Resumo
Objetivo: realizar uma análise descritiva e comparativa, por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), de quatro tipos de superfícies de implantes de titânio comercialmente puros. Métodos: foram utilizados quatro implantes das marcas Conexão Sistemas de Prótese e Straumann. As amostras utilizadas apresentavam superfície usinada e tratamentos de superfície por meio das técnicas de ataque ácido, anodização (Conexão) e jateamento de partículas seguido por ataque ácido (Straumann), sendo divididas em quatro grupos, contendo um implante cada. As áreas de topo de rosca e vale de rosca foram determinadas para análise no MEV, com diferentes magnificações. Resultados: todas as amostras avaliadas apresentaram características de rugosidade superficial (até mesmo as superfícies usinadas), sendo que os implantes tratados por meio de anodização e os tratados por meio de jateamento seguido de ataque ácido apresentaram um padrão de superfície com uma área superior aos implantes tratados por ataque ácido, devido ao maior grau de rugosidade. Conclusão: o tratamento de superfície influencia a macroestrutura da superfície. As superfícies anodizadas e as tratadas por meio de jateamento seguido por ataque ácido apresentaram um padrão de superfície que disponibiliza uma maior área para aposição óssea.
Palavras-chave: Implantes de titânio. Tratamentos de superfície. Microscopia eletrônica de varredura.
Introdução
O objetivo da Odontologia moderna tem sido restaurar ao paciente a função mastigatória, a fala, a saúde e a estética, independentemente da atrofia, doença ou lesão do sistema estomatognático. Desde o advento da osseointegração, o uso de implantes mostrou-se uma opção de tratamento para pacientes edêntulos1. Após décadas de pesquisas e desenvolvimentos laboratoriais e clínicos, Brånemark apresentou um sistema de implante que pode substituir os dentes naturais perdidos2.
Brånemark, após tentar retirar uma peça de titânio implantada na tíbia de um coelho durante uma de suas pesquisas, observou que a peça estava aderida ao osso e, a partir desse fenômeno, desenvolveram-se outros estudos, pesquisas e experimentos, levando ao surgimento do conceito de osseointegração, que é definida como uma união estável entre osso e implante, o qual pode suportar uma prótese2,3.
O implante dentário é considerado apto à função mastigatória e estética quando a osseointegração é efetiva4. O elevado índice de sucesso de implantes dentários osseointegráveis levou à sua aceitação como real alternativa de tratamento na Odontologia moderna; no entanto, apesar dos elevados índices de sucesso relatados nas pesquisas, atualmente ainda há relatos de fracassos no tratamento com implantes na prática clínica, causando transtornos ao profissional e ao paciente5,6.
O titânio comercialmente puro apresenta uma estabilidade química que permite a reação tecidual satisfatória, estimula a formação de uma matriz óssea, apresenta alta resistência à corrosão e não provoca reações imunológicas significativas, sendo esse o principal material para a confecção de implantes7. No entanto, as propriedades físico-químicas das superfícies dos implantes dentários são fatores determinantes para que ocorra a osseointegração8. Existem diferentes formas de tratamento de superfície que melhoram as propriedades dos implantes9.
Os tratamentos de superfície promovem diferentes aumentos da rugosidade, que, associada às características físico-químicas e às propriedades do material, influencia na retenção mecânica inicial dos implantes e no aumento da área de contato com o leito ósseo receptor, favorecendo a osseointegração7. Estudos comprovam que as superfícies texturizadas têm a integração implante-osso melhor que a de uma superfície lisa8.
Nesse contexto, as modificações da superfície dos implantes ganharam um lugar importante nas pesquisas nos últimos anos. Diferentes métodos mecânicos, químicos e ópticos são usados com o objetivo de produzir superfícies com várias topografias. Diferentes tipos de revestimentos também podem ser utilizados para promover modificação da superfície, e esses, por sua vez, podem ser aplicados por meio de diferentes técnicas10.
Entre as técnicas usadas para tratar a superfície dos implantes, as que mais se destacam são a deposição de hidroxiapatita, ataque ácido, jateamento de partículas ou a combinação de jateamento seguido de ataque ácido, tratamento com laser, oxidação anódica, implantação iônica e deposição eletroquímica simultânea ou isolada de cálcio, fosfato, ferro e magnésio11. Esses tratamentos, cada um possuindo suas peculiaridades, promovem diferentes padrões de rugosidade12.
Diante dos fatos expostos — considerando-se que a topografia da superfície dos implantes tem influência direta sobre a osseointegração e que cada superfície, com sua particularidade, apresenta vantagens, desvantagens e indicações de uso —, o presente estudo tem por objetivo realizar uma análise descritiva e comparativa, por meio de microscópio eletrônico de varredura (MEV), dos tipos de superfície de implantes de titânio comercialmente puro.
Material e Métodos
Seleção dos implantes
Para a realização do presente trabalho, foram utilizados quatro implantes de titânio comercialmente puro, com diferentes tratamentos de superfície, obtidos dos seguintes sistemas de implantes: Conexão Sistemas de Prótese e Straumann. Esse material foi dividido em quatro grupos, de acordo com o tratamento de superfície recebido. Esses, por sua vez, encontram-se especificados na Tabela 1, conforme dados dos fabricantes.
Análise
A caracterização topográfica das superfícies foi feita por meio do MEV, da marca Tescan, modelo VEGA 3 LMU, no laboratório do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia (IFBA). Os implantes foram fornecidos pelos respectivos fabricantes, em invólucros específicos, selados e esterilizados, contendo uma amostra cada. As amostras foram retiradas da embalagem e colocadas diretamente no porta-amostras, sendo manipuladas com uso de uma pinça clínica estéril e evitando a contaminação de suas superfícies, e sendo colocadas diretamente no MEV para a análise de caracterização topográfica de suas superfícies.
Foram utilizados 20KV e magnificações de 10 a 37mm, conforme a ampliação desejada da imagem. Foram obtidas imagens com diferentes magnificações (10x, 50x, 500x e 1.000x). Com o propósito de mostrar uma vista panorâmica, passo e forma das roscas, foram usadas magnificações de 10x e 50x. Para mostrar mais detalhes da superfície, foram utilizadas magnificações de 500x e 1.000x nas regiões de topo e de vale.
Resultados
A caracterização da superfície dos implantes, feita por meio de MEV, mostrou diferentes aspectos nas topografias das superfícies, tanto na região de vale quanto no topo das roscas, devido aos diferentes tratamentos utilizados pelos fabricantes. No Grupo I (implante usinado), onde não houve tratamento de superfície, pode-se observar, em magnificações de 10x e 50x, uniformidade entre as roscas do implante, regularidade superficial e topo de rosca de ângulos arredondados (Fig. 1A, 1B).
Em vista mais aproximada, com magnificações de 500x (Fig. 1C, 1E) e 1.000x (Fig. 1D, 1F), pode-se observar, nas regiões de topo e de vale, marcas de ferramentas características do processo de usinagem, que conferem uma leve rugosidade à superfície. Não houve diferença no aspecto topográfico entre as marcas nas regiões de topo e de vale (Fig. 1).
No Grupo II, foi analisada uma amostra que, segundo o fabricante, foi tratada por meio do duplo ataque ácido. Nessa superfície, em magnificação de 50x (Fig. 2B),
observa-se o padrão uniforme das roscas, com topos arredondados e regularidade no contorno das regiões de topo e vale. Em magnificações de 500x (Fig. 2C, 2E) e 1.000x (Fig. 2D, 2F), são observadas áreas com poros típicos do tratamento de superfície especificado pelo fabricante; no entanto, na região mais superior do topo, são vistas áreas planas com aspecto misto. Usando as mesmas magnificações na região de vale, verifica-se um padrão regular e homogêneo dos poros, sem evidências de áreas planas. Em todas as imagens obtidas das amostras do Grupo II, foram observadas as características topográficas advindas do ataque ácido, em que há remoção de material da superfície do implante, produzindo o aspecto poroso visto nas imagens (Fig. 2).
No Grupo III, foi analisada uma superfície tratada por meio de jateamento seguido de ataque ácido, chamada SLA. Em vistas com magnificações de 10x (Fig. 3A) e 50x (Fig. 3B), observa-se o padrão uniforme das roscas, com formas arredondadas e uma leve irregularidade no contorno das regiões de topo e vale. Em magnificações de 500x (Fig. 3C, 3E) e 1.000x (Fig. 3D, 3F), é observada uma rugosidade bastante acentuada, que se distribui uniformemente nas regiões de topo de rosca e vale, não havendo diferença no aspecto topográfico dessas regiões.
No Grupo IV, foi analisada uma superfície tratada por meio de anodização. Em vistas com magnificações de 10x (Fig. 4A) e 50x (Fig. 4B), observa-se o padrão uniforme das roscas, com formas arredondadas e regularidade no contorno das regiões de topo e vale. Em magnificações de 500x (Fig. 4C, 4E) e 1.000x (Fig. 4D, 4F), são observados pequenos “vulcões”, com tamanhos e alturas variados, distribuídos igualmente entre topo e vale. Se comparadas as amostras dos Grupos II e III, a do Grupo III disponibiliza uma maior área para ancoragem óssea, sendo esse padrão característico do tratamento de superfície descrito pelo fabricante.
Discussão
Sabendo que a qualidade da osseointegração está diretamente relacionada com a topografia de superfície dos implantes dentários, várias técnicas baseadas na modificação das superfícies dos implantes têm sido testadas durante os últimos 30 anos, partindo do princípio que uma topografia de superfície rugosa apresenta maior área para ancoragem óssea do que uma superfície lisa13.
Apesar da rugosidade superficial ser um fator favorável à biofixação celular, isso não é uma regra. Wennerberg et al.24 compararam a resposta óssea tecidual de implantes de titânio comercialmente puros jateados com partículas finas e grossas de óxido de alumínio. Constataram que a superfície jateada com partículas finas produziu topografia de rugosidade média, sendo mais favorável ao processo de cicatrização do que a superfície jateada com partículas grossas, indicando que o nível de rugosidade deve ser controlado8,14.
Têm sido realizados estudos empregando diferentes métodos de análise com o objetivo de avaliar as características peculiares de cada tratamento e suas interferências sobre o processo de osseointegração. A topografia pode ser caracterizada por meio de três métodos, com diferentes objetivos. A microscopia de força atômica permite observar a superfície próximo ao nível atômico, podendo ser utilizada com o objetivo de diferenciar a nanotextura das superfícies. A interferometria é utilizada para análise de microrrugosidade em grandes áreas. O terceiro método é a MEV, escolhida para análises de superfície em nível micrométrico15,16.
No presente estudo, o método escolhido para caracterizar a topografia da superfície dos implantes foi o MEV. Concordamos com o relatado por Sardinha e Albergaria17, que utilizaram MEV com o mesmo propósito do presente trabalho, por ser esse um método de visualização direta, que permite escolher as magnificações adequadas para cada imagem.
De acordo com Kahn18, a rugosidade produzida pelas diferentes formas de tratamento de superfície dos implantes pode ser visualizada por meio de MEV pelo mecanismo de emissão de elétrons gerados por um filamento aquecido de tungstênio, em ambiente de vácuo, varrendo a superfície das amostras e gerando as imagens. Também tem a vantagem de ser um método operacionalmente mais simples, que apresenta uma relação custo-benefício favorável18. Esse método também tem sido utilizado com a mesma finalidade por outros autores7,11,12,20,23.
Os implantes usinados são considerados de primeira geração. Possuem textura de superfície suave e, por isso, são considerados lisos19. No presente estudo, na análise do Grupo I, foi possível observar, nas magnificações de 500x e 1.000x das regiões de topo e vale de rosca (Fig. 1), ranhuras ao longo da superfície, provenientes das ferramentas utilizadas no processo de usinagem, conferindo uma leve rugosidade, caracterizando, assim, uma superfície passível de osseointegração.
A topografia da superfície usinada caracterizada no presente trabalho está de acordo com o padrão descrito no estudo de Silva20. Esse autor ainda afirmou que essa leve rugosidade possibilita uma osseointegração mínima. O crescimento de células nessas superfícies ocorre ao longo das marcas deixadas pela usinagem; no entanto, esses processos biológicos na interface osso/implante são mais lentos, pelo fato de não existirem retenções mecânicas que permitam o embricamento ósseo. Essas superfícies também não são indutoras de maior densidade óssea11,20.
Estabilidade e torque de remoção são dois fatores importantes que, a depender de seus valores, são usados como indicativos de sucesso ou de insucesso no tratamento com implantes. Estudos que investigaram o efeito do tratamento de superfície de implantes na estabilidade e no torque de remoção, comparando a superfícies usinadas, por meio de implantação em osso de cobaias, mostraram que a superfície usinada apresenta estabilidade primária e torque de remoção inferior aos implantes que passaram por tratamentos de superfícies. Devido a essas características, autores afirmam que, atualmente, o uso desses implantes encontra-se em declínio11,20,21.
Com o declínio do uso das superfícies usinadas ao longo dos anos, surgiram vários estudos visando buscar evidências científicas que indiquem qual tratamento de superfície produz uma topografia mais favorável ao processo de osseointegração. Um tratamento bastante descrito na literatura é o tratamento por meio do ataque ácido. Segundo pesquisas realizadas, o ataque ácido confere uma topografia na superfície do implante que estimula a aposição óssea, funcionando, também, como um descontaminante de superfície22.
O segundo grupo analisado no presente estudo foi composto de uma superfície tratada por meio do duplo ataque ácido (Porous). Na Figura 2, pode-se observar uma superfície regular, apresentando uma topografia com padrão de rugosidade uniforme, sem as ranhuras do processo de usinagem. Também foi vista a presença de pequenas cavidades circundadas por micropicos afilados e, consequentemente, uma maior área disponível para o processo de osseointegração. Isso confirma os achados do estudo de Ciuccio23.
Autores que estudaram esse tratamento observaram que esse produziu rugosidade uniforme, favorável ao aumento da área de contato entre o osso e o implante. Ainda, afirmaram que o tratamento com ácido torna a superfície mais homogênea do que a usinada, e as marcas de ferramentas são removidas. O primeiro ataque ácido tem a função de alterar a micromorfologia, e o segundo ataque tem a função de permitir a formação de uma superfície mais estável e uniforme7,11.
Por meio de experimentos com implantes em tíbia de coelhos, Elias et al.11 comprovaram que esses são indicados para colocação em osso com menor densidade. Também constataram que induzem uma pequena redução no tempo de cicatrização, pois a morfologia facilita a adesão e diferenciação celular, tornando o tempo para aplicação de cargas bastante inferior ao do implante usinado11. Entretanto, apesar das vantagens apresentadas por essa superfície em relação à usinada, foi comprovado que o ataque ácido, mesmo produzindo uma superfície rugosa, pode não ser apropriado e pode afetar a resistência do material24.
A modificação da superfície do implante com o jateamento de partículas seguido de ataque ácido (superfície SLA) torna-se uma opção de tratamento favorável, pois é capaz de promover rugosidade semiporosa, que favorece uma forte ancoragem óssea, se comparada às superfícies tratadas apenas com ácido24. O jateamento da superfície do implante promove macrorrugosidade na textura; em seguida, o ataque ácido, além de promover microrrugosidade, elimina a contaminação e o estado hidrofóbico da superfície, permitindo melhor adsorção das proteínas25.
Uma modificação no método SLA, alterando a estrutura química da superfície e transformando-a em ativa e hidrofílica, permite uma osseointegração mais rápida e aumenta a estabilidade — essa superfície é denominada SLActive. Sugere-se, assim, que tanto a rugosidade como as características químicas das superfícies dos implantes influenciam na osseointegração26.
No Grupo III de nosso estudo, foi analisada a topografia dessa superfície que, segundo o fabricante, é tratada por meio do jateamento de areia de grão grosso, seguido por ataque ácido. Nessa superfície, podemos observar nas magnificações de 500x e 1.000x (Fig. 3) uma topografia com bastante microrrugosidades, que se interpõem às microcavidades, distribuindo-se de forma homogênea entre topo e vale de rosca, estando de acordo com o descrito pelo fabricante.
Conforme alguns autores24, essas superfícies quimicamente ativas e hidrofílicas aumentam a taxa de disseminação celular e o número de células ligadas à superfície, aumentando, também, a velocidade com que produzem fatores reguladores da diferenciação de células de formação óssea (osteoblastos), também diminuindo a atividade de células de destruição óssea (osteoclastos). As superfícies SLActive permitem uma interação celular direta na primeira fase do processo de osseointegração; assim, a formação óssea é iniciada imediatamente, melhorando a estabilidade inicial, sendo essa uma vantagem em relação às outras superfícies27.
Em seu experimento, Buser et al.28 avaliaram a força exercida na remoção por torque, onde foram comparadas, em cobaias, duas superfícies diferentes: uma polida e atacada por ácido, e uma superfície SLA. Após 4, 8 e 12 semanas de cicatrização, foi aplicado um teste de resistência ao torque de remoção. Concluíram que, aos três meses de cicatrização, a força média de torção para remoção do SLA foi de 75 a 125% maior do que para os implantes polidos e atacados por ácido; isso pelo fato do implante SLA promover uma osseointegração mas rápida28.
O tratamento por meio de anodização torna-se uma opção favorável para uso clínico, por incorporar cálcio e fosfato ao óxido de titânio, acelerando, dessa forma, a resposta osteoblástica e, consequentemente, a osseointegração. Com esse tratamento ocorre uma mudança significativa na morfologia da superfície dos implantes, pois o óxido de titânio cresce em forma de pequenos vulcões, com diferentes tamanhos e alturas, ocorrendo também um aumento significativo na rugosidade11.
Essa afirmação está de acordo com o observado no presente estudo. Na análise do Grupo IV (Fig. 4), vemos que a superfície apresenta morfologia heterogênea, com pequenas cavitações, variando em tamanho e altura. Também observamos que essa superfície apresenta maior rugosidade quando comparada às amostras tratadas por meio do ataque ácido, disponibilizando, assim, uma área de contato osso-implante superior.
O estudo de Elias et al.11 — realizado com esse tipo de superfície, em coelhos — comprova que, após 12 semanas, o torque de remoção foi significativamente mais elevado para os implantes anodizados, se comparados aos grupos que foram tratados com ataque ácido. Resultados histológicos mostram que essa superfície é indutora, que há deposição de osso na superfície do implante simultaneamente ao crescimento do osso a partir das paredes do alvéolo. Ainda, afirmam que o implante que possui osseointegração mais rápida é o com superfície anodizada, seguido pelo tratado com ataque ácido11,21.
Nosso estudo teve por limitação a não utilização de parâmetros de medidas de rugosidade, realizando apenas uma descrição do que foi visualizado por meio da varredura das superfícies dos implantes em MEV. Além de nosso estudo e dos que já existem na literatura, mais estudos precisam ser realizados com o objetivo de avaliar a topografia das superfícies e a qualidade do processo de osseointegração obtido com os diferentes tipos de macro, micro e nanoestruturas.
Conclusão
Com base nos resultados obtidos por meio das análises pelo microscópio eletrônico de varredura e na literatura revisada, pode-se concluir que:
1) Todos os grupos analisados revelaram a presença de rugosidade de superfície, mas características diferentes, conforme os tratamentos empregados pelos respectivos fabricantes.
2) A superfície usinada também apresentou um leve grau de rugosidade, não podendo ser considerada totalmente lisa.
3) As superfícies anodizadas e as tratadas por meio de jateamento seguido de ataque ácido (SLA), quando comparadas àquelas tratadas por meio do ataque ácido, apresentam um padrão de superfície mais rugoso e que disponibiliza uma maior área para contato ósseo.
Como citar este artigo:
Paixão AH, Rocha JRM, Botto B, Miranda DAO, Sardinha SCS. Topographic analysis of the surface of commercially pure titanium implants. Study using scanning electron microscopy. Dental Press Implantol. 2013 Apr-June;7(2):49-58.
» Os autores declaram não ter interesses associativos, comerciais, de propriedade ou financeiros que representem conflito de interesse nos produtos e companhias descritos nesse artigo.
Endereço para correspondência
Sandra de Cássia Santana Sardinha
Faculdade de Odontologia da UFBA – Departamento de Clínica Odontológica
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