Implantologie allgemein

Implantat, Oberflächenmodifikationen, Weichgewebeheilung, Osseointegration

Einfluss auf Osseointegration und periimplantäre Weichgewebeheilung


Ein zunehmender Trend zur Implantation in komplexen Fällen zeichnet sich in der dentalen Implantologie ab. Durch die Fortschritte in den chirurgischen Techniken können bereits heute Implantate auch bei ausgedehnten Hart-und Weichgewebedefiziten primärstabil inseriert werden. Die Langzeitstabilität der eingebrachten Implantate wird jedoch wesentlich durch den Verlauf der Osseointegration sowie die peri-implantäre Weichgewebeheilung beeinflusst. Vielfältige, aktuelle Forschungsbemühungen zielen vor diesem Hintergrund auf eine Modifikation der Implantatoberflächen durch ablative sowie additive Verfahren mit dem Ziel einer Optimierung der Heilungsvorgänge ab. Nachfolgender Artikel gibt einen Überblick über den Einfluss von Modifikationen der Implantatoberfläche auf Osseointegration und periimplantäre Weichgewebeheilung.

Der Einsatz enossaler, dentaler Implantate ist heute ein fest etabliertes Verfahren zur kaufunktionellen Rehabilitation unbezahnter Kieferabschnitte [15]. Bei Nachbeobachtungszeiträumen von mehr als fünf Jahren sind Erfolgsraten von über 95 % beschrieben worden [4]. Ein Trend zur Implantation in komplexen Fällen zeichnet sich durch den steigenden Altersdurchschnitt der Bevölkerung mit konkomitanter Zunahme der Multimorbidität in der dentalen Implantologie ab. Durch den gleichzeitig gestiegenen Anspruch an Lebensqualität kommt es zu einem erhöhten Bedarf an ästhetisch ansprechenden Implantat getragenen Restaurationen. Die lokoregionären Hart- und Weichgewebeverhältnisse sind für die erfolgreiche Insertion der Implantate gleichermaßen bedeutungsvoll. Ein ausreichendes vertikales und transversales Knochenangebot (vertikal: OK > 10 mm, UK = 7 – 10 mm; transversal OK und UK = 4 – 6 mm) ist Grundvoraussetzung für eine primärstabile Implantatverankerung im ortsständigen Knochen [8]. Konzepte zur Knochenlageraugmentation wie Sinusbodenelevation [19] oder Auf- und Anlagerungsosteoplastiken [25] ermöglichen jedoch auch die Implantatversorgung bei ausgedehnten Knochendefiziten.

Bezüglich des Weichgewebes ist eine ausreichend dimensionierte, keratinisierte Gingiva wesentliche Determinante des Implantaterfolges [10]. Diese sollte nach Empfehlungen von Berglundh und Lindhe eine Mindestbreite von 3 mm periimplantär nicht unterschreiten [2].

  • Abb. 1a: Management ausgedehnter Knochendefizite im Bereich der Maxilla. Das Orthopantomogramm verdeutlicht das erzielte vertikale Knochenangebot im Oberkiefer nach Augmentation mittels avaskulärer, kortikospongiöser Beckenkamm-Transplantate.
  • Abb. 1b: Orthopantomogramm nach Insertion von sechs enossalen Implantaten.
  • Abb. 1a: Management ausgedehnter Knochendefizite im Bereich der Maxilla. Das Orthopantomogramm verdeutlicht das erzielte vertikale Knochenangebot im Oberkiefer nach Augmentation mittels avaskulärer, kortikospongiöser Beckenkamm-Transplantate.
  • Abb. 1b: Orthopantomogramm nach Insertion von sechs enossalen Implantaten.

  • Abb. 1c: Nach Freilegung der Implantate erfolgte die Versorgung durch Innenteleskope…
  • Abb. 1d: … und einer Cover-denture-Prothese.
  • Abb. 1c: Nach Freilegung der Implantate erfolgte die Versorgung durch Innenteleskope…
  • Abb. 1d: … und einer Cover-denture-Prothese.

Vor allem bei lange bestehender Zahnlosigkeit persistiert meist nur ein schmales Band keratinisierter Gingiva im Bereich des Kieferkammes. Durch den freien Transfer eines Schleimhauttransplantates vom harten Gaumen kann eine ausreichend breite „attached Gingiva“ hergestellt werden (Abb. 2). Wobei die palatinale Spenderstelle meist komplikationsarm verheilt [9]. Unabhängig vom chirurgischen Management beeinflusst jedoch auch die Oberflächenbeschaffenheit der Implantate Osseointegration sowie periimplantäre Weichgewebeheilung. Nachfolgender Artikel gibt einen Überblick über den Einfluss von Modifikationen der Implantatoberfläche auf Osseointegration und peri-implantäre Weichgewebeheilung.

Oberflächencharakterisierung

Die Eigenschaften einer Implantatoberfläche werden maßgeblich durch ihre Topographie sowie ihre chemische Komposition determiniert [23]. Der wichtigste oberflächentopographische Parameter in der dentalen Implantologie ist die, durch den Sa-Wert beschriebene, Rauigkeit. An Hand ihrer Rauigkeit können Implantatoberflächen nach Albrektsson und Wennerberg in vier Gruppen eingeteilt werden:
1. glatte Oberflächen (Sa < 0,5 µm),
2. geringfügig raue Oberflächen (Sa = 0,5 – 1 µm),
3. moderat raue Oberflächen (Sa = 1 – 2 µm) und
4. raue Oberflächen (Sa > 2 µm), [1].

Jede Oberflächenmodifikation verändert sowohl Topographie als auch Komposition [11].

Osseointegration

Das chirurgische Trauma bei Implantatinsertion triggert komplexe, biologische Interaktionen auf Zell- und Molekülebene. Die Heilung des spongiösen Knochens verläuft dabei in drei, zum Teil überlappenden, Phasen:
1. Osseokonduktion,
2. Knochenneubildung und
3. Remodelling [5].

Die Osseokonduktion, die Rekrutierung osteogener Stammzellen an die Implantatoberfläche, stellt die wichtigste Phase der enossalen Knochenheilung dar [12]. Die Implantatoberfläche adsorbiert Fibrinogen, welches als „Adapter“ für die Adhäsion von Thrombozyten fungiert [3]. Die Thrombozyten werden ihrerseits an der Implantatoberfläche aktiviert und setzen verschiedene osteogene Wachstumsfaktoren frei. Fibrinogen wird proteolytisch in Fibrin gespalten, welches ein provisorisches, dreidimensionales Netzwerk um das Implantat bildet. Durch die, von den Thrombozyten sezernierten, Wachstumsfaktoren aktiviert wandern osteogene Stammzellen entlang des Fibringerüstes an die Implantatoberfläche.

  • Abb. 2.1: Management ausgedehnter Hart- und Weichgewebedefizite im Zusammenhang mit ektodermaler Dysplasie. a) Links: Präoperativ bestand bei der Patientin eine ausgeprägte Oligodontie mit ausgedehnter Atropie des zahnlosen Alveolarfortsatzes. b) Mitte und Rechts: Ein Verlust der
  • Abb. 2.2: c) Links: Bei der Patientin erfolgte der Knochenaufbau im Oberkiefer mittels Sinuslift beidseits. In Kombination mit einer Anlagerungsosteoplastik und im Unterkiefer durch Auf-und Anlagerungsosteoplastiken mit autogenem Knochen aus dem Beckenkamm. Nach einem Zeitintervall von 4 Wochen wurden pro Kiefer 6 enossale Implantate inseriert, die sich im postoperativen Orthopantomogramm knöchern konsolidiert darstellten. d) Mitte und rechts: Zur Schaffung einer ausreichend breiten „attached Gingiva“ wurde im Rahmen der Implantatfreilegung eine Gewebetransposition von oral nach vestibulär durchgeführt. Darüberhinaus erfolgte eine Vestibulumplastik mit freien Schleimhauttransplantaten vom harten Gaumen. Die Implantate wurden mit Brücken sowie Einzelkronen versorgt. Nach Behandlungsabschluss zeigte sich eine Harmonisierung des Profils.
  • Abb. 2.1: Management ausgedehnter Hart- und Weichgewebedefizite im Zusammenhang mit ektodermaler Dysplasie. a) Links: Präoperativ bestand bei der Patientin eine ausgeprägte Oligodontie mit ausgedehnter Atropie des zahnlosen Alveolarfortsatzes. b) Mitte und Rechts: Ein Verlust der "attached Gingiva" sowie eine reduzierte Höhe des unteren Gesichtsdrittels waren apparent.
  • Abb. 2.2: c) Links: Bei der Patientin erfolgte der Knochenaufbau im Oberkiefer mittels Sinuslift beidseits. In Kombination mit einer Anlagerungsosteoplastik und im Unterkiefer durch Auf-und Anlagerungsosteoplastiken mit autogenem Knochen aus dem Beckenkamm. Nach einem Zeitintervall von 4 Wochen wurden pro Kiefer 6 enossale Implantate inseriert, die sich im postoperativen Orthopantomogramm knöchern konsolidiert darstellten. d) Mitte und rechts: Zur Schaffung einer ausreichend breiten „attached Gingiva“ wurde im Rahmen der Implantatfreilegung eine Gewebetransposition von oral nach vestibulär durchgeführt. Darüberhinaus erfolgte eine Vestibulumplastik mit freien Schleimhauttransplantaten vom harten Gaumen. Die Implantate wurden mit Brücken sowie Einzelkronen versorgt. Nach Behandlungsabschluss zeigte sich eine Harmonisierung des Profils.

  • Abb. 2.3: Die Ästhetik der perioralen Region konnte deutlich optimiert werden.
  • Abb. 2.3: Die Ästhetik der perioralen Region konnte deutlich optimiert werden.

Diese Wanderung bedingt eine Retraktion der provisorischen Fibrinmatrix [18]. Die im weiteren Verlauf einsetzende Phase der Knochenneubildung ist durch eine an der Implantatoberfläche beginnende, nach peripher fortschreitende Abscheidung der organischen Knochenmatrix durch osteogene Zellen charakterisiert. Anschließend erfolgt die Mineralisierung der Matrix durch Calciumphosphat-Ablagerung. Nach Abschluss der ersten beiden Phasen der ossären Heilung ist ein fester biologischer Verbund zwischen Implantat und Knochen ausgebildet, die Osseointegration ist abgeschlossen.

In der darauf folgenden Remodellingphase wird durch resorptive Prozesse eine höhere Organisation des periimplantären Knochens erreicht [6].

Einfluss von Oberflächenmodifikationen auf die Osseointegration

Der Einfluss der Rauigkeit der Oberfläche auf die Osseointegration wurde umfassend untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass die Rauigkeit vor allem den Prozess der Osseokonduktion beeinflusst (Abb. 3). Mit zunehmender Rauigkeit kommt es zu einer Vergrößerung der Implantatoberfläche mit konsekutiver Erhöhung der Fibrinogenadsorptionskapazität und Aktivierungsrate der Thrombozyten. Darüberhinaus wird das Fibringerüst an rauen Oberflächen fester verankert [17]. Es herrscht allgemeine Übereinkunft, dass Implantate mit glatten (Sa < 0,5 µm) und geringfügig rauen Oberflächen (Sa = 0,5 – 1 µm) eine schlechtere Osseointegration zeigen als Implantate mit moderat rauen (Sa = 1 – 2 µm) und rauen Oberflächen (Sa > 2 µm). Darüberhinaus zeigte sich im Bereich moderat rauer Oberflächen eine bessere Knochenapposition als an rauen Oberflächen [23]. Da jedoch jede Anrauung der Oberfläche auch zu einer Veränderung ihrer chemischen Komposition führt, ist nicht klar, ob die beobachteten Effekte auf Veränderung in der Rauheit oder die konkomitante Veränderung der Komposition zurückzuführen sind [11].

Verschiedene organische und anorganische Beschichtungen wurden mit dem Ziel einer Optimierung der chemischen Komposition der Implantatoberfläche entwickelt. Die Beschichtung von Implantaten mit Extrazellulärmatrixpeptiden (z. B. Kollagen) wurde zur Verbesserung der Osseokonduktion (Abb. 3) mehrfach tierexperimentell evaluiert. Gemäß einer aktuellen Übereinkunft der European Association of Osseointegration (EAO) geht von der Oberflächenbeschichtung mit Peptidsequenzen der extrazellulären Matrix jedoch keine grundsätzliche Verbesserung der Osseointegration aus [11]. Eine Bioaktivierung durch Wachstumsfaktoren, wie Bone-Morphogenic-Protein (BMP)-2, ist ebenfalls ineffektiv.

Da BMP-2 zusätzlich den Knochenabbau aktiviert, kann eine derartige Beschichtung sogar die Osseointegration reduzieren [11]. Implantate mit einer dünnen Calciumphosphat (CaP)-Beschichtung wurden mit dem Ziel einer Verbesserung der Knochenmineralisierung in der Phase der Knochenneubildung (Abb. 3) vorgestellt [7]. Derartige Implantate zeigen tierexperimentell eine verbesserte Osseointegration im Vergleich zu unbeschichteten Kontrollen. Bestätigende klinische Studien stehen derzeit jedoch noch aus [11].

Peri-implantäre Weichgewebeheilung

Analog der ossären Heilung wird auch die Weichgewebeheilung in drei überlappende Phasen untergliedert:
1. inflammatorische Phase,
2. proliferative Phase und
3. Remodellingphase [20].

In der inflammatorischen Phase wird die Wunde von Makrophagen und polymorphkernigen Leukozyten repopuliert. Diese phagozytieren Zelldebris, schützen vor mikrobieller Kontamination und sezernieren Wachstumsfaktoren. Diese stimulieren die Proliferation von Fibroblasten, die Ausbildung einer neuen Epitheldecke sowie die Einsprossung von Gefäßen in das Wundgebiet. Die proliferative Phase der Wundheilung geht in die Remodellingphase über. In dieser kommt es zur Apoptose eines Großteils der Fibroblasten und zur Ausformung eines faserreichen, periimplantären Narbengewebes im Bereich der Implantatdurchtrittsstelle [21].

  • Abb. 3: Übersicht über den Einfluss von Oberflächentopographie und Komposition auf die Teilschritte der Osseointegration. Oberflächenrauheit sowie die Beschichtung mit organischen Faktoren, wie Extrazellulärmatrixproteine oder BMP-2, beeinflussen die Vorgänge der Osseokonduktion während anorganische Beschichtungen die Knochenneubildung unterstützen.
  • Abb. 4a: Histologische Darstellung der Entzündungsreaktionen in der periimplantären Mukosa. 12 Monate nach Implantation und transmukosaler Einheilung zeigte sich im Bereich der Durchtrittsstelle der glatten Implantatschulter eine milde Inflammation …
  • Abb. 3: Übersicht über den Einfluss von Oberflächentopographie und Komposition auf die Teilschritte der Osseointegration. Oberflächenrauheit sowie die Beschichtung mit organischen Faktoren, wie Extrazellulärmatrixproteine oder BMP-2, beeinflussen die Vorgänge der Osseokonduktion während anorganische Beschichtungen die Knochenneubildung unterstützen.
  • Abb. 4a: Histologische Darstellung der Entzündungsreaktionen in der periimplantären Mukosa. 12 Monate nach Implantation und transmukosaler Einheilung zeigte sich im Bereich der Durchtrittsstelle der glatten Implantatschulter eine milde Inflammation …

  • Abb. 4b: … während das periimplantäre Gewebe im Bereich der moderat rauen Schulter heftige Entzündungszeichen aufwies. HE-Färbung, Originalvergrößerung: 400 x.
  • Abb. 4b: … während das periimplantäre Gewebe im Bereich der moderat rauen Schulter heftige Entzündungszeichen aufwies. HE-Färbung, Originalvergrößerung: 400 x.

Einfluss von Oberflächenmodifikationen auf die periimplantäre Weichgewebeheilung

Während eine große Anzahl tierexperimenteller und klinischer Studien den Einfluss von Modifikationen auf die Osseointegration untersucht, gibt es bislang nur spärliche Daten bezüglich der Bedeutung der Implantatoberfläche für Heilung und Konsolidierung der Mukosa im Bereich der Implantatdurchtrittsstelle. In einer tierexperimentellen Studie untersuchten wir den Einfluss der Oberflächenrauigkeit der Implantatschulter auf periimplantäre Entzündungsparameter bei transmukosal einheilenden Implantaten. Nach einem Zeitraum von zwölf Wochen zeigte sich histologisch im Bereich der mukosalen Durchtrittsstelle der glatten Schulter eine milde, im Durchtrittsareal der moderat rauen Oberfläche jedoch eine heftige Entzündungsreaktion (Abb. 4).

Darüber hinaus wurde der Einfluss einer Bioaktivierung des transmukosalen Implantatbereiches auf die Weichgewebeheilung untersucht. Vor dem Hintergrund der zentralen Rolle des Glykoproteins Laminin 5 im Rahmen der Adhäsion des Mundschleimhautepithels an der Implantatoberfläche koppelten Werner et al. ein Laminin-5-Derivat an Titan. In-vitro-Versuche mit oralen, humanen Epithelzellen zeigten in der funktionalisierten Gruppe eine im Vergleich zur Kontrolle gesteigerte Proliferation. Diese Ergebnisse konnten durch Daten einer Pilotstudie in Hunden bestätigt werden [24]. Neben der epithelialen Adhäsion besitzt auch die Neovaskularisation eine herausragende Bedeutung für eine suffiziente Weichgewebeheilung. Der vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktor (VEGF), ein heparin-bindendes Glykoprotein, ist einer der wichtigsten Mediatoren der Angiogenese im Rahmen der Wundheilung [16]. In Folge seiner kurzen Halbwertszeit von 9 Stunden im Gewebe ist eine topische Applikation in Proteinform ineffizient [22]. Ein mögliches System zur verzögerten Freisetzung von VEGF stellt die extrakorporale Transfektion autologer Fibroblasten und deren Replantation in den Wundbereich, im Rahmen eines in-vivo Tissue-Engineering Ansatzes dar. Für diese Technik konnte bereits eine Verbesserung der Gefäßneubildungsrate [14] ohne detektierbare lokale oder systemische Nebenwirkungen [13] im Rattenmodell gefunden werden.

Fazit für die Praxis

Anhand der derzeit verfügbaren Daten aus tierexperimentellen und klinischen Studien lässt sich gegenwärtig keine „ideale“ Implantatoberfläche in Bezug auf ein funktionell und ästhetisch zufrieden stellendes, langfristiges Ergebnis definieren. Hinsichtlich der Oberflächentopographie sind jedoch moderat raue Oberflächen (Sa = 1 – 2 µm) im Bereich des Knochenkontaktes zu präferieren, während glatte Oberflächen (Sa < 0,5 µm) im Bereich der Durchtrittsstelle bevorzugt werden sollten. Bezüglich der Komposition kann aus der rezenten Literatur keine praxistaugliche Empfehlung abgeleitet werden.

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Bilder soweit nicht anders deklariert: Cornelia Katharina Müller , Stefanie Fröbisch , Stefan Schultze-Mosgau



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