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1 Capitolo 7 - DOVE L OSSO NON C è OVVERO LA RICOSTRUZIONE DELLE CRESTE ALVEOLARI ATROFICHE Capitolo 7 DOVE L OSSO NON C è OVVERO LA RICOSTRUZIONE DELLE CRESTE ALVEOLARI ATROFICHE a cura di Vittoria Perrotti Giovanna Orsini Guido Novello Antonio Scarano Maurizio Piattelli Orazio Martini Fabrizio Morelli Lorenzo Ravera 69

2 Implantologia Pratica 70

3 Capitolo 7 - DOVE L OSSO NON C è OVVERO LA RICOSTRUZIONE DELLE CRESTE ALVEOLARI ATROFICHE LE ATROFIE OSSEE DEI MASCELLARI a cura di Vittoria Perrotti Giovanna Orsini 71

4 Implantologia Pratica Introduzione Le ossa mascellari si distinguono dagli altri distretti dell organismo poiché presentano un caratteristico riassorbimento dei processi alveolari. Infatti, in assenza di riabilitazione protesica, in una bocca totalmente edentula si innescano una serie di alterazioni morfologiche, che hanno come risultato un atrofia cosiddetta da non uso (fig. 1-3). La prima formazione ad essere interessata da queste modificazioni è il processo alveolare, che va incontro ad una riduzione, prima in ampiezza e poi in altezza, a carattere progressivo ed in senso centripeto. L entità del riassorbimento ha la massima espressione nei primi tre mesi dopo un estrazione, si riduce dopo sei mesi e tende ad una relativa stabilizzazione tra il primo e il secondo anno. Se l atrofia è di grado moderato, il processo alveolare assume forma a U ed è ricoperto da osso compatto; in caso di atrofia più accentuata, diviene sottile e acuto; se infine l atrofia è grave, può scomparire completamente 1. 72

5 Capitolo 7 - DOVE L OSSO NON C è OVVERO LA RICOSTRUZIONE DELLE CRESTE ALVEOLARI ATROFICHE Classificazione e Anatomia dei mascellari atrofici Nella letteratura scientifica degli ultimi anni sono state proposte numerose classificazioni del riassorbimento osseo nei mascellari edentuli 2-7. La più versatile, da un punto di vista clinico, resta quella di Cawood e Howell 8 del 1988, in base alla quale, sia nella mandibola che nel mascellare superiore, si possono distinguere sei classi: * Classe I: alveolo con elemento dentario; * Classe II: alveolo post-estrattivo; * Classe III: cresta alveolare post-estrattiva tardiva; * Classe IV: cresta a lama di coltello, di altezza adeguata, ma spessore insufficiente; * Classe V: cresta piatta sia in altezza sia in spessore; * Classe VI: cresta depressa. Come precedentemente accennato, la perdita di elementi dentari provoca un evoluzione in senso atrofico dei tessuti di sostegno, caratterizzata da modificazioni scheletriche che portano ad una considerevole alterazione nella configurazione delle ossa residue in corrispondenza del mascellare superiore e della mandibola. Il riassorbimento osseo ha un andamento centripeto nel mascellare superiore e centrifugo nella mandibola, poiché viene condizionato dal diverso sviluppo morfologico che i processi alveolari hanno nelle due arcate Questo processo involutivo della cresta ossea comporta, inoltre, modificazioni nella qualità e nella quantità dei tessuti molli di rivestimento, con riduzione o perdita totale della gengiva fissa cheratinizzata ed esuberanza di mucosa alveolare mobile 11. In corrispondenza del mascellare superiore, si osserva spesso un restringimento dell arcata dentale. Nella regione molare questo restringimento è di solito trascurabile, mentre risulta molto pronunciato nella regione premolare, canina e incisiva. La riduzione del raggio di curvatura dell arcata superiore è determinata dall obliquità vestibolare del processo alveolare, che segue l inclinazione assiale degli elementi dentari 1. Nella mandibola, il riassorbimento del processo alveolare ha un andamento centrifugo, che provoca un allargamento dell arco residuo nella regione dei molari, determinato dall inclinazione linguale dei molari mandibolari e dei loro processi alveolari. Nella regione anteriore della mandibola, le modificazioni dell arcata variano individualmente in seguito alla diversa inclinazione dei canini e degli incisivi inferiori 1. Se l atrofia da non uso coinvolge altre regioni del mascellare superiore e della mandibola, l osso residuo può entrare in rapporto con formazioni che normalmente sono molto lontane dal processo alveolare. In corrispondenza del mascellare superiore, la spina nasale anteriore può trovarsi a sporgere quasi all estremità anteriore della cresta residua ed il processo zigomatico può partire direttamente dai suoi settori latero-posteriori. In corrispondenza delle porzioni posteriori, l atrofia può spingersi così indietro da raggiungere l uncino del processo pterigoideo e farlo divenire sporgente al di sotto della cresta alveolare. In casi di atrofia estrema, il pavimento del seno mascellare può presentarsi assottigliato e discontinuo in più punti. Nel processo alveolare inferiore, quando l atrofia si estende alla parte superiore del corpo della mandibola, la cresta ossea può scendere fino a livello della protuberanza mentoniera in avanti, e a livello delle spine mentali al Fig. 1 e 2 Atrofia del processo alveolare del mascellare superiore. Si osserva osso maturo con ampi spazi midollari. Colorazione eseguita con blu di toluidina e fucsina acida. 10X Fig. 3 Atrofia del mascellare superiore. Sono presenti scarse trabecole ossee. Colorazione eseguita con blu di toluidina e fucsina acida. 4X 73

6 Implantologia Pratica di dietro della lamina mentale. Nella regione distale, questo processo involutivo può raggiungere la linea obliqua e, in casi di estrema atrofia da non uso della mandibola, il margine superiore dell osso può avvicinarsi gradualmente a livello del canale mandibolare e del foro mentoniero. La parete superiore del canale mandibolare può divenire estremamente sottile e discontinua in più punti. Se l atrofia mandibolare raggiunge un grado estremo, la cresta alveolare può scendere al di sotto del fondo del solco sottolinguale e le ghiandole sottolinguali possono anche sporgere sopra il livello della cresta alveolare. In casi di atrofia pronunciata, anche i frenuli e le inserzioni muscolari possono assumere una posizione superficializzata 12. Eziopatogenesi delle atrofie dei mascellari La causa principale delle atrofie dei mascellari è rappresentata dalla perdita degli elementi dentari, che può avvenire in seguito a carie, affezioni parodontali, combinazione delle precedenti e restauri traumatici (otturazioni, corone, protesi); mentre il numero dei denti perduti in seguito a motivi puramente chirurgici è modesto. Con il passare degli anni, aumenta il contributo delle affezioni parodontali alla perdita di elementi dentari, mentre pare diminuire il contributo apportato dalla carie. Per quanto riguarda le influenze sistemiche è fondamentale valutare il metabolismo del calcio e i fattori ad esso correlati, ossia tutte le situazioni in cui si ha un diminuito apporto di questo elemento: diete povere di calcio, malattie da malassorbimento e patologie connesse ad inadeguato assorbimento della vitamina D. Gli organi deputati all assorbimento del calcio sono rappresentati dal fegato, dai reni e dall intestino: qualsiasi alterazione della funzionalità di questi apparati è in grado di creare malassorbimento della vitamina D, elemento indispensabile per l utilizzo del calcio a livello osseo. Molto importante è il ruolo del metabolismo dell ormone paratormone, anche se paradossalmente uno studio condotto da Lekkas non è stato in grado di evidenziare una correlazione significativa tra iperparatiroidismo e altezza residua della cresta alveolare 13. È altresì nota la stretta correlazione esistente tra osteoporosi e menopausa, che si traduce in una relazione diretta tra diminuzione di 17 beta estradiolo, ormone di produzione ovarica, e densità ossea. Gli estrogeni svolgerebbero anche un azione positiva, promuovendo la trasformazione di calcifediolo in calcitriolo, che è il metabolita più efficace nello stimolare l assorbimento intestinale del calcio. Il bilancio negativo delle donne in menopausa potrebbe essere correlato anche ad un aumentata produzione di interleuchina1(il-1), che rappresenta un potente stimolatore del riassorbimento osseo Principi Guida per il Trattamento Terapeutico Le attuali possibilità riabilitative dei pazienti con mascellari atrofici di classe IV, V, VI prevedono l impiego di tecniche di rigenerazione ossea, da sole o combinate a diverse tecniche accrescitive (trattate in capitoli specifici), al fine di ottenere un ripristino dei tessuti andati perduti in parte o totalmente e quindi consentire un adeguata metodica implantare (fig. 4, 5). Brusati e coll. hanno evidenziato come sia essenziale ristabilire i rapporti tridimensionali scheletrici maxillo-mandibolari, ripristinando i tessuti di sostegno prima o contemporaneamente al posizionamento di impianti 16. È necessario inoltre scegliere accuratamente il protocollo chirurgico da applicare, anche perché ci si può trovare di fronte a quadri clinici estremamente eterogenei in cui, in zone diverse dell arcata di uno stesso paziente, ci sono diversi gradi di riassorbimento Per quanto riguarda la scelta di una metodica implantare, essa dipenderà dall orientamento clinico del chirurgo e dalle diverse esigenze protesiche Il trattamento implanto-protesico rappresenta il trattamento principe nella riabilitazione della mandibola edentula 22. In particolare, la zona di elezione è rappresentata dalla regione frontale o interforaminale, che generalmente conserva una sufficiente quantità d osso in altezza per consentire l inserimento di impianti dentari 20. Nei casi gravemente atrofici è spesso necessario ricorrere alla terapia di rigenerazione ossea guidata e ad innesti di osso autologo o biomateriali alloplastici. Queste metodiche possono essere utilizzate in combinazione. Fig. 4 e 5 Mascellare superiore post sinus lift a 3 mesi. Il tessuto osseo si presenta maturo e ricco di lacune osteocitarie. Colorazione eseguita con blu di toluidina e fucsina acida. 4X 74

7 Capitolo 7 - DOVE L OSSO NON C è OVVERO LA RICOSTRUZIONE DELLE CRESTE ALVEOLARI ATROFICHE PROCEDURE CHIRURGICHE RIABILITATIVE a cura di Guido Novello 75

8 Implantologia Pratica Introduzione e classificazione dei difetti ossei Nell obiettivo di mantenere il principio dell implantologia guidata protesicamente e quindi di garantire solide basi strutturali ad impianti di adeguate dimensioni per una protesi congrua che ripristini funzioni ed anche estetica, abbiamo spesso la necessità di utilizzare alcune tecniche chirurgiche accessorie per compensare difetti ossei, di svariate origini, che interrompono la continuità dell arcata alveolare o non danno sufficienti dimensioni quali e quantitative per ospitare gli impianti preposti al carico masticatorio. L origine di questi difetti può essere traumatica, da avulsione dentarie con o senza fratture alveolari; iatrogena, dall uso incongruo di protesi mobili a supporto mucoso, in particolare nelle malocclusioni (2 a e 3 a classe scheletrica con riassorbimenti dei gruppi frontali inferiori e superiori); esito di parodontopatie, le più frequenti e ad andamento più rapido perché supportate da infezioni batteriche; metaboliche, esito di malattie sistemiche (osteoporosi, diabete, menopausa, paratiroidismi, fumo) che interessano il metabolismo del calcio. Il risultato è un cambiamento morfologico delle ossa mascellari, con un abbassamento strutturale dell anatomia della cresta alveolare sui tre piani dello spazio, che crea, in funzione del distretto interessato, abbassamenti verticali della cresta, assottigliamenti in spessore fino a ridurla alle corticali, avvallamenti trasversali con difetti monocorticali o andamenti a becco della cresta. Dal punto di vista biodinamico la conseguenza più eclatante che rileviamo negli abbassamenti verticali è l aumento dello spazio interocclusale, soprattutto nei settori diatorici, che nelle riabilitazioni protesiche può portare all inversione del rapporto corona-radice (1/3 : 2/3). Questo richiederà particolare attenzione in fase di progettazione protesica, per la distribuzione dei carichi in funzione del numero degli impianti, delle dimensioni della struttura protesica, degli spessori e forma della travata. Il difficile compromesso sarà di natura estetica per l aumentata dimensione dei denti, per la perdita del profilo corticale, per la riduzione del supporto labiale e alterati profili di emergenza che richiedono particolari manovre igieniche di mantenimento. Ora se è possibile accettare compromessi di natura estetica al fine di ottimizzare la funzione nei settori diatorici, non ci è concesso nei gruppi frontali che partecipano nei rapporti relazionali nel principio del sorriso. Logica conseguenza sarà il nostro impegno, nell ambito di una progettazione riabilitativa, di ricostruire quei difetti ossei e mucosi che possono compromettere l estetica dei gruppi frontali e la funzione dei settori masticanti. Tra le molte classificazioni proposte in letteratura ritengo quella HVC di Wang 1 (fig. 1) la più semplice e di immediata lettura ai fini dell orientamento terapeutico da adottare per la soluzione dei casi (tab. 1). Questi difetti ossei li possiamo classificare in: 1) verticali per una insufficiente altezza della cresta alveolare; 2) trasversali per difetti in larghezza della cresta alveolare; 3) misti che contemplano entrambe le esigenze. Fig. 1 Classificazione HVC dei difetti della cresta.(tratto da Hom-Lay Wang, Khalaf Al-Shammari Classificazione HVC di difetti della cresta: una classificazione ad orientamento terapeutico. Int J Periodontics Restorative Dent 2002; 22: ). 76

9 Capitolo 7 - DOVE L OSSO NON C è OVVERO LA RICOSTRUZIONE DELLE CRESTE ALVEOLARI ATROFICHE Classe di difetto Protesi fissa Impianto H-s Procedura di arrotolamento Procedura a borsa Innesto di tessuto molle inlay Procedure di espansione della cresta Innesti monocorticali a inlay/onlay GBR H-m Procedura a borsa Innesto di tessuto molle inlay Innesti monocorticali a inlay/onlay GBR H-l Innesto di tessuto molle inlay Innesto interposizionale Innesti monocorticali a inlay/onlay GBR V-s Innesto interposizionale Estrusione ortodontica GBR V-m Innesto interposizionale Innesto di tessuto molle inlay Estrusione ortodontica GBR Innesti ossei onlay Distraction osteogenesis V-l Innesto interposizionale Innesto di tessuto molle inlay (scarsa prevedibilità) GBR Innesti ossei onlay Osteogenesi a distrazione C-s Combinazione di procedure d innesto del tessuto molle Innesti monocorticali a inlay/onlay GBR C-m C-l Combinazione di procedure d innesto del tessuto molle (scarsa prevedibilità) Difficile da correggere. Si può migliorare trasformandolo in un piccolo difetto con procedure combinate di innesto del tessuto molle Combinazione di GBR, innesti monocorticali inlay/onlay e osteogenesi a distrazione Difficile da correggere Grandi innesti in blocco extraorale (tibia, costola, volta del cranio). Necessarie procedure multiple Tab. 1 Classificazione HVC e orientamento terapeutico da adottare per la risoluzione dei casi. (Tratto da Hom-Lay Wang, Khalaf Al-Shammari Classificazione HVC di difetti della cresta: una classificazione ad orientamento terapeutico. Int J Periodontics Restorative Dent 2002; 22: ). 77

10 Implantologia Pratica 78

11 Capitolo 7 - DOVE L OSSO NON C è OVVERO LA RICOSTRUZIONE DELLE CRESTE ALVEOLARI ATROFICHE TECNICHE rigenerative 79

12 Implantologia Pratica 80

13 Capitolo 7 - DOVE L OSSO NON C è OVVERO LA RICOSTRUZIONE DELLE CRESTE ALVEOLARI ATROFICHE I biomateriali a cura di antonio Scarano maurizio Piattelli 81

14 Implantologia Pratica L elevata percentuale di successi ottenuta in pazienti riabilitati con impianti osteointegrati, ha determinato un interesse della ricerca verso metodiche via via sempre più raffinate, che mirano alla possibilità di inserire impianti in zone dove vi sia un insufficiente quantità d osso 1-3. Per fare questo occorre rigenerare l osso distrutto da processi di riassorbimento utilizzando dei materiali che favoriscono la rigenerazione ossea. La perdita e l insufficienza funzionale del tessuto osseo rappresentano i problemi più frequenti nelle riabilitazioni implanto-protesiche complesse. La perdita di tessuto osseo può essere compensata con un innesto di osso autologo o trapianto di osso vascolarizzato, in alternativa il chirurgo deve ingegnarsi per ricostruire, utilizzando i tessuti residui o con ciò che viene messo a disposizione dalla Bioingegneria. è a questo punto che si inserisce l Ingegneria Tissutale, un nuovo campo multidisciplinare che applica i principi dell ingegneria e delle scienze biomediche per elaborare prodotti artificiali o biologici in grado di ripristinare o comunque mantenere la funzione di tessuti ed organi danneggiati 4-5. Ciò che caratterizza tali tessuti è la distinzione, durante il processo di produzione, di tre momenti fondamentali: - prelievo del tessuto naturale - procedure di ingegnerizzazione del tessuto - realizzazione vera e propria del sostituto biologico ingegnerizzato. In queste tre fasi, il passaggio innovativo ed essenziale è rappresentato proprio dalla ingegnerizzazione che determina la trasformazione sostanziale del tessuto di origine, fino ad ottenere un prodotto finale che risulti impiantabile sull uomo e che sia in grado di favorire o determinare in modi diversi la riparazione tessutale. Il campo dell ingegneria tessutale elabora dunque prodotti di origine biologica fino a creare dei derivati completamente nuovi, con caratteristiche tali da essere usati durante la pratica clinica nella guarigione e nella ricostruzione ossea. Proprio nel campo della ricostruzione ossea si sono verificati negli ultimi venti anni, significativi miglioramenti con l introduzione dei sostituti ossei 6. Si definisce biomateriale un materiale concepito per interfacciarsi con i sistemi biologici per valutare, dare supporto o sostituire un qualsiasi tessuto, organo o funzione del corpo (International Consensus Conference on Biomaterials, Chester, Gran Bretagna, 1991). Il biomateriale è dunque un materiale destinato a stare a contatto con i tessuti biologici allo scopo di sostituire un organo o un tessuto. L uso dei biomateriali ha consentito, negli ultimi 15 anni, di risolvere con successo i problemi clinici odontoiatrici relativi alla carenza di supporto osseo in parodontologia, protesi e implantologia 7-8. A livello implantologico, l utilizzo dei sostituti ossei osteoconduttori, cioè con funzione di substrato per la successiva rigenerazione ossea, ha determinato una modificazione nelle procedure chirurgiche in presenza di creste alveolari inadeguate per altezza, spessore e qualità. I sostituti ossei hanno il compito di facilitare la rigenerazione ossea sfruttando soprattutto l effetto osteoconduttivo. La rigenerazione ossea sfrutta tre meccanismi: osteogenesi, osteoconduzione ed osteoinduzione. La rigenerazione ossea utilizza questi meccanismi e qualora si faccia ricorso all uso di biomateriali si sfrutta soprattutto l effetto osteoconduttivo del biomateriale. I biomateriali possono essere classificati in base alla reazione tissutale in: - biotollerati: il biomateriale è circondato da una capsula fibrosa e non da osso, è il caso degli acciai. - bioinerti: il biomateriale è circondato da osso che appare in intimo contatto, ma non esiste alcuno scambio ionico. - bioattivi: esiste un legame con l osso circostante con il quale esiste anche uno scambio ionico, è il caso dell idrossiapatite, biovetri e fosfato-tricalcico. Un altro modo per classificare i biomateriali è la loro riassorbibilità, si possono quindi distinguere biomateriali riassorbibili, non riassorbibili e parzialmente riassorbibili. Altra distinzione molto importante è la derivazione dei biomateriali che possono essere di origine biologica o sintetica. I biomateriali di origine biologica possono essere di origine autologa, omologa ed eterologa. Si definiscono biomateriali di origine autologa quando provengono dallo stesso paziente, si definiscono di origine omologa quando derivano da un individuo diverso ma della stessa specie ed infine di origine eterologa il biomateriale, che deriva da una specie diversa, come ad esempio di origine bovina, suina ecc. Vari materiali sono stati utilizzati per la rigenerazione, con elevate percentuali di successo degli impianti inseriti nelle aree trattate, tuttavia pochi studi hanno messo in evidenza la quantità e la qualità dell osso rigenerato, fondamentali per l osteointegrazione degli impianti posizionati. Il materiale da innesto, utilizzato in questa procedura, dovrebbe essere totalmente riassorbibile ed essere sostituito da osso vitale I biomateriali maggiormente utilizzati sono: osso autologo (frammenti ossei prelevati dalla cresta iliaca, dalla mandibola, dalla tuberosità mascellare, dalla teca cranica); sostituti ossei (tricalcifosfati, osso spugnoso disidratato, demineralizzato o congelato, idrossiapatite porosa, osso bovino inorganico, proteine osteoinduttive), oppure una combinazione di questi materiali. Il materiale maggiormente utilizzato e giudicato il gold standard è l osso autologo, prelevato sia da zone intraorali che extraorali L uso dell osso autologo presenta tuttavia degli svantaggi: la quantità prelevabile da siti intra-orali è limitata ed è per questo che trova scarse indicazioni nel rialzo di seno mascellare. Per reperire una maggiore quantità di osso si sono sviluppate tecniche chirurgiche che prevedono il prelievo di osso da siti extra-orali. Queste tecniche non sono però scevre da rischi post-operatori, rendendo più difficile l approccio psicologico con il paziente che deve essere sottoposto ad 82

15 Capitolo 7 - DOVE L OSSO NON C è OVVERO LA RICOSTRUZIONE DELLE CRESTE ALVEOLARI ATROFICHE un secondo intervento chirurgico 12. Da non sottovalutare, inoltre, che l incidenza di complicazioni post-chirurgiche del sito donatore ammonta al 10% 12. guarigione ossea in presenza di biomateriali La guarigione ossea è un processo complesso e dinamico che si conclude con il ripristino della continuità anatomica e funzionale. Qualora si verifichi una lesione, si innesca una cascata di eventi che portano all iniziale deposizione di fibrina e alla formazione di un coagulo ematico 14. Le piastrine rappresentano la componente piu importante in questa fase iniziale. Il reticolo di fibrina non solo intrappola le cellule sanguigne e arresta il sanguinamento, ma lega anche vari fattori di crescita e citochine che promuovono la risposta di guarigione 15. Nelle prime ore le cellule che accorrono sono soprattutto neutrofili. Successivamente si riscontrano prevalentemente macrofagi 16. In questa fase avviene la maggiore attivazione di segnali chimici, rappresentati da citochine e fattori di crescita 2. Si assiste infatti alla liberazione di numerosi GFs, tra cui PDGF ( Platelet-Derived Growth Factor ) e TGF ( Transforming Growth Factor ). Questi GFs, per esempio, controllano l afflusso di fibroblasti nel sito ove si è verificata la lesione. Altri fattori di crescita coinvolti nel processo possono essere le interleuchine, FGF ( Fibroblast Growth Factor ), TNF ( Tumor Necrosis Factor ), IGF ( Insulin-like Growth Factor ), EGF ( Epidermal Growth Factor ). Dopo alcuni giorni si ottiene la riparazione del danno e la riepitelizzazione 17. Nel caso della riparazione del tessuto osseo, le piastrine rilasciano numerosi mediatori chimici, tra cui TGF che, durante l iniziale fase infiammatoria del processo di guarigione ossea, danno inizio alla formazione del callo osseo. In questo modo, alla fase di formazione dell ematoma come immediata risposta alla lesione, può seguire una fase di formazione intramembranosa e/o un ossificazione di tipo endocondrale, con ricostituzione della continuità del tessuto 18. Tali fenomeni includono complesse interazioni che si stabiliscono tra numerosi fattori regolatori locali e sistemici, quali fattori di crescita e differenziazione, ormoni, citochine, e componenti della matrice extracellulare. In presenza di biomateriali, i fattori di crescita vengono assorbiti o bagnano semplicemente la superficie del sostituto osseo consentendone l integrazione con il tessuto osseo. La rigenerazione ossea guidata mediante l utilizzo di riempitivi (biomateriali) rappresenta ormai una tecnica consolidata da decenni di sperimentazione chirurgica. Essendo un processo che comunque avviene anche senza l intervento di farmaci, la funzione di un biomateriale è quella di coadiuvare, e possibilmente velocizzare, la naturale formazione endogena di tessuto osseo provocando: * Effetto tenda. * Riduzione del volume cavitario. * Effetto conduttivo. * Effetto induttivo (stimolazione rigenerativa). Lo schema riassume le fasi di guarigione ossea di un difetto osseo riempito con biomateriale. Intervento chirurgico Sanguinamento (il sangue riempie il difetto e bagna la superficie del biomateriale) Liberazione dei fattori di crescita osteoinducenti (proteine non collageniche) Stimolazione delle cellule mesenchimali nella porzione centrale del difetto Stimolazione delle cellule endosteali della parete ossea residua Produzione tridimensionale del collagene, posizionamento tridimensionale delle cellule ossee, mineralizzazione della fibra collagena tramite cristalli di idrossiapatite e la fosfatasi alcalina. Rimodellamento osseo sotto l influenza del carico Si assiste dunque ad una fase infiammatoria, proliferativa e riparativa. Le caratteristiche ideali di un biomateriale sono: * Assenza di reazione da corpo estraneo * Totale riassorbimento * Effetto osteoconduttivo/osteoinduttivo * Accelerazione dei processi fisiologici di guarigione * Prevenzione dei processi di infiammazione ed infezione * Turnover uguale a quello dell osso * Rispetto della fisiologia ossea dal punto di vista meccanico e omeostatico. Pochi dei numerosi biomateriali presenti sul mercato pos- 83

16 Implantologia Pratica seggono tutte le caratteristiche sopra menzionate. Ottenuta l integrazione ossea del sostituto osseo, si assiste ad una graduale sostituzione dello stesso da parte di tessuto osseo. Il processo di riassorbimeto e di sostituzione da parte di nuovo osso avviene solitamente nell arco di qualche anno. Biomateriali di origine biologica I biomateriali di origine biologica, sia omologa che eterologa, prima di essere usati in clinica vengono sottoposti ad una serie di trattamenti aventi lo scopo di ridurre o eliminare il rischio di risposta antigenica e di trasmissione di patologie dovute ad agenti patogeni Una volta prelevato il tessuto si esegue: * lavaggio con acqua ossigenata, alcool o altri solventi * delipilidizzazione * liofilizzazione * congelamento * deproteinizzazione * trattamento ad alte temperature ( C) * sterilizzazione con calore o con raggi a 2,5 Mrad Non è possibile sottoporre il tessuto osseo a sterilizzazione in autoclave, in quanto il tessuto, contenendo ancora notevoli quantità di sostanza organica, subirebbe un processo di macerazione favorita dall apporto di vapore in forma satura che porterebbe al disfacimento dello stesso in tempi rapidi. Il trattamento con acidi, alte temperature 300 C per ore e la disidratazione con azoto liquido (-70 C) consentono di variare la componente organica rispetto alla componente inorganica. Il trattamento con i metodi sopra descritti consente di eliminare il rischio di trasmissione di patologie virali o secondarie a priori. Ovviamente il trattamento ad alte temperature determina delle modifiche strutturali dell idrossiapatite dell osso di partenza, modificandone anche le proprietà biologiche, che spesso risultano peggiorate se paragonate alle proprietà del materiale di partenza. Il trattamento ad alte temperature determina prima la calcinazione del materiale di partenza, producendo una forma allotropica del cristallo di idrossiapate e poi un processo di ceramizzazione. Aspetti Biologici dei Biomateriali Osso autologo L osso autologo è il materiale di prima scelta in quanto promuove tutti e tre i meccanismi di riparazione ossea 11. A differenza degli xenoinnesti ed alloinnesti, presenta gli stessi antigeni di istocompatibilità e pertanto non determina una risposta immunitaria. L osso autologo, prelevato da osso intraorale ed extra-orale e successivamente innestato, istologicamente si presenta con un aspetto simile a quello dell osso ospite. In una biopsia di tessuti duri, contenente osso autologo, si osserva che tutte le particelle sono circondate da nuovo osso (fig. 1, 2, 3). Da ciò si può dedurre che l osso innestato si comporta come un materiale osteoconduttivo. L osso autologo è considerato il miglior materiale da innesto, per tale motivo riteniamo uti- Fig. 1 Numerose particelle di osso autologo unite da osso giovane neoformato. Blu di toluidina e fucsina acida 40X. Fig. 2 L osso neoformato circonda l osso autologo neoformato. Blu di toluidina e fucsina acida 100X. Fig. 3 Tutte le particelle di osso sono in evidente stato di rimodellamento e di sostituzione da parte di nuovo osso. Blu di toluidina e fucsina acida 100X. 84

17 Capitolo 7 - DOVE L OSSO NON C è OVVERO LA RICOSTRUZIONE DELLE CRESTE ALVEOLARI ATROFICHE le sottolineare le differenze esistenti con altri biomateriali. La differenza più significativa con i materiali artificiali (HA, carbonato di calcio) consiste nel fatto che la particella circondata da nuovo osso è vitale, mentre le differenze esistenti con l osso mineralizzato sembrano essere veramente minime 22. L esame istomorfometrico dimostra che la percentuale di osso neoformato è del 42%, gli spazi midollari rappresentano il 40%, mentre l osso autologo residuo il 18%. Accanto a numerosi vantaggi economici e biologici occorre sottolineare l unico vero svantaggio dell osso autologo: sottoporre il paziente ad un secondo intervento chirurgico con aumentata morbilità. Occorre che il chirurgo abbia una maggiore esperienza, soprattutto se si ricorre a siti donatori extraorali. osso demineralizzato (DFDba) La demineralizzazione ed il freeze-drying del materiale osseo da innesto, determinano l eliminazione della componente mineralizzata e la liberazione delle BMP (Bone Morphogenetic Protein) che inducono la differenziazione di cellule mesenchimali in osteoblasti, aumentandone così le potenzialità osteogenetiche 23. Le particelle di osso demineralizzato che si trovano localizzate vicino all osso pre-esistente, sembrano partecipare all attività osteogenetica (fig. 4, 5), mentre le particelle localizzate a distanza maggiore non mostrano segni di processi di rimineralizzazione od osteogenesi 24. In altre zone è possibile osservare particelle ancora non rimineralizzate all interno dell osso neoformato, prodotto da osteoblasti in fase attiva. Fenomeni di rimineralizzazione sono presenti all interfaccia tra l osso neoformato e la matrice demineralizzata. All interno della matrice demineralizzata sono presenti nuclei di mineralizzazione, i quali tendono a fondersi tra loro, facendo assumere alla particella di osso demineralizzato una colorazione simile all osso normale. In qualche caso la particella di osso demineralizzato è completamente circondata da osso neoformato. Le trabecole di osso neoformato Fig. 4 La porzione di osso demineralizzato a contatto con la superficie di osso preesistente è andata incontro a mineralizzazione (OS), mentre la restante parte (D) non presenta zone di mineralizzazione. Non si osservano zone di neoformazione ossea. Blu di toluidina e fucsina acida 100X. mostrano differenti aspetti microscopici: alcune hanno un aspetto di osso lamellare osteonico maturo, mentre altre hanno l aspetto di tessuto mineralizzato distrofico, non lamellare, simile alla dentina interglobulare e con presenza di ampie lacune osteocitiche. Le particelle di DFDBA possono determinare una risposta infiammatoria, sono scarsamente riassorbibili e vanno incontro ad una parziale mineralizzazione 24. Uno studio comparativo eseguito su pazienti ha dimostrato come il processo di demineralizzazione altera la risposta ossea 25. L esame istomorfometrico dimostra che la percentuale di osso neoformato è del 29%, gli spazi midollari rappresentano il 37%, mentre le particelle di DFDBA rappresentano il 34%. osso bovino inorganico L osso bovino inorganico rappresenta un biomateriale di origine ossea bovina la cui matrice organica è stata dena- Fig. 5 In ultrastruttura si evidenziano numerose fibre collagene con scarse zone di mineralizzazione. Fig. 6 Particella di osso bovino inorganico osservata alla microscopia elettronica a scansione a trasmissione. 85

18 Implantologia Pratica Fig. 7 Prelievo di osso bovino inorganico prelevato dopo 8 mesi in rialzo di seno mascellare. In microscopia elettronica a scansione si osservano differenti tessuti a contatto con il biomateriale. Fig. 8 Si osserva osso neoformato (ON) a diretto contatto con la superficie dell osso bovino inorganico. Non si osservano zone di riassorbimento o spazi otticamente vuoti. Fig. 9 In un campo si osserva una cellula multinucleata (M) in corrispondenza di una zona di riassorbimento (R) della particella di osso bovino inorganico (B). Fig. 11 Deposizione di matrice osteoide sulla particella di osso bovino inorganico in microscopia ottica (in alto a sinistra) ed in microscopia elettronica (a destra). Fig. 10 Interfaccia tra osso bovino inorganico ed osso giovane neoformato in ultrastruttura. turata ed eliminata, rimane soltanto la porzione mineralizzata (fig 6). Innestato in difetti ossei umani appare, dopo il periodo di guarigione, circondato da osso neoformato (fig. 7, 8). Le lacune osteocitarie presenti nelle particelle disposte più perifericamente sembrano essere sempre riempite da osteociti, mentre nelle particelle disposte in una zona più centrale, all interno delle lacune osteocitarie (fig. 9, 10), si osservano cellule con caratteristiche morfologiche differenti dagli osteociti; solo in alcuni casi le lacune osteocitarie appaiono vuote 26. Mancano spazi otticamente vuoti all interfaccia tra osso neoformato e osso bovino inorganico (fig. 11). Dalle osservazioni istologiche si evince come l osso bovino inorganico sia un materiale scarsamente riassorbibile 27. Studi a lungo termine eseguiti sul rialzo del seno mascellare mettono in evidenza la scarsa riassorbibilità del materiale. L esame istomorfometrico dimostra che la percentuale di osso neoformato è del 39%, gli spazi midollari rappresentano il 34% mentre l osso bovino inorganico residuo è del 27%. 86

19 Capitolo 7 - DOVE L OSSO NON C è OVVERO LA RICOSTRUZIONE DELLE CRESTE ALVEOLARI ATROFICHE Idrossiapatite L idrossiapatite Ca 10 (PO 4 )(OH) 2 nella sua forma naturale, estratta dai coralli marini, è molto porosa; viceversa le forme sintetiche sono ceramiche la cui porosità e solubilità chimica risultano molto ridotte e possono essere controllate alla produzione. La maggior parte delle particelle di idrossiapatite sono circondate da osso (fig. 12). In alcune zone le particelle sembrano essere cementate da osso neoformato di spessore variabile. Piccoli spazi midollari sono presenti tra le particelle e, all interno di questi spazi, si osservano cellule mesenchimali ed alcuni capillari (fig. 13). è da considerarsi un biomateriale scarsamente riassorbibile 28. L esame istomorfometrico dimostra che la percentuale di osso neoformato è del 41%, gli spazi midollari rappresentano il 30%, mentre l idrossiapatite residua è del 31%. Fig. 12 Granuli di idrossiapatite in osso neoformato. Blu di toluidina e fucsina acida 100X. Fig. 13 Alcune particelle di HA in fase di sostituzione ossea. Blu di toluidina e fucsina acida 400X. Fig. 14 Particelle di carbonato di calcio (B) in parte circondate da osso ed in parte in fase di riassorbimento. Blu di toluidina e fucsina acida 200X. Carbonato di calcio è un biomateriale costituito soprattutto da carbonato di calcio sotto forma di aragonite (97-98%), stronzio, fluoruro, magnesio, sodio, potassio. Possiede una porosità di più del 45%, con pori di circa 150 µm di diametro. Le particelle di carbonato di calcio sono unite da tessuto osseo neoformato. All interfaccia tra carbonato di calcio ed osso neoformato non è possibile osservare la presenza di spazi otticamente vuoti (fig. 14). In alcune porzioni, dalla superficie del granulo di carbonato di calcio si riscontrano delle aree di riassorbimento. La formazione di osso sembra iniziare direttamente sulla superficie esterna del biomateriale: in alcuni casi, vicino alle particelle del biomateriale, è possibile osservare la presenza di cellule mesenchimali che si trasformano in pre-osteoblasti ed osteoblasti e la presenza di matrice osteoide. In nessun campo si individuano cellule infiammatorie 29. Occasionalmente sono presenti piccoli capillari negli spazi midollari che si trovano tra Fig. 15 Trabecole ossee (O) che colonizzano le particelle di carbonato di calcio. Blu di toluidina e fucsina acida 200X. 87

20 Implantologia Pratica le particelle (fig. 15). L esame istomorfometrico dimostra che la percentuale di osso neoformato è del 42%, gli spazi midollari rappresentano il 40%, mentre il biomateriale residuo il 18%. Biovetri I Biovetri (BV) sono costituiti da particolari granuli di vetro attivo e amorfo, di µm di diametro, costituiti a loro volta dal 45% in SiO 2, dal 24,5% in CaO, dal 24,5% in NaO 2 e dal 6% in P 2 O 5, conosciuti come 45S5. Il BV diventa adesivo dopo essere venuto a contatto col sangue, il che ne facilita la manipolazione e può essere applicato direttamente nel sito del difetto o mischiato precedentemente al sangue del paziente. Le particelle di biovetro si presentano circondate da osso neoformato e l osservazione ad alto ingrandimento dell interfaccia osso-biovetro non ha rivelato nessuno spazio otticamente vuoto, tanto che alcune volte è impossibile distinguere la particella dall osso a contatto con essa. L osso neoformato unisce tutte le particelle tra loro. In nessun campo si è osservata la cavitizzazione delle particelle con neoformazione di osso, che viene invece a formarsi attorno alle porzioni più esterne dei granuli (fig. 16). È un biomateriale che si riassorbe nell arco di mesi (fig. 18) 30. L esame istomorfometrico dimostra che la percentuale di osso neoformato è del 40%, gli spazi midollari rappresentano il 42%, mentre l osso autologo residuo 18%. Acido polilattico/acido poliglicolico Si tratta di un materiale sintetico, riassorbibile, formato da un polimero di acido polilattico e poliglicolico, che viene degradato nel giro di giorni. Nelle biopsie è presente osso corticale, maturo, con segni di rimodellamento nel terzo apicale, mentre nella parte centrale e coronale si riscontra osso più trabecolare. In alcune aree è possibile osservare Fig. 16 Granuli di biovetro in fase di riassorbimento, scarse le trabecole ossee in neoformazione. Blu di toluidina e fucsina acida 400X. Fig. 17 Residui di acido polilattico/acido poliglicolico (freccia) in osso neoformato. Blu di toluidina e fucsina acida 100X. Fig. 18 L osso neoformato ha completamente sostituto i granuli di biovetro. Blu di toluidina e fucsina acida 100X. Fig. 19 Osso in rimodellamento, scarsa la quantità di acido polilattico/acido poliglicolico residuo. Blu di toluidina e fucsina acida 100X. 88

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