Trabalho de Pesquisa | Caderno Cientíico

Uso de placas de titânio para diminuir o risco

de fratura mandibular em procedimentos de

lateralização do nervo alveolar inferior: análise

3D por elementos initos

The use of titanium plates to decrease the risk of mandibular

fracture during inferior alveolar nerve lateralization: a 3-D inite

element analysis

RESUMO

Mandíbulas com perda óssea moderada a severa podem sofrer fratura após um procedimento de lateralização do nervo alveolar inferior. Os autores analisaram a eicácia de placas de titânio para diminuir o risco de fratura nessas condições. Para tanto, uma tomograia compu-tadorizada foi reconstruída digitalmente e foram simuladas mandíbulas atróicas submetidas à lateralização com e sem reforço de placas de titânio, através do método dos elementos initos. Os resultados demonstraram que placas de titânio de 0,6 mm de espessura não são efetivas para diminuir o risco de fratura em procedimentos de lateralização do nervo alveolar inferior.Unitermos – Implantes dentários; Lateralização do nervo alveolar inferior; Transposição do nervo alveolar inferior; Fratura mandibular; Placas de titânio; Análise 3D com elementos initos.

ABSTRACT

Mandibular arches with moderate to severe bone loss may suffer fracture after a procedure of lateralization of the inferior alveolar nerve. The authors analyzed the eficacy of tita-nium plates to reduce the risk of fracture under these conditions. For this, a CT scan was digitally reconstructed and LIAN simulations were performed with and without titanium plate reinforcement through the 3-D inite element method. The results demonstrated that titanium plates of 0.6mm thickness are not effective to reduce the risk of fracture for the above mentioned situations.Key Words – Dental implants; Lateralization of the inferior alveolar nerve; Transposition of the inferior alveolar nerve; Mandibular fracture; Titanium plates; 3-D inite element analysis.

Recebido em mai/2013Aprovado em mai/2013

Sérgio J. Jayme*Ricardo Elias Jugdar**

Leonardo de Franco***Paulo R. Ramalho****

Jamil Awad Shibli*****Marco A. A. Vasco******

*Especialista em Prótese Dentária – Unisa; Especialista em Implantodontia – Abeno; Mestre

em Implantodontia – Unicastelo; Doutor em Reabilitação Oral – Forp-USP; Coordenador do

curso de Especialização em Implantodontia – APCD Vila Mariana; Presidente da Academia

Brasileira de Osseointegração (Abross).**Especialista em Implantodontia – Universidade

Metodista; Especialista em Radiologia – APCD/Vila Mariana; Mestrando em Implantodontia – Universidade de Guarulhos; Diretor clínico

e coordenador dos cursos de Implantes Dentários – APCD Vila Mariana.

***Especialista em Implantodontia – APCD/Vila Mariana; Mestrando em

Implantodontia – Universidade de Guarulhos; Prof. do Curso de Especialização em

Implantodontia – APCD Vila Mariana.****Especialista em Implantodontia

– APCD/Vila Mariana; Mestrando em Implantodontia – Universidade de Guarulhos;

Prof. do Curso de Especialização em Implantodontia – APCD Vila Mariana.

*****Especialista em Periodontia – Unesp; Mestre e doutor em Periodontia – Unesp;

Professor – Universidade de Guarulhos.******Especialista em Prótese Dentária

– APCD/Bauru; Mestre e doutor em Reabilitação Oral – Forp-USP; Pós-doutorado

– Universidade de Zaragoza, Espanha.

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Jayme SJ • Jugdar RE • de Franco L • Ramalho PR • Shibli JA • Vasco MAA

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Introdução

A reabilitação da região posterior da mandíbula com implantes é considerada um desaio por muitos proissio-nais. Devido à atroia óssea decorrente de fatores como extração dentária, doença periodontal e utilização de próteses removíveis, muitas vezes não existe disponibi-lidade óssea para colocação de implantes convencionais. Algumas alternativas são comprovadamente eicazes para tratamento dessa condição, como enxertos ósseos1-2, implantes curtos3-5, distração osteogênica6-8 e lateraliza-ção do nervo alveolar inferior (LNAI)9-12.

A técnica de LNAI consiste na confecção de uma osteotomia na região posterior vestibular da mandíbula para tracionar um segmento do nervo alveolar inferior, a im de possibilitar a colocação de implantes aproveitando a zona óssea inferior ao nervo. É considerada uma técnica complexa pelos riscos envolvidos ao realizar osteotomia próxima e manipulação do nervo alveolar inferior. Com o advento do dispositivo piezo elétrico13, a técnica se tor-nou mais segura e acessível a proissionais, mesmo com pequena experiência clínica. Pesquisas mostram que até o contato direto do nervo ao instrumento quando ativado foi incapaz de causar sequelas sensoriais permanentes14. As sequelas sensoriais temporárias também têm sido tratadas com sucesso com laserterapia15, diminuindo o tempo de recuperação sensorial16.

O procedimento é indicado para mandíbulas com atroia óssea moderada a severa e, considerando tanto a osteotomia vestibular como a osteotomia para colocação dos implantes, a mandíbula ica sujeita a fraturas17-20. Outros fatores, como tônus muscular e hábitos parafuncionais, podem aumentar ainda mais esse risco. Nesses casos, o proissional pode icar em dúvida quanto ao custo-benefício do procedimento e

até mesmo contraindicar pelos fatores anteriormente mencionados. O procedimento também está sujeito a intercorrências cirúrgicas que podem enfraquecer ainda mais a mandíbula (Figura 1).

Recursos que possam eicientemente diminuir o risco de fratura óssea nessas condições são desejados. As placas de titânio são tradicionalmente utilizadas para tratamento de fraturas ósseas e se demonstram efetivas nesse intuito21. Considerando o seu efeito de reforço e estabilização, o objetivo do presente trabalho foi analisar comparativamente o efeito de placas de titânio no risco de fratura de uma mandíbula após LNAI e colocação de implantes.

Material e Métodos

Para executar a análise com o método dos ele-mentos finitos é necessário primeiro a construção de um modelo geométrico virtual representativo da situação real. Para tanto, uma tomografia computado-rizada abrangendo os maxilares e disponível no banco de imagens de um dos autores foi utilizada (I-CAT, Xoran Technologies, Ann Arbor, EUA). O paciente assinou uma declaração disponibilizando o exame para pesquisas. O exame foi importado para um pro-grama de processamento de imagens e reconstrução

Figura 1

Crista óssea com trinca após colocação dos implantes.

Figuras 2

Passos para preparo da base óssea. A. Modelo original.B. Modelo com atroia óssea posterior. C. Estruturas parapadronizar o suporte muscular. D. Osteotomia para LNAI.

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digital (Simpleware 4, Simpleware Ltd, Exeter, Uni-ted Kingdom), que o reconstruiu em um modelo 3D. Após a reconstrução virtual, o modelo foi exportado para o software tipo CAD Solidworks 2013 (Dassault Systemes, Solidworks Corps, EUA) para edição dos modelos virtuais. Através do suplemento “Scan to 3D” do próprio Solidworks, o modelo foi parametrizado para facilitar edição, processamento e diminuir o peso computacional. Também no intuito de diminuir o peso computacional, estruturas como ligamento periodon-tal e dentes foram removidos, mantendo a mandíbula totalmente desdentada. Estruturas foram criadas na região de inserção dos ossos masseter, pterigoideo medial e temporal para auxiliar na futura simulação. A região do rebordo posterior esquerdo foi editada de forma a representar uma condição de perda óssea que indica o tratamento com LNAI. Para modelar a remoção óssea característica de um procedimento de LNAI, uma osteotomia na vestibular da mandíbula, iniciando 3 mm posterior ao forâmen mentual com limites superior e inferior de aproximadamente 3 mm do feixe vasculonervoso e com largura de 27,5 mm10, (Figuras 2) foi modelada.

Adicionalmente, foram modelados implantes do tipo Replace de 4,3 mm x 13 mm com parafuso de cobertura (Nobel Biocare AB, Goteburg, Sweden) e placas de titâ-nio com parafuso para osteossíntese (Stryker Leibinger Corp, Freiburg, Alemanha). As placas possuíam 0,6 mm de espessura por 46 mm de comprimento e foram mo-deladas de forma a serem paralelas à superfície óssea. Para possibilitar a reconstrução iel da geometria clínica, os componentes foram adquiridos e analisados através de paquímetro digital (Litz professional, Alemanha) e microscópio digital com aumento de dez vezes a 200 vezes e software de mensuração proprietário (modelo DM-130U, Miviewcap, Cosview Technologies Co. Ltd, Bantian, China). Os modelos foram unidos e os implan-

tes instalados na região dos elementos 35 e 37. Quatro variações foram analisadas no presente trabalho: o modelo A ou controle não tinha nenhum tipo de reforço adicional; o modelo B possuía um reforço com placa de titânio na região da crista passando diretamente por cima dos implantes instalados; o modelo C possuía reforço na região vestibular superior; e o modelo D possuía reforço na região vestibular inferior (Figuras 3).

Os modelos foram exportados para o software de simulação de elementos initos Ansys Workbench V11 (Ansys Inc., Canonsburg, PA, USA). Para simular o com-portamento mecânico de cada componente, os diferentes elementos dos modelos foram conigurados com proprie-dades mecânicas (módulo de elasticidade/coeiciente de Poisson) retiradas da literatura. O osso cortical com 13,7 GPa/0,322, o osso medular com 1,37 GPa/0,322 e o titânio com 110 GPa/0,3523.

Todos os contatos entre as estruturas foram consi-derados como união perfeita, com exceção do contato entre implante e osso, que foi considerado friccional com um coeiciente de 0,324 para simular uma condição de implante não osseointegrado. Para simulação do contato da placa ao osso, devido à pressão do parafuso, apenas os segmentos da placa que continham parafusos foram simulados com contato ao osso, e o restante foi conigu-rada sem contato. Suportes rígidos foram adicionados nas regiões de inserção muscular. Dois padrões de carga foram aplicados em cada modelo. No primeiro padrão ou posterior, a aplicação da carga foi na região dos ele-mentos 44, 45 e 46. No segundo padrão ou anterior, a aplicação da carga foi na região dos elementos 41, 42, 31 e 32. Ambas as cargas possuem intensidade de 150 N25 e vetor perpendicular ao plano oclusal (Figura 4).

Figuras 3

Modelos e posição das placas de titânio – X1. Todas posicionadaspara visualização comparativa – X2. Osso semitransparente

para melhor visualização.

Figura 4

Estruturas para padronizar aplicação de carga (verde)e vetores de carga (vermelho).

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Figura 5

Resultados dos reinamentos de malha no modelo A com diferentes tamanhos dos elementos nas regiões de interesse,

e o tamanho inal selecionado (0,2 mm).

Figuras 7

Plotagem dos níveis de risco de fratura. Carga posterior e vista de peril.

Figuras 9

Plotagem dos níveis de risco de fratura. Carga anterior e vista de peril.

Figuras 6

Malhas de elementos initos. A. Malha do modelo A. B. Malha do modeloC com aproximação das áreas de reinamento. C. Vista em corte

Figuras 8

Plotagem dos níveis de risco de fratura. Carga posterior e vista oclusal.

Para minimizar o efeito de distorção da malha, o número de nós e elementos foi gradualmente aumentado, veriicando-se a convergência dos resultados até que a diferença nos picos de tensão entre um reinamento de malha e outro fosse de 2% ou menos. A Figura 5 mostra os sucessivos reinamentos com seus respectivos resulta-dos, tendo o modelo A como referência. O tamanho inal dos elementos foi de 0,2 mm na superfície dos implantes

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QUADRO 1 – PICOS DOS RESULTADOS SEGUNDO O CRITÉRIO DE MOHR COULOMB

fatores como tônus muscular, atroia óssea, osteotomia da LNAI, entre outros, os resultados apresentados servem para ter uma estimativa do impacto das placas no risco de fratura e, quanto maior o valor, maior o risco. Como referência ao valor de resistência do osso cortical, a tração foi de 135 MPa, e de compressão foi 205 MPa26.

O Quadro 1 apresenta os picos dos resultados nos diferentes modelos. As Figuras 7 a 10 mostram a plota-gem gráica dos resultados.

Todos os picos de risco ocorreram na região da crista no implante posterior. De forma geral, a diferença entre os resultados foi tão pequena (0-1,5%) que não é possível determinar se foi devido à distorção da malha, característica de todos os trabalhos com elementos initos, e pode-se airmar que os resultados foram equivalentes.

Discussão

A fratura de mandíbula tem sido associada a traumas27-28, extração dentária29, implantes dentários30, infecções29 e LNAI17-20, entre outras. Considerando que a fratura pode ocorrer mesmo em casos de colocação de implantes sem LNAI30, estimativas de risco são desco-nhecidas. Devido ao procedimento oferecer maior risco de fratura previamente conhecido, foi considerada a instalação de placas de titânio proiláticas a im de di-minuir esse risco. Dentro do conhecimento dos autores, é o primeiro trabalho que analisa o impacto de placas de titânio em um tratamento de LNAI.

De forma geral, a placa teve efeito insigniicante sobre o risco de fratura. Dois fatores são importantes para o desempenho de uma placa de titânio. O primeiro se refere ao espaço existente entre os pontos de ixação das placas ou vão, e este é inversamente proporcional à resistência lexural da placa. Como a largura da osteoto-mia é de 25 mm a 30 mm10, o vão sempre é signiicativo nos tratamentos com LNAI, tornando o uso das placas menos efetivo. Uma das razões que contribui para a eici-ência mecânica das placas em casos de fratura óssea é o pequeno vão entre as partes ósseas. Considerar placas de

Figuras 10

Plotagem dos níveis de risco de fratura. Carga anterior e vista oclusal.

e na região óssea, com maior concentração de tensões (Figuras 6). O número de nós variou de 672.902 a 721.399, e de elementos de 407.589 a 438.654. Todos os modelos foram então resolvidos (Windows 8 64 bits, processador Intel I7 920, 24 Gb RAM). A plotagem gráica e numéri-ca dos resultados foi registrada, avaliada e comparada.

Resultados

Devido ao osso ser um material friável que possui resistência diferente a tensões de tensão e compressão, foi necessário selecionar um critério de análise que le-vasse em consideração essa diferença na resistência. O critério de Mohr Coulomb deine que um material sofre fratura quando a maior tensão de tração (tensão máxima principal) dividida pela resistência a tração do material, mais a maior tensão de compressão (tensão mínima prin-cipal) dividida pela resistência a compressão do material, atingem um resultado ≥ 1. Na prática, é um critério que analisa o risco proporcionalmente às diferentes tensões geradas no osso, e se o resultado apresentado for maior que 1 ocorre fratura. Nenhum dos resultados apresentou esse valor, entretanto, devido à grande variabilidade de

Modelo Carga posterior Carga anterior

A (sem placa) 0,222 0,447

B (placa na crista) 0,223 0,452

C (placa na vestibular superior) 0,221 0,447

D (placa na vestibular inferior) 0,224 0,452

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menor comprimento em tratamentos com LNAI apresenta a vantagem de maior rigidez, mas os parafusos teriam que ser ixados na região de osteotomia, fragilizando ainda mais a região da crista, não sendo recomendado sem estudos que analisem sua eicácia.

O segundo se refere à rigidez da placa e do osso. Embora o titânio tenha um módulo de elasticidade oito vezes maior do que o osso cortical, a espessura do osso cortical é muito maior que a da placa. Como referência, realizando uma secção transversal no modelo B na região de maior risco de fratura (Figura 11), o osso apresenta uma área transversal de osso cortical de 49,56 mm², de osso medular de 18,16 mm² e de placa de titânio de apenas 1,02 mm². Pode-se sugerir que placas de maior espessura ou mesmo malhas de titânio seriam mais efe-tivas, mas considerando os resultados apresentados é provável que não haja uma signiicativa diminuição do risco para justiicar o seu uso clínico. Também, há de se considerar o nível de atroia óssea (quanto maior a atroia,

menor a rigidez óssea, e o impacto da placa consequen-temente será maior). Mais estudos são necessários para comprovar se alterações na espessura da placa e nível de atroia óssea afetariam signiicativamente a eicácia das placas para justiicar o seu uso clínico.

Conclusão

Considerando a metodologia, a utilização de placas de titânio com 0,6 mm de espessura não é efetiva para diminuir o risco de fratura da mandíbula em tratamentos de lateralização do nervo alveolar inferior.

Nota de esclarecimento

Nós, os autores deste trabalho, não recebemos apoio inanceiro para pesquisa dado por organizações que possam ter ganho ou perda com a publicação deste trabalho. Nós, ou os membros de nossas famílias, não recebemos honorários de consultoria ou fomos pagos como avaliadores por organizações que possam ter ganho ou perda com a publicação deste trabalho, não possuímos ações ou investimentos em organizações que também possam ter ganho ou perda com a publicação deste trabalho. Não recebemos honorários de apresentações vindos de organizações que com ins lucrativos possam ter ganho ou perda com a publicação deste trabalho, não estamos empregados pela entidade comercial que patrocinou o estudo e também não possuímos patentes ou royalties, nem trabalhamos como testemunha especializada, ou realizamos atividades para uma entidade com interesse inanceiro nesta área.

Endereço para correspondência:

Sérgio J. Jayme

Av. Rubem Berta, 1.46104074-010 – São Paulo – SPTel.: (11) 5594-4138/2276-2217jayme.sergio@gmail.com

Figura 11

Secção do modelo A na zona de maior risco de fratura. A marcação em azul se refere à área transversal do osso cortical (49,56 mm²), medular (18,16 mm²)

e da placa de titânio (1,02 mm²).

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