Bewertung der Lockerung von Abutmentschrauben bei Flüssigkeitskontamination: eine In-vitro-Studie

Jun 08, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 10797 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Schraubenlockerung ist eines der häufigsten klinischen Probleme bei Zahnimplantaten. Die Erforschung der Einflussfaktoren der Schraubenlockerung ist sehr wichtig, um einer Schraubenlockerung vorzubeugen. Der Zweck dieser In-vitro-Studie bestand darin, den Einfluss von Flüssigkeitsverunreinigungen auf die Schraubenlockerung zu bewerten. Je nach Kontaminationszustand wurden 45 Abutmentschrauben in drei Gruppen eingeteilt (n = 15): keine Kontamination, Kontamination mit künstlichem Speichel und Kontamination mit Mundwasser. Die Vorspannung und der Reibungskoeffizient der Abutmentschrauben wurden aufgezeichnet. Anschließend wurden die Rückdrehmomentwerte (RTVs) und die Setzung nach 3,0 × 105 und 6,0 ​​× 105 Zyklen gemessen. Der Oberflächenverschleiß der Schrauben wurde analysiert. Abschließend wurde die Spannungsverteilung der Abutmentschrauben mittels Finite-Elemente-Analyse (FEA) berechnet. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Flüssigkeitsverunreinigung den Reibungskoeffizienten verringerte, die Vorspannung erhöhte, die Setzung verringerte, den Widerstand gegen Schraubenlockerung verbesserte und den Verschleiß an der Gewindeoberfläche verringerte. Eine geeignete antimikrobielle Schmierung kann die Lockerungsfestigkeit von Abutmentschrauben verbessern und übermäßigen Verschleiß der Gewindeoberfläche verhindern.

Biomechanische Eigenschaften sind ein Schlüsselfaktor für den Erfolg von Zahnimplantaten. Trotz der hohen Erfolgsquote der Implantation gibt es immer noch einige mechanische Komplikationen. Abutmentschrauben spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbindung zwischen Implantat und Abutment. Unter dem langfristigen Einfluss der Kaukraft kommt es bei Abutmentschrauben zu Komplikationen wie Lockerung oder Ermüdungsbruch1. Eine Studie zeigte, dass 26 % der Abutmentschrauben nach dem ersten Jahr erneut festgezogen werden müssen2. In einer anderen Studie betrug die Lockerungsrate von Abutmentschrauben nach 5 Jahren 3,1–10,8 %3. In einer klinischen Studie über mehr als 15 Jahre betrug die Frakturrate der Abutmentschraube 3,5 %4. Lockere Schrauben führen nicht nur zum Versagen des Implantats, sondern können auch Komplikationen wie Zahnfleischempfindlichkeit, Hyperplasie und Entzündungen verursachen, die das tägliche Leben des Patienten ernsthaft beeinträchtigen5,6,7.

Durch das Drehmoment beim Anziehen wird die Abutmentschraube elastisch verformt und gedehnt, es entsteht eine Druckkraft zwischen Implantat und Abutment, die als Vorspannung bezeichnet wird8. Es wird allgemein angenommen, dass eine Erhöhung der Vorspannung dazu beiträgt, die Stabilität der Implantat-Abutment-Schnittstelle zu verbessern9,10,11. Beim Anziehen der Schraube werden 90 % des Anzugsdrehmoments zur Überwindung der Reibung genutzt, die restlichen 10 % werden in die Vorspannung umgewandelt12. Reibung tritt hauptsächlich an der Schnittstelle zwischen Schraube und Abutment und der Schnittstelle zwischen Schraube und Implantat auf. Durch die Reduzierung des Reibungsverlusts zwischen diesen Schnittstellen können mehr Drehmomente in die Vorspannung umgewandelt werden13. Nach dem Anziehen der Schraube reduziert sich die Vorspannung aufgrund des Setzeffekts der Verbindungsschnittstelle14 um 2 bis 15 %. Obwohl viele Methoden zur Erhöhung der Vorspannung durch Reduzierung des Oberflächenreibungskoeffizienten eingesetzt werden, sind die Ergebnisse des Schraubenlockerns unterschiedlich15,16,17. Daher bedeutet eine hohe Vorspannung keinen guten Widerstand gegen Lockerung. Die Rückdrehmomentwerte (RTVs) spiegeln die Aufrechterhaltung der Vorspannung unter Funktionslast wider und zeigen den Widerstand gegen Schraubenlockerung18.

In der klinischen Praxis werden Abutmentschrauben aufgrund chirurgischer Eingriffe durch verschiedene Flüssigkeiten (Speichel, fluorierter künstlicher Speichel, Chlorhexidin oder Blut) kontaminiert19,20. Der Reibungskoeffizient zwischen den Grenzflächen ändert sich nach einer Flüssigkeitsverunreinigung, was sich auf die Vorspannung auswirken und dadurch das Risiko einer Schraubenlockerung erhöhen kann21. Nigro et al. fanden heraus, dass unter nassen Bedingungen (im Inneren eines mit künstlichem Speichel gefüllten Implantats) eine höhere Vorspannung erzeugt wurde als unter trockenen Bedingungen22. Laut Rathe et al. führten Flüssigkeitsverunreinigungen (Speichel, Blut oder Chlorhexidin) jedoch nicht zu höheren Vorlastwerten23. Für die Erforschung von RTVs haben Duarte et al. fanden heraus, dass fluoridierter künstlicher Speichel die RTVs erhöhen kann24. Koosha et al. fanden heraus, dass nur Chlorhexidin die RTVs erhöhen kann und Speichel die RTVs bei verschiedenen Flüssigkeitskontaminationen senken kann25. Laut Gumus et al. nehmen die RTVs von Abutmentschrauben jedoch nach einer Chlorhexidin- und Speichelkontamination ab26. Obwohl einige Studien zum Einfluss von Flüssigkeitsverunreinigungen auf die Lockerung der Abutmentschraube durchgeführt wurden, gab es unterschiedliche Ergebnisse und kein tiefgreifendes Verständnis des Mechanismus der Schraubenlockerung. Daher ist eine Untersuchung des Schraubenlockerungsmechanismus bei Flüssigkeitsverunreinigung erforderlich, um den Widerstand gegen das Lösen der Abutmentschraube zu verbessern. Darüber hinaus gibt es nur sehr begrenzte Forschungsergebnisse zum Einfluss von Flüssigkeitsverunreinigungen auf die Lockerung der Abutmentschraube unter dynamischen Belastungsbedingungen.

Ziel dieser In-vitro-Studie war es, den Einfluss von Flüssigkeitsverunreinigungen auf die Schraubenlockerung unter statischen und dynamischen Bedingungen zu bewerten. Es wurde die Beziehung zwischen Vorspannung, Setzung und Schraubenlockerung ermittelt. Der Verschleiß der Schneckenoberfläche wurde analysiert. Außerdem wurde ein Finite-Elemente-Modell erstellt, um die äquivalenten Spannungs- und Oberflächenreibungsspannungsänderungen nach einer Schraubenflüssigkeitsverunreinigung zu ermitteln.

In dieser Studie wurden Zahnimplantate mit Morsekegelverbindung (Ø4,3 × L11 mm), Abutments (Ø4,5 × H6,0 mm) und Abutmentschrauben (Ø1,5 × L13 mm) hergestellt (WEGO Jericom Biomaterials Co., Ltd., Weihai, China). Fünfundvierzig Proben wurden entsprechend dem Flüssigkeitskontaminationszustand der Schraube (n = 15) in drei Gruppen eingeteilt: Kontrollgruppe (NC: keine Kontamination), Gruppe mit künstlicher Speichelkontamination (SC) und Gruppe mit Mundwasserkontamination (MC). Künstlicher Speichel wurde von Leagene Biotech bereitgestellt. Co., Ltd. (Peking, China); Mundwasser wurde von Listerine (Johnson & Johnson Co., Ltd., Shanghai, China) bezogen. Vor dem Test wird das Innere des Implantats mit einer Pipette mit kontaminierter Flüssigkeit gefüllt und anschließend das Abutment und die Abutmentschrauben eingesetzt.

Gemäß ISO16042:2005 „Fastener Torque/Clamping Force Test“ wurden die Vorspannung (F, N) und der Reibungskoeffizient (μ) von Schrauben unter drei Oberflächenbedingungen gemessen. Ein Schema der Vorlasttestvorrichtung ist in Abb. 1 dargestellt (SolidWorks2018, Dassault Système SolidWorks Corp., Concord, MA, USA). Die untere Klemme wurde auf der Werkbank befestigt und der Vorspannungssensor sowie die obere Klemme platziert. Anschließend wurde mit einem Drehmomentschlüssel das Drehmoment von 32 Ncm aufgebracht. Der Vorspannungssensor und der Drehmomentschlüssel erfassten die Werte der Vorspannung (F) und des Anzugsdrehmoments (T). In jeder Gruppe wurden fünf Proben gemessen. Nisbett27 lieferte die Formel zur Berechnung des Reibungskoeffizienten: (1) Tth ist das Gewindedrehmoment; (2) Tc ist das konische Drehmoment; und (3) T ist die Drehmomentsumme (Tth und Tc).

Dabei steht dm für den Flankendurchmesser (1,37 mm), L für die Steigung (0,35 mm), α für den Halbwinkel des Gewindes (30°), F für die von einem Sensor gemessene Vorspannung (N) und μ für den Reibungskoeffizienten der Schraube steht D für den äußeren Kopfdurchmesser (2,17 mm), d für den inneren Kopfdurchmesser (1,6 mm), β für den Konuswinkel (30°) und T für das Anzugsdrehmoment (Nmm).

Schematische Darstellung des Vorspannungsprüfgeräts.

Nach dem Anziehen der drei Gruppen von Abutmentschrauben mit 32 Ncm ließ man die Schrauben 10 Minuten lang stehen und die RTVs wurden gemessen. Die durchschnittlichen RTVs (Ti) wurden aufgezeichnet. Gemäß Formel (4) wurden Drehmomentverlustraten (θ) berechnet. In jeder Gruppe wurden fünf Proben gemessen.

wobei Ti die RTVs (Ncm) darstellt.

Der dynamische Schraubenlockerungstest wurde gemäß der Norm ISO14801:201628 durchgeführt, wie in Abb. 2 dargestellt. Die Testausrüstung war eine dynamische Ermüdungstestmaschine (Care M-3000, Tianjin, China). NC-, SC- und MC-Gruppen wurden mit einer dynamischen Belastung von 15 Hz (20–200 N) belastet und funktionelles Kauen wurde für 3 Monate und 6 Monate mit unterschiedlichen Belastungszyklen (3,0 × 105 und 6,0 ​​× 105) simuliert16. Nach Abschluss des Tests mit 3,0 × 105 Zyklen wurden die RTVs (T3) aufgezeichnet. Die Flüssigkeit wurde erneut hinzugefügt, nachdem das T3 getestet wurde. Anschließend wurde die Schraube für den Test mit 6,0 × 105 Zyklen wieder festgezogen und die RTVs (T6) aufgezeichnet. Darüber hinaus wurde die Länge des Implantatsystems vor und nach der Belastung mit einem Spiralmikrometer gemessen und die Setzung anhand der Längenänderung berechnet. In jeder Gruppe wurden fünf Proben gemessen.

Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus und der Ladevorrichtung.

Nach Abschluss des dynamischen Lockerungstests wurden die Abutmentschrauben entfernt und mit Ultraschall gereinigt, um Oberflächenverunreinigungen zu entfernen. Zur Analyse des Oberflächenverschleißes der Schrauben wurde Rasterelektronenmikroskopie mit energiedispersiver Spektroskopie (REM-EDS) (Ultra Plus, Carl Zeiss AG, Deutschland) verwendet.

Die Stichprobengröße wurde mithilfe der vorexperimentellen Methode (GPower 3.1, A-priori-Analyse, Deutschland) berechnet. Unter der Annahme eines Signifikanzniveaus von 0,05, einer Effektgröße von 0,5 und einer statistischen Aussagekraft von 80 % wird berechnet, dass die erforderliche Stichprobengröße mindestens 42 (14 pro Gruppe) beträgt. Statistische Analysen wurden mit SPSS (v20, IBM Corp., USA) durchgeführt. Die Daten wurden mittels ANOVA mit Fisher-LSD-Test analysiert, wobei P < 0,05 auf Signifikanz hinweist.

Um den Berechnungsfehler zu reduzieren, wurde mit der computergestützten Designsoftware (SolidWorks2018, Dassault Système SolidWorks Corp., Concord, MA, USA) ein 3D-Modell in der gleichen Größe wie die Implantatkomponente erstellt, wie in Abb. 3 dargestellt Das Implantat wurde in einem 30-Grad-Winkel in eine Vorrichtung eingesetzt und die Belastungsrichtung war vertikal.

Krone, Abutment, Abutmentschraube, Implantat und Vorrichtung: (A) 3D-Modelle; (B) Struktur des Finite-Elemente-Modells.

Jeder Teil des Modells und seine Materialeigenschaften wurden in die Ansys Workbench-Software (Ansys Workbench18.0, Swanson Analysis Inc., Houston, PA, USA) importiert. Für das Abutment und die Abutmentschrauben wurde Ti6Al4V, für die Implantate Ti und für die Kronen und Vorrichtungen Edelstahl verwendet. Die Eigenschaften der Materialien sind in Tabelle 129 aufgeführt. Der äquivalente Spannungswert und der Reibungsspannungswert wurden verwendet, um die Spannungsverteilung zwischen den Abutmentschrauben zu beurteilen13,16. Für Schraube-Implantat und Abutment-Schraube wurde der „Reibungskontakt“ eingestellt, für Implantat-Abutment, Implantat-Halterung und Abutment-Krone wurde die „perfekte Verbindung“ eingestellt und für die Halterung wurde „fest“ definiert. Gemäß den Messungen, die wie im Abschnitt „Prüfung der Vorspannung und des Reibungskoeffizienten“ beschrieben durchgeführt wurden, hatten die drei Testgruppen NC, SC und MC unterschiedliche Konfigurationen der Vorspannung und des Reibungskoeffizienten. Zusätzlich wurde eine vertikale Belastung von 200 N auf das Implantatsystem ausgeübt (Abb. 3B). Die berechnete Reibungsspannung des Kontaktteils mit der Schraube wurde zur Beurteilung der Anti-Lockerungsleistung verwendet.

Die Vorspannung und der Reibungskoeffizient der NC-, SC- und MC-Gruppen bei einem Drehmoment von 32 Ncm sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Datenanalyse ergab signifikante Unterschiede in der Vorspannung zwischen den SC- und NC-Gruppen (P = 0,002) und den MC- und NC-Gruppen (P = 0,001) und kein signifikanter Unterschied zwischen SC- und MC-Gruppen (P = 0,45). Die Vorlast der NC-Gruppe (325,06 ± 7,71 N) ist geringer als die der SC-Gruppe (367,70 ± 9,83 N) und der MC-Gruppe (374,07 ± 11,09 N). Im Gegensatz dazu ist der Reibungskoeffizient der NC-Gruppe (0,35) größer als der der SC- (0,3) und MC-Gruppen (0,29).

Tabelle 3 zeigt die anfänglichen RTVs (Ti) und die Drehmomentverlustrate (θ) in den drei Gruppen. Es gab signifikante Unterschiede zwischen den MC- und NC-Gruppen (P = 0,021) und keinen signifikanten Unterschied zwischen den SC- und NC-Gruppen (P = 0,214) und den SC- und MC-Gruppen (P = 0,207). Aufgrund des Drehmomentverlusts während des Anzugsvorgangs war Ti niedriger als das Anzugsdrehmoment. Ti in der NC-Gruppe betrug 22,82 ± 2,02 Ncm, was auf einen Drehmomentverlust von 28,69 % hinweist. Im Vergleich zur NC-Gruppe hatten die SC- und MC-Gruppen einen höheren Ti und einen geringeren Drehmomentverlust, nämlich SC (Ti = 24,16 ± 1,77 Ncm, θ = 24,50 %) und MC (Ti = 25,52 ± 0,76 Ncm, θ = 20,25 %). ), jeweils.

Die RTVs (T3 und T6) nach zyklischer Belastung sind in Abb. 4 dargestellt. T3 zeigte signifikante Unterschiede zwischen den SC- und NC-Gruppen (P = 0,036), den MC- und NC-Gruppen (P = 0,001) und den SC- und MC-Gruppen (P = 0,010). T6 zeigte signifikante Unterschiede zwischen den MC- und NC-Gruppen (P = 0,008) und den SC- und MC-Gruppen (P = 0,046) und keinen signifikanten Unterschied zwischen den SC- und NC-Gruppen (P = 0,202). Die RTVs (T3 und T6) waren nach zyklischer Belastung in allen Gruppen niedriger als Ti. Die RTVs in der NC-Gruppe waren geringer als in den SC- und MC-Gruppen, und die MC-Gruppe hatte die höchsten RTVs. In den drei Gruppen war T6 größer als T3.

RTVs (T3 und T6) nach zyklischer Belastung in den drei Gruppen. *Repräsentiert P < 0,05 zwischen den Gruppen.

Die Setzungen nach zyklischer Belastung sind in Abb. 5 dargestellt. Nach dem Test mit 3,0 × 105 Zyklen zeigte die Setzung signifikante Unterschiede zwischen den NC- und MC-Gruppen (P = 0,008) und den SC- und MC-Gruppen (P = 0,048), jedoch keine signifikanten Unterschied zwischen NC- und SC-Gruppen (P = 0,217). Nach dem Test mit 6,0 × 105 Zyklen zeigte die Siedlung signifikante Unterschiede zwischen den NC- und SC-Gruppen (P = 0,003) und den NC- und MC-Gruppen (P = 0,001) und keinen signifikanten Unterschied zwischen den SC- und MC-Gruppen (P = 0,188). Unter allen Gruppen hatte die NC-Gruppe die größte Siedlung, gefolgt von der SC-Gruppe und die MC-Gruppe hatte die kleinste Siedlung.

Setzung nach zyklischer Belastung in den drei Gruppen. *Repräsentiert P < 0,05 zwischen den Gruppen.

Abbildung 6 zeigt die REM- und EDS-Ergebnisse der Abutmentschraubenoberfläche in der NC-Gruppe. Wie in Abb. 6A dargestellt, ist der Verschleiß an der Gewindeoberfläche der NC-Gruppe deutlich zu beobachten und der Verschleiß ist ungleichmäßig. In Abb. 6B wurden viele kleine Abnutzungsrückstände und lokale Ansammlungen von Abnutzungsrückständen gefunden. Abbildung 6C,D sind die EDS-Analyseergebnisse von Punkt (a) bzw. Punkt (b) in Abb. 6B. Im Vergleich zu Punkt (b) zeigt Punkt (a) einen O-Element-Peak. Abbildung 7 zeigt die SEM- und EDS-Ergebnisse in der SC-Gruppe. Wie in Abb. 7A dargestellt, befindet sich auf der Gewindeoberfläche nur eine geringe Menge Abrieb. Darüber hinaus ist in Abb. 7B das Phänomen des plastischen Fließens zu beobachten. Abbildung 7C,D sind die EDS-Analyseergebnisse von Punkt (a) bzw. Punkt (b) in Abb. 7B. Im Vergleich zu Punkt (b) zeigt Punkt (a) auch einen O-Element-Peak. Abbildung 8 zeigt die SEM- und EDS-Ergebnisse in der MC-Gruppe. Wie in Abb. 8A gezeigt, war der Verschleiß an der Schneckenoberfläche der MC-Gruppe ähnlich dem der SC-Gruppe, mit nur geringem Verschleiß an der Oberfläche. In Abb. 8B ist zusätzlich zu den beobachteten Trümmern auch ein leichter plastischer Fluss zu beobachten. Abbildung 8C,D sind die EDS-Analyseergebnisse von Punkt (a) bzw. Punkt (b) in Abb. 8B. Die EDS-Analyse ergab, dass der Punkt (a) einen O-Element-Peak enthält.

Schraubenoberflächenverschleiß in der NC-Gruppe. (A) Schneckenmorphologie, (B) Bereich in (A), (C) EDS an Punkt (a) und (D) EDS an Punkt (b).

Schraubenoberflächenverschleiß in der SC-Gruppe. (A) Schneckenmorphologie, (B) Bereich in (A), (C) EDS an Punkt (a) und (D) EDS an Punkt (b).

Schraubenoberflächenverschleiß in der MC-Gruppe. (A) Schneckenmorphologie, (B) Bereich in (A), (C) EDS an Punkt (a) und (D) EDS an Punkt (b).

Bei einer externen Belastung von 200 N zeigt Abb. 9 die Ergebnisse der äquivalenten Spannungsverteilung der drei Gruppen von Abutmentschrauben. Die äquivalente Spannung der Schraube hing eng mit der Oberflächenbeschaffenheit zusammen, und die Spannungskonzentration trat hauptsächlich an der Gewindeposition und der Konusverbindungsposition des Schraubenkopfes auf. Die Abutmentschrauben der NC-Gruppe zeigten die kleinste Äquivalentspannung (Abb. 9A, 449,8 MPa), gefolgt von den Schrauben der SC-Gruppe (Abb. 9B, 508,72 MPa) und die Abutmentschrauben der MC-Gruppe zeigten das größte Äquivalent Spannung (Abb. 9C, 516,96 MPa). Die Reibungsspannung der Kontaktfläche mit der Abutmentschraube ist in Abb. 10 dargestellt. Reibungsspannung trat an der konischen Oberfläche zwischen der Schraube und dem Abutment und der Gewindeoberfläche zwischen der Schraube und dem Implantat auf. Die Reibungsspannungsverteilung der Schraubenkegeloberfläche und der Gewindeoberfläche der NC-Gruppe ist in Abb. 10A, D dargestellt. Im Vergleich zur NC-Gruppe erhöhte sich die Reibungsspannung der SC- und MC-Gruppen im Kontaktbereich mit dem Abutment um 5,8 % (Abb. 10B) bzw. 6 % (Abb. 10C) und die Reibungsspannung im Kontaktbereich mit dem Implantat um 9,1 % (Abb. 10E) bzw. 9,5 % (Abb. 10F) erhöht.

Äquivalente Spannungsverteilung der Abutmentschrauben. (A) NC-Gruppe, (B) SC-Gruppe und (C) MC-Gruppe.

Reibungsspannungsverteilung der Schraubenkegeloberfläche und der Gewindeoberfläche. (A,D) NC-Gruppe, (B,E) SC-Gruppe und (C,F) MC-Gruppe.

Das vorliegende Experiment untersuchte den Einfluss von Flüssigkeitsverunreinigungen auf die Verbindungsstabilität des Implantatsystems. Die Ergebnisse zeigten, dass das Implantatsystem nach einer Flüssigkeitskontamination signifikante Unterschiede in der Schraubenlockerung und dem Oberflächenverschleiß aufwies.

Die Vorspannung wird durch die Zugverformung beim Anziehen der Schraube erzeugt und ihr optimaler Bereich liegt bei 60 % bis 70 % der Streckgrenze der Schraube11. Die mit Flüssigkeit verunreinigte Abutmentschraube erzeugte eine höhere Vorspannung und einen geringeren Reibungskoeffizienten. Studien haben gezeigt, dass die Wahrscheinlichkeit, in einer gut geschmierten Umgebung den besten Bereich zu erreichen, bei 54 % liegt, während sie in einer trockenen Umgebung nur 0,02 % beträgt30. Beim Anziehen der Schraube kam es zu Gleitreibung zwischen dem Schraubengewinde und dem Innengewinde des Implantats, diese war jedoch nicht gleichmäßig verteilt. Das feuchte Medium kann die meisten im Gewinde erzeugten Scherkräfte eliminieren31 und den Reibungskoeffizienten der Gewindeoberfläche verringern, wodurch der Energieverlust aufgrund der Reibung verringert wurde, sodass mehr Anzugsdrehmoment in Vorspannung umgewandelt wurde. Frühere Studien haben auch bestätigt, dass ein niedrigerer Reibungskoeffizient zu einer höheren Vorspannung führt13,32,33.

Obwohl Flüssigkeitsverunreinigungen die Schraubenvorspannung erhöhen, ist es wichtiger, dass die Vorspannung stabil bleibt und nicht schnell abfällt29. Daher wurden die RTVs von mit Flüssigkeit verunreinigten Schrauben vor und nach der Belastung bewertet. Die Ti der flüssigkeitskontaminierten SC- und MC-Gruppen sind höher als die der NC-Gruppe, was mit früheren Studien übereinstimmt22,25. Denn durch die hohe Vorspannung wurde die Schraubverbindung fester. Darüber hinaus war die Fadenoberfläche mikroskopisch rau und die Einbettungsentspannung erfolgte unter dem Kraftzustand34. Die Flüssigkeit reduzierte die Einbettungsentspannung der Fadenoberfläche und verringerte dadurch den Vorspannungsabfall22.

Nach einer zyklischen Belastung von 3 × 105 Zyklen nahm T3 der drei Gruppen ab, was niedriger war als ihr jeweiliger Ti. Die durch die äußere Belastung erzeugten Vibrationen verstärkten den Schlupf der Gewindekontaktfläche und der Setzungseffekt trat an der Implantat-Abutment-Schnittstelle35 auf, was zu einer verringerten Vorspannung und einem größeren Drehmomentverlust führte. Die beiden Gruppen flüssiger Verunreinigungen zeigten nach dynamischer zyklischer Belastung eine bessere Anti-Lockerungsleistung. Je größer die Vorspannung der Schraube ist, desto geringer ist der Reibverschleiß zwischen den Teilen bei äußerer Krafteinwirkung, so dass das Drehmoment nicht leicht verloren geht10. Darüber hinaus wurde die Setzung des Abutments aufgrund der Flüssigkeit im Implantatinneren verringert (Abb. 5), wodurch das Risiko einer unzureichenden Spannung der Schraube verringert wurde36. Nach einer zyklischen Belastung von 6 × 105 Zyklen weist T6 der drei Gruppen einen gewissen Anstieg auf, und der Trend ähnelt dem von 3 × 105 Zyklen. Dies liegt daran, dass nach 3 × 105 Zyklen die ursprünglich rauen Kontaktflächen voneinander gequetscht und geglättet wurden und es zu einer stärkeren Setzung des Abutments gekommen war. Bei einer zyklischen Belastung von 6 × 105 Zyklen zeigten die Kegelflächen weniger Setzungen und die Gewindeflächen waren fester verbunden, was zu einem Anstieg von T637 führte. Nach einer bestimmten Anzahl von Zyklen konnte daher durch Lösen und erneutes Anziehen verhindert werden, dass sich die Schraube lockerte38.

Darüber hinaus gibt es Unterschiede in der Schmierwirkung der beiden Flüssigkeiten. Die RTVs der MC-Gruppe waren höher als die der SC-Gruppe. Die Hauptfaktoren, die die Schmierwirkung der beiden Flüssigkeiten beeinflussen, sind die Viskosität, die Konzentration und die Zusammensetzung der Flüssigkeit26. Die Viskosität beeinflusst den Flüssigkeitsfluss auf der Metalloberfläche und beeinflusst Vorspannung und Setzung39. Daher wurden die RTVs in unterschiedlichem Maße verbessert.

Im Verlauf des dynamischen Ermüdungszyklus kommt es aufgrund des Reibverschleißes zwangsläufig zu einem Verschleiß der Schraubenoberfläche. Der Verschleißmechanismus kann abrasiver Verschleiß, adhäsiver Verschleiß, Oxidationsverschleiß, Ermüdungsverschleiß usw. sein40. Dies kann zu Oberflächenverformungen, Vorspannungsverlust und sogar zum Lösen von Schrauben führen. Eine wirksame Flüssigkeitsschmierung kann die Gewindeoberfläche vor übermäßigem Verschleiß schützen und die Verschlimmerung von Reibschäden verhindern26. Der Verschleiß trat hauptsächlich im oberen Bereich des Gewindes auf, hauptsächlich abrasiver Verschleiß und Oxidationsverschleiß, was mit früheren Untersuchungen übereinstimmt29,34,41. Die Flüssigkeitsschmierung erhöhte die Vorspannung der Schraube und verringerte die Setzung des Widerlagers, wodurch das relative Gleiten der Gewindeoberfläche und der Oberflächenverschleiß verringert wurden42.

Die 3D-FEA-Ergebnisse können den Grund für den Anstieg der RTVs der flüssigkeitskontaminierten Gruppe erklären. Die äquivalente Spannung und die Reibungsspannung der Schraube stiegen mit zunehmender Vorspannung. Dadurch wurde die Verbindung zwischen den Kontaktflächen enger und die Schraube erreichte den entsprechenden Spannungswert11. Der Anstieg der Reibungsspannung deutete darauf hin, dass eine größere Reibungskraft zwischen den Kontaktflächen erzeugt wurde und ein relatives Gleiten zwischen den Kontaktflächen nicht leicht auftrat40. Daher sind die RTVs größer und die Systemstabilität wird verbessert. Darüber hinaus wurde beim Vergleich der Kontaktspannung zwischen Schraube-Implantat und Schraube-Abutment festgestellt, dass die Reibungsspannung im Kontaktbereich mit dem Abutment größer war als die Reibungsspannung im Implantat. Der Grund könnte sein, dass die Kontaktfläche des Abutments klein war und es zu einer Spannungskonzentration kam, die nicht so gut war wie der Gewindekontakt zwischen Implantat und Schraube, um die Reibungsspannung zu verteilen.

Diese Studie weist noch einige Einschränkungen auf. Beispielsweise liegen die FEA-Ergebnisse nur unter statischen Bedingungen vor, die den dynamischen Schraubenlockerungsprozess nicht widerspiegeln können. Es werden nur wenige Kontaminationsarten untersucht, da Schrauben durch mehrere Substanzen im Mundmilieu kontaminiert sind. Es wurde nur das Schraubenlockerungsverhalten untersucht, die Auswirkungen von Flüssigkeitsverunreinigungen auf Alterung und Korrosion wurden jedoch nicht berücksichtigt. Darüber hinaus unterscheiden sich die Belastungsbedingungen in vivo von In-vitro-Studien, sodass komplexere Belastungszustände getestet werden müssen. In dieser Studie wurde die Morsekegelverbindung verwendet, weitere verbundene Implantatsysteme müssen in Zukunft untersucht werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass flüssige Verunreinigungen auf der Oberfläche der Abutmentschraube die Vorspannung erhöhen, den Reibungskoeffizienten verringern und die Setzung verringern können, wodurch der Widerstand gegen das Lösen der Schraube verbessert und der Verschleiß der Schraubenoberfläche verringert wird. Daher können antibakterielle Lösungen oder Gele mit Gleiteigenschaften die Langzeitstabilität von Implantatsystemen verbessern.

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Diese Studie wurde von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 51775096) unterstützt; Forschungsentwicklungsplan der Chinesischen Akademie der Wissenschaften – WEGO ([2007]006); und Grundlagenforschungsfonds für die Zentraluniversitäten, China (Nr. N2003009).

Schlüssellabor für Implantatgeräte- und Schnittstellenwissenschaft der Provinz Liaoning, Fakultät für Maschinenbau und Automatisierung, Northeastern University, Shenyang, 110819, China

Fei Sun, Wei Cheng, Gui-Qiu Song und Zeng Lin

Schlüssellabor für orale Erkrankungen der Provinz Liaoning, Schule und Krankenhaus für Stomatologie, China Medical University, Shenyang, 110002, China

Bao-hong Zhao

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FS leistete wesentliche Beiträge zur Konzeption und Gestaltung. WC führte die Datenerfassung durch und verfasste das Manuskript. FS und WC führten eine Analyse und Interpretation der Daten durch. BHZ und ZL haben das Manuskript kritisch überarbeitet. BHZ, ZL und GQS haben die eingereichten und endgültigen Fassungen genehmigt.

Korrespondenz mit Zeng Lin.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Sun, F., Cheng, W., Zhao, Bh. et al. Bewertung der Lockerung von Abutmentschrauben bei Flüssigkeitskontamination: eine In-vitro-Studie. Sci Rep 12, 10797 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-14791-w

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Eingegangen: 28. März 2022

Angenommen: 13. Juni 2022

Veröffentlicht: 24. Juni 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-14791-w

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