Osteointegración
Conexión entre el hueso vivo y la superficie de un implante artificial

La osteointegración (del latín osseus " hueso " e integrare "hacer completo") es la conexión estructural y funcional directa entre el hueso vivo y la superficie de un implante artificial que soporta carga ("soporte de carga", como lo definieron Albrektsson et al. en 1981). Una definición más reciente (de Schroeder et al.) define la osteointegración como " anquilosis funcional (adherencia ósea)", donde el hueso nuevo se deposita directamente sobre la superficie del implante y el implante exhibe estabilidad mecánica (es decir, resistencia a la desestabilización por agitación mecánica o fuerzas de corte ). La osteointegración ha mejorado la ciencia de las técnicas médicas de reemplazo de huesos y articulaciones , así como los implantes dentales y la mejora de las prótesis para amputados . [ cita requerida ]

Definiciones

La osteointegración también se define como: "la formación de una interfaz directa entre un implante y el hueso, sin tejido blando intermedio". [1]

Un implante osteointegrado es un tipo de implante definido como "un implante endóseo que contiene poros en los que pueden migrar los osteoblastos y el tejido conectivo de soporte". [2] Aplicado a la implantología oral, esto se refiere al hueso que crece hasta la superficie del implante sin una capa de tejido blando interpuesta. No hay tejido cicatricial , cartílago ni fibras de ligamento entre el hueso y la superficie del implante. El contacto directo del hueso y la superficie del implante se puede verificar microscópicamente . [ cita requerida ]

La osteointegración también puede definirse como: [ cita requerida ]

  1. Integración ósea, la aparente unión o conexión directa de tejido óseo a un material aloplástico inerte sin tejido conectivo intermedio.
  2. El proceso y la aparente conexión directa resultante de la superficie del material endógeno y los tejidos óseos del huésped sin tejido conectivo intermedio.
  3. La interfaz entre el material aloplástico y el hueso.

Historia

Implante de titanio (negro) integrado en el hueso (rojo): corte histológico

La osteointegración fue observada por primera vez, aunque no se mencionó explícitamente, por Bothe, Beaton y Davenport en 1940. [3] [4] Bothe et al. fueron los primeros investigadores en implantar titanio en un animal y observaron cómo tendía a fusionarse con el hueso. [3] [4] Bothe et al. informaron que debido a la naturaleza elemental del titanio, su resistencia y su dureza, tenía un gran potencial para ser utilizado como material para prótesis futuras. [3] [4] Gottlieb Leventhal describió posteriormente la osteointegración en 1951. [3] [5] Leventhal colocó tornillos de titanio en fémures de ratas y dijo: "Al cabo de 6 semanas, los tornillos estaban ligeramente más apretados que cuando se colocaron originalmente; a las 12 semanas, los tornillos eran más difíciles de quitar; y al cabo de 16 semanas, los tornillos estaban tan apretados que en un espécimen el fémur se fracturó cuando se intentó quitar el tornillo. Los exámenes microscópicos de la estructura ósea no revelaron ninguna reacción a los implantes, la trabeculación parecía ser perfectamente normal". [3] [5] Las reacciones descritas por Leventhal y Bothe et al. serían acuñadas posteriormente en el término "osteointegración" por Per-Ingvar Brånemark de Suecia. En 1952, Brånemark realizó un experimento en el que utilizó una cámara de implante de titanio para estudiar el flujo sanguíneo en el hueso de conejo. Al final del experimento, cuando llegó el momento de retirar las cámaras de titanio del hueso, descubrió que el hueso se había integrado tan completamente con el implante que la cámara no podía retirarse. Brånemark lo llamó "osteointegración" y, al igual que Bothe et al. y Leventhal antes que él, vio las posibilidades de uso para humanos. [3] [4] [5]

En odontología, la implementación de la osteointegración comenzó a mediados de la década de 1960 como resultado del trabajo de Brånemark. [6] [7] [8] [9] En 1965, Brånemark, que en ese momento era profesor de anatomía en la Universidad de Gotemburgo , colocó implantes dentales en el primer paciente humano: Gösta Larsson. Este paciente tenía un defecto de paladar hendido y necesitaba implantes para sostener un obturador palatino . Gösta Larsson murió en 2005, con los implantes originales todavía en su lugar después de 40 años de función. [10]

A mediados de la década de 1970, Brånemark se asoció comercialmente con la empresa de defensa sueca Bofors para fabricar implantes dentales y la instrumentación necesaria para su colocación. Finalmente, se creó una filial de Bofors, Nobel Pharma, para concentrarse en esta línea de productos. Posteriormente, Nobel Pharma se convirtió en Nobel Biocare. [10]

Brånemark pasó casi 30 años luchando contra la comunidad científica para que se aceptara la osteointegración como un tratamiento viable. En Suecia, a menudo lo ridiculizaban abiertamente en las conferencias científicas. Su universidad dejó de financiar su investigación, lo que lo obligó a abrir una clínica privada para seguir tratando a los pacientes. Con el tiempo, una nueva generación de jóvenes académicos comenzó a tomar nota del trabajo que se estaba haciendo en Suecia. George Zarb, un protésico canadiense nacido en Malta, de Toronto, fue fundamental para llevar el concepto de osteointegración al resto del mundo. La Conferencia de Toronto de 1983 se considera generalmente el punto de inflexión, cuando finalmente la comunidad científica mundial aceptó el trabajo de Brånemark. La osteointegración es ahora una modalidad de tratamiento muy predecible y común. [10] Desde 2010, el profesor Munjed Al Muderis en Sydney, Australia, utiliza un implante de titanio de alta resistencia a la tracción con superficie rociada con plasma como prótesis intramedular que se inserta en el residuo óseo de los amputados y luego se conecta a través de una abertura en la piel a una prótesis de miembro robótico. Esto permite a los amputados movilizarse con mayor comodidad y menor consumo de energía. Al Muderis también publicó la primera serie de prótesis de osteointegración combinadas con reemplazo articular que permite a los amputados por debajo de la rodilla con artritis de rodilla o hueso residual corto caminar sin necesidad de una prótesis de encaje. [11]

El 7 de diciembre de 2015, dos veteranos de la Operación Libertad Iraquí/Operación Libertad Duradera, Bryant Jacobs y Ed Salau, se convirtieron en los primeros en Estados Unidos en recibir una prótesis osteointegrada percutánea . [12] En la primera etapa, los médicos del Hospital de Asuntos de Veteranos de Salt Lake incorporaron un perno de titanio en el fémur de cada paciente. Aproximadamente seis semanas después, volvieron y colocaron el mecanismo de acoplamiento para la prótesis. [ cita requerida ]

En 2021, el profesor Al Muderis publicó una tesis para los requisitos del Doctorado en Ciencias Médicas en la que se analiza la osteointegración para amputados: pasado, presente y futuro : ciencia básica, innovaciones en la técnica quirúrgica, diseño de implantes y estrategias de rehabilitación. [13]

Mecanismo

La osteointegración es un proceso dinámico en el que las características del implante (es decir, la macrogeometría, las propiedades de la superficie, etc.) desempeñan un papel en la modulación del comportamiento molecular y celular. [14] Si bien se ha observado la osteointegración utilizando diferentes materiales, se utiliza con mayor frecuencia para describir la reacción de los tejidos óseos al titanio o al titanio recubierto con derivados de fosfato de calcio. [15] Anteriormente se pensaba que los implantes de titanio se retenían en el hueso mediante la acción de la estabilización mecánica o la unión interfacial. Alternativamente, se pensaba que los implantes recubiertos de fosfato de calcio se estabilizaban mediante la unión química. Ahora se sabe que tanto los implantes recubiertos de fosfato de calcio como los implantes de titanio se estabilizan químicamente con el hueso, ya sea a través del contacto directo entre los átomos de calcio y titanio, o mediante la unión a una capa similar a una línea de cemento en la interfaz implante/hueso. [16] [17] Si bien existen algunas diferencias (por ejemplo, como la falta de progenitores condrogénicos), la osteointegración se produce a través de los mismos mecanismos que la curación de la fractura ósea. [18] [19]

Técnica

Para los implantes dentales osteointegrados se han utilizado materiales metálicos, cerámicos y poliméricos, [2] en particular titanio . [20] Para que se pueda denominar osteointegración, la conexión entre el hueso y el implante no necesita ser del 100%, y la esencia de la osteointegración deriva más de la estabilidad de la fijación que del grado de contacto en términos histológicos. En resumen, es un proceso en el que se logra y se mantiene una fijación rígida clínicamente asintomática de materiales aloplásticos en el hueso durante la carga funcional. [21] El tiempo de curación del implante y la estabilidad inicial son una función de las características del implante. Por ejemplo, los implantes que utilizan un diseño en forma de raíz de tornillo logran una alta estabilidad mecánica inicial a través de la acción de sus tornillos contra el hueso. Después de la colocación del implante, la curación suele tardar varias semanas o meses antes de que el implante se integre completamente en el hueso. [22] [23] [24] La primera evidencia de integración ocurre después de unas pocas semanas, mientras que la conexión más robusta se efectúa progresivamente durante los siguientes meses o años. [25] Los implantes que tienen un diseño en forma de raíz de tornillo dan como resultado una reabsorción ósea seguida de una remodelación y crecimiento del hueso interfacial alrededor del implante. [26]

Los implantes con forma de raíz de meseta (o implantes con forma de raíz de tornillo con un espacio lo suficientemente amplio entre los pasos de los tornillos) experimentan un modo diferente de osificación periimplantaria. A diferencia de los implantes con forma de raíz de tornillo antes mencionados, los implantes con forma de raíz de meseta presentan una formación ósea de novo en la superficie del implante. [27] El tipo de curación ósea que presentan los implantes con forma de raíz de meseta se conoce como curación de tipo intramembranoso. [26]

Aunque la interfaz osteointegrada se vuelve resistente a los choques externos con el tiempo, puede dañarse por estímulos adversos prolongados y sobrecarga, lo que puede causar la falla del implante. [28] [29] En estudios realizados utilizando "Mini implantes dentales", se observó que la ausencia de micromovimiento en la interfaz hueso-implante era necesaria para permitir una osteointegración adecuada. [30] También se observó que existe un umbral crítico de micromovimiento por encima del cual se produce un proceso de encapsulación fibrosa, en lugar de osteointegración. [31]

Pueden surgir otras complicaciones incluso en ausencia de impacto externo. Una de ellas es el crecimiento de cemento . [32] En casos normales, la ausencia de cemento en la superficie del implante impide la fijación de las fibras de colágeno . Esto suele deberse a la ausencia de células progenitoras del cemento en la zona que recibe el implante. Sin embargo, cuando dichas células están presentes, se puede formar cemento sobre la superficie del implante o alrededor de ella, y un colágeno funcional puede adherirse a él. [33]

Avances en ingeniería de materiales: espumas metálicas

Desde 2005, varios fabricantes de dispositivos ortopédicos han introducido productos con una construcción de metal poroso . [34] [35] [36] Los estudios clínicos en mamíferos han demostrado que los metales porosos, como la espuma de titanio, pueden permitir la formación de sistemas vasculares dentro del área porosa. [37] Para usos ortopédicos, a menudo se utilizan metales como el tantalio o el titanio , ya que estos metales tienen una alta resistencia a la tracción y resistencia a la corrosión con una excelente biocompatibilidad . [ cita requerida ]

El proceso de osteointegración en las espumas metálicas es similar al de los injertos óseos . Las propiedades porosas similares a las del hueso de la espuma metálica contribuyen a una infiltración ósea extensa, lo que permite que se produzca la actividad de los osteoblastos . Además, la estructura porosa permite la adherencia de los tejidos blandos y la vascularización dentro del implante. Estos materiales se utilizan actualmente en cirugías de reemplazo de cadera y rodilla y en implantes dentales . [ cita requerida ]

Procedimientos de prueba

Existen varios métodos que se utilizan para medir el nivel de osteointegración y la estabilidad posterior de un implante. Un procedimiento de diagnóstico ampliamente utilizado es el análisis de percusión, en el que se golpea con un instrumento dental contra el portador del implante. [38] La naturaleza del zumbido que se produce se utiliza como una medida cualitativa de la estabilidad del implante. Un implante integrado provocará un sonido de "cristal" de tono más alto, mientras que un implante no integrado provocará un sonido sordo y de tono bajo. [39]

Otro método es la prueba de torsión inversa, en la que se desenrosca el soporte del implante. Si no se desenrosca bajo la presión de torsión inversa, el implante es estable. Si el implante gira bajo la presión, se considera que ha fallado y se retira. [40] Este método conlleva el riesgo de fracturar el hueso que se encuentra a mitad del proceso de osteointegración. [38] Tampoco es confiable para determinar el potencial de osteointegración de una región ósea, ya que las pruebas han demostrado que un implante giratorio puede integrarse con éxito. [41]

Un método de diagnóstico no invasivo y cada vez más utilizado es el análisis de frecuencia de resonancia (RFA). [38] Un dispositivo analizador de frecuencia de resonancia genera vibraciones en una pequeña varilla metálica unida temporalmente al implante. A medida que la varilla vibra, la sonda lee su frecuencia de resonancia y la traduce en un cociente de estabilidad del implante (ISQ), que varía de 1 a 100, donde 100 indica el estado de estabilidad más alto. Los valores que oscilan entre 57 y 82 generalmente se consideran estables, aunque cada caso debe considerarse de forma independiente. [38]

Osteopercepción

Una de las peculiaridades de las prótesis osteointegradas es que los eventos mecánicos que se producen en la prótesis (por ejemplo, el tacto) se transfieren como vibraciones a través del hueso. [42] Esta "osteopercepción" significa que el usuario de la prótesis recupera una sensación más precisa de cómo la prótesis está interactuando con el mundo. Los usuarios de prótesis de miembros inferiores ancladas al hueso informan, por ejemplo, que pueden saber sobre qué tipo de suelo están caminando gracias a la osteopercepción. [43]

Investigaciones recientes sobre usuarios de prótesis de miembros superiores e inferiores ancladas al hueso mostraron que esta osteopercepción no solo está mediada por mecanorreceptores sino también por receptores auditivos . [44] [45] Esto significa que, en lugar de simplemente sentir influencias mecánicas en el dispositivo, los usuarios también escuchan los movimientos de su prótesis. Esta percepción sensorial mecánica y auditiva conjunta es probablemente responsable de la mejor percepción del entorno de los usuarios de prótesis osteointegradas en comparación con los dispositivos tradicionales suspendidos en el encaje. Sin embargo, no está claro en qué medida esta retroalimentación sensorial implícita realmente influye en los usuarios de prótesis en la vida cotidiana. [46]

Aplicaciones

Véase también

Referencias

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  • Investigación clínica sobre implantes dentales osteointegrados
  • Prótesis osteointegrada transradial diestra con control neural y retroalimentación sensorial, Programa Marco de Investigación e Innovación de la UE Horizonte 2020
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