Wytwarzanie ciepła przez wiertła do pobierania autologicznej tkanki kostnej: badanie in vitro

Dlaczego przegrzewanie wierteł ma znaczenie w codziennej stomatologii

Gdy dentyści zakładają implanty lub odbudowują utraconą kość szczęki, często wykorzystują własną tkankę pacjenta, delikatnie wiercąc i zbierając drobne wióry kostne. Brzmi to prosto, ale kryje się tu ukryte ryzyko: wiercenie może przegrzać kość, zabić komórki i osłabić proces gojenia implantów. W badaniu zbadano, ile ciepła generują specjalne wiertła do pobierania kości, jak ustawienia i zużycie wierteł wpływają na temperaturę oraz jakie ma to znaczenie dla bezpiecznego leczenia.

Wióry kostne jako naturalny materiał budulcowy

Chirurdzy wolą używać własnej kości pacjenta jako naturalnego materiału przeszczepowego, ponieważ zawiera żywe komórki i czynniki wzrostu sprzyjające tworzeniu się nowej tkanki kostnej. Jednym ze sposobów uzyskania takiego materiału jest puste wiertło, które zbiera wióry wewnątrz swego korpusu podczas cięcia. W przeciwieństwie do zwykłych wierteł, które wypychają wióry na zewnątrz i odprowadzają ciepło, wiertła zbierające zatrzymują gorące fragmenty. Jednocześnie sama kość nie przewodzi dobrze ciepła, więc temperatura może łatwo narastać i uszkadzać tkanki. Jeśli kość jest wystawiona na wysoką temperaturę nawet przez krótki czas, jej części mogą obumrzeć, spowalniając gojenie lub osłabiając przyleganie implantu w tym miejscu.

Budowa kontrolowanego modelu laboratoryjnego wiercenia

Aby bezpiecznie przetestować, ile ciepła wiertła generują, badacze pracowali na świeżych żeberkach wieprzowych, które zachowują się podobnie do ludzkiej kości szczękowej. Użyli własnoręcznie zbudowanej wieży do wiercenia, która dociskała rękojeść chirurgiczną pionowo z precyzyjnie kontrolowaną siłą, eliminując zmienność wynikającą z człowieka. Zespół przetestował jedno komercyjne wiertło zbierające wióry przy czterech prędkościach obrotowych (300, 600, 1200 i 2000 obrotów na minutę) oraz trzech siłach docisku, czyli obciążeniach osiowych (15, 20 i 25 niutonów). Maleńkie czujniki temperatury umieszczono w odległości zaledwie 0,5 mm od wierconej jamy, aby śledzić zmiany wewnątrz kości, podczas gdy bezstykowy termometr na podczerwień mierzył temperaturę wiórów zatrzymanych w wiertle. Wszystkie wiercenia przeprowadzono przy obfitym chłodzeniu płynem, podobnie jak w starannej praktyce klinicznej.

Jak gorąca stała się kość i wióry

Główne pytanie brzmiało, czy wiercenie kiedykolwiek podnosi temperaturę kości do strefy niebezpiecznej. W tym modelu wzrost temperatury powyżej około 10 stopni Celsjusza uznano za ryzyko dla zdrowia komórek kostnych. W badanych kombinacjach wzrost temperatury w zebranych wiórach kostnych zawsze utrzymywał się poniżej 5 stopni — co jest uspokajającą informacją dla jakości samego materiału przeszczepowego. Otaczająca kość dawcy wykazywała większe wzrosty, ale większość ustawień pozostawała poniżej progu 10 stopni. Najgorętsze warunki dały średni wzrost nieco ponad 10 stopni przy 1200 obrotów na minutę i najwyższym docisku. Dla porównania, użycie umiarkowanej siły 20 niutonów utrzymywało wzrost temperatury kości w przedziale około 3–5 stopni przy wszystkich prędkościach, a wiercenie przy 600 obrotach na minutę pozostawało poniżej progu niezależnie od siły.

Kiedy prędkość, nacisk i zużycie stają się ryzykowne

Badanie analizowało także czas wiercenia i zużycie samych wierteł. Wyższe prędkości, zwłaszcza 2000 obrotów na minutę, skracały czas cięcia, często kończąc w mniej niż dwie sekundy, podczas gdy wolniejsze kombinacje mogły trwać ponad sześć sekund. Obrazy mikroskopowe wykazały jedynie niewielkie stępienia krawędzi po dziesięciu użyciach, ale wyraźne zaokrąglenie i odpryski po trzydziestu użyciach, z pewnymi pękającymi końcówkami wierteł. Tak zużyte wiertła pracowały bardziej gorąco i wolniej: średnie wzrosty temperatury kości więcej niż się podwoiły, a czasy cięcia prawie się podwoiły. Chociaż wióry kostne nadal pozostawały poniżej wzrostu 5 stopni, otaczająca kość dawcy częściej zbliżała się do strefy niebezpiecznej lub ją przekraczała, zwiększając ryzyko uszkodzeń termicznych u rzeczywistego pacjenta.

Przekładanie wyników na praktykę stomatologiczną

Dla dentystów i chirurgów szczękowo-twarzowych przekaz jest praktyczny i jasny. Wiertła zbierające wióry mogą bezpiecznie pobierać użyteczny materiał przeszczepowy przy starannie dobranych ustawieniach i dobrym chłodzeniu. W tym badaniu najbezpieczniejsze kombinacje to siła docisku około 20 niutonów — niezależnie od prędkości — lub użycie 600 obrotów na minutę przy dowolnym z testowanych obciążeń, warunki które utrzymywały nagrzewanie kości poniżej zakresu szkodliwego. Jednak wiertła nie powinny być używane ponad mniej więcej 30 razy, ponieważ silne zużycie prowadzi do większego tarcia, wyższych temperatur kości i dłuższych czasów wiercenia, nawet jeśli same wióry pozostają stosunkowo chłodne. Regularne wizualne kontrole końcówki wiertła i terminowa wymiana mogą zatem pomóc chronić zdrowie kości i zwiększyć szanse na stabilne, długotrwałe implanty.

Cytowanie: Jáni, F., Köhler, N., Lempel, E. et al. Heat generation of autologous bone harvesting drills: an in vitro study. Sci Rep 16, 5093 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35988-3

Słowa kluczowe: wiercenie implantologiczne, przeszczepy kostne, zużycie wierteł, uraz termiczny, chirurgia stomatologiczna