Este protocolo basado en recuperación combina microscopía electrónica de barrido, comparación cualitativa con fracturas de referencia simplificadas y espectroscopía de rayos X dispersiva de energía. Las fracturas de la región corporal mostraron predominantemente características orientadas buco-lingualmente, mientras que las fracturas de la región angular mostraron orientación superior-inferior, lo que sugiere que el entorno mecánico de la falla de placas puede variar según el subsitio anatómico.
Artículo de investigación
Análisis de recuperación de placas de reconstrucción mandibular fracturadas mediante microscopía electrónica de barrido
En este artículo
Resumen
Resumen
Las placas de reconstrucción mandibular se utilizan ampliamente tras mandibulectomía segmentaria, pero la fractura de placas sigue siendo una complicación significativa. Este estudio presenta un protocolo basado en la recuperación que utiliza microscopía electrónica de barrido (SEM) para caracterizar la morfología de fracturas e inferir direcciones mecánicas específicas del sitio en placas de reconstrucción mandibular de titanio. Planteamos la hipótesis de que la orientación de la superficie de fractura diferiría según la ubicación anatómica de la fractura y mostraría similitudes cualitativas con fracturas de referencia producidas bajo diferentes direcciones de carga. Se identificaron siete pacientes con placas fracturadas, lo que dio lugar a nueve sitios de fractura. Las placas recuperadas fueron limpiadas, montadas y examinadas por el SEM para identificar los sitios de inicio de grietas, las estrías de fatiga, las marcas de playa y las zonas finales de ruptura. Se realizó espectroscopía de rayos X con dispersión de energía para evaluar la composición elemental y excluir anomalías relacionadas con la corrosión. Dos placas de referencia no utilizadas se fracturaron manualmente bajo cargas simplificadas buco-linguales y superior-inferior, y sus características de la superficie de fractura se compararon cualitativamente con las de las muestras clínicas. Los seis sitios de fractura de la región corporal mostraron predominantemente características de fractura orientadas bucco-lingualmente, mientras que los tres sitios de fractura con ángulo mandibular mostraron predominantemente orientación superior-inferior. Las fracturas de la región corporal compartían características morfológicas seleccionadas con la fractura de referencia buco-lingual, mientras que las fracturas de la región angular mostraron similitudes con la fractura de referencia superior-inferior. La espectroscopía de rayos X dispersiva de energía detectó principalmente titanio y oxígeno, sin depósitos inesperados marcados ni anomalías composicionales. Estos hallazgos sugieren que el entorno mecánico de la falla de placas de reconstrucción mandibular puede variar según el subsitio anatómico. Sin embargo, dado que los experimentos de referencia usaron una muestra por condición de carga, se basaron en cargas manuales y no cuantificadas, y no incluyeron pruebas de fatiga cíclica, las similitudes observadas deben considerarse cualitativas y generadoras de hipótesis, más que evidencia definitiva de mecanismos de carga causal. Se necesitan más estudios cuantitativos, biomecánicos y computacionales antes de poder recomendar el diseño de placas o estrategias de refuerzo específicas de cada subsitio.
Introducción
La reconstrucción mandibular tras mandibulectomía segmentaria es esencial para restaurar la continuidad, el contorno facial, la masticación y el habla en pacientes con defectos oncológicos o óseosinfecciosos 1,2. Las placas de reconstrucción de titanio portantes siguen siendo ampliamente utilizadas porque proporcionan estabilidad inmediata, son quirúrgicamente prácticas y pueden servir tanto como tratamiento definitivo como solución provisional antes de la reconstrucciónsecundaria 3,4. A pesar de estas ventajas, complicaciones como la exposición de placas, el aflojamiento, la infección y la fractura siguen limitando el éxito a largoplazo 5,6,7. La fractura de placas es especialmente importante porque puede requerir cirugía de revisión y a menudo se asocia con deterioro funcional y compromiso detejidos blandos 5,8,9,10,11. Estudios clínicos y biomecánicos han sugerido que factores como la exposición a la radiación, la longitud del defecto, el vano sin soporte, el contorneado de placas y la estrategia de fijación influyen en el riesgode fallo 12,13,14,15,16. Sin embargo, la dirección exacta de las tensiones que causan fracturas en diferentes subsitios mandibulares sigue siendo insuficientementedefinida 3,5,8,12.
El análisis fractográfico ofrece una forma directa de investigar el fallo del implante a nivel de material. La fractografía basada en microscopía electrónica de barrido (SEM) permite identificar detalladamente las estrías de fatiga, los supuestos sitios de inicio de grietas, los patrones similares a marcas de playa y la morfología final de la ruptura, proporcionando así información cualitativa sobre las condiciones mecánicas asociadas a lafalla 3,8,12. A diferencia de las pruebas biomecánicas, que evalúan el comportamiento estructural bajo condiciones de carga controlada, o el análisis por elementos finitos, que estima computacionalmente las distribuciones de esfuerzos y deformaciones, la fractografía basada en SEM examina directamente las características morfológicas preservadas en superficies de fracturarecuperadas 13,14,15,16. Sin embargo, este enfoque es principalmente cualitativo y no puede cuantificar de forma independiente la magnitud de la carga in vivo ni establecer un mecanismo único de carga causal; Por ello, se utiliza más adecuadamente como un método exploratorio para identificar patrones de fallo y generar hipótesis biomecánicas.
Aunque estudios previos han examinado las superficies de fractura de placas mandibularesfallidas 3,8,12, la relación entre la morfología de la fractura y el sitio anatómico no ha sido aclarada sistemáticamente. El objetivo de este estudio exploratorio de recuperación fue caracterizar la morfología de la superficie de fractura de placas de reconstrucción mandibular recuperadas clínicamente y comparar las características observadas con las de placas de referencia fracturadas bajo condiciones simplificadas de carga buco-lingual y superior-inferior. Planteamos la hipótesis de que las características de la superficie de fractura diferirían por la ubicación anatómica de la falla de la placa y mostrarían similitudes cualitativas con fracturas de referencia producidas bajo diferentes direcciones de carga.
Protocolo
Todos los procedimientos relacionados con materiales de origen humano se realizaron de acuerdo con la Declaración de Helsinki y las directrices institucionales. El protocolo del estudio fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional del Hospital Dental de la Universidad Nacional de Seúl (IRB No. CDE19001). Dado que se trataba de un estudio retrospectivo que utilizaba datos clínicos desidentificados y hardware explantado recuperado de la base de datos de explantes, la junta eliminó el requisito de consentimiento informado. El flujo de trabajo global del estudio constó de cuatro etapas: identificación y clasificación clínica de placas fracturadas recuperadas, evaluación de la superficie de fractura basada en SEM, análisis EDS y comparación cualitativa con fracturas generadas simplificadas. En la Figura 1 se ofrece un flujo de trabajo general del estudio. Los reactivos y el equipo utilizado se enumeran en la Tabla de Materiales.
Identificación de casos elegibles y documentación de las características clínicas, de defectos y de placas
Este estudio retrospectivo de recuperación incluyó pacientes que se sometieron a reconstrucción mandibular con placas de titanio portantes y que posteriormente desarrollaron fractura de placa que requirió la extirpación. Se revisaron historiales clínicos, registros operatorios e imágenes radiográficas para documentar la edad del paciente, sexo, diagnóstico primario, lado reconstruido, localización del defecto, historial de radiación, infección postoperatoria, dentición y unidades oclusales residuales, tiempo desde la reconstrucción hasta la fractura y localización anatómica de la fractura. Siete pacientes aportaron siete placas recuperadas. Dos placas tenían dos líneas de fractura distintas; por lo tanto, se incluyeron nueve sitios de fractura en el análisis fractográfico descriptivo. El paciente y la placa se consideraron las unidades de muestreo clínico, mientras que el sitio individual de fractura se utilizó como unidad de descripción de la superficie de fractura. Las localizaciones de las fracturas se clasificaron en parte posterior del cuerpo, parte anterior del cuerpo o ángulo mandibular. Las variables relacionadas con las placas incluían el sistema de placas, el grosor nominal de la placa, el ancho del orificio, el número y distribución de tornillos de fijación, y la longitud del vano de placa sin soporte. No se pudo determinar el número exacto de maniobras intraoperatorias de flexión y reincorporación porque estos detalles no estaban documentados de forma consistente en los registros quirúrgicos. Se utilizaron radiografías panorámicas para confirmar la ubicación de la fractura y correlacionar los hallazgos de imagen con los ejemplares recuperados.
Análisis basado en SEM de la morfología de fracturas
Tras la retirada, cada placa fracturada se manipulaba cuidadosamente para preservar la superficie de fractura. Los residuos biológicos gruesos se redujeron suavemente enjuagando los ejemplares con agua destilada sin raspar mecánicamente la superficie de fractura. Cada muestra de placa se colocó en un tubo cónico de 15 mL que contenía suficiente etanol al 100% para sumergirlo completamente. El tubo cerrado se colocaba en un baño ultrasónico y se sonicaba durante 3 minutos a 37 kHz, 100W y 37 °C. Tras la sonicación, la muestra se extraía del tubo y se secaba en una cámara de aire limpio. El mismo procedimiento de preparación se aplicó a todas las muestras clínicas y de referencia. No se realizó pulido, rectificado ni recubrimiento metálico conductor sobre las superficies de fractura. Tras secarse en una cámara de aire limpio, las muestras se montaban sobre muñones de aluminio usando cinta de carbono conductora. Ambas superficies de fractura opuestas se examinaron inicialmente con bajo aumento siempre que fuera posible. La superficie seleccionada para la imagen detallada debía mostrar regiones visibles periféricas y centrales de fractura, escombros mínimos que ocultaran las características morfológicas, sin arañazos prominentes relacionados con la recuperación ni marcas de instrumentos, ni aplastamientos, flexiones o deformación post-fractura sustanciales. Cuando ambas superficies cumplían estos criterios, ambas se conservaban para su análisis. La orientación anatómica se determinó comparando el contorno de la placa, la configuración del agujero de tornillo y la ubicación de la fractura con registros operatorios y radiografías panorámicas. La superficie que mira hacia el hueso se designó como el aspecto lingual y la superficie opuesta como el aspecto bucal, mientras que las direcciones superior e inferior se determinaron a partir de la posición de la placa respecto al borde mandibular. Estas instrucciones se señalaron y mantuvieron durante el montaje en el tubo de aluminio.
Las muestras montadas se examinaron mediante imagen electrónica secundaria con un detector de electrones secundarios a aumentos de 80×, 200×, 400× y 1.000×. Con un aumento aproximado del 80×, los investigadores confirmaron primero que toda la superficie de fractura, los márgenes periféricos y la región central de ruptura estaban adecuadamente visualizados. La región de inicio de grieta presumida y la zona final de sobrecarga se identificaron antes de la imagen dirigida a 200×, 400× y 1.000×. Las imágenes generales se adquirieron con un aumento aproximado del 80× usando un voltaje de aceleración de 10,0 kV, una corriente de sonda de 0,10 nA, un tiempo de permanencia de 5,0 μs y una distancia de trabajo de 40,0 mm. Cada superficie de fractura fue revisada sistemáticamente desde el margen periférico hasta la zona central de ruptura. Cada superficie de fractura fue evaluada utilizando categorías morfológicas predefinidas, incluyendo el margen de inicio de grieta presumido, el eje predominante de propagación de grieta, marcas similares a estriaciones, patrones similares a marcas de playa, desgarros dúctiles, regiones de apariencia frágil y la zona de sobrecarga final presunta. La orientación de propagación de grietas se clasificó como predominantemente buco-lingual, predominantemente superior-inferior, mixta o indeterminada. Se prestó especial atención a la orientación de las características de fatiga respecto a los aspectos bucal, lingual, superior e inferior de la placa para inferir la dirección predominante del esfuerzo mecánico. Los investigadores revisaron las imágenes de forma independiente antes de realizar una revisión por consenso.
Comparación de fracturas clínicas con fracturas de referencia bajo condiciones de carga simplificadas
Las placas de reconstrucción no utilizadas del mismo sistema y dimensiones nominales que las placas recuperadas clínicamente se emplearon para generar fracturas de referencia. Una placa se probó bajo carga bucco-lingual y otra bajo carga superior-inferior. Para cada placa, el punto de carga previsto se marcaba de antemano. La placa se apoyaba manualmente en ubicaciones correspondientes a dos orificios del punto de carga marcado en cada lado.
La carga se aplicaba manualmente en el lugar marcado hasta que se producía una fractura grave de la placa. Para la condición buco-lingual, la fuerza se aplicó en la dirección buco-lingual. Para la condición superior-inferior, se aplicó fuerza en la dirección superior-inferior.
Estas fracturas de referencia se generaron para facilitar las comparaciones morfológicas en lugar de reproducir el complejo entorno de carga cíclico y multidireccional que experimentan las placas de reconstrucción mandibular in vivo. Tras la fractura, todas las muestras de referencia se sometieron a los mismos procedimientos de limpieza, montaje e imagen con MEV que se usaron para las placas clínicas recuperadas.
Las fracturas clínicas y de referencia se compararon utilizando las siguientes características predefinidas: margen de inicio de grieta presumido, orientación predominante del plano de fractura, eje de propagación de grieta, orientación de características similares a estriaciones o marcas de playa, distribución del desgarro dúctil y ubicación de la zona de sobrecarga final presunta. Cada fractura clínica se clasificó como más similar al patrón de referencia bucolingual, más parecida al patrón de referencia superior-inferior, mixta o indeterminada. Los desacuerdos entre los investigadores se resolvieron mediante revisión conjunta y consenso. La evaluación de similitud fue cualitativa y no pretendía establecer un mecanismo único de carga causal.
Evaluación de la composición elemental mediante espectroscopía de rayos X dispersiva de energía
Durante la microscopía electrónica se realizó espectroscopía de rayos X con dispersión de energía para evaluar la composición elemental y detectar evidencia de degradación o contaminación relacionada con la corrosión. La espectroscopía de rayos X con dispersión de energía se realizó utilizando un detector de deriva de silicio integrado en SEM. Los espectros se adquirieron a una tensión de aceleración de 20 kV y una distancia de trabajo de 10,0 mm a una ampliación de 1.000×. Se posicionó una región rectangular de interés sobre una porción relativamente plana de la superficie de fractura, evitando el borde de la muestra y los restos gruesos de la superficie. La composición elemental se cuantificó a partir del espectro adquirido y se reportó en porcentaje de peso (en posesión) y porcentaje atómico (en porcentaje de pesos).
Completación de protocolos y compilación de las salidas finales
Completar el procedimiento tras confirmar que cada sitio de fractura evaluable tiene un conjunto de imágenes SEM anatómicamente orientadas, una evaluación morfológica completa, una clasificación de orientación por propagación de grietas, una clasificación cualitativa de patrón de referencia y un informe de composición EDS expresado en peso y en porcentaje de peso Integrar estos resultados con los datos clínicos y radiográficos correspondientes para generar el conjunto de datos final de análisis a nivel de muestra.
Resultados
Identificación de casos elegibles y documentación de las características clínicas, de defectos y de placas
Se identificaron siete pacientes con fracturas de placas de reconstrucción mandibular para análisis basados en la recuperación. La cohorte incluía cinco hombres y dos mujeres, con una edad media de 60,6 años (rango de 30 a 79 años) en el momento de la fractura. Los diagnósticos subyacentes fueron carcinoma de células escamosas en cuatro pacientes, osteomielitis en dos pacientes y osteosarcoma en uno. El intervalo medio desde la cirugía de reconstrucción hasta la fractura de placa fue de 14 meses, oscilando entre 2 y 47 meses. La reconstrucción se realizó en la mandíbula izquierda en tres pacientes y en la derecha en cuatro pacientes. Los sitios de fractura estaban distribuidos uniformemente entre tres regiones anatómicas: parte posterior del cuerpo (n = 3), anterior del cuerpo (n = 3) y ángulo mandibular (n = 3). Estaban representados cuatro sistemas de placas de reconstrucción. Las placas contenían una mediana de 16 agujeros (rango, 12–16 agujeros). El número medio total de tornillos de fijación era 9 (rango, 7–14), con 2–8 tornillos colocados en el segmento proximal y 4–6 tornillos en el segmento distal. El vano de placas sin soporte tenía una longitud media de 6 orificios para placas (rango, 2–7 agujeros). El número de unidades oclusales funcionales oscilaba entre cuatro y ocho, con una mediana de seis unidades. Cuatro pacientes recibieron radioterapia, mientras que tres no. Ningún paciente tenía infección postoperatoria ni no unión documentada en el momento de la fractura de placa. Las especificaciones detalladas de cada placa, incluyendo el fabricante y el sistema de placas, grosor nominal, ancho del agujero, detalles de fijación y vano no soportado, se proporcionan en la Figura 2 y la Tabla 1.
Análisis basado en SEM de la morfología de fracturas
El SEM reveló diferencias asociadas al sitio en la morfología observada de la superficie de fractura. En la región del cuerpo mandibular, los seis sitios de fractura de la región corporal mostraron una orientación predominantemente buccolingual de las características observadas de la superficie de fractura (Figuras 3 y Figura 4).
Se observaron marcas similares a estriaciones y patrones similares a marcas de playa en los márgenes bucales o linguales en fracturas de la región corporal. Estas características se consideraron compatibles con el crecimiento progresivo de grietas bajo cargas repetidas, aunque la magnitud y dirección de la carga in vivo no se pudieron determinar únicamente por morfología. A medida que la propagación de la grieta avanzaba a lo largo de la placa, las regiones periféricas a menudo pasaban a una morfología frágil de fractura. En el grupo angular mandibular, las características observadas de la superficie de fractura estaban predominantemente orientadas a lo largo del eje superior-inferior (Figura 5).
La región de inicio de grieta presumida se localizó en el margen superior o inferior de la placa en 3/3 de las muestras. Se observaron características de desgarro dúctil orientadas verticalmente y regiones de aspecto frágil que se extienden a través del grosor de la placa en 3/3 ejemplares. Estas observaciones eran compatibles con las diferencias asociadas al sitio en morfología de fracturas; sin embargo, la morfología de la fractura por sí sola no pudo establecer la magnitud ni la dirección causal de la carga in vivo (Tabla 2).
Micrografías representativas de SEM de alta magnificación y el correspondiente conjunto de datos de imágenes en bruto para cada sitio de fractura se proporcionan en el Archivo Suplementario 1.
Comparación de fracturas clínicas con fracturas de referencia bajo condiciones de carga simplificadas
La carga se aplicaba manualmente; por lo tanto, no se midieron la fuerza, el desplazamiento, la tasa de carga, la carga de fractura ni los parámetros relacionados con la fatiga. Dos placas de referencia estaban fracturadas, asignando una placa a cada dirección simplificada de carga. Como solo se probó una placa en cada condición, no se pudo evaluar la reproducibilidad experimental. La carga bucco-lingual produjo fracturas caracterizadas predominantemente por la iniciación de grietas en los márgenes laterales de la placa y por características de la superficie de fractura orientadas a lo largo del eje bucolingual. En contraste, la carga superior-inferior produjo fracturas con inicio de grietas en el margen superior o inferior de la placa y características orientadas predominantemente a lo largo del eje superior-inferior.
En comparación cualitativa, las fracturas clínicas cuerpo-región compartían con mayor frecuencia características morfológicas con las fracturas generadas bajo carga bucco-lingual. Estas características comunes incluían la iniciación de grietas en el margen lateral y una orientación predominantemente transversal de las características de la superficie de fractura. Las fracturas clínicas en el ángulo mandibular se parecían más frecuentemente a las fracturas de referencia superior-inferior, especialmente en lo que respecta al inicio de la grieta en el margen superior o inferior y la orientación vertical de las características de fractura observadas.
Estas comparaciones mostraron similitudes morfológicas cualitativas seleccionadas entre las fracturas clínicas y de referencia. Sin embargo, dado que los experimentos de referencia utilizaron condiciones de carga simplificadas y no reprodujeron las fuerzas cíclicas y multidireccionales que actúan en vivo sobre las placas de reconstrucción, las similitudes observadas se interpretaron como cualitativas y generadoras de hipótesis, más que como evidencia definitiva del mecanismo de carga causal (Figura 6).
Los experimentos de referencia eran comparaciones cualitativas exploratorias y no tenían la intención de proporcionar validación biomecánica.
Evaluación de la composición elemental mediante espectroscopía de rayos X dispersiva de energía
La espectroscopía de rayos X con dispersión de energía demostró que el titanio y el oxígeno representaban las mayores proporciones elementales detectadas en las regiones analizadas. Se detectaron pequeñas cantidades de carbono en cinco pacientes, y sodio solo en uno. No se detectaron depósitos elementales inesperados marcados ni anomalías composicionales en los sitios analizados. Los valores representan una única medición de área de cada región seleccionada de la superficie de fractura (Tabla 3). Los espectros completos de EDS y los resultados cuantitativos en bruto se proporcionan en el Archivo Suplementario 1.
Conclusión
Este estudio exploratorio de recuperación identificó diferencias en la morfología de la fractura-superficie entre los lugares de fallo anatómico de las placas de reconstrucción mandibular. Las fracturas cuerpo-región mostraron con mayor frecuencia características orientadas a lo largo del eje buco-lingual, mientras que las fracturas de la región angular mostraron con mayor frecuencia características orientadas a lo largo del eje superior-inferior. Las fracturas de referencia generadas manualmente mostraron similitudes cualitativas seleccionadas con las muestras clínicas correspondientes, pero sirvieron solo como comparadores exploratorios y no estaban destinadas a una validación biomecánica. Dado que no se obtuvieron parámetros cuantitativos de fuerza, desplazamiento, tasa de carga o pruebas de fatiga, y porque el modelo experimental no reprodujo in vivo el complejo entorno de carga cíclica y multidireccional de la mandíbula, estas observaciones deben interpretarse como generadoras de hipótesis más que causales. Estos hallazgos generan la posibilidad de que el entorno mecánico asociado a la falla de placas pueda variar según el subsitio anatómico. Se requieren más estudios que incorporen pruebas estandarizadas de fatiga cíclica, mediciones cuantitativas de fuerza y desplazamiento, cohortes homogéneas más grandes y análisis por elementos finitos antes de poder recomendar estrategias de refuerzo específicas para cada sitio.
DISPONIBILIDAD DE DATOS:
Todos los datos generados o analizados en este estudio están incluidos en el manuscrito y sus archivos suplementarios. Se proporcionan imágenes representativas de SEM de alta ampliación, conjuntos de datos de imágenes en bruto, espectros de espectroscopía de rayos X dispersivos de energía y resultados cuantitativos en bruto como materiales complementarios. Las imágenes SEM en bruto, los espectros EDS, los resultados cuantitativos y el conjunto de datos analítico desidentificado están disponibles públicamente en Zenodo en el DOI: 10.5281/zenodo.20744888.
Figura 1: Flujo de trabajo general del estudio fractográfico basado en la recuperación. Se identificaron casos clínicos con placas de reconstrucción mandibular fracturadas, y las placas extraídas se caracterizaron según la ubicación de la fractura, configuración de placa y fijación, tramo sin soporte, unidades oclusales funcionales, exposición a radioterapia y estado de infección o no unión. Los ejemplares recuperados fueron limpiados, montados y examinados utilizando MEV para evaluar la morfología de la superficie de fractura y espectroscopía de rayos X dispersiva de energía para caracterizar la composición elemental. Dos placas de referencia no utilizadas fueron fracturadas manualmente bajo condiciones simplificadas de carga buco-lingual y superior-inferior. Las superficies de fractura clínica y de referencia se compararon cualitativamente utilizando criterios morfológicos predefinidos, incluyendo el margen de inicio de grieta presumido, orientación del plano de fractura, eje de propagación, características similares a estriaciones o marcas de playa, desgarro dúctil y la zona final de sobrecarga. La comparación tenía como objetivo generar hipótesis sobre posibles entornos mecánicos dependientes del sitio y no se consideró una validación biomecánica cuantitativa. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Figura 2: Localización anatómica de fracturas clínicas en placas de reconstrucción mandibular recuperadas. Radiografías panorámicas de siete pacientes (A–G) que muestran las ubicaciones anatómicas de fracturas de placas de reconstrucción mandibular. Se identificaron sitios de fractura en la parte posterior del cuerpo (A, D, E), el cuerpo anterior (C, D, G) y el ángulo mandibular (B, F, G). Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Figura 3: Micrografías electrónicas de barrido de fracturas clínicas en fracturas posteriores del cuerpo mandibular. (A,B) Superficies de fractura de los pacientes 1 y 5 que muestran propagación de la grieta bucal a lingual con estriaciones de fatiga concéntrica. (C) Superficie de fractura del Paciente 4 mostrando características orientadas bucco-lingualmente con regiones que desgarran dúctiles y de aspecto frágil. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Figura 4: Micrografías electrónicas de barrido de fracturas clínicas en fracturas del cuerpo mandibular anterior. (A) Superficie de fractura del Paciente 3 que muestra características direccionales mixtas buccal-linguales y linguales-bucales, con marcas similares a estriaciones y patrones similares a marcas de playa. (B) Superficie de fractura del Paciente 4 que muestra características orientadas lingual-bucal con desgarros dúctiles y regiones de aspecto frágil. (C) Superficie de fractura del Paciente 7 mostrando características orientadas buco-lingualmente con patrones similares a marcas de playa. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Figura 5: Micrografías electrónicas de barrido de fracturas clínicas en fracturas de ángulo mandibular. (A) Superficie de fractura del Paciente 2 que muestra características orientadas inferior-superior con marcas similares a estriaciones. (B,C) Superficies de fractura de los Pacientes 6 y 7 que muestran características orientadas inferior-superior con desgarros dúctiles combinados y regiones de aspecto frágil. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Figura 6: Superficies de fractura de referencia generadas bajo condiciones de carga simplificadas. (A) fractura de referencia generada bajo carga bucco-lingual y (B) fractura de referencia generada bajo carga superior-inferior. Las flechas indican la orientación predominante de las características observadas de la superficie de fractura. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
| Pacientes | Sexo | Edad | Diagnóstico | Side | Región de defectos | Sistema de placas | Grosor (mm) | Agujero de tornillo (mm) | Agujeros totales de placas | Tornillos de fijación, totales (proximal/distal) | Un Vano soportado (número de agujeros) | Función Unidades oclusales ionales, n | Radio Terapia | Infección o no sindicalización | Tiempo de la fractura de la placa (meses) | |
| 1 | M | 36 | SCC | Teniente | Cuerpo posterior | Matriz de titanio Placa de reconstrucción MANDIBLE (DePuy Synthes) | 2.8 | 2.4 | 15 | 8 (4/4) | 7 | 6 | Sí | no | 20 | |
| 2 | M | 76 | SCC | Teniente | Ángulo | Placa de reconstrucción universal de 2 mandíbulas (Stryker Leibinger) | 2.8 | 2.3 | 16 | 10 (5/5) | 6 | 4 | Sí | no | 10 | |
| 3 | F | 30 | Osteosarcoma | Rt | Cuerpo anterior | Placa de reconstrucción universal de 2 mandíbulas (Stryker Leibinger) | 2.8 | 2.3 | 13 | 7 (2/5) | 6 | 8 | Sí | no | 47 | |
| 4 | M | 70 | SCC | Rt | Cuerpo posterior | Placa de reconstrucción universal de 2 mandíbulas (Stryker Leibinger) | 2.8 | 2.3 | 16 | 11 (6/5) | 5 | 6 | Sí | no | 12 | |
| Cuerpo anterior | ||||||||||||||||
| 5 | M | 74 | Osteomielitis | Teniente | Cuerpo posterior | Matriz de titanio Placa de reconstrucción MANDIBLE (DePuy Synthes) | 2.8 | 2.4 | 12 | 7 (3/4) | 5 | 8 | no | no | 2 | |
| 6 | F | 79 | Osteomielitis | Rt | Ángulo | Placa de reconstrucción de la mandíbula OPTIMUS (Osteónica) | 2.6 | 2.4 | 16 | 14 (8/6) | 2 | 8 | no | no | 3 | |
| 7 | M | 59 | SCC | Rt | Ángulo | Placa de reconstrucción de la mandíbula Universa 2 (Stryker) | 2.8 | 2.3 | 16 | 9 (4/5) | 7 | 6 | no | no | 4 | |
| Cuerpo anterior | ||||||||||||||||
Tabla 1: Características clínicas, reconstructivas e implantes de las placas de reconstrucción mandibular recuperadas. Resumen del sexo del paciente, edad, diagnóstico, fabricante y sistema de placas, perfil nominal de la placa (grosor, orificio del tornillo), lado mandibular reconstruido, localización de la fractura, número total de orificios de placa, número y distribución de tornillos de fijación, vano de placa sin soporte, unidades oclusales funcionales, historial de radioterapia, estado de infección o no unión y tiempo desde la reconstrucción hasta la fractura de placa. Las unidades oclusales funcionales se definieron como contactos opuestos maxilar-mandibular en las regiones molar, premolar y anterior, contándose cada unidad de contacto una vez.
| Paciente nº | Sitio de fractura anatómica | Dirección de propagación de la fractura | Morfología de fracturas |
| 1 | Cuerpo posterior | Buccal à Lingual | Estriaciones concéntricas |
| 2 | Ángulo | Inferior à Superior | Estrías y marcas de playa |
| 3 | Cuerpo anterior | Buccal à Lingual | Marcas de playa |
| Lingual à Buccal | |||
| 4 | Cuerpo posterior | Buccal à Lingual | Dúctil y frágil |
| Cuerpo anterior | Lingual à Buccal | Dúctil y frágil | |
| 5 | Cuerpo posterior | Lingual à Buccal | Estriaciones concéntricas |
| 6 | Ángulo | Inferior à Superior | Dúctil y frágil |
| 7 | Ángulo | Inferior à Superior | Dúctil y frágil |
| Cuerpo anterior | Buccal à Lingual | Marcas de playa |
Tabla 2: Hallazgos fractográficos de placas de reconstrucción mandibular fracturadas observados mediante microscopía electrónica de barrido. Resumen del sitio anatómico de fractura, dirección de propagación de la grieta y morfología dominante de fractura para cada superficie de fractura analizada.
| Ti | O | C | No | ||||||
| Paciente nº | Porcentaje de la norma de masa | Porcentaje atómico | Porcentaje de la norma de masa | Porcentaje atómico | Porcentaje de la norma de masa | Porcentaje atómico | Porcentaje de la norma de masa | Porcentaje atómico | |
| 1 | 75.85 | 51.2 | 24.15 | 48.8 | |||||
| 2 | 90.25 | 75.58 | 9.75 | 24.42 | |||||
| 3 | 57.77 | 30.29 | 24.95 | 39.15 | 11.72 | 24.5 | 5.56 | 6.07 | |
| 4 | 81.45 | 58.77 | 16.94 | 36.58 | 1.62 | 4.65 | |||
| 5 | 84.79 | 62.52 | 9.87 | 21.78 | 5.34 | 15.7 | |||
| 6 | 84.4 | 62.8 | 12.29 | 27.37 | 3.31 | 9.83 | |||
| 7 | 74.8 | 47.09 | 16.53 | 31.14 | 8.67 | 21.76 | |||
Tabla 3: Composición elemental de placas de reconstrucción mandibular fracturadas determinada por espectroscopía de rayos X dispersiva de energía. La composición elemental se informa como porcentaje de peso normalizado (wt%) y porcentaje atómico (at%) obtenidos mediante análisis de área EDS a 20 kV y una distancia de trabajo de 10,0 mm.
Archivo suplementario 1: Análisis de espectroscopía de rayos X dispersiva de energía de los pacientes 1–7. Las imágenes de microscopía electrónica de barrido demuestran las regiones seleccionadas de interés para el análisis EDS, con los correspondientes espectros y tablas de composición elemental. El titanio era el elemento predominante en todas las muestras, acompañado de oxígeno, consistente con la formación de óxido de titanio en la superficie de la placa. Se detectó carbono en los pacientes 3–7, y sodio en el paciente 3. Por favor, haga clic aquí para descargar este archivo.
Discusión
Este estudio exploratorio propone un protocolo basado en la recuperación que combina SEM, carga de referencia comparativa y espectroscopía de rayos X dispersiva de energía para caracterizar la morfología de la superficie de fractura y explorar patrones direccionales asociados al sitio en placas de reconstrucción mandibular fracturadas. Estudios previos han identificado la fatiga como un mecanismo principal de fallo de placas de reconstrucción mandibular mediante análisis directos de materiales yfractográficos 3,8,12. Otros estudios se han centrado principalmente en factores de riesgo clínicos, diseño de placas o evaluación biomecánica computacional y de laboratorio 9,10,11,13,14,15,16,17. En el presente estudio, las características de la superficie de fractura diferían según la ubicación anatómica de la fractura. Las fracturas cuerpo-región mostraron con mayor frecuencia características orientadas a lo largo del eje buco-lingual, mientras que las fracturas de la región angular mostraron con mayor frecuencia características orientadas a lo largo del eje superior-inferior. Los experimentos simplificados de carga de referencia produjeron características morfológicas seleccionadas cualitativamente similares a las observadas en los respectivos especímenes clínicos. Estos hallazgos sugieren que el entorno mecánico predominante de la falla de placas puede variar según el subsitio anatómico, aunque no establecen un mecanismo único de carga causal.
Las diferencias observadas ofrecen una posible extensión del concepto general de fallo de placas relacionado con la fatiga. En el cuerpo mandibular, las fracturas se propagaron predominantemente en dirección bucolingual, lo que sugiere vulnerabilidad a la tensión de flexión lateral. Sin embargo, los experimentos de fractura de referencia fueron diseñados únicamente para comparaciones morfológicas cualitativas y exploratorias y no estaban destinados a la validación biomecánica. Como la carga se aplicaba manualmente, no se obtuvieron mediciones cuantitativas de fuerza, desplazamiento, tasa de carga, carga de fractura ni parámetros de prueba de fatiga. Además, el modelo no reprodujo el complejo entorno de carga cíclico, multidireccional y específico del paciente que experimentan las placas de reconstrucción mandibular in vivo. Por tanto, las similitudes observadas deben interpretarse únicamente como patrones generadores de hipótesis que requieren confirmación mediante pruebas biomecánicas estandarizadas.
Si se confirma en estudios más amplios y controlados, la variación anatómica en el entorno mecánico podría tener implicaciones para el diseño de placas de reconstrucción. Las estrategias potenciales podrían incluir modificación regional de la rigidez de la placa, geometría de la sección transversal, grosor de la placa o refuerzo suplementario. No obstante, los hallazgos actuales son insuficientes para recomendar una configuración de placas específica para un subsitio concreto. Dichas recomendaciones requerirían pruebas comparativas que tengan en cuenta la longitud del defecto, la extensión de la placa sin soporte, el método de fijación, el contorno de la placa, el soporte óseo residual y las condiciones de carga específicas delpaciente 11,13,14,15,16,17.
La espectroscopía de rayos X dispersiva de energía detectó titanio y oxígeno como elementos dominantes, con pequeñas e inconsistentes cantidades de carbono e sodio en un subconjunto de especímenes. Estas señales menores son más probablemente atribuibles a oxidación superficial, contaminantes adsorbidos o residuos fisiológicos que a una alteración real de laaleación 18,19,20,21. No se identificaron depósitos elementales inesperados marcados ni anomalías composicionales en las regiones analizadas. Sin embargo, la espectroscopía de rayos X dispersiva de energía proporciona información elemental localizada y no puede excluir de forma independiente la corrosión localizada, el freting, la tribocorrosión u otros procesos de degradación superficial 18,19,20,21. Por lo tanto, los hallazgos de la espectroscopía de rayos X dispersivos de energía no deben interpretarse como evidencia definitiva de que la degradación química no tuvo ningún papel en la falla de placas. Más bien, los hallazgos fractográficos fueron más compatibles con la falla mecánica progresiva, mientras que la contribución relativa de los procesos relacionados con la corrosión sigue siendo incierta.
La fractografía basada en la recuperación tiene varias fortalezas. Examina directamente implantes que fallaron en la práctica clínica y permite identificar posibles regiones de inicio de grietas, características de propagación y zonas finales de ruptura. También puede relacionar la morfología de la fractura con información clínica y anatómica sin depender completamente de las condiciones de carga asumidas. Sin embargo, el análisis de recuperación no puede reconstruir la historia completa de carga de un implante ni cuantificar la magnitud, frecuencia y dirección de las fuerzas que actúan antes de la falla. La superficie de fractura observada también puede reflejar los efectos combinados del contorneado de placas, cargas repetidas, concentración local de tensión, exposición biológica, explantación y preparación de la muestra.
Varios pasos del protocolo son críticos para la calidad y fiabilidad del análisis fractográfico. La superficie de fractura debe protegerse del raspado y el contacto con instrumentos durante la recuperación y limpiarse suavemente sin abrasión mecánica, ya que la contaminación y los daños secundarios pueden ocultar características relacionadas con la fatiga. La orientación anatómica debe establecerse antes del montaje correlacionando el contorno de la placa y la configuración de agujero de tornillo con hallazgos quirúrgicos y radiográficos; los ejemplares con orientación incierta deben clasificarse como indeterminados. El examen con baja magnificación de toda la superficie de fractura debe preceder a la imagen de alta magnificación dirigida para preservar la relación espacial entre la región de inicio presunta, las características de propagación y la zona final de ruptura. Un montaje conductor seguro y el ajuste adecuado de la distancia de trabajo y las condiciones de escaneo pueden reducir la carga y los artefactos de enfoque. Para el análisis EDS, deben evitarse las regiones cercanas a los bordes de la muestra, cinta de carbono o restos visibles para minimizar señales elementalesengañosas 18. Condiciones de imagen consistentes, categorías morfológicas predefinidas y revisión independiente seguida de consenso son importantes para reducir la variabilidad interpretativa, y las fracturas con características oscurecidas o ambiguas no deben asignarse a una categoría de referencia direccional.
Las ventajas prácticas del protocolo incluyen el uso de implantes recuperados clínicamente, una preparación mínima de muestras destructivas, la integración de datos clínicos, radiológicos, morfológicos y elementales, y un flujo de trabajo estandarizado de aumento bajo a alto. El método puede implementarse en laboratorios con acceso a equipos convencionales de SEM y EDS sin necesidad de un sistema de pruebas mecánicas dedicado. Procedimientos predefinidos de orientación, imagen y clasificación también pueden mejorar la reproducibilidad entre muestras e investigadores. Sin embargo, la accesibilidad sigue dependiendo de la disponibilidad de experiencia en SEM y de un manejo adecuado de la recuperación.
El análisis por elementos finitos y las pruebas estandarizadas de fatiga proporcionan información complementaria. El análisis por elementos finitos puede estimar distribuciones de esfuerzos y deformación y evaluar los efectos de la geometría de defectos, el diseño de placas, la configuración de fijación y las suposiciones de carga 13,16,17. Sin embargo, sus resultados son sensibles a las suposiciones relativas a las fuerzas musculares, el contacto oclusal, las propiedades del material, las condiciones de contorno y la interacción hueso–implante 13,16. Los ensayos de fatiga cíclicos en banco pueden proporcionar mediciones cuantitativas como la rigidez de la construcción, los ciclos hasta la falla, la resistencia a la fatiga y la carga de fallo bajo condicionesestandarizadas 13,15. No obstante, tales experimentos simplifican necesariamente el entorno de carga biológico variable, anatómico y multidireccional que se encuentra in vivo. Por tanto, la fractografía basada en la recuperación, el análisis por elementos finitos y las pruebas de fatiga deben considerarse enfoques complementarios y no intercambiables.
Este protocolo puede ser útil en múltiples áreas de la investigación craneomaxilofacial. Puede facilitar la comparación entre placas convencionales y específicas del paciente, apoyar la validación de predicciones por elementos finitos mediante implantes recuperados y ayudar a identificar qué subsitios mandibulares son más vulnerables en diferentes entornosreconstructivos 11,13,14,15,16,17 . Además, puede ayudar en el desarrollo de estrategias de reconstrucción híbridas que combinen placas con injertos óseos vascularizados, segmentos de reparto de carga o barras suplementarias en regiones mecánicamenteexigentes 1,2,13,14,15.
Deben reconocerse varias limitaciones. Primero, se trató de un pequeño estudio retrospectivo de recuperación de siete pacientes y nueve sitios de fractura, con dos placas que contribuyeron con dos líneas de fractura cada una; por lo tanto, algunas observaciones no fueron estadísticamente independientes y los hallazgos pueden no ser generalizables. La cohorte también fue heterogénea en cuanto a diagnóstico, localización de defectos, exposición a radioterapia, unidades oclusales funcionales, extensión de placas sin soporte, configuración de fijación y sistema de placas. Las diferencias en el grosor de la placa, perfil de la sección transversal, geometría del pozo, procesamiento del material y diseño específico del fabricante pueden haber afectado la concentración de tensiones y la morfología de la superficiede fractura 11,13,14,15,16. Debido a la pequeña y heterogénea cohorte, los efectos del sitio anatómico no podían separarse de los del diseño de sistemas de placas.
En segundo lugar, el número, la ubicación y la extensión de las maniobras intraoperatorias de flexión o retroceso no se documentaron de forma consistente. El contorneado repetido puede introducir tensión residual o debilitamiento mecánico local y, por tanto, podría haber contribuido a la falla de laplaca 16.
Tercero, el modelo de fractura de referencia fue muy simplificado. Por tanto, los experimentos de referencia no deben interpretarse como una validación biomecánica de las direcciones de carga inferidas de las superficies de fractura clínicas. Solo se probó una placa sin usar para cada dirección de carga, y la carga se aplicó manual y de forma monótona sin medición cuantitativa de fuerza, desplazamiento, tasa de carga o carga de fractura. No se pudo evaluar la reproducibilidad, y el modelo no reprodujo las fuerzas cíclicas, multidireccionales y específicas de cada paciente presentes in vivo. En consecuencia, las fracturas experimentales sirvieron solo como referencias morfológicas cualitativas.
Cuarto, la comparación entre fracturas clínicas y de referencia se basó en una evaluación cualitativa de características fractográficas predefinidas. Aunque las imágenes fueron revisadas de forma independiente y los desacuerdos se resolvieron por consenso, la interpretación seguía siendo parcialmente subjetiva, y la morfología de la fractura por sí sola no puede determinar de manera única la magnitud o dirección de la carga causal.
Finalmente, el SEM y la espectroscopía de rayos X dispersiva de energía proporcionan información estructural y elemental localizada, pero no pueden reconstruir toda la historia mecánica, biológica o química de losimplantes 18. La ausencia de anomalías composicionales marcadas no excluye corrosión localizada, trasteos, tribocorrosión ni interacciones entre la degradación superficial y lafatiga 19,20,21. Por tanto, estos hallazgos deben considerarse exploratorios y generadores de hipótesis, y requieren confirmación mediante cohortes de recuperación más amplias, pruebas estandarizadas de fatiga cíclica, mediciones mecánicas cuantitativas y análisis por elementos finitos específicos de cada paciente.
Los estudios futuros deberían integrar la fractografía basada en la recuperación con geometría específica del paciente, datos de carga funcional y variables de diseño reconstructivas. Las cohortes de recuperación multicintróticas más grandes pueden aclarar si patrones particulares de defectos o estrategias de fijación predisponen a fallos dominantes en el cuerpo o en ángulo. En general, estas observaciones proporcionan una base para futuras investigaciones sobre si el refuerzo específico de un subsitio puede ser beneficioso, pero no apoyan directamente una estrategia particular de diseño de placas.
Divulgaciones
Los autores declaran no tener intereses financieros en competencia.
Agradecimientos
Este trabajo fue apoyado por el New Faculty Startup Fund de la Universidad Nacional de Seúl (Nº 860-20250053). Los autores agradecen al personal del Hospital Dental de la Universidad Nacional de Seúl por su ayuda con el manejo de muestras y el apoyo en imágenes.
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Detector de espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (Apreo 2) | Thermo Fisher Scientific | Núm. de pieza 1229004 | Detector integrado utilizado para el análisis elemental durante la microscopía electrónica de barrido |
| Placa de reconstrucción de mandíbula OPTIMUS | Osteonic | MST326M17 | Especímenes clínicos fracturados recuperados analizados en este estudio |
| Microscopio electrónico de barrido (Apreo 2) | Thermo Fisher Scientific | Núm. de pieza 1229004 | Utilizado para el examen fractográfico de las superficies de fractura |
| Placa de reconstrucción TITANIUM MatrixMANDIBLE | DePuy Synthes | 04.503.739 | Especímenes clínicos fracturados recuperados analizados en este estudio |
| Baño ultrasónico | SHARP | UT-106 | Limpieza con etanol de las placas |
| Placa de reconstrucción de mandíbula Universal 2 | Stryker Leibinger | 55-28922 55-28920 | Especímenes clínicos fracturados recuperados analizados en este estudio |
Referencias
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