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Clinical Oral Implants Research

De novo alveolar bone formation adjacent to endosseous implants

A model study in the dog

Authors

  • Tord Berglundh,

    1. Authors' affiliations:
      Tord Berglundh, Ingemar Abrahamsson, Jan Lindhe, Göteborg University, Sweden
      Niklaus P. Lang, University of Berne, Switzerland
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  • Ingemar Abrahamsson,

    1. Authors' affiliations:
      Tord Berglundh, Ingemar Abrahamsson, Jan Lindhe, Göteborg University, Sweden
      Niklaus P. Lang, University of Berne, Switzerland
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  • Niklaus P. Lang,

    1. Authors' affiliations:
      Tord Berglundh, Ingemar Abrahamsson, Jan Lindhe, Göteborg University, Sweden
      Niklaus P. Lang, University of Berne, Switzerland
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  • Jan Lindhe

    1. Authors' affiliations:
      Tord Berglundh, Ingemar Abrahamsson, Jan Lindhe, Göteborg University, Sweden
      Niklaus P. Lang, University of Berne, Switzerland
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Correspondence to:
Prof. O. D. Tord Berglundh
Department of Periodontology,
The Sahlgrenska Academy at Göteborg University,
Box 450 S-405 30 Göteborg
Sweden
Fax + 46 31 773 3791
e-mail: berglundh@odontologi.gu.se

Abstract

Abstract: Objective: To describe a model for the investigation of different phases of wound healing that are involved in the process resulting in osseointegration.

Material and methods: The implants used for the study of early healing had a geometry that corresponded to that of a solid screw implant with an SLA surface configuration. A circumferential trough had been prepared within the thread region (intra-osseous portion) that established a geometrically well-defined wound compartment. Twenty Labrador dogs received 160 experimental devices totally to allow the evaluation of healing between 2 h and 12 weeks. Both ground sections and decalcified sections were prepared from different implant sites.

Results: The experimental chamber used appeared to be conducive for the study of early phases of bone formation. The ground sections provided an overview of the various phases of soft and hard tissue formation, while the decalcified, thin sections enabled a more detailed study of events involved in bone tissue modeling and remodeling. The initially empty wound chamber became occupied with a coagulum and a granulation tissue that was replaced by a provisional matrix. The process of bone formation started already during the first week. The newly formed bone present at the lateral border of the cut bony bed appeared to be continuous with the parent bone, but woven bone was also found on the SLA surface at a distance from the parent bone. This primary bone that included trabeculae of woven bone was replaced by parallel-fibered and/or lamellar bone and marrow. Between 1 and 2 weeks, the bone tissue immediately lateral to the pitch region, responsible for primary mechanical stability of the device, became resorbed and replaced with newly formed viable bone. Despite this temporary loss of hard tissue contact, the implants remained clinically stable at all times.

Conclusion: Osseointegration represents a dynamic process both during its establishment and its maintenance. In the establishment phase, there is a delicate interplay between bone resorption in contact regions (between the titanium body and mineralized bone) and bone formation in ‘contact- free’ areas. During the maintenance phase, osseointegration is secured through continuous remodeling and adaptation to function.

Résumé

Objetivo: Describir un modelo para la investigación de las diferentes fases de cicatrización ósea que están involucrados en el proceso que resulta en la osteointegración.

Material y métodos: Los implantes usados para el estudio de cicatrización temprana tenían una geometría que se correspondía con la de un implante con configuración de tornillo macizo con una superficie SLA. Se preparó una circunferencia completa dentro de la región de la rosca (porción intraósea) que estableció un compartimiento de herida geométricamente bien definido. 20 perros Labrador recibieron 160 dispositivos experimentales para permitir la evaluación de la cicatrización entre 2 horas y 12 semanas. Se prepararon secciones base y descalcificadas de diferentes lugares de implantes.

Resultados: La cámara experimental usada pareció ser conductiva para el estudio de las fases tempranas de la formación ósea. Las secciones base suministraron una perspectiva de las varias fases de la formación de tejido blando y duro, mientras que las secciones delgadas, descalcificadas permitieron un estudio mas detallado de los eventos involucrados en el modelaje y remodelaje del tejido óseo.

La cámara de la herida inicialmente vacía se ocupó con un coagulo y un tejido de granulación que fue sustituido por una matriz provisional. El proceso de formación de hueso comenzó ya durante la primera semana. El hueso neoformado presente en el borde lateral del corte del lecho óseo pareció ser continuo con el hueso matriz, pero también se encontró hueso inmaduro en la superficie SLA a distancia del hueso matriz. Este hueso primario que incluyó trabéculas de hueso inmaduro fue sustituido por hueso de fibras paralelas y/o lamelar y medula. Entre una y dos semanas, el tejido óseo inmediatamente lateral a la zona basal, responsable de la estabilidad mecánica primaria del dispositivo, fue reabsorbida y reemplazada con hueso neoformado viable. A pesar de esta pérdida temporal de contacto con tejido duro, los implantes permanecieron clínicamente estables todo el tiempo.

Conclusión: La osteointegración representa un proceso dinámico durante su establecimiento y su mantenimiento. En la fase de establecimiento, existe una delicada interacción entre reabsorción ósea en las regiones de contacto (entre el cuerpo de titanio y el hueso mineralizado) y la formación ósea en la áreas “libres de contacto”. Durante la fase de mantenimiento, la osteointegración esta asegurada a través de remodelado continuo y adaptación a la función.

Zusammenfassung

Ziel: - die Beschreibung eines Modells zur Untersuchung der verschiedenen Phasen der Wundheilung, welche am Prozess der Osseointegration beteiligt sind.

Material und Methoden: Die Implantate, welche für die Studie der frühen Heilungsprozesse verwendet wurden, wiesen eine Geometrie auf, welche der eines Vollschraubenimplantats mit SLA-Oberfläche entsprach. Rund um die Implantate wurde im Bereich des Gewindes eine Kerbe präpariert (intra-ossärer Anteil), welche ein geometrisch gut definiertes Wundkompartiment abgrenzte. 20 Labradorhunde erhielten insgesamt 160 experimentelle Implantate, um die Heilungsprozesse zwischen 2 Stunden und 12 Wochen zu untersuchen. Von den verschiedenen Implantatstellen wurden sowohl Schliffpräparate als auch dekalzifizierte Schnittpräparate hergestellt.

Resultate: Die experimentelle Kammer schein geeignet für die Untersuchung der ersten Phase der Knochenformation zu sein. Die Schliffpräparate lieferten eine Uebersicht über die verschiednen Phasen der Weich- und Hartgewebsheilung, während die dekalzifizierten dünnen Schnittpräparate eine genauere Untersuchung der Abläufe bei der Knochengewebsbildung und beim Knochenumbau erlaubten.

Die anfänglich leere Wundkammer wurde mit einem Koagulum und Granulationsgewebe aufgefüllt, welches durch eine provisorische Matrix ersetzt wurde. Der Prozess der Knochenbildung begann bereits während der ersten Woche. Der neu gebildete Knochen im Bereich der lateralen Grenze des geschnittenen Knochenbetts schien in Zusammenhang mit dem ortständigen Knochen zu sein, aber Geflechtknochen konnte auch auf der SLA-Oberfläche mit einer gewissen Distanz zum ortständigen Knochen gefunden werden. Dieser primäre Knochen, welcher Trabekel aus Geflechtknochen beinhaltete, wurde durch parallelfaserigen und/oder lamellären Knochen und Knochenmark ersetzt. Zwischen einer und zwei Wochen wurde das Knochengewebe, welches unmittelbar lateral der Kante des Gewindes lag und verantwortlich für die primäre mechanische Stabilität des Implantats ist, resorbiert und durch neu gebildeten vitalen Knochen ersetzt. Trotz dieses temporären Kontaktverlustes mit dem Hartgewebe blieben die Implantate zu jedem Zeitpunkt klinisch stabil.

Schlussfolgerung: Die Osseointegration stellt während der Bildung und während des Erhalts einen dynamischen Prozess dar. In der Bildungsphase besteht ein empfindliches Wechselspiel zwischen der Knochenresorption in der Kontaktregion (zwischen dem Titankörper und dem mineralisierten Knochen) und der Knochenbildung in der “kontaktfreien” Zone. Während der Erhaltungsphase wird die Osseointegration durch ständige Umbauvorgänge und funktionelle Adaptation gesichert.

Resumen

Este estudio se llevó a cabo para comparar la exactitud de la determinación del contorno mandibular y la posición del canal mandibular en mandíbulas de cadáver por medio del método de reconstrucción multiplanar (MPR-CT), que recientemente se ha convertido de uso extendido para exámenes preoperatorios, con aquellas técnicas tomográficas y para evaluar la utilidad de MPR-CT. Se escanearon un total de 6 lugares en la región molar de 3 mandíbulas de cadáver usando tres sistemas de imágenes, i.e. escáner Quantum CT, Scanora y OP-100. Las imágenes obtenidas se midieron dos veces cada una por 4 radiólogos. Las estructuras anatómicas medidas fueron altura y grosor de la mandíbula, distancia de la cresta alveolar al canal mandibular, y distancia desde el hueso cortical vestibular al canal mandibular. Tras realizar el escáner, las áreas escaneadas de las mandíbulas se cortaron en lonchas de 2 mm de grosor, y se obtuvieron imágenes radiológicas blandas de estos cortes. Los valores de las ya mencionadas 4 estructuras anatómicas obtenidas por mediciones en los radiogramas radiográficos usando calibres de visualización digital se consideraron como valores reales, los errores en la distancia desde la cresta alveolar al canal mandibular estaban dentro de 1 mm (±1 mm) en 93.7% de las mediciones por CT-directa, 89.6% de las mediciones por MPR_CT, 87.5% de las mediciones por Scanora, y el 47.9% de las mediciones por OP-100, y la exactitud de los 4 métodos se clasificaron en orden de CT-directa, MPR-CT, MPR-CT, Scanora, y OP-100.

Se observó una tendencia similar en las mediciones de otras estructuras anatómicas, y se observaron diferencias estadísticamente significativas entre los métodos. De este modo, MPR-CT permite unas mediciones mas exactas que las de las otras 2 técnicas tomográficas, y ser útil como examen preoperatorio para cirugía de implantes.

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