Limpeza,
Preparação da Superfície e
dos Implantes Osseointegráveis
Master Screw®
Carlos
Nelson Elias*
Resumo
Apesar de não se conhecer a influência das impurezas
e contaminantes superficiais na osseointegração é necessário evitá-Ios adotando-se
procedimentos para se obter uma superfície com o mínimo de elementos químicos
ou partículas que prejudiquem a adesão do osso ao implante; o que pode levar
a áreas extensas de fibras colágenas e a não formação de osso novo ordenado
em íntimo contato com a superfície do implante. Neste trabalho amostras de implantes
Master Screw® foram submetidas a diferentes tempos de tratamento com ácido.
A análise das principais técnicas de limpeza, preparação e esterilização dos
implantes sem revestimento mostrou que não existem normas que definem os níveis
permitidos de impurezas na superfície dos implantes. Há consenso que os biomateriais
devem estar limpos no momento da inserção cirúrgica, o que é dependente
dos cuidados tomados durante o processo de fabricação, esterilização e manuseio
do implante durante o ato cirúrgico. E não existem estudos conclusivos
quanto a influência das impurezas na osseointegração.
1. Limpeza e Preparação da Superfície
Há trintas anos o uso de implantes dentários era controvertido.
Atualmente, aceita-se como mais lógico o emprego de implantes no lugar de próteses
removíveis e como preparação para restaurações fixas. Durante esses anos diversas
pesquisas foram feitas para se analisar a influência do acabamento do implante
e da qualidade de sua superfície na osseointegração. No entanto, não há um consenso
entre os pesquisadores na definição da melhor superfície para induzir a osseointegração.
Nos trabalhos realizados por Branernark e outros pesquisadores 2.3.4. analisou-se
a influência de diversos parâmetros na resistência da interface osso-implante.
Todos recomendam que a superfície do implante deve ser isenta de impurezas,
não definindo o nível de contaminação aceitável ou identificando as mais prejudiciais.
Diante desta incerteza, procura-se produzir implantes com o mínimo possível
de contaminação superficial para se evitar problemas desconhecidos que podem
advir no futuro. Um dos motivos deste desconhecimento pode ser atribuído ao
pouco tempo de uso intensivo dos implantes osseointegráveis.
A contaminação superficial dos implantes pode ter origem
na limpeza incorreta durante a fabricação, manuseio do implante com ferramentas
inadequadas durante a cirurgia ou até mesmo devido a falta de profilaxia do
paciente após a cirurgia. Há possibilidade, sem comprovação, de ocorrer a contaminação
com ferro ou outro elemento químico, devido ao manuseio do implante com pinças
de aço inoxidável durante o ato cinírgico.
A principal causa da contaminação dos implantes ocorre
durante a fabricação. Para que a usinagem dos implantes (torneamento, furação
e fresagem) seja realizada é necessário que as ferramentas sejam resfriadas
para a manutenção da sua capacidade de corte. O resfriamento é feito com líquidos
direcionados sobre as ferramentas e na maioria das vezes emprega-se óleos de
corte com composições variadas que deixam a superfície do implante impregnada.
Após a usinagem, vários banhos químicos são propostos para realizar a remoção
destes óleos. Às vezes os banhos de desengraxe possuem atividade agressiva ao
titânio e modificam suas características tribológicas, em especial a sua rugosidade,
composição dos óxidos de titânio da camada externa e a energia superficial.
Considerando que as características morfológicas da
superfície do titânio são de fundamental importância na fabricação dos implantes,
as primeiras etapas de limpeza devem ser realizadas para remover cavacos
de usinagem e retirada do óleo de corte. Estas etapas podem ser executadas por
sucessivas imersões dos implantes em soluções alcalinas com agitação por meio
de ultra som, intercalando-se as imersões com lavagens em água corrente.
Existem normas de fabricação, que citam algumas operações
necessárias para a remoção de graxas, óleos, resíduos de usinagem e descontaminação,
entre elas a norma ASTM F86-91 Standards Practice for Surface Preparation and
Marking of Metallic Surgical Implants, ASTM F67-89 Standard Specification for
Unalloyed Titanium for Surgical Implant Applications e ASTM B600-74 Standard
Recommended Practice for Descaling and Cleaning Titanium and Titanium Alloy
Surfaces. Nestas normas, a importância da garantia de uma boa limpeza da superfície
dos implantes está associada à remoção de todas as impurezas superficiais para
dar condições de formação de uma camada de óxidos de titânio com espessura e
composição que induza a interação entre o organismo e o implante. É reconhecido
que contaminações das superfícies dos implantes, como resultado de métodos de
limpeza e esterilização inadequados ou manuseio errado dos implantes durante
o procedimento cirúrgico podem causar falhas na osseointegração, mesmo
após os implantes permanecerem em função durante anos.
Uma limpeza deficiente, bem como a contaminação durante
a cirurgia, podem acarretar um processo inflamatório ou até mesmo infeccioso.
Esta reação de defesa se prolonga até o reparo, que é a etapa em que um novo
tecido é formado na área afetada. Tanto a inflamação quanto o reparo, quando
excessivos, podem levar à lesão celular ou ao prejuízo da função do órgão. Na
cavidade bucal, o processo de reparação é mais rápido do que nos demais sítios
do corpo humano.
A limpeza dos implantes Master Screw® (Conexão Sistema
e Próteses) é iniciada pela imersão em solventes orgânicos para a remoção de
óleos, graxas e outros contaminantes. Mostra-se na figura 1 a superfície de
um implante Master Screw® após a limpeza, pode-se observar que a superfície
apresenta ausência de contaminantes orgânicos. A remoção das impurezas aderidas
à superfície poderia ser feita por meio da imersão em solução alcalina aquecida,
aplicação de técnicas eletrolíticas ou imersão em solução ácida.
Além da limpeza com soluções químicas pode-se realizar
a descontaminação dos implantes por meio mecânico. O procedimento mais comum
de limpeza mecânica é o jateamento abrasivo seguido de limpeza em ultra-som
e autoclavagem. Utiliza-se, como fase complementar da limpeza mecânica, a imersão
dos implantes em soluções químicas ácidas para remover eventuais camadas com
elevada tensão residual da superfície. Este procedimento, empregado na fabricação
dos implantes da "Implant Innovations Inc.", além de limpar
a superfície, aumenta a sua rugosidade, a qual facilita a atuação dos mecanismos
da osseointegração.
Após a limpeza grosseira dos implantes Master ScreW®
com detergentes faz-se o tratamento ou preparação da sua superfície em laboratório.
O tratamento da superfície cresce de importância se considerarmos que todas
as reações primárias que ocorrem na interface implante-osso possuem nível atômico
e são dependentes da composição química da superfície e da sua microestrutura.
Comercialmente, pode-se utilizar seis tipos de tratamento superficiais dos implantes
com o objetivo de alterar sua rugosidade: tratamento com ácidos, jateamento
com sílica, jateamento com óxido de alumínio, jateamento com plasma de titânio,
tratamento superficial com laser e jateamento com hidroxiapatita. Existem
outros tipos de tratamentos superficiais dos implantes, os quais são empregados
comercialmente em menor escala ou encontram-se em desenvolvimento nos laboratórios
de pesquisa.
1 - Morfologia da superfície
de um implante Master Screw® após
a limpeza e antes da preparação da superfície com ataque
ácido
2 - Variação da morfologia da superfície de amostras não
comerciais de implantes Master Screw® submetidas ao tratamento com ácido
durante tempos diferentes
a) ataque durante 0,5 minutos.
b) ataque durante 1,0 minutos
c)
ataque durante 20 minutos
3 - Superfície de um implante de titânio submetido ao jateamento.
Observa-se a presença de partículas contaminantes.
4 - Morfologia da superfície de um implante comercial Master Screw®
No tratamento com ácido é possível obter
superfícies dos implantes com diferentes rugosidades, a qual depende do tipo
de ácido, tempo e temperatura de ataque. Mostra-se na figura 2 as superfícies
de amostras de implantes não comerciais Master Screw® tratadas com ácido
durante tempos diferentes. Pode-se observar que as rugosidades variam com o
tempo de imersão, são homogêneas e elevam a área superficial ativa.
O jateamento aumenta significativamente
as microcavidades mas, há a formação de uma microcamada com tensões residuais
compressivas e em alguns casos as partículas usadas no jateamento ficam incrustadas
na superfície do implante contaminando-o. Mostra-se na figura 3 a superfície
de um implante submetida ao jateamento com partículas, na qual observa-se partículas
de silício oriundas do processo. Os níveis de valores das tensões residuais,
devido ao jateamento, dependem da dureza e distribuição granulométrica das microesferas,
quanto maior a distribuição granulométrica, mais heterogênea a distribuição
das tensões. O aparecimento de tensões residuais heterogêneas cria pilhas galvânicas
e reduzem a resistência à corrosão dos materiais metálicos: Os efeitos da tensão
residual na osseointegração são desconhecidos.
Segundo a Patente PI 9509934-4
A, pertencente a Implant Innovations Inc, após a limpeza do implante deve-se
remover a camada nativa de óxido e a seguir realizar o tratamento final da superfície
para se obter a morfologia desejada. Nesta Patente, a camada nativa de óxido
é definida como sendo a camada de óxido que se estende da superfície até a região
em que a energia do perfil de oxigênio medida em um espectrômetro de elétron
Auger diminui pela metade. Como citado na Patente, a remoção da camada de óxido
pode ser realizada pela imersão do implante em ácido fluorídrico ou mediante
tratamento com plasma.
A última etapa da preparação da superfície
consiste no tratamento químico de passivação da superfície, normalmente realizada
com ácido nítrico.
Apesar de se compreender a necessidade
da limpeza da superfície dos implantes para a garantia do sucesso do tratamento,
até a presente data não está bem estabelecida a influência de pequenos percentuais
de alguns contaminantes na biocompatibilidade do titânio. Ameen e col.5 analisaram
a
superfície de implantes fornecidos pelo fabricante Nobelpharma e constataram
a presença de diferentes níveis de impurezas de hidrocarbonetos e de elementos
como Ca, P, Na, Si, Pb, entre outros.
Binon e col 6 analisaram a superfície de implantes Nobelpharma
e Swede Vent, tratados com ácido, Osseodent tratados com descarga de radiofrequência
e Implant Innovations tratados com ácido fosfórico.
As análises por EDX mostraram que os implantes Swede-Vent e Implant Innovations
apresentaram contaminação superficial com Si. A origem do Si foi atribuída ao
óleo de corte. Identificou-se também nesses implantes traços de O, F, Ca e Na,
possivelmente devido à água. Os Implant Innovations apresentaram traços de P,
atribuído ao ataque com ácido fosfórico usado na limpeza da supetfície. A análise
com Auger mostrou que os implantes Nobelpharma possuem na superfície Ti, O e
pequena concentração de S, C e Ca. Na análise com Auger os implantes Osseodent
apresentaram Ti, O e pequena concentração de Si e S. A origem da contaminação
com Si foi atribuída ao quartzo usado na limpeza por descargas de radiofrequência.
Estes resultados mostram que mesmo tomando-se cuidados no processamento, dificilmente,
consegue-se uma superfície do implante isenta de contaminantes. Elias e Lima
7 analisaram 25 tipos de implantes comercializados no Brasil e verificaram que,
mesmos os implantes, classificados pelos profissionais da área de implantodontia,
como sendo de excelente qualidade, apresentam traços de impurezas na supetfície.
Pebe e col 8 constataram que os implantes tratados com
ácido apresentam maior resistência ao torque que os implantes jateados ou apenas
usinado. No entanto, em análise histológica não observaram grandes diferenças
no percentual de contato osso-implante. Silva e col 9 após jatearem a superfície
de implantes com partículas de alumina, observaram as amostras em microscópio
eletrônico de varredura e detectaram nas análises com XPS e EDX a presença de
oxigênio, alumínio e carbono.
Bair e col 3 verificaram que a espessura da camada de proteínas que se forma
na superfície dos implantes, após 10 dias de implantação, depende do nível da
energia superficial. A espessura da camada de proteínas aumenta a medida que
a energia superficial aumenta. Observações histológicas feitas em implantes
com alta energia de supetfície indicaram que eles possuem camadas de proteínas
com maior espessura do que os com baixa energia, revelando que a atividade celular
foi mais intensa nestes espécimes. Quando os implantes, com baixa energia de
superfície, foram mecanicamente separados da cápsula tecidual e inspecionados
imediatamente ao microscópio, verificou-se que o tecido mole da superfície do
implante ocorreu na maior parte da superfície. Baier e col 3 ao examinarem os
tecidos do hospedeiro em contato com implantes com baixa energia de superfície,
verificaram que as células permaneceram com seu aspecto globular, quase esférico,
além de perder sua aderência, podendo ser facilmente separadas umas das outras.
O aspecto globular destas células permitiu identificá-las histologicamente como
fibroblastos, as quais foram caracterizadas em meio de cultura de pratos de
plástico normais. O aspecto globular destas células esta associado a um pobre
crescimento celular em culturas, não estando relacionado a atividade normal
dos fibroblastos no processo de cicatrização de feridas.
2. Esterllização
Após a limpeza e preparação da superfície os implantes
são embalados e finalmente submetidos a esterilização. Nesta etapa, dependendo
do processo, a morfologia da superfície do implante não sofre qualquer alteração.
Diversas técnicas têm sido empregadas para esterilizar os implantes, dentre
elas a esterilização com raios gama, em câmara de luz ultra-violeta, óxido de
etileno, plasma de argônio, autoclave, descarga de radio frequência e esterilização
dinâmica. Alguns autores destacam que as técnicas de radiofrequência e com luz
ultra-violeta, por produzirem superfícies com níveis de energia superiores,
são vantajosas em relação a técnica de autoclave. Singh e Schaafo obtiveram
resultados semelhantes, eles implantaram pinos de titânio tratados pelos métodos
de autoclave, descarga de radiofrequência e esterilização dinâmica e observaram
que os implantes tratados em autoclave apresentaram uma resposta ao tecido hospedeiro
muito inferior a dos implantes tratados pelos dois últimos métodos. Estes resultados
foram atribuídos, por Singh e Schaafo à alta tensão superficial produzida pelos
métodos.
Huré e col.11 comparando dois implantes rosqueados comerciais,
Euroteknika e Nobel Biocare, concluíram que o tratamento superficial para realizar
a esterilização não influencia na interface implante-osso. Em suas pesquisas
os implantes Nobel Biocare foram tratados superficialmente com ar quente seco
e os Euroteknika com descarga de radiofrequência. Os implantes tratados com
ar quente apresentaram uma espessa camada de óxido. A bioatividade ou biocompatibilidade
é associada à camada de óxido, enquanto que outros autores atribuem a bioatividade
dos implantes tratados com descarga de radiofrequência à diminuição da espessura
da camada de óxido e a consequente reatividade superficial.
Keller e Draugh 12 analisaram o crescimento de células
em amostras de implantes de titânio tratadas de maneiras diferentes. As amostras
foram polidas com pasta de diamante com granulometria de 1 mm, limpas com acetona,
lavadas em água destilada durante 15 minutos, passivadas com solução HNO3, conforme
recomendação da Norma ASTM F86 e, submetidas a esterilização por três meios:
em autoclave (121 °C, 15 minutos), exposição a etileno gasoso (130 °C,
10 psi, 3 horas) e imersão em etanol (20 minutos). Na tabela 1 são mostrados
os resultados das medidas do pH da superfície e o ângulo de contato da água
obtidas por Keller e Draugh.
Tabela 1: Variação do pH e do ângulo de contato da água
na superfície de implantes de Ti tratados por diferentes processo 12.
|
Tratamento
|
PH
|
Ângulo
contato
|
Camada
óxido (Å)
|
|
Passivação
NHO3
|
3-4,6
|
51,6
|
30
|
|
Esterilização
autoclave
|
3-4,6
|
65,1
|
250
|
|
Esterilização
etileno
|
3-4,6
|
54,3
|
50
|
|
Tratamento
etanol
|
3-4,6
|
33,7
|
50
|
Em seu trabalho, Keller
e Draugh 12 observaram que as esterilizações empregadas aumentam a espessura
da camada de óxido da superfície dos implantes, ocorrendo mudança de coloração
com o aumento da espessura. A maior alteração ocorreu com o tratamento em autoclave,
este tratamento, segundo estes pesquisadores, aumenta a energia por unidade
de superfícíe do implante e reduz o número de células aderidas na superfície
da amostra em relação a amostra passivada. A energia superficial dos implantes
foi quantificada pela variação do ângulo de contato da água. As amostras tratadas
com etileno apresentaram o menor número de células fibroblasto aderidas na superfície,
as tratadas com autoclave o maior número de células e as tratadas com álcool
apresentaram número intermediário entre os dois tratamentos citados.
Os resultados citados mostram que os dado da literatura são
contraditórios. Possivelmente, por empregarem técnicas de análise e condições
de ensaios diferentes. Mostra-se na Figura 4 a morfologia característica da
superfície de um implante comercial Master Screw®.
Conclusões
1. Pode-se obter implantes osseointegráveis sem revestimento
com uma grande variação de morfologia mediante tratamento de sua superfície
com ácido.
2. Não existem normas ou estudos conclusivos que determinam
os níveis aceitáveis de contaminação superficial dos implantes.
Agradecimentos
Ao Projeto Recope-RJ REDECOR e CNPq pelo apoio financeiro. A Conexão Sistemas
de Próteses pelo fornecimento de amostras do implante Master Screw® e por
permitir o uso de seus laboratórios para a realização dos testes de limpeza
e preparação da superfície dos implantes.
Bibliografia