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Early bone formation adjacent to rough and turned endosseous implant surfaces

An experimental study in the dog

Authors


Correspondence to:
Ingemar Abrahamsson
Department of Periodontology
The Sahlgrenska Academy
Göteborg University
Box 450
S-405 30 Göteborg
Sweden
Tel.: +46 31 773 3585
Fax: +46 31 773 3791
e-mail: Ingemar.Abrahamsson@odontologi.gu.se

Abstract

Objective: To validate a proposed model (Berglundh et al. 2003) and to evaluate the rate and degree of osseointegration at turned (T) and sand blasted and acid etched (SLA) implant surfaces during early phases of healing.

Material and methods: The devices used for the study of early healing had a geometry that corresponded to that of a solid screw implant with either a SLA or a T surface configuration. A circumferential trough had been prepared within the thread region (intra-osseous portion) that established a geometrically well-defined wound chamber. Twenty Labrador dogs received totally 160 experimental devices to allow the evaluation of healing between 2 h and 12 weeks. Both ground and decalcified sections were prepared from mesial/distal and buccal/lingual device sites. Histometric and morphometric analyses of the ground sections and morphometric analysis of the tissue components in decalcified sections were performed.

Results: The ground sections provided an overview of the various phases of tissue formation, while the decalcified, thin sections enabled a more detailed study of events involved in bone tissue modeling and remodeling for both SLA and T surfaces. 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 on the SLA surface woven bone was also found at a distance from the parent bone. Parallel-fibered and/or lamellar bone as well as bone marrow replaced this primary bone after 4 weeks. In the SLA chambers, more bone-to-device contact, more initial woven bone and earlier lamellar bone formation was found than in the T chambers.

Conclusion: Osseointegration represents a dynamic process both during its establishment and its maintenance. While healing showed similar characteristics with resorptive and appositional events for both SLA and T surfaces, the rate and degree of osseointegration were superior for the SLA compared with the T chambers.

Résumé

Le but de cette étude a été d'essayer un modèle (Berglundh et al. 2003) et d'évaluer le taux et le degré d'ostéoïntégration au niveau de surfaces implantaires usinées (T) et, sablées et mordancées (SLA) durant les premières phases de la guérison. Les systèmes utilisés pour cette étude des premières étapes de la guérison avaient une géométrie qui correspondait à celle des implants vis solides avec une configuration SLA ou T. Un creux circulaire a été préparé dans la région avec le filetage (portion intraosseuse) qui établissait une chambre de guérison géométrique bien définie. Vingt chiens Labrador ont reçu au total 160 modèles expérimentaux qui ont permis l'évaluation de la guérison entre deux heures et douze semaines. Des coupes calcifiées et décalcifiées ont été préparées dans les sites mésiaux/distaux et vestibulo/linguaux. L'analyse histométrique et morphométrique des coupes non-décalcifiées et l'analyse morphométrique des composants tissulaires dans les coupes décalcifiées ont été effectuées. Les coupes non-décalcifiées ont apportées une vue d'ensemble des différentes phases de la formation tissulaire tandis que les décalcifiées, des coupes fines, permettaient une étude plus détaillée des évènements se déroulant dans le remodelage du tissu osseux et des surfaces SLA et T. La chambre de guérison initialement vide se remplissait de coagulum et de tissu de granulation qui était remplacé par une matrice provisoire. Le processus de formation osseuse démarrait déjà durant la première semaine. L'os néoformé présent dans la frontière latérale du lit osseux coupé apparaissait continu avec l'os “mère”, mais sur la surface SLA de l'os plus serréétait également trouvéà une certaine distance de la structure osseuse “mère”. De l'os lamellaire et/ou -fibreux parallèle ainsi que de la moelle remplaçait cet os primaire après quatre semaines. Dans les chambres SLA, plus de contacts modèle-os, davantage d'os serré inital et une formation osseuse lamellaire plus précoce étaient constatés dans les chambres T. L'ostéoïntégration représente un procesus dynamique tant durant son établissement que lors de son maintien. Tandis que la guérison montrait des caractéristiques semblables dans les évènements d'apposition et de résorption au niveau des surfaces SLA et T, le taux et le degré d'ostéoïntégration étaient supérieurs au niveau des chambres SLA qu'au niveau des T.

Zusammenfassung

Ziele: -ein vorgeschlagenes Modell (Berglundh et al. 2003) zu werten und die Bildungsrate und den Grad der Osseointegration bei gedrehten (T) und sandgestrahlten, säuregeätzten (SLA) Implantatoberflächen während der frühen Phasen der Einheilung zu untersuchen.

Material und Methoden: Die zur Untersuchung der frühen Einheilung verwendeten Werkstücke wiesen die Geometrie wie ein Schraubenimplantat mit entweder einer SLA oder T Oberflächenbeschaffenheit auf. Im Bereich des Gewindes wurde zirkulär eine Mulde präpariert (intraossärer Teil), welche eine geometrisch genau definierte Wundkammer bildete. 20 Labradorhunde erhielten insgesamt 160 experimentelle Implantate, welche erlaubten, die Heilung zwischen 2 Stunden und 12 Wochen zu untersuchen. Es wurden sowohl Schliffpräparate als auch entkalkte Schnittpräparate in mesio/distaler und bukko/lingualer Richtung der Implantate angefertigt. Bei den Schliffpräparaten wurde eine histometrische und morphometrische Analyse durchgeführt und bei den entkalkten Schnitten fand eine morphometrische Untersuchung statt.

Resultate: Die Schliffpräparate zeigten eine Uebersicht der verschiedenen Phasen der Gewebebildung, während die entkalkten, dünnen Schnitte eine detailliertere Untersuchung der Ereignisse bei der Bildung des Knochengewebes und der Umbauvorgänge erlaubten. Die anfänglich leere Wundkammer wurde mit einem Koagulum und Granulationsgewebe gefüllt, welches durch eine provisorische Matrix ersetzt wurde. Der Vorgang der Knochenbildung begann bereits während der ersten Woche. Der neu gebildete Knochen im Bereich lateralen Grenze des geschnittenen Knochenbettes schien direkt in den ortsständigen Knochen überzugehen, aber nur bei den SLA Oberflächen konnte Geflechtknochen auch in einer Gewissen Distanz vom ortsständigen Knochen gefunden werden. Nach vier Wochen ersetzte sowohl parallelfaseriger und/oder lamellärer Knochen als auch Knochenmark diesen primären Knochen. In den SLA Kammern konnte im Vergleich zu den T Kammern mehr Knochen-Implantat-Kontakt, mehr initialer Geflechtknochen und eine frühere Bildung von lamellärem Knochen festgestellt werden.

Schlussfolgerung: Die Osseointegration stellt sowohl bei der Bildung als auch beim Erhalt einen dynamischen Prozess dar. Während die Heilung bei beiden SLA und T Oberflächen ähnliche Charakteristiken mit resorptiven und appositionellen Ereignissen zeigte, waren die Bildungsrate und das Ausmass der Osseointegration bei den SLA Kammern den T Kammern deutlich überlegen.

Resumen

Objetivo: Validar un modelo propuesto (Berglundh et al. 2003) y evaluar el índice y el grado de osteointegración sobre superficies lisas (T) y pulverizadas por arena y grabadas con ácido (SLA) durante las primeras fases de cicatrización.

Material y métodos: Los dispositivos usados para el estudio de la cicatrización temprana tenían una geometría que correspondía a la de un implante roscado macizo con una configuración de superficie SLA o T. Se preparó un canal circunferencial en la región de las roscas (porción intraósea) que estableció una cámara cicatricial geométricamente bien definida. 20 perros labrador recibieron un total de 160 dispositivos experimentales para permitir la evaluación de la cicatrización entre 2 horas y 12 semanas. Se prepararon secciones base y descalcificadas de los lugares mesial/distal y bucal/lingual de los dispositivos. Se llevaron a cabo análisis histométricos y morfométricos de las secciones base y análisis morfométricos de los componentes titulares en las secciones descalcificadas.

Resultados: Las secciones base suministraron una visión de conjunto de las varias fases de formación tisular, mientras que las secciones finas descalcificadas permitieron un estudio más detallado de los eventos involucrados en el modelado y remodelado del tejido óseo tanto para las superficies SLA como T.

La cámara cicatricial inicialmente vacía se ocupó con un coagulo y un tejido de granulación que fue sustituido por una matriz provisional. El proceso de formación ósea comenzó ya durante la primera semana. El hueso neoformado presente en el borde lateral del lecho óseo pareció estar en relación de continuidad con el hueso parental, pero en la superficie SLA también se encontró hueso entretejido a distancia del hueso parental. Un hueso de fibras paralelas o lamelar al igual que médula ósea reemplazó este hueso primario tras 4 semanas. En las cámaras SLA se encontró más contacto hueso a dispositivo, más entretejido óseo y formación más temprana de hueso lamelar que en las cámaras T.

Conclusión: La osteintegración representa un proceso dinámico tanto durante su establecimiento como en su mantenimiento. Mientras la cicatrización mostró similares características con eventos reabsortivos y aposicionales para las superficies SLA y T, el índice y el grado de osteointegración fue superior para las cámaras SLA comparadas con las T.

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