Vue d’ensemble des défis de l’évaluation de la performance

A mandíbula humana é uma estrutura muito especializada, na qual músculos, articulações e elementos dentários trabalham sinergicamente. Forma e função são adaptadas

para trabalhar como um todo, formando um sistema mastigatório altamente desenvolvido. Estudos em modelos empregados a partir de mandíbulas de macacos, na avaliação de tensões e deformações, e a consequente extensão destas observações para o ser humano é algo incerto, por causa das diferenças entre morfologia e função entre estas espécies. Medições através da fotoelasticidade, a partir de modelos físicos de mandíbula, também apresentam limitações como uma técnica de valor apenas quantitativo. Além disso, a medida direta das tensões sofridas pela mandíbula, no ser humano, é algo impraticável. A maioria dos métodos experimentais de medidas de tensão apresenta, como principal desvantagem, o fato de não haver possibilidade de análise de tensões em condições in vivo57.

Desta forma, a alternativa mais comum tem sido utilizar modelos matemáticos para especificar a localização e orientação de vetores representando a tensão muscular de forma tridimensional. Nestes modelos, supõe-se que o osso seja uma estrutura rígida e, assim, se comporta de acordo com uma teoria de equilíbrio estático. Como opção, o elemento finito torna possível a construção de modelos complexos, podendo ser utilizado para quantificar indiretamente o comportamento mecânico complexo de acordo com seu referencial teórico. O método de elemento finito utiliza as teorias da elasticidade e equilibrio estático, os efeitos das ações das forças externas múltiplas sobre um sistema que pode ser avaliado por meio de eventos físicos em termos de tensão e deformação57.

A análise de elemento finito é, portanto, uma técnica de análise numérica que pode determinar os deslocamentos, tensões e deformações ao longo de um corpo sólido irregular, devido à complexidade do comportamento do material e as condições de cargas impostas a esse corpo. Em décadas passadas, a análise de elemento finito, que é baseada nas propriedades de material para determinar regiões de tensão no momento em que estruturas são submetidas a forças, foi aplicada para análise de tensão e deformação de estruturas complexas8. Uma série de modelos de elementos finitos de mandíbulas humanas foi criado para pesquisa58,59,60 e para testes em diferentes opções de fixação60.

A construção de um modelo de elemento finito pode ser dividido em dois estágios: modelo geométrico e modelo de elemento finito. No primeiro, pontos, linhas, superfícies e volumes são construídos a partir de tomografia computadorizada. Então as ent idades geométricas são mapeadas em nós e elementos finitos, formando, em seguida, uma rede de pontos discretos, chamados elementos, que são conectados em um número finito de pontos, chamados de nós. A coincidência destes e sua descontinuidade formam o elemento finito57.

Um modelo de elemento finito pode até permitir a análise de medidas pertinentes às complicações pós-operatórias, comumente encontradas em casos de fixação interna rígida. Deformações primárias no sítio da fratura determinam se esta é suficientemente estável para consolidar. Muita instabilidade pode levar a infecção e falta de união. Tensões determinadas pela escala de Von Mises sobre a miniplaca utilizada poderão determinar se esta poderá falhar. Tais graduações de tensão vão do azul (mínimo) até o vermelho (máximo), representando a tensão geral sobre as miniplacas. Estes valores são dados em MPa61.

A técnica quando aplicada à mandíbula pode, então, favorecer estruturalmente o estudo de um modelo de miniplaca para fixação em sínfise. Alguns modelos de elementos finitos da mandíbula humana têm sido criados para pesquisas de um modo geral e para testar as opções de fixação com as miniplacas disponíveis novos tipos de configuração. Este processo de concepção pode ser reproduzido para criar dispositivos de fixação rígida em outras regiões da face e do crânio, bem como na área da ortopedia61.

Akiko et al62 compararam as características mecânicas de modelos fixados em diferentes posições e com diferentes números de miniplacas. As fraturas foram criadas a partir de modelos de elemento finito em três dimensões. Foram utilizadas, na fixação, uma miniplaca, duas miniplacas dispostas paralelamente entre si e duas miniplacas dispostas de forma perpendicular, em região de sínfise, para determinar o método de fixação mais estável entre os três grupos estudados. Os autores simularam a aplicação de uma carga na região molar esquerda. Em seguida, compararam as regiões de gaps entre as superfícies das fraturas e a tensão máxima em cada sistema placa-parafuso utilizado, bem como ao redor das perfurações dos parafusos no osso, durante a aplicação da força. Ao serem comparados à fixação com apenas uma miniplaca, as fixações com duas miniplacas demonstraram menor tensão no sistema placa-parafuso e nas perfurações ósseas. A disposição perpendicular apresentou menos tensões ao redor das perfurações ósseas do que nas miniplacas dispostas paralelamente, além de menor formação de gaps quando comparado ao uso de apenas uma miniplaca. Não houve diferença na formação de gaps e de tensão máxima no interior das perfurações no osso entre as fixações com duas miniplacas.

Ji et al8 avaliaram as distribuições de tensões de miniplacas de titânio usadas para o tratamento de fraturas sinfisárias usando elemento finito. Dois modelos foram desenvolvidos, utilizando 1 miniplaca e duas miniplacas, respectivamente, com três condições básicas de carga, respectivamente. As áreas de tensão foram concentradas na secção central das miniplacas, tendo as distribuições de tensões variado de acordo com as condições de

mastigação. O estudo demonstrou que a distribuição das tensões nas miniplacas foi afetada não apenas pela forma como a carga atuou sobre a mandíbula, mas também pelo número de miniplacas fixando a fratura.

Lovald et al60 foram os primeiros a utilizar as modernas técnicas de simulação de elemento finito para desenvolver novos desenhos de placa para fraturas em sínfise mandibular de forma customizada. Uma mandíbula humana fraturada foi criada a partir de cortes de tomografia computadorizada. Tal processo incluiu as seguintes etapas: otimização da forma, análise desta otimização e comparação mecânica com placas já disponíveis com relação à tensão e à deformação. As condições de carga incluíram simulações na região de molares, caninos e bordas incisais. O resultado foi uma nova placa otimizada reunindo características dos materiais de fixação com a menor espessura existente combinado com a maior resistência encontrada. O resultado foi que o novo dispositivo excedeu, em suas características mecânicas, configurações de placas mais pesadas.

Embora os modelos experimentais sejam totalmente incapazes de reproduzir a complexidade da função mandibular e as estruturas anatômicas do osso cortical e esponjoso sabe-se que, na prática cirúrgica, a recuperação pós-operatória é afetada por essas peculiaridades, entre outros fatores. Acreditamos que nosso estudo oferecerá informações importantes sobre a biomecânica mandibular e a fixação interna rígida com o objetivo de comparação entre técnicas e assim, terá por objetivo produzir evidência científica, trazendo a possibilidade de desenvolvimento e aprimoramento dos materiais utilizados no tratamento das fraturas de mandibula na região estudada.