Wie die seit 1987 auf dem Markt befindlichen zahnärzt-lichen Implantate der Firma Dentsply Friadent (Friadent GmbH, D-Hanau) besitzen auch die modifizierten Ankylos-Implantate zur epithetischen Nutzung ein spezielles Sondergewinde mit progressivem Gewindedesign. Die Krümmung und Tiefe der Gewindeflanken der Implantate nimmt von zervikal beginnend nach apikal zu. Die Implan-tate haben im Halsbereich einen Durchmesser von 3,5 mm und Längen von 4, 5 und 6 mm. Es handelt sich um Reinti-tan-Implantate mit im Strahlverfahren aufgerauter Ober-fläche (Abb. 1a und b).
Insgesamt 20 epithetische Ankylos-Schraubenimplanta-te wurden in Stirn (14 ImplantaAnkylos-Schraubenimplanta-te) und Tibia (sechs Implantate) jeweils zweier adulter Göttinger Miniatur-schweine implantiert.
Bei der Präparation des Lagerknochens wurde zunächst eine Kortikaliskörnung der geplanten Region durchgeführt, danach erfolgte mit dem Spiralbohrer (max. 800 U/min) die Aufbereitung auf die zuvor festgelegte Tiefe. Anschlie-ßend wurde die Pilotbohrung mit dem Schaftlochbohrer erweitert. Auf die Durchführung eines Gewindevorschnitts
vor dem Setzen der Implantate wurde entsprechend der Versuchsplanung in der Hälfte der Fälle verzichtet. Das Gewindeschneiden erfolgte ebenso wie das Einbringen der Implantate manuell (Abb. 2).
Nach dem Aufsetzen der Deckschrauben und Re-Adap-tion des Hautperiostlappens wurde die Wunde mehrschich-tig verschlossen. Das chirurgische Vorgehen bei der Implantation an Tibia (Abb. 3) und Os frontale war iden-tisch. Die unbelastete Einheilzeit der enossal inserierten Implantate betrug zwölf bzw. 18 Wochen.
Innerhalb der Versuchszeiträume erfolgte zwei, vier und sechs Wochen postoperativ eine polychrome Sequenzmar-kierung mit Xylenolorange, Alizarinkomplexon und Calcein-grün in der von Rahn1976 angegebenen Dosierung. Nach Tötung der Tiere wurden die entnommenen Proben in 4%igem phosphatgepuffertem Formalin fixiert und nach stufenweiser Dehydration sowie Entfettung mit Chloroform unter Vakuum in Methacrylat (LR- White hard grade, Lon-don Resin Company Ltd., England) eingebettet. Der Abbildung 1a Rasterelektronische Übersichtsaufnahme eines
5 mm langen Ankylos-Implantats, 17fache Vergrößerung Figure 1a Ankylos implant with a length of 5 mm. Electron microscopy, 17x
Abbildung 1b Rasterelektronenmikroskopische Darstellung der im Sandstrahlverfahren aufgerauten Oberfläche epithetischer Ankylos-Implantate, 200fache Vergrößerung
Figure 1b Rough-textured surface of Ankylos implants. Elec-tron microscopy, 200x
Abbildung 2 Insertion epithetischer Ankylos-Implantate in die Stirn beim Göttinger Miniaturschwein
Figure 2 Insertion of extraoral Ankylos implants in the frontal bone of a Göttingen minipig
Zuschnitt der Kunststoffpräparatblöcke erfolgte parallel zu den Implantatachsen mit dem Exakt TM-Trennsystem (Exakt Apparatebau, Norderstedt), die anschließende Reduzierung und Politur der Schliffrohlinge auf ca. 30 μm entsprechend der Trenn-Dünnschlifftechnik nach Donath [3]. Nach fluoreszenzmikroskopischer Analyse wurden die unentkalkten Knochenschliffe mit Toluidinblau bzw. Trich-rom nach Masson-Goldner gefärbt und mikroskopisch untersucht. Zur histomorphometrischen Quantifizierung des Implantat-Knochen-Kontaktes wurde die Strecke der tatsächlichen Knochenanlagerung zwischen Implantatbett und Implantat bei 6,25facher Vergrößerung der histologi-schen Schliffpräparate bestimmt (Software KS 300, Ima-ging System, Release 3.0) und anschließend ins Verhältnis zur Gesamtlänge des Implantats im Knochen gesetzt. Die Angabe der Knochenanlagerungsrate (Bone contact surfa-ce ratio) erfolgte in Prozent.
3 Ergebnisse
Die histomorphologische Analyse der Knochenschliffprä-parate einschließlich statistischer Auswertung erbrachte folgende Ergebnisse:
1. Nach erfolgtem Gewindevorschnitt war der Implantat-Knochen-Kontakt sowohl im spongiösen als auch im kortikalen Knochen signifikant höher im Vergleich zu den ohne Gewindevorschnitt inserierten Implantaten (Tab. 1).
2. Alle Implantate waren nach dreimonatiger unbelasteter Einheilzeit osseointegriert. Quantitativ höhere Kno-chenanwachsraten konnten auch nach einer längeren unbelasteten Einheilzeit von viereinhalb Monaten nicht festgestellt werden.
3. Die Länge der Implantate hatte weder Einfluss auf die Quantität noch auf die Qualität der Osseointegration.
Implantate in die Tibia beim Göttinger Minischwein
Figure 3 Extraoral Ankylos implants are inserted into the tibia of a Göttingen minipig
Abbildung 4 Zwölf Wochen post implantationem zeigt sich nach erfolgtem Gewindevorschnitt eine physiologische Knochenstruktur im periimplantären Bereich mit direkter Knochen-anlagerung an die Implantatoberfläche.
Toluidinblau (TB), 25x Figure 4
Twelve weeks post-operatively the implants showed a large contact surface area after pretapping. Toluidinblue (TB), 25x
Abbildung 5 Zwölf Wochen post implantationem kommt es ohne Gewinde-vorschnitt zu einer partiell bindegewebigen Implantateinheilung.
BG=Bindegewebe, Toluidinblau (TB), 25x Figure 5
Twelve weeks post-operatively there is found tissue between implant surface and bone site without pretapping.
BG= connective tissue, Toluidinblue (TB), 25x
C. Weimershaus, H.-A. Merten | Histologische Beurteilung eines extraoralen Implantatsystems 101
Die licht-, polarisations- und fluoreszenzmikroskopische Auswertung der Knochen-Schliffpräparate bestätigte die genannten Ergebnisse:
Bei lichtmikroskopischer Betrachtung zeigte sich eine zuverlässige knöcherne Einheilung der Titanschraubenim-plantate mit direkter Knochenanlagerung an die Implan-tatoberfläche nach erfolgtem Gewindevorschnitt (Abb. 4).
Die ohne Gewindevorschnitt inserierten Implantate waren schlechter osseointergriert, eine partiell bindegewebige Implantateinheilung wurde beobachtet (Abb. 5).
Im Interface zwischen Implantatoberfläche und Kno-chenregenerat konnten bei den Implantaten, bei denen
vor Insertion auf einen Gewindevorschnitt verzichtet wor-den war, sowohl im spongiösen Knochen der Stirn als auch im kortikalen Knochen der Tibia häufig Titanabriebpartikel nachgewiesen werden (Abb. 6).
Die polarisationsoptische Darstellung zeigte eine aniso-trope Ausrichtung der kollagenen Strukturen bis auf die Implantatoberfläche nach erfolgtem Gewindevorschnitt (Abb. 7). Bei Verzicht auf einen Gewindevorschnitt war eine funktionelle, anisotrope Konfiguration der interossä-ren Kollagenfibrillen im Interface auch nach 18-wöchiger Einheilzeit noch nicht vollständig ausgebildet (Abb. 8).
Bei fluoreszenzmikroskopischer Analyse der Knochen-schliffpräparate wurde sowohl im spongiösen als auch im kortikalen Knochen eine Frühosteogenese am Interface zwischen Implantatoberfläche und Knochenregenerat nach erfolgtem Gewindevorschnitt festgestellt (Abb. 9a). Bei den Implantaten, bei denen vor Insertion kein Gewinde präpariert worden war, war die Osteogenese am Interface verzögert (Abb. 9b).
4 Diskussion
In Fällen reduzierter Knochendichte, also im spongiösen D3-, D4-Knochen, wird in der zahnärztlichen Implantolo-gie häufig auf einen Gewindevorschnitt bei der Insertion von Schraubenimplantaten verzichtet. Vor diesem Hinter-grund war es daher wichtig im Rahmen der vorliegenden Untersuchung zu klären, ob auch bei der Verwendung der neu auf den Markt gebrachten epithetischen Ankylos-Schraubenimplantaten der Firma Dentsply Friadent (Fria-dent GmbH, D-Hanau) ein solches Vorgehen im spongiösen Knochen empfehlenswert ist.
Die in der Literatur veröffentlichen Ergebnisse verschie-dener Arbeitsgruppen, die das Einheilverhalten von Implantaten in Abhängigkeit von chirurgischem Vorgehen und Knochenqualität untersucht haben, sind voneinander abweichend.
Abbildung 6 Bindegewebige Inkorporation von Titanabriebpar-tikeln im Interface. Implantat nach 18 Wochen Einheilzeit im spongiösen Knochen der Stirn ohne erfolgten Gewindevorschnitt.
Toluidinblau (TB), 40x
Figure 6 Titanium particles enveloped with tissue between implant surface and bone site. Implant without pretapping at 18 weeks postoperatively. Toluidinblue (TB), 40x
Abbildung 7 Polarisationsoptische Darstellung der anisotropen Struktur des Lagerknochens. Implantat im spongiösen Knochen der Stirn bei erfolgtem Gewindevorschnitt nach 18 Wochen Ein-heilzeit. Toluidinblau (TB), 10x
Figure 7 18 weeks postoperatively the bone around implants after pretapping shows the typical anisotropical structure. Polarisa-tion, Toluidinblue (TB), 10x
Abbildung 8 Polarisationsoptische Darstellung eines teils bin-degewebig, teils knöchern inkorporierten Schraubenimplantats mit noch nicht vollständig ausgebildeter anisotroper Struktur des Lagerknochens. Implantat im spongiösen Knochen ohne Gewinde-vorschnitt nach 18 Wochen Einheilzeit. Toluidinblau (TB),10x Figure 8 18 weeks postoperativlely the bone around implants without pretapping does not show the typical anisotropi-cal structure. Polarisation, Toluidinblue (TB), 10x
Wiltfangund Mitarbeiter veröffentlichten 1998 eine Stu-die über das Einheilverhalten von verschiedenen extraora-len Implantatsystemen. Verglichen wurden die Knochenan-wachsraten inserierter Brånemark-Implantate mit Gewin-devorschnitt, zylinderförmiger IMZ-Implantate und selbst-schneidender, schraubenförmiger ITI-Implantate nach drei und sechs Monaten Einheilzeit. Alle getesteten Implantat-systeme waren zuverlässig osseointegriert, favorisiert hat die Arbeitsgruppe die selbstschneidenden extraoralen Implantate, die eine sehr gute Primärstabilität aufwiesen und leicht zu handhaben waren.
Während Strietzel empfiehlt, im kompakten, kortikalen Knochen auf selbstschneidende Implantatsysteme zu ver-zichten [15], fanden Wiltfang et al. keine Hinweise auf eine mögliche Implantatschädigung oder eine Knochen-überhitzung bei Verwendung der selbstschneidenden epi-thetischen ITI-Schraubenimplantate. Dieses Ergebnis deckt sich mit den Resultaten einer von Beckerund Mitar-beitern veröffentlichten klinischen Studie über die Anwen-dung unterschiedlicher extraoraler Implantatsysteme bei Patienten nach Exenteratio orbitae. Becker konnte keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Stabilität von selbstschneidenden Schraubenimplantaten und von Schraubenimplantaten mit vorgeschnittenem Gewinde feststellen [1]. Auch Schlegelund Mitarbeiter, die das
vor-Zu ähnlichen Resultaten führten histomorphologische Untersuchungen der Knochenreaktion um extraorale Schraubenimplantate beim Schaf von Lillund Mitarbeitern [6]. Sie verglichen die Knochenanwachsraten von extraora-len Schraubenimplantaten nach erfolgtem Gewindevor-schnitt mit denen von Titanschrauben mit selbstschnei-dendem Gewinde und fanden einen prozentual geringeren Implantat-Knochen-Kontakte bei den ohne Gewindevor-schnitt inserierten Implantaten.
Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung wurden his-tomorphologische und histomorphometrische Untersu-chungen an extraoralen Ankylos-Schraubenimplantaten durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl im kor-tikalen als auch im spongiösen Knochen der Implantat-Knochen-Kontakt bei den Implantaten signifikant höher war, bei denen vor Insertion ein Gewinde präpariert wurde im Vergleich zu den ohne Gewindevorschnitt eingebrach-ten Implantaeingebrach-ten.
Als wesentliche Faktoren für die signifikant schlechtere Osseointegration der Implantate, die ohne Gewindevor-schnitt inseriert worden sind, sind bei Verzicht auf einen Gewindevorschnitt die zusätzliche Traumatisierung der periimplantären knöchernen Lagerstrukturen durch Scher-kräfte, Kerbspannungen und Wärmeentwicklung sowie der lichtmikroskopisch beobachtete Titanpartikelabrieb von Bedeutung.
Durch die spezielle Gewindeform der sich nach apikal verändernden Flankentiefe und -form werden auf das Implantat einwirkende Kräfte vor allem nach apikal weiter-geleitet, was zu einer gewünschten Entlastung der zervika-len Zone führt [7]. Durch die sich verändernde Gewinde-krümmung und -tiefe kann ein optimales formkongruentes Implantatbett nur durch Verwendung der passenden Gewindeschneider geschaffen werden. Während der chirur-gischen Durchführung der Implantation im Rahmen dieser Untersuchung war ein Eindrehen der Implantate bei Ver-zicht auf einen Gewindevorschnitt insbesondere im dich-ten D1-, D2-Knochen der Tibia nur unter erhöhtem Kraft-aufwand möglich. Ein solch kraftforciertes Vorgehen führt zu einer ausgeprägten Hartgewebstraumatisierung. Durch Mikrofrakturen entstehen zwischen Implantat und Kno-chen größere Spalträume, die dann im Verlauf der Einheil-phase durch Knochenneubildung aufgefüllt werden müs-sen. Die Gefahr einer bindegewebigen Einheilung des Implantats, insbesondere bei einzeitigem Vorgehen und Frühbelastung der Implantate, ist somit deutlich erhöht.
Neben der Traumatisierung des Knochenlagers ist als wei-terer Faktor für die signifikant schlechtere Osseointegra-tion der Implantate, die ohne Gewindevorschnitt inseriert Abbildung 9 Fluoreszenzmikroskopische Darstellung unter
Blauanregung von Implantaten in der Stirn nach 18 Wochen Einheilzeit. Frühosteogenese am Interface zwei Wochen post implantationem nach erfolgtem Gewindevorschnitt (Abb. 9a), bei Verzicht auf einen Gewindevorschnitt ist die Osteogenese im Interface jedoch verzögert (Abb. 9b). BA=Blauanregung, 10x Figure 9 Fluorescence microscopy shows a delayed bone apposition of implants without pretapping. BA=Blue stimulation, 10x
C. Weimershaus, H.-A. Merten | Histologische Beurteilung eines extraoralen Implantatsystems 103
worden sind, der beobachtete Titanpartikelabrieb zu disku-tieren. Die durch Sandstrahlung rau-texturierte Titanober-fläche der Ankylos-Implantate ist im Vergleich zu glatten Titanoberflächen deutlich vergrößert und kann den Osseo-integrationsvorgang erwiesenermaßen positiv beeinflussen [5]. In der vorliegenden Untersuchung jedoch wirkte sich die so bearbeitete Titanoberfläche bei Verzicht auf einen Gewindevorschnitt durch abgelöste Titanpartikel bei Inser-tion der Schrauben negativ auf die OsseointegraInser-tion aus.
Während bei den mit Gewindevorschnitt eingebrachten Implantaten keine Titanpartikel periimplantär festgestellt wurden und alle Implantate zuverlässig osseointegrierten, konnten bei den Implantaten, bei denen auf einen Gewin-devorschnitt verzichtet worden ist, histologisch häufig Mikrotitanpartikel im Interface zwischen Titanschraube und Knochenregenerat nachgewiesen werden. Die Mikro-partikel lagen z. T. frei im Interface, z. T. inkorporiert in mehrkernigen Riesenzellen. Die Fremdkörperreaktion auf die Abriebpartikel behindert eine Kontaktosteogenese und erklärt die schlechtere Osseointegration der ohne Gewin-devorschnitt inserierten Implantate. Die beschriebene Abriebproblematik bei Verwendung von Titanschrauben und die daraus resultierenden Konsequenzen wurden eben-falls von anderen Arbeitsgruppen wie Lillet al. [6] und Schliephakeet al. [13, 14] beobachtet und diskutiert.
5 Schlussfolgerung
Aufgrund der experimentell gewonnenen Untersu-chungsergebnisse scheint es ratsam, bei der klinischen Anwendung der untersuchten epithetischen Ankylos-Schraubenimplantate sowohl im kortikalen Knochen als auch in Fällen reduzierter Knochendichte stets einen Gewindevorschnitt vor Insertion der Implantate durchzu-führen.
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Korrespondenzadresse:
Prof. Dr. Dr. H.-A. Merten
Abteilung für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie der Universitätsklinik Göttingen
Robert-Koch-Str. 40 37075 Göttingen
Membranen nicht penetrieren sollen, findet der nutritive Stoffwechsel jedoch statt. Die Mem-bran soll das beschädigte oder nicht mehr vorhandene Periost für einen Zeitraum ersetzen. Eine Barriere trennt beide Seiten vonein-ander und sollte daher nur für etwa 25 Tage belassen werden oder, wie die resorbierbare Cytoplast-Membran, in sieben bis acht Mona-ten voll resorbiert sein. Diese neue Membran besteht aus einem rein synthetischen Material, sodass eine materialbedingte immuno-logische Reaktion ausgeschlossen ist. Die Barrierefunktion der Membran bleibt für den Zeitraum erhalten, in dem die Wundheilung erfolgt und eine erste Regenerationsschicht gebildet wird.
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