de radiación seguido por el titanio, aleaciones de titanio e hidroxiapatita en último lugar. Por eso, algunos estudios han sugerido que los recubrimientos con hidroxiapatita podrían ser una buena indicación en pacientes donde se va a realizar radioterapia¹⁶.

Muchos pacientes candidatos a ser tratados con implantes dentales tienen osteoporosis. A menudo estos pacientes son tratados con medicaciones que modifican el ritmo de aposición-absorción de hueso. El metabolismo alrededor de los implantes es mayor que en zonas distantes. Por lo tanto, la administración de medicaciones que disminuyan este metabolismo puede afectar de forma negativa a la supervivencia de los implantes¹⁷. Muchas mujeres son tratadas con bifosfonatos (que disminuyen el proceso de reabsorción ósea) en el tratamiento o profilaxis de la osteoporosis. Estas medicaciones pueden alterar el delicado equilibrio entre el implante y la superficie adyacente de forma que conlleve un fracaso del implante.

Tanto el tabaco como la diabetes afectan a la vascularización y la respuesta biológica de distintos tipos de células. Ambos son factores de riesgo reconocidos de enfermedad periodontal. Los factores contribuyentes de la alteración de la vascularización y la respuesta inflamatoria y que conllevan el fracaso del implante todavía no están bien estudiados, parece probable que modifica la respuesta biológica, los tejidos y el proceso de oseointegración. Una disminución de la vascularización en el hueso periimplantario puede disminuir la producción de hueso alrededor del implante. Procesos inflamatorios alterados también pueden facilitar la colonización bacteriana, alteración del pH, y la modificación de forma adversa de superficies de implantes que pueden inducir al fracaso del implante. La interacción de la superficie de distintos biomateriales con tejidos vivos es un aspecto importante de la rehabilitación funcional y no es el único determinante del éxito de los implantes. Tanto el diseño como la ausencia de factores de riesgo juegan un importante papel en la adaptación del organismo a cuerpos extraños. Las superficies tratadas para estimular la oseointegración de los implantes y su mantenimiento ya sea de forma bioactiva o biodegradable tienen un gran potencial para desplazar la balanza hacia el lado del éxito de los implantes incluso en pacientes comprometidos o en zonas a tratar comprometidas.

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