Evaluation de l'état de surface de piliers transmusqueux : étude comparative

Introduction

Les implants endo-osseux dentaires sont maintenant acceptés comme une alternative thérapeutique grâce à leur succès clinique à long terme. De nombreux paramètres ont été étudiés pour améliorer leur pronostic notamment au niveau de l'ostéo-intégration. Parmi les différentes marques proposées pour les techniques implantaires en deux étapes, les implants endo-osseux supportent un pilier transmuqueux placé après une période de six mois de mise en nourrice. C'est au niveau de ce pilier transmuqueux que se constitue le joint muqueux péri-implantaire. L'intégrité de ce dernier est primordiale pour assurer la pérennité de l'implant in situ.

En effet, en fonction des caractéristiques de surface des piliers transmuqueux, pourront être modifiées l'ostéo-intégration ^{(Stanford et coll., 1994)}, la formation du col muqueux ^{(Könönen et coll., 1992)}, l'accumulation de plaque dentaire ^{(McCollum et coll., 1992)} et la colonisation bactérienne ^{(Leonhardt et coll., 1995a)}. Aussi est-il évident que les caractéristiques de surface du pilier transmuqueux gouvernent le pronostic de l'implant ^{(Weyant, 1994)}. Dans la littérature, il n'est pas fait mention de normes définies. L'analyse et l'amélioration des caractéristiques de surface des matériaux utilisés en implantologie ont été obtenues par des études sur les techniques de confection ^{(Smith et coll., 1991b)}, les traitements de surface ^{(Wisbey et coll., 1991)} et sur l'addition d'autres matériaux au titane ^{(Ito et coll., 1995)}. Toutefois ces études portent sur les caractéristiques prises isolément et peu d'études concernent le pilier transmuqueux dans son intégralité. Dans le but de déterminer les caractéristiques de surface de ces pièces, ce travail analyse l'état de surface de piliers transmuqueux commercialisés par sept marques d'implants dentaires.

Matériel et méthode

Pièces implantaires

L'étude porte sur la portion transmuqueuse des pièces implantaires. Ces pièces ont été sélectionnées par des praticiens implantologistes parmi les marques d'implants les plus courantes. Les sept systèmes retenus sont indiqués dans le ^{tableau I} .

Pour chaque système, 3 pièces de références différentes ont été choisies, soit au total 21 pièces. En nous référant aux données des fabricants, 3 marques sur 7 livrent des pièces non stériles. Les pièces stériles ont été traitées selon les marques par rayonnement gamma ou par chaleur sèche. Une marque donne des indications sommaires de stérilisation.

Chaque pièce est sortie de son emballage d'origine au moment de l'observation. Elle est saisie à l'aide d'une pince sur une partie ne faisant pas l'objet de l'étude et est déposée sur la platine d'observation du microscope ou du rugosimètre. Après analyse la pièce est replacée dans son emballage.

Pièces témoins

Des disques de titane de 5 mm de diamètre ont été inclus à chaud (180 °C) dans de la résine à l'aide d'une presse à enrobage. Ils ont été polis avec du papier abrasif en carbure de silicium de granulométrie décroissante (21 µm, 13 µm et 6 µm) puis avec une poudre abrasive (grains de 0,5 µm), type OPS (eau + KOH). Après désinclusion, les disques polis miroir obtenus sont nettoyés aux ultrasons dans un bain d'alcool absolu, puis stérilisés à chaud.

Micro-analyse par dispersion d'énergie

Les pièces ont été examinées en microscopie électronique à balayage (appareil JEOL JSM 35 F) couplée à un spectromètre à dispersion d'énergie (Tracor TN Northern 2000) pour définir l'état physico-chimique de la surface.

Après ionisation de la couche interne d'un atome, un électron quitte une couche externe pour venir remplir la place laissée vacante. La différence d'énergie entre ces deux niveaux est émise sous forme de rayons X. Le nombre de photons produits résulte de la section du rayon ionisant (σ) et de la probabilité d'émission de rayons X, appelée champ de fluorescence (ω). Le nombre de photons détectés dépend non seulement de σ et de ω mais aussi de l'absorption des rayons X par le spécimen et des performances du détecteur.

L'EPMA (Electron Probe Micro-Analysis) est le terme usité lorsque les rayons X produits par les électrons sont utilisés pour des analyses chimiques. L'EDS (Energy Dispersive Spectrometry = spectrométrie par dispersion d'énergie) est la technique utilisée pour la détection. La limite relative de détection de l'EPMA par l'EDS avoisine 1 % dans notre étude. L'avantage de l'EDS est qu'elle détecte simultanément tous les éléments. Le numéro atomique de l'élément le plus léger détecté par EDS dépend généralement de la fenêtre du spectromètre (dans notre étude, il s'agit du béryllium). Un autre avantage de l'EDS est sa haute sensibilité. Un courant électronique relativement faible produira donc des rayons X détectables. La stabilité et la reproductibilité de l'EDS permettent aussi des analyses standardisées.

Microscopie électronique à balayage (MEB)

L'observation est réalisée à l'aide d'un microscope électronique à balayage de type JEOL JSM 6400. Les échantillons ont été déposés sur le platine avec un angle d'inclinaison de 30°.

Les observations ont été réalisées aux grossissements : × 100, × 1 000, × 5 000, sans métallisation préalable.

Rugosimétrie

L'état de finition de la surface a été obtenu à l'aide d'un rugosimètre (Mitutoyo Surftest 301). Le terme « état de surface » rend compte d'une part de l'état géométrique (écarts géométriques entre le profil idéal et celui de la pièce façonnée) et d'autre part de l'état physico-chimique (nature de la couche superficielle de la pièce). Les écarts géométriques sont classés conventionnellement sous 4 numéros d'ordre (1 : écart de forme ; 2 : ondulation ; 3 : stries et sillons ; 4 : arrachement, marque d'outil et fente, piqûre, etc.). Seuls les numéros 3 et 4 caractérisent la rugosité. Ils influent entre autre sur l'écoulement des fluides, le revêtement, l'adhésivité et les dépôts électrolytiques.

Les paramètres de profil de rugosité retenus ont été Ra et Rt (^{tableau II}). Le capteur relié à un appareil électronique se déplace à vitesse constante suivant la direction X. La longueur d'évaluation (L) a été de 0,8 mm excepté pour 4 pièces au col trop court, pour lesquelles L a été de 0,25 mm. Les variations (Y) du profil sont transformées en signaux électriques et traitées par la partie électronique de la chaîne de mesure.

La fiabilité et la reproductibilité des mesures ont été obtenues par le maintien de la pièce implantaire dans le mandrin d'un tour. La partie active du rugosimètre a été fixée sur le chariot porte-outil. Ce montage effectué dans le but de la manipulation est reproduit (^{fig. 1}). Les différents réglages ont permis la lecture du relief sur un trajet rigoureusement identique à la génératrice de la pièce à analyser.

Résultats

Micro-analyse par dispersion d'énergie

Les résultats ont permis de différencier deux catégories de pièces implantaires. Celles en alliage de titane (TA6V) : Calcitek^® (3 pièces), Steri-Oss (3 pièces), IMZ (1 pièce) et Euroteknika^® (2 pièces), et celles en titane commercialement pur (Tcp) avec un pourcentage de titane proche de 100 %.

Il nous a également été possible de distinguer les pièces présentant un résidu de silice. Les implants des marques Brånemark System^® (1 mesure/9) et 3I^® (3 mesures/9) indiquent la présence de silice pour au moins 1 %. La présence de silice est corrélée au tracé d'un pic sur la courbe, ce qui implique la présence d'au moins 1 % de l'élément en poids même si la valeur indiquée dans le tableau de mesure est inférieure.

Microscopie électronique à balayage (MEB)

Au grossissement 100, des stries d'usinage sont visibles pour les marques Brånemark^®, Calcitek^® (^{fig. 2}), Euroteknika^® et 3I^®. Elles sont presque indétectables pour les marques IMZ (^{fig. 3}), ITI^®, Steri-Oss. Au plus fort grossissement (1 000 et 5 000), de nombreux cratères ou irrégularités sont détectés sur les pièces Brånemark^® (^{fig. 4}). Ils sont moins nombreux sur les pièces Calcitek^® et Euroteknika^®. Des rayures sont détectées sur les implants 3I^®, IMZ, ITI^®. Pour les implants Steri-Oss (^{fig. 5}), le relief semble indiquer que la direction du travail de finition est différente de celle de l'usinage ; quelques cratères sont parfois visibles.

Analyse au rugosimètre

Les résultats sont regroupés dans le ^{tableau III} . Pour toutes les marques, la valeur de Ra avoisine 0,5 µm, ce qui correspond à un niveau de superfinition. La profondeur maximale d'aspérité est donnée par la valeur Rt. Nous ne retiendrons que ces deux paramètres pour cette étude.

La valeur Rt indiquant la profondeur maximale d'aspérité permet de distinguer deux groupes : le premier inclut les marques Brånemark System^®, Euroteknika^® et Steri-Oss. Les hauteurs d'aspérité sont comprises entre 2,5 et 3,5 µm. Le second, avec les marques 3I^®, Calcitek^®, IMZ et ITI^®, correspond à des hauteurs d'aspérité comprises entre 1,5 et 1,8 µm.

Les mesures sur les disques témoins sont respectivement pour Ra et Rt de 0,08 µm et 0,4 µm.

Le ^{tableau IV} récapitule les différentes données du fabricant et les résultats obtenus.

Discussion

Importance de la stérilisation des pièces

De grandes différences apparaissent entre les différentes pièces implantaires, en premier lieu leur caractère stérile ou non. Le protocole de stérilisation suivi par le praticien pourra en effet modifier : 1) la composition de surface de la pièce implantaire ^{(Smith et coll., 1991b)}, certains éléments contaminants pouvant être retirés tandis que d'autres pourront apparaître. Or c'est la nature de la couche superficielle qui oriente la relation de l'implant avec son environnement ^{(Sukenik et coll., 1990)} ; 2) l'état de surface de la pièce implantaire, en particulier au niveau de l'énergie de surface ^{(Smith et coll., 1991a)} mais également de la couche de passivation qui est responsable du relargage d'ions dans les tissus environnants ^{(Wisbey et coll., 1991)}, entre autres par son influence sur la constante diélectrique ^{(Breme et Wadewitz, 1989)}.

L'obtention d'un état de surface propice à une bonne intégration est de première importance, puisqu'il est possible d'obtenir des caractéristiques identiques à celles des tissus péri-dentaires, y compris au niveau des molécules d'adhésion des cellules vasculaires ^{(Tonetti et coll., 1994)}.

Importance de l'état de surface des pièces

Caractéristiques

Cette étude montre qu'il n'existe pas d'homogénéité des états de surface entre les différentes marques, mais également entre les pièces d'une même marque.

Les finitions appliquées laissent un état de surface pouvant aller d'un aspect relativement lisse jusqu'à de grandes ondulations comme l'objective la microscopie électronique à balayage. Certaines pièces incorporent des résidus, soit de coulée soit d'usinage ou de finition, visibles en micro-analyse par dispersion d'énergie. Les mesures en rugosimétrie laissent apparaître des variations importantes avec des valeurs de Ra de 0,22 à 0,66 µ et de Rt de 1,5 à 3,3 µ. Ces différences sont retrouvées dans d'autres études soit avec des valeurs supérieures ^{(Wennerberg et coll., 1995)}, soit avec des valeurs plus faibles ^{(Quyrinen et coll., 1994)}. Ces différences proviennent vraisemblablement des techniques de mesure utilisées et de leur sensibilité. Les mesures effectuées sur les confettis témoins polis miroir ont donné des valeurs de Ra et de Rt, respectivement 0,08 µ et 0,4 µ, nettement inférieures à celles trouvées pour les pièces commercialisées.

Influences sur les cellules eucaryotes

L'intégrité des structures péri-implantaires, y compris au niveau de l'os, et donc la longévité de l'implant sont conditionnées par la constitution d'un joint muqueux solide ^{(Artzi et coll., 1993)}. Une étude basée sur le suivi pendant 5 ans de patients implantés dans plus de 172 centres médicaux a cherché à dégager les facteurs de risques de perte des implants dentaires ^{(Weyant, 1994)} : parmi les plus importants sont signalées les complications au niveau des tissus mous péri-implantaires. Une atteinte du joint muqueux permet la création d'une poche et le développement d'une maladie péri-implantaire ^{(Meffert, 1992a} ; ^{Meffert et coll., 1992b)}.

C'est la nature de la couche superficielle, plus que le métal lui-même, qui oriente la relation de l'implant avec son environnement ^{(Sukenik et coll., 1990)}. L'état de surface initial des pièces implantaires doit donc faire l'objet d'une grande attention, d'autant que l'état de surface est peu affecté par les procédures de maintien de l'hygiène, que ce soit en cabinet dentaire ^{(Kuempel et coll., 1995)} ou au domicile ^{(Speelman et coll., 1992)}.

Cette étude montre une composition différente de la surface soit parce que les pièces sont réalisées dans un alliage de TA6V, soit parce que des impuretés (silice) sont incorporées. La couche d'oxydes qui se forme spontanément aura donc une composition, une microstructure et des cristaux différents ^{(Kasemo et Lausmaa, 1991)}, ce qui retentira sur l'adhésion de la muqueuse ^{(Abrahamsson et coll., 1998a)}. L'attachement du tissu conjonctif néoformé sera différent ^{(Takata et coll., 1994)} puisque l'adhérence des éléments de la matrice extracellulaire se réalise en fonction des couches successives d'oxydes de compositions variables et par l'intermédiaire de molécules adsorbées de lipoprotéines et de glycoprotéines ^{(Healy et Ducheyne, 1992)}.

Cette étude a aussi mis en évidence de grandes variations du relief de surface (Rt compris entre 1,5 µm et 3,5 µm). Celles-ci modifient la prolifération cellulaire, comme le montre la culture de kératinocytes épidermiques et de fibroblastes du ligament parodontal sur du titane plus ou moins poli ^{(Cochran et coll., 1994)}. L'orientation des cellules fibroblastiques est aussi influencée par le relief ^{(Damji et coll., 1996)}. Une étude concernant la culture de fibroblastes gingivaux sur du titane commercialement pur avec trois valeurs de rugosité l'a mis en évidence ^{(Könönen et coll., 1992)}.

Influences sur la colonisation bactérienne

La présence d'infection est une des principales causes de perte d'implant ^{(Wang et coll., 1996)}. Une étude menée sur des implants dentaires en sites sains ^{(Ong et coll., 1992)} démontre la présence de souches bactériennes, même avec utilisation de bains de bouche à la chlorhexidine. Une semaine suffit en l'absence d'hygiène pour accumuler une plaque abondante ^{(McCollum et coll., 1992)}, qui entraînera une atteinte des tissus mous avoisinants ^{(Abrahamsson et coll., 1998b)}. Après adhérence aux structures implantaires, la croissance de la plaque est plus rapide sur le titane que sur l'émail ^{(van Steenberghe et coll., 1993)}.

Notre étude a clairement démontré les variations importantes présentées par le relief de la surface des piliers transmuqueux. Ce relief conditionne la colonisation bactérienne des sites péri-implantaires sauf en dessous d'une valeur de Ra = 0,2 µ ^{(Bollen et coll., 1996)}. L'adhérence des bactéries au support (premier stade de la colonisation) dépend non de la masse métallique mais de sa surface ^{(Merritt et Chang, 1991)}, et en particulier des propriétés physiques de cette surface ^{(Oga et coll., 1993)} telle l'énergie libre de surface ^{(Quirynen et coll., 1994)} mais aussi du relief de surface, une rugosité plus importante s'accompagnant d'une colonisation bactérienne plus complexe ^{(Quirynen et coll., 1993)}. Dans une étude antérieure, nous avons mis en évidence l'influence du relief de pièces en titane cp sur la prolifération et la production de vésicules par Porphyromonas gingivalis ^{(Prigent, 1997)}.

Nous avons objectivé la présence de métaux différents dans la constitution des piliers transmuqueux. Certaines sont en titane cp mais d'autres contiennent de l'aluminium et du vanadium. Une étude portant sur l'adhésion de Staphylococcus epidermis sur trois supports (Ti, Al, V) montre une valeur plus importante en présence de vanadium, sans pouvoir déterminer si la cause en revient aux propriétés physiques ou chimiques de ce métal ^{(Gabriel et coll., 1994)}. Lors d'observations antérieures ^{(Prigent, 1997)}, nous avons constaté la bonne adhérence des bactéries au titane, ce qui corrobore les résultats de ^{Lentz et Uzodinma (1989)}. Nous avons aussi pu observer la prolifération de Porphyromonas gingivalis sur titane, ce qui contredit le caractère bactériostatique du titane en accord avec certains auteurs ^{(Leonhardt et coll., 1995b)}. Or le rôle des bactéries dans le développement d'inflammations péri-implantaires est reconnu ^{(George et coll., 1994)}. Il est donc essentiel que les caractéristiques de surface permettent la constitution d'un joint muqueux sain et efficace contre la pénétration bactérienne.

Conformité avec les dossiers techniques

Les données des dossiers techniques sont généralement très succinctes. Trois marques seulement indiquent la composition des pièces, l'une d'elle annonçant du titane commercialement pur alors qu'une des pièces étudiées est en alliage de titane. Une seule mentionne l'état de surface (poli miroir). Trois des quatre marques livrant des pièces stériles informent sur la méthode de stérilisation employée. Une seule marque se prévaut de la conformité à une norme (DIN ISO 9001/EN 29001/EN 46001). Deux des sept marques insèrent dans les emballages des pièces implantaires une fiche technique détaillée avec en particulier des éléments de technique implantaire et d'effets secondaires à la pose d'implant.

Conclusion

La grande disparité mise en évidence au niveau de l'état de surface des pièces implantaires, en ce qui concerne leur relief et leur composition ainsi que les contaminations éventuelles, mais également au niveau des informations produites avec ces pièces, montre la nécessité d'établir une norme commune à toutes les marques. Celle-ci permettra au praticien de réaliser l'acte implantaire dans les conditions optimales de succès.

Remerciements à M. Le Lannic du CMEB de Rennes, à M. Jegadin du LCSIM-URA-CNRS 1495 (Rennes I), à M. Thomas du lycée Laënnec de Rennes et à Céline Allaire.

Etude PHRC, patronnée par le ministère de la Santé, supportée par la Fondation Langlois et le Conseil régional de Bretagne.

Demande de tirés à part

Martine BONNAURE-MALLET, Equipe de Biologie buccale, Université de Rennes I, 2, place Pasteur, 35000 RENNES - FRANCE. Adresse E-mail : martine.bonnaure@univ-rennes1.fr

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