Este protocolo baseado em recuperação combina microscopia eletrônica de varredura, comparação qualitativa com fraturas de referência simplificadas e espectroscopia de raios X dispersiva por energia. Fraturas na região do corpo apresentaram predominantemente características orientadas buco-lingualmente, enquanto fraturas da região angular apresentaram orientação superior-inferior, sugerindo que o ambiente mecânico da falha da placa pode variar conforme o subsídio anatômico.
Artigo de investigação
Análise de Recuperação de Placas de Reconstrução Mandibular Fraturadas Usando Microscopia Eletrônica de Varredura
Neste artigo
Resumo
Resumo
Placas de reconstrução mandibular são amplamente utilizadas após mandibulectomia segmentar, mas a fratura da placa continua sendo uma complicação significativa. Este estudo apresenta um protocolo baseado em recuperação que utiliza microscopia eletrônica de varredura (MEV) para caracterizar a morfologia das fraturas e inferir direções mecânicas específicas do local para falhas em placas de reconstrução mandibular de titânio. Hipotetizamos que a orientação da superfície da fratura variaria conforme a localização anatômica da fratura e apresentaria semelhanças qualitativas com fraturas de referência produzidas sob diferentes direções de carga. Sete pacientes com placas fraturadas foram identificados, resultando em nove locais de fratura. As placas recuperadas foram limpas, montadas e examinadas pelo SEM para identificar locais de início de trinca, estrias de fadiga, marcas de praia e zonas finais de ruptura. A espectroscopia de raios X dispersiva de energia foi realizada para avaliar a composição elementar e excluir anormalidades relacionadas à corrosão. Duas placas de referência não utilizadas foram fraturadas manualmente sob carga bucco-lingual simplificada e superior-inferior, e suas características da superfície de fratura foram qualitativamente comparadas com as dos espécimes clínicos. Todos os seis locais de fratura da região corporal apresentaram predominantemente características de superfície de fratura orientadas buco-lingualmente, enquanto os três locais de fratura em ângulo mandibular apresentaram predominantemente orientação superior-inferior. Fraturas da região do corpo compartilhavam características morfológicas selecionadas com a fratura de referência buco-lingual, enquanto as fraturas da região angular apresentavam semelhanças com a fratura de referência superior-inferior. A espectroscopia de raios X dispersiva de energia detectou principalmente titânio e oxigênio, sem depósitos inesperados marcantes ou anomalias composicionais. Esses achados sugerem que o ambiente mecânico da falha da placa de reconstrução mandibular pode diferir conforme o subsídio anatômico. No entanto, como os experimentos de referência usaram uma amostra por condição de carga, dependeram de carga manual e não quantificada e não incluíram testes de fadiga cíclica, as semelhanças observadas devem ser consideradas qualitativas e geradoras de hipóteses, e não evidências definitivas de mecanismos causais de carga. Estudos biomecânicos e computacionais quantitativos adicionais são necessários antes que estratégias de design ou reforço de placas específicas para subsídio possam ser recomendadas.
Introdução
A reconstrução mandibular após mandibulectomia segmentar é essencial para restaurar a continuidade, contorno facial, mastigação e fala em pacientes com defeitos oncológicos ou infecciososósseos 1,2. Placas de reconstrução de titânio portantes continuam amplamente utilizadas porque proporcionam estabilidade imediata, são cirurgicamente práticas e podem servir tanto como tratamento definitivo quanto como solução provisória antes da reconstruçãosecundária 3,4. Apesar dessas vantagens, complicações como exposição às placas, afrouxamento, infecção e fratura continuam limitando o sucesso a longoprazo 5,6,7. A fratura da placa é particularmente importante porque pode exigir cirurgia de revisão e frequentemente está associada à deterioração funcional e ao comprometimento dos tecidosmoles 5,8,9,10,11. Estudos clínicos e biomecânicos sugeriram que fatores como exposição à radiação, comprimento de defeito, vão não suportado, contorno de placas e estratégia de fixação influenciam o risco de falha 12,13,14,15,16. No entanto, a direção exata dos estresses que causam a fratura em diferentes subsítios mandibulares permanece insuficientementedefinida 3,5,8,12.
A análise fractográfica oferece uma forma direta de investigar a falha do implante no nível do material. A fractografia baseada em microscopia eletrônica de varredura (SEM) permite a identificação detalhada de estrias de fadiga, locais presumidos de início de trinca, padrões semelhantes a marcas de praia e morfologia final de ruptura, fornecendo assim informações qualitativas sobre as condições mecânicas associadas à falha 3,8,12. Ao contrário dos testes biomecânicos, que avaliam o comportamento estrutural sob condições de carga controlada, ou da análise por elementos finitos, que estima computacionalmente distribuições de tensão e deformação, a fractografia baseada em SEM examina diretamente as características morfológicas preservadas nas superfícies de fraturarecuperadas 13,14,15,16. No entanto, essa abordagem é principalmente qualitativa e não pode quantificar independentemente a magnitude da carga in vivo nem estabelecer um mecanismo único de carga causal; portanto, é mais apropriadamente usado como um método exploratório para identificar padrões de falha e gerar hipóteses biomecânicas.
Embora estudos anteriores tenham examinado superfícies de fratura de placas mandibularesfalhadas 3,8,12, a relação entre a morfologia da fratura e o sítio anatômico não foi esclarecida sistematicamente. O objetivo deste estudo exploratório de recuperação foi caracterizar a morfologia da superfície de fratura de placas de reconstrução mandibular clinicamente recuperadas e comparar as características observadas com as das placas de referência fraturadas sob condições simplificadas de carga buco-lingual e superior-inferior. Hipotetizamos que as características da superfície da fratura difeririam pela localização anatômica da falha da placa e apresentariam semelhanças qualitativas com fraturas de referência produzidas sob diferentes direções de carga.
Protocolo
Todos os procedimentos envolvendo materiais de origem humana foram realizados de acordo com a Declaração de Helsinque e as diretrizes institucionais. O protocolo do estudo foi aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional do Hospital Odontológico da Universidade Nacional de Seul (IRB No. CDE19001). Como este foi um estudo retrospectivo usando dados clínicos desidentificados e equipamentos explantados recuperados do banco de dados de explantes, a exigência de consentimento informado foi dispensada pelo conselho. O fluxo de trabalho geral do estudo consistiu em quatro etapas: identificação e classificação clínica das placas fraturadas recuperadas, avaliação da superfície de fratura baseada em MEB, análise EDS e comparação qualitativa com fraturas geradas simplificadas. Um fluxo de trabalho geral do estudo é apresentado na Figura 1. Os reagentes e os equipamentos utilizados estão listados na Tabela de Materiais.
Identificação de casos elegíveis e documentação das características clínicas, de defeito e de placas
Este estudo retrospectivo de recuperação incluiu pacientes que passaram por reconstrução mandibular com placas de titânio portadoras de carga e posteriormente desenvolveram fratura da placa que exigiu remoção. Prontuários clínicos, registros cirúrgicos e imagens radiográficas foram revisados para documentar idade do paciente, sexo, diagnóstico primário, lado reconstruído, localização do defeito, histórico de radiação, infecção pós-operatória, dentição e unidades oclusais residuais, tempo desde a reconstrução até a fratura e localização da fratura anatômica. Sete pacientes contribuíram com sete placas recuperadas. Duas placas tinham duas linhas de fratura distintas; portanto, nove locais de fratura foram incluídos na análise fractográfica descritiva. O paciente e a placa foram considerados as unidades clínicas de amostragem, enquanto o local individual da fratura foi usado como unidade de descrição da superfície da fratura. As localizações das fraturas foram categorizadas como parte posterior do corpo, parte anterior do corpo ou ângulo mandibular. As variáveis relacionadas às placas incluíam o sistema de placas, espessura nominal da placa, largura do furo, número e distribuição dos parafusos de fixação, e o comprimento do vão da placa não suportada. O número exato de manobras intraoperatórias de flexão e rebaixada não pôde ser determinado porque esses detalhes não estavam consistentemente documentados nos registros operatórios. Radiografias panorâmicas foram usadas para confirmar a localização da fratura e correlacionar os achados de imagem com os espécimes recuperados.
Análise baseada em SEM da morfologia das fraturas
Após a remoção, cada placa fraturada era manuseada cuidadosamente para preservar a superfície da fratura. Os detritos biológicos grosseiros foram suavemente reduzidos ao enxaguar as amostras com água destilada sem raspagem mecânica da superfície da fratura. Cada amostra de placa foi colocada em um tubo cônico de 15 mL contendo etanol suficiente para imergir completamente a amostra. O tubo fechado era colocado em um banho ultrassônico e sonicado por 3 minutos a 37 kHz, 100W e 37 °C. Após a sonicação, a amostra era retirada do tubo e seca em uma câmara de ar limpo. O mesmo procedimento de preparação foi aplicado a todas as amostras clínicas e de referência. Não foi realizado polimento, moagem ou revestimento metálico condutor nas superfícies de fratura. Após secar em uma câmara de ar limpo, as amostras eram montadas em tocos de alumínio usando fita de carbono condutora. Ambas as superfícies de fratura opostas foram inicialmente examinadas com baixa ampliação sempre que disponíveis. A superfície selecionada para imagens detalhadas deveria mostrar regiões visíveis periféricas e centrais de fratura, detritos mínimos que obscurecem características morfológicas, não arranhões proeminentes relacionados à recuperação ou marcas de instrumentos, e nenhuma esmagamento, flexão ou deformação pós-fratura substancial. Quando ambas as superfícies atendiam a esses critérios, ambas eram mantidas para análise. A orientação anatômica foi determinada ao comparar o contorno da placa, a configuração do furo do parafuso e a localização da fratura com registros cirúrgicos e radiografias panorâmicas. A superfície voltada para o osso foi designada como o aspecto lingual e a superfície oposta como o aspecto bucal, enquanto as direções superior e inferior foram determinadas a partir da posição da placa em relação à borda mandibular. Essas instruções foram marcadas e mantidas durante a montagem no tubo de alumínio.
Os espécimes montados foram examinados usando imagem eletrônica secundária com um detector de elétrons secundários em ampliações de 80×, 200×, 400× e 1.000×. Com aproximadamente 80× de ampliação, os pesquisadores confirmaram primeiro que toda a superfície da fratura, as margens periféricas e a região central da ruptura foram adequadamente visualizadas. A região presumida de iniciação de trinca e a zona final de sobrecarga foram então identificadas antes da imagem alvo em 200×, 400× e 1.000×. Imagens de visão geral foram adquiridas com aproximadamente 80× de ampliação usando uma tensão acelerada de 10,0 kV, corrente de sonda de 0,10 nA, tempo de permanência de 5,0 μs e distância de trabalho de 40,0 mm. Cada superfície de fratura foi revisada sistematicamente da margem periférica até a zona central de ruptura. Cada superfície de fratura foi avaliada usando categorias morfológicas pré-definidas, incluindo a margem presumida de início da trinca, eixo predominante de propagação da trinca, marcas semelhantes a estrias, padrões semelhantes a marcas de praia, rasgões dúctiles, regiões de aparência frágil e a zona final de sobrecarga presumida. A orientação de propagação de rachaduras foi classificada como predominantemente buco-lingual, predominantemente superior-inferior, mista ou indeterminada. Atenção especial foi dada à orientação das características de fadiga em relação aos aspectos bucal, lingual, superior e inferior da placa, a fim de inferir a direção predominante do estresse mecânico. Os investigadores revisaram as imagens de forma independente antes de realizar uma revisão por consenso.
Comparação de fraturas clínicas com fraturas de referência sob condições de carga simplificadas
Placas de reconstrução não utilizadas do mesmo sistema e dimensões nominais das placas clinicamente recuperadas foram usadas para gerar fraturas de referência. Uma placa foi testada sob carga buccolingual e outra sob carga superior-inferior. Para cada placa, o ponto de carregamento pretendido era marcado antecipadamente. A placa era então apoiada manualmente em locais correspondentes a dois furos de distância do ponto de carregamento marcado em cada lado.
A carga era aplicada manualmente no local marcado até que ocorresse uma fratura grave da placa. Para a condição buco-lingual, a força foi aplicada na direção buco-lingual. Para a condição superior-inferior, a força era aplicada na direção superior-inferior.
Essas fraturas de referência foram geradas para fornecer comparações morfológicas simplificadas, em vez de reproduzir o ambiente complexo de carga cíclico e multidirecional experimentado pelas placas de reconstrução mandibular in vivo. Após a fratura, todas as amostras de referência passaram pelos mesmos procedimentos de limpeza, montagem e imagem por MEV usados nas placas clínicas recuperadas.
Fraturas clínicas e de referência foram comparadas usando as seguintes características predefinidas: margem presumida de início de trinca, orientação predominante do plano de fratura, eixo de propagação da trinca, orientação de características semelhantes a estrias ou marcas de praia, distribuição do rasgamento dúctil e localização da zona final de sobrecarga presumida. Cada fratura clínica foi classificada como mais semelhante ao padrão de referência buco-lingual, mais semelhante ao padrão de referência superior-inferior, mista ou indeterminada. Os desentendimentos entre os investigadores foram resolvidos por meio de revisão conjunta e consenso. A avaliação de similaridade foi qualitativa e não teve a intenção de estabelecer um mecanismo único de carga causal.
Avaliação da composição elementar por espectroscopia de raios X dispersiva de energia
A espectroscopia de raios X dispersiva de energia foi realizada durante a microscopia eletrônica para avaliar a composição elementar e rastrear evidências de degradação ou contaminação relacionada à corrosão. A espectroscopia de raios X dispersiva de energia foi realizada usando um detector de deriva de silício integrado ao SEM. Espectros eram adquiridos com uma tensão de aceleração de 20 kV e uma distância de trabalho de 10,0 mm com ampliação de 1.000×. Uma região retangular de interesse foi posicionada sobre uma porção relativamente plana da superfície da fratura, evitando a borda da amostra e os detritos grossos da superfície. A composição elementar foi quantificada a partir do espectro adquirido e reportada como porcentagem de peso (wt%) e porcentagem atômica (at%).
Conclusão de protocolo e compilação dos resultados finais
Conclua o procedimento após confirmar que cada local de fratura avaliável possui um conjunto de imagens SEM anatomicamente orientadas, uma avaliação morfológica concluída, uma classificação de orientação de propagação de trinca, uma classificação qualitativa de padrão de referência e um relatório de composição EDS expresso em peso e at%. Integre esses resultados com os dados clínicos e radiográficos correspondentes para gerar o conjunto final de dados de análise em nível de amostra.
Resultados
Identificação de casos elegíveis e documentação das características clínicas, de defeito e de placas
Sete pacientes com fraturas nas placas de reconstrução mandibular foram identificados para análise baseada em coleta. A coorte incluía cinco homens e duas mulheres, com idade média de 60,6 anos (faixa de 30 a 79 anos) no momento da fratura. Os diagnósticos subjacentes foram carcinoma de células escamosas em quatro pacientes, osteomielite em dois pacientes e osteossarcoma em um paciente. O intervalo médio entre a cirurgia de reconstrução e a fratura da placa foi de 14 meses, variando de 2 meses a 47 meses. A reconstrução foi realizada na mandíbula esquerda em três pacientes e na mandíbula direita em quatro pacientes. Os locais da fratura estavam distribuídos uniformemente entre três regiões anatômicas: corpo posterior (n = 3), corpo anterior (n = 3) e ângulo mandibular (n = 3). Quatro sistemas de placas de reconstrução estavam representados. As placas tinham mediana de 16 buracos (intervalo, 12–16 buracos). O número mediano total de parafusos de fixação era 9 (intervalo, 7–14), com 2–8 parafusos colocados no segmento proximal e 4–6 parafusos no segmento distal. O vão de placas sem suporte tinha um comprimento mediano de 6 furos de placa (alcance, 2–7 furos). O número de unidades oclusais funcionais variava de quatro a oito, com mediana de seis unidades. Quatro pacientes receberam radioterapia, enquanto três não. Nenhum paciente tinha infecção pós-operatória ou não união documentada no momento da fratura da placa. Especificações detalhadas para cada placa, incluindo fabricante e sistema de placas, espessura nominal, largura do furo, detalhes de fixação e vão não suportado, são fornecidas na Figura 2 e na Tabela 1.
Análise baseada em SEM da morfologia das fraturas
O MEV revelou diferenças associadas ao local na morfologia observada da superfície da fratura. Na região do corpo mandibular, todos os seis locais de fratura da região do corpo apresentaram uma orientação predominantemente bucolingual das características observadas da superfície da fratura (Figuras 3 e Figuras 4).
Marcas semelhantes a estrias e padrões semelhantes a marcas de praia foram observados nas margens bucais ou linguais em fraturas da região do corpo. Essas características foram consideradas compatíveis com o crescimento progressivo de trincas sob cargas repetidas, embora a magnitude e direção da carga in vivo não pudessem ser determinadas apenas pela morfologia. À medida que a propagação da trinca avançava pela placa, as regiões periféricas frequentemente transitavam para morfologia de fratura frágil. No grupo angular mandibular, as características observadas da superfície de fratura foram predominantemente orientadas ao longo do eixo superior-inferior (Figura 5).
A região de início de trinca presumida foi localizada na margem superior ou inferior da placa em 3/3 de amostras. Características verticalmente orientadas de rasgamento dúctil e regiões de aparência frágil que se estendem através da espessura da placa foram observadas em 3/3 de espécimes. Essas observações foram compatíveis com as diferenças associadas ao local na morfologia das fraturas; no entanto, a morfologia da fratura sozinha não conseguiu estabelecer a magnitude ou direção causal da carga in vivo (Tabela 2).
Micrografias representativas de SEM de alta ampliação e o conjunto de dados de imagens brutas correspondentes para cada local de fratura são fornecidos no Arquivo Suplementar 1.
Comparação de fraturas clínicas com fraturas de referência sob condições de carga simplificadas
O carregamento era aplicado manualmente; portanto, força, deslocamento, taxa de carga, carga de fratura e parâmetros relacionados à fadiga não foram medidos. Duas placas de referência foram fragmentadas, com uma placa atribuída a cada direção simplificada de carga. Como apenas uma placa foi testada em cada condição, a reprodutibilidade experimental não pôde ser avaliada. A carga buco-lingual produziu fraturas caracterizadas predominantemente pela iniciação de trincas nas margens laterais da placa e por características da superfície de fratura orientadas ao longo do eixo buccolingual. Em contraste, a carga superior-inferior produziu fraturas com início de trinca na margem superior ou inferior da placa e características orientadas predominantemente ao longo do eixo superior-inferior.
Na comparação qualitativa, as fraturas clínicas da região corporal compartilharam com mais frequência características morfológicas com as fraturas geradas sob carga buco-lingual. Essas características compartilhadas incluíam o início da trinca na margem lateral e uma orientação predominantemente transversal das características da superfície de fratura. As fraturas clínicas no ângulo mandibular frequentemente se assemelhavam às fraturas de referência superior-inferior, especialmente no que diz respeito à iniciação da fissura na margem superior ou inferior e à orientação vertical das características de fratura observadas.
Essas comparações mostraram semelhanças morfológicas qualitativas selecionadas entre as fraturas clínica e de referência. No entanto, como os experimentos de referência usaram condições de carga simplificadas e não reproduziram as forças cíclicas e multidirecionais atuando in vivo sobre as placas de reconstrução, as semelhanças observadas foram interpretadas como qualitativas e geradoras de hipóteses, em vez de evidências definitivas do mecanismo de carga causal (Figura 6).
Os experimentos de referência eram comparações qualitativas exploratórias e não tinham a intenção de fornecer validação biomecânica.
Avaliação da composição elementar por espectroscopia de raios X dispersiva de energia
A espectroscopia de raios X dispersiva de energia demonstrou que titânio e oxigênio representavam as maiores proporções elementares detectadas nas regiões analisadas. Pequenas quantidades de carbono foram detectadas em cinco pacientes, e sódio foi detectado apenas em um paciente. Não foram detectados depósitos elementares inesperados marcantes ou anomalias composicionais nos locais analisados. Os valores representam uma única medida de área de cada região selecionada da superfície de fratura (Tabela 3). Os espectros completos do EDS e as saídas quantitativas brutas são fornecidos no Arquivo Suplementar 1.
Conclusão
Este estudo exploratório de recuperação identificou diferenças na morfologia da superfície da fratura entre os locais de falha anatômica das placas de reconstrução mandibular. Fraturas da região corporal apresentaram com mais frequência características orientadas ao longo do eixo bucco-lingual, enquanto fraturas da região angular apresentaram com mais frequência características orientadas ao longo do eixo superior-inferior. Fraturas de referência geradas manualmente mostraram semelhanças qualitativas selecionadas com os amostras clínicos correspondentes, mas serviram apenas como comparadores exploratórios e não tinham a intenção de validação biomecânica. Como não foram obtidos parâmetros quantitativos de força, deslocamento, taxa de carga ou fadiga, e porque o modelo experimental não reproduziu o complexo ambiente de carga cíclica e multidirecional da mandíbula in vivo, essas observações devem ser interpretadas como geradoras de hipóteses em vez de causais. Esses achados sugerem que o ambiente mecânico associado à falha das placas possa variar conforme o subsídio anatômico. Estudos adicionais que incorporem testes padronizados de fadiga cíclica, medições quantitativas de força e deslocamento, coortes homogêneas maiores e análise por elementos finitos são necessários antes que estratégias de reforço específicas do local possam ser recomendadas.
DISPONIBILIDADE DE DADOS:
Todos os dados gerados ou analisados neste estudo estão incluídos no manuscrito e em seus arquivos suplementares. Imagens representativas de SEM de alta ampliação, conjuntos de dados de imagens brutas, espectros de espectroscopia de raios X dispersivos de energia e resultados quantitativos brutos são fornecidos como materiais suplementares. As imagens SEM brutas, espectros EDS, resultados quantitativos e conjunto de dados analíticos desidentificados estão disponíveis publicamente no Zenodo no DOI: 10.5281/zenodo.20744888.
Figura 1: Fluxo de trabalho geral do estudo fractográfico baseado em recuperação. Casos clínicos com fraturas de placas de reconstrução mandibular foram identificados, e as placas recolhidas foram caracterizadas de acordo com a localização da fratura, configuração da placa e fixação, extensão sem suporte, unidades oclusais funcionais, exposição à radioterapia e status de infecção ou não união. Os estípicos recuperados foram limpos, montados e examinados usando MEV para avaliar a morfologia da superfície de fratura e espectroscopia de raios X dispersiva de energia para caracterizar a composição elementar. Duas placas de referência não utilizadas foram fraturadas manualmente sob condições simplificadas de carga buco-lingual e superior-inferior. Superfícies clínicas e de referência de fratura foram comparadas qualitativamente usando critérios morfológicos pré-definidos, incluindo a margem presumida de início da trinca, orientação do plano de fratura, eixo de propagação, características semelhantes a estrias ou marcas de praia, rasgamento dúctil e a zona final de sobrecarga. A comparação tinha como objetivo gerar hipóteses sobre possíveis ambientes mecânicos dependentes do local e não foi considerada uma validação biomecânica quantitativa. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.
Figura 2: Localização anatômica de fraturas clínicas em placas de reconstrução mandibular recuperadas. Radiografias panorâmicas de sete pacientes (A–G) mostrando as localizações anatômicas das fraturas de placas de reconstrução mandibular. Locais de fratura foram identificados na parte posterior do corpo (A, D, E), no corpo anterior (C, D, G) e no ângulo mandibular (B, F, G). Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.
Figura 3: Micrografias eletrônicas de varredura de fraturas clínicas em fraturas posteriores do corpo mandibular. (A,B) Superfícies de fratura dos Pacientes 1 e 5 apresentando propagação da trinca bucal para lingual com estrias de fadiga concêntrica. (C) Superfície de fratura do Paciente 4 apresentando características de orientação bucco-lingual com rasgamento dúctil e regiões de aparência frágil. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.
Figura 4: Micrografias eletrônicas de varredura de fraturas clínicas em fraturas do corpo mandibular anterior. (A) Superfície de fratura do Paciente 3 mostrando características direcionais mistas de bucal a lingual e lingual-bucal com marcas semelhantes a estrias e padrões semelhantes a marcas de praia. (B) Superfície de fratura do Paciente 4 mostrando características lingual-buccalmente orientadas com regiões de rasgamento dúctil e aparência frágil. (C) Superfície de fratura do Paciente 7 mostrando características orientadas buco-lingual com padrões semelhantes a marcas de praia. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.
Figura 5: Micrografias eletrônicas de varredura de fraturas clínicas em fraturas de ângulo mandibular. (A) Superfície de fratura do Paciente 2 mostrando características orientadas inferior-superior com marcas semelhantes a estrias. (B,C) Superfícies de fratura dos Pacientes 6 e 7 apresentando características orientadas inferior-superior, com regiões combinadas de rasgamento dúctil e aparência frágil. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.
Figura 6: Superfícies de fratura de referência geradas sob condições de carga simplificadas. (A) fratura de referência gerada sob carga buco-lingual e (B) fratura de referência gerada sob carga superior-inferior. Setas indicam a orientação predominante das características observadas da superfície de fratura. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.
| Pacientes | Sexo | Idade | Diagnóstico | Side | Região de defeito | Sistema de placas | Espessura (mm) | Furo de parafuso (mm) | Furos totais de placa | Parafusos de fixação, totais (proximal/distal) | Un Vão suportado (número de furos) | Função Unidades oclusais ionais, n | Rádio Terapia | Infecção ou não sindicalização | Tempo da fratura da placa (meses) | |
| 1 | M | 36 | SCC | Tenente | Corpo posterior | Matriz de Titânio Placa de Reconstrução MOLDÁVEL (DePuy Synthes) | 2.8 | 2.4 | 15 | 8 (4/4) | 7 | 6 | sim | Não | 20 | |
| 2 | M | 76 | SCC | Tenente | Ângulo | Placa de Reconstrução Universal de 2 Mandíbulas (Stryker Leibinger) | 2.8 | 2.3 | 16 | 10 (5/5) | 6 | 4 | sim | Não | 10 | |
| 3 | F | 30 | Osteossarcoma | Rt | Corpo anterior | Placa de Reconstrução Universal de 2 Mandíbulas (Stryker Leibinger) | 2.8 | 2.3 | 13 | 7 (2/5) | 6 | 8 | sim | Não | 47 | |
| 4 | M | 70 | SCC | Rt | Corpo posterior | Placa de Reconstrução Universal de 2 Mandíbulas (Stryker Leibinger) | 2.8 | 2.3 | 16 | 11 (6/5) | 5 | 6 | sim | Não | 12 | |
| Corpo anterior | ||||||||||||||||
| 5 | M | 74 | Osteomielite | Tenente | Corpo posterior | Matriz de Titânio Placa de Reconstrução MOLDÁVEL (DePuy Synthes) | 2.8 | 2.4 | 12 | 7 (3/4) | 5 | 8 | Não | Não | 2 | |
| 6 | F | 79 | Osteomielite | Rt | Ângulo | Placa de Reconstrução da Mandíbula OPTIMUS (Osteonic) | 2.6 | 2.4 | 16 | 14 (8/6) | 2 | 8 | Não | Não | 3 | |
| 7 | M | 59 | SCC | Rt | Ângulo | Placa de Reconstrução da Mandíbula Universa 2 (Stryker) | 2.8 | 2.3 | 16 | 9 (4/5) | 7 | 6 | Não | Não | 4 | |
| Corpo anterior | ||||||||||||||||
Tabela 1: Características clínicas, reconstrutivas e implantais das placas de reconstrução mandibular recuperadas. Resumo do sexo do paciente, idade, diagnóstico, fabricante e sistema da placa, perfil nominal da placa (espessura, furo do parafuso), lado mandibular reconstruído, localização da fratura, número total de furos da placa, número e distribuição dos parafusos de fixação, vão da placa sem suporte, unidades oclusais funcionais, histórico de radioterapia, infecção ou status de não união e tempo desde a reconstrução até a fratura da placa. Unidades oclusais funcionais foram definidas como contatos opostos maxilar–mandibular nas regiões molar, pré-molar e anterior, com cada unidade de contato contada uma vez.
| Paciente nº | Local da fratura anatômica | Direção da propagação da fratura | Morfologia da fratura |
| 1 | Corpo posterior | Buccal à Lingual | Estrias concêntricas |
| 2 | Ângulo | Inferior à Superior | Estrias e marcas de praia |
| 3 | Corpo anterior | Buccal à Lingual | Marcas de praia |
| Lingual à Buccal | |||
| 4 | Corpo posterior | Buccal à Lingual | Dúctil e frágil |
| Corpo anterior | Lingual à Buccal | Dúctil e frágil | |
| 5 | Corpo posterior | Lingual à Buccal | Estrias concêntricas |
| 6 | Ângulo | Inferior à Superior | Dúctil e frágil |
| 7 | Ângulo | Inferior à Superior | Dúctil e frágil |
| Corpo anterior | Buccal à Lingual | Marcas de praia |
Tabela 2: Achados fractográficos de placas de reconstrução mandibular fraturadas observados por microscopia eletrônica de varredura. Resumo do local anatômico da fratura, direção de propagação da trinca e morfologia dominante da fratura para cada superfície de fratura analisada.
| Ti | O | C | Na | ||||||
| Paciente nº | Percentagem da Norma de Massa | Porcentagem de átomos | Percentagem da Norma de Massa | Porcentagem de átomos | Percentagem da Norma de Massa | Porcentagem de átomos | Percentagem da Norma de Massa | Porcentagem de átomos | |
| 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 | |||
Tabela 3: Composição elementar de placas de reconstrução mandibular fraturadas determinada por espectroscopia de raios X dispersiva de energia. A composição elementar é reportada como porcentagem de peso normalizada (wt%) e porcentagem atômica (at%) obtida por análise de área EDS a 20 kV e distância de trabalho de 10,0 mm.
Arquivo Suplementar 1: Análise de espectroscopia de raios X dispersiva de energia dos Pacientes 1–7. Imagens de microscopia eletrônica de varredura demonstram as regiões selecionadas de interesse para análise EDS, com espectros correspondentes e tabelas de composição elementar. O titânio era o elemento predominante em todos os espécimes, acompanhado de oxigênio, consistente com a formação de óxido de titânio na superfície da placa. Carbono foi detectado nos Pacientes 3–7, e sódio no Paciente 3. Por favor, clique aqui para baixar este arquivo.
Discussão
Este estudo exploratório propõe um protocolo baseado em recuperação que combina MEV, carga de referência comparativa e espectroscopia de raios X dispersiva de energia para caracterizar a morfologia da superfície de fratura e explorar padrões direcionais associados ao local em placas de reconstrução mandibular fraturadas. Estudos anteriores identificaram a fadiga como um dos principais mecanismos de falha da placa de reconstrução mandibular por meio de análises diretas de materiais efractográficas 3,8,12. Outros estudos focaram principalmente em fatores de risco clínicos, design de placas ou avaliação biomecânica computacional e de laboratório 9,10,11,13,14,15,16,17. No presente estudo, as características da superfície da fratura diferiram de acordo com a localização anatômica da fratura. Fraturas da região corporal apresentaram com mais frequência características orientadas ao longo do eixo bucco-lingual, enquanto fraturas da região angular apresentaram com mais frequência características orientadas ao longo do eixo superior-inferior. Experimentos simplificados de carregamento de referência produziram características morfológicas selecionadas qualitativamente semelhantes às observadas nos amostras clínicos correspondentes. Esses achados sugerem que o ambiente mecânico predominante da falha das placas pode variar de acordo com o subsídio anatômico, embora não estabeleçam um mecanismo único de carga causal.
As diferenças observadas fornecem uma possível extensão do conceito geral de falha de placas relacionada à fadiga. No corpo mandibular, as fraturas se propagaram predominantemente na direção bucolingual, sugerindo vulnerabilidade ao estresse de flexão lateral. No entanto, os experimentos de fratura de referência foram projetados exclusivamente para comparações morfológicas qualitativas e exploratórias e não tinham a intenção de validação biomecânica. Como a carga era aplicada manualmente, não foram obtidas medições quantitativas de força, deslocamento, taxa de carga, carga de fratura ou parâmetros de teste de fadiga. Além disso, o modelo não reproduziu o ambiente complexo cíclico, multidirecional e específico de carga do paciente experimentado pelas placas de reconstrução mandibular in vivo. Assim, as semelhanças observadas devem ser interpretadas apenas como padrões geradores de hipóteses que exigem confirmação por meio de testes biomecânicos padronizados.
Se confirmada em estudos maiores e mais controlados, a variação anatômica no ambiente mecânico pode ter implicações para o design das placas de reconstrução. Estratégias potenciais podem incluir modificação regional da rigidez da placa, geometria da seção transversal, espessura da placa ou reforço suplementar. No entanto, os achados atuais são insuficientes para recomendar uma configuração específica de placas de subsídio. Tais recomendações exigiriam testes comparativos que considerem o comprimento do defeito, a extensão da placa não suportada, o método de fixação, o contorno da placa, o suporte ósseo residual e as condições específicas de carga dopaciente 11,13,14,15,16,17.
A espectroscopia de raios X dispersiva de energia detectou titânio e oxigênio como elementos dominantes, com pequenas e inconsistentes quantidades de carbono e sódio em um subconjunto de amostras. Esses sinais menores são mais provavelmente atribuíveis à oxidação superficial, contaminantes adsorvidos ou resíduos fisiológicos do que à verdadeira alteração da liga 18,19,20,21. Não foram identificados depósitos elementares inesperados marcantes ou anomalias composicionais nas regiões analisadas. No entanto, a espectroscopia de raios X dispersiva por energia fornece informações elementares localizadas e não pode excluir independentemente processos localizados de corrosão, fretting, tribocorrosão ou outros processos de degradação superficial 18,19,20,21. Portanto, os achados da espectroscopia de raios X dispersiva de energia não devem ser interpretados como evidência definitiva de que a degradação química não teve papel na falha das placas. Na verdade, os achados fractográficos foram mais compatíveis com falhas mecânicas progressivas, enquanto a contribuição relativa dos processos relacionados à corrosão permanece incerta.
A fractografia baseada em recuperação possui vários pontos fortes. Examina diretamente implantes que falharam na prática clínica e possibilita a identificação de possíveis regiões de início de trinca, características de propagação e zonas finais de ruptura. Também pode relacionar a morfologia da fratura a informações clínicas e anatômicas sem depender inteiramente das condições de carga assumidas. No entanto, a análise de recuperação não pode reconstruir o histórico completo de carregamento de um implante nem quantificar a magnitude, frequência e direção das forças atuando antes da falha. A superfície de fratura observada também pode refletir os efeitos combinados do contorno das placas, cargas repetidas, concentração local de tensão, exposição biológica, explantação e preparação da amostra.
Vários passos do protocolo são críticos para a qualidade e confiabilidade da análise fractográfica. A superfície da fratura deve ser protegida contra raspagem e contato com instrumentos durante a recuperação e limpa suavemente, sem abrasão mecânica, pois a contaminação e danos secundários podem obscurecer características relacionadas à fadiga. A orientação anatômica deve ser estabelecida antes da montagem, correlacionando o contorno da placa e a configuração do furo do parafuso com achados operacionais e radiográficos; Espécimes com orientação incerta devem ser classificados como indeterminados. O exame de baixa ampliação de toda a superfície da fratura deve preceder a imagem de alta ampliação direcionada para preservar a relação espacial entre a região de início presumida, as características de propagação e a zona final de ruptura. A montagem condutora segura e o ajuste adequado da distância de trabalho e das condições de varredura podem reduzir artefatos de carga e foco. Para análise EDS, regiões próximas às bordas da amostra, fita de carbono ou detritos visíveis devem ser evitados para minimizar sinais elementaresenganosos 18. Condições de imagem consistentes, categorias morfológicas predefinidas e revisão independente seguida de consenso são importantes para reduzir a variabilidade interpretativa, e fraturas com características obscuras ou ambíguas não devem ser atribuídas a uma categoria de referência direcional.
As vantagens práticas do protocolo incluem o uso de implantes recuperados clinicamente, preparação mínima de amostras destrutivas, integração de dados clínicos, radiográficos, morfológicos e elementares, além de um fluxo de trabalho padronizado de ampliação de baixa a alta intensidade. O método pode ser implementado em laboratórios com acesso a equipamentos convencionais de SEM e EDS sem exigir um sistema dedicado de testes mecânicos. Procedimentos pré-definidos de orientação, imagem e classificação também podem melhorar a reprodutibilidade entre espécimes e pesquisadores. No entanto, a acessibilidade ainda depende da disponibilidade da expertise em SEM e do manejo adequado da recuperação.
A análise por elementos finitos e os testes padronizados de fadiga fornecem informações complementares. A análise por elementos finitos pode estimar distribuições de tensão e deformação e avaliar os efeitos da geometria de defeitos, projeto de placas, configuração de fixação e suposições de carga 13,16,17. No entanto, seus resultados são sensíveis a suposições sobre forças musculares, contato oclusal, propriedades do material, condições de contorno e interação osso–implante 13,16. O ensaio de fadiga cíclico em bancada pode fornecer medições quantitativas, como rigidez do construto, ciclos até a falha, resistência à fadiga e carga de falha sob condiçõespadronizadas 13,15. No entanto, tais experimentos necessariamente simplificam o ambiente de carga biológico variável, anatômico e multidirecional encontrado in vivo. Fractografia baseada em recuperação, análise por elementos finitos e testes de fadiga devem, portanto, ser considerados abordagens complementares, e não intercambiáveis.
Esse protocolo pode ser útil em múltiplas áreas da pesquisa craniomaxilofacial. Pode facilitar a comparação entre placas convencionais e específicas de cada paciente, apoiar a validação de previsões de elementos finitos usando implantes recuperados e ajudar a identificar quais subsítios mandibulares são mais vulneráveis em diferentes contextosreconstrutivos 11,13,14,15,16,17 . Além disso, pode ajudar no desenvolvimento de estratégias híbridas de reconstrução que combinam placas com enxertos ósseos vascularizados, segmentos de compartilhamento de carga ou barras suplementares em regiões mecanicamenteexigentes 1,2,13,14,15.
Várias limitações devem ser reconhecidas. Primeiro, foi um pequeno estudo retrospectivo de recuperação com sete pacientes e nove locais de fratura, com duas placas contribuindo com duas linhas de fratura cada; portanto, algumas observações não foram estatisticamente independentes, e os achados podem não ser generalizáveis. A coorte também foi heterogênea quanto ao diagnóstico, localização do defeito, exposição à radioterapia, unidades oclusais funcionais, extensão da placa sem suporte, configuração da fixação e sistema de placas. Diferenças na espessura da placa, perfil da seção transversal, geometria do furo, processamento do material e projeto específico do fabricante podem ter afetado a concentração de tensão e a morfologia da superfíciede fratura 11,13,14,15,16. Devido à pequena e heterogênea coorte, os efeitos do sítio anatômico não puderam ser separados dos do design do sistema de placas.
Segundo, o número, localização e extensão das manobras intraoperatórias de flexão ou rebaixada não foram documentados de forma consistente. Contornos repetidos podem introduzir tensão residual ou enfraquecimento mecânico local e, portanto, podem ter contribuído para a falha daplaca 16.
Terceiro, o modelo de fratura de referência foi altamente simplificado. Assim, os experimentos de referência não devem ser interpretados como validação biomecânica das direções de carga inferidas a partir das superfícies de fratura clínica. Apenas uma placa não utilizada foi testada para cada direção de carga, e a carga foi aplicada manual e de forma monótona, sem medição quantitativa de força, deslocamento, taxa de carga ou carga de fratura. A reprodutibilidade não pôde ser avaliada, e o modelo não reproduziu as forças cíclicas, multidirecionais e específicas de cada paciente presentes in vivo. Assim, as fraturas experimentais serviram apenas como referências morfológicas qualitativas.
Quarto, a comparação entre fraturas clínicas e de referência baseou-se na avaliação qualitativa das características fractográficas pré-definidas. Embora as imagens tenham sido revisadas de forma independente e os desacordos resolvidos por consenso, a interpretação permaneceu parcialmente subjetiva, e a morfologia da fratura sozinha não pode determinar de forma única a magnitude ou direção da carga causal.
Por fim, o SEM e a espectroscopia de raios X dispersiva de energia fornecem informações estruturais e elementares localizadas, mas não conseguem reconstruir toda a história mecânica, biológica ou química dosimplantes 18. A ausência de anormalidades composicionais marcantes não exclui corrosão localizada, fretting, tribocorrosão ou interações entre degradação superficial efadiga 19,20,21. Esses achados devem, portanto, ser considerados exploratórios e geradores de hipóteses, e exigem confirmação por meio de coortes de coleta maiores, testes padronizados de fadiga cíclica, medições mecânicas quantitativas e análise por elementos finitos específicos de cada paciente.
Estudos futuros devem integrar frattografia baseada em recuperação com geometria específica do paciente, dados de carga funcional e variáveis reconstrutivas de projeto. Coortes maiores de recuperação multicêntrica podem esclarecer se padrões particulares de defeito ou estratégias de fixação predispõem à falha dominante no corpo ou dominante em ângulo. No geral, essas observações fornecem uma base para futuras investigações sobre se o reforço específico de subsídio pode ser benéfico, mas não apoiam diretamente uma estratégia específica de design de placas.
Divulgações
Os autores declaram não haver interesses financeiros concorrentes.
Agradecimentos
Esse trabalho foi apoiado pelo Fundo de Startup de Novos Professores da Universidade Nacional de Seul (nº 860-20250053). Os autores agradecem à equipe do Hospital Odontológico da Universidade Nacional de Seul pela ajuda no manuseio de amostras e suporte à imagem.
Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Energy-dispersive X-ray spectroscopy detector (Apreo 2) | Thermo Fisher Scientific | Part No. 1229004 | Detector integrado usado para análise elementar durante microscopia eletrônica de varredura |
| OPTIMUS Mandible Reconstruction Plate | Osteonic | MST326M17 | Amostras clínicas fraturadas recuperadas analisadas neste estudo |
| Scanning electron microscope (Apreo 2) | Thermo Fisher Scientific | Part No. 1229004 | Usado para exame fractográfico das superfícies de fratura |
| Titanium MatrixMANDIBLE Reconstruction Plate | DePuy Synthes | 04.503.739 | Amostras clínicas fraturadas recuperadas analisadas neste estudo |
| Ultrasonic bath | SHARP | UT-106 | Limpeza com etanol das placas |
| Universal 2 Mandible Reconstruction Plate | Stryker Leibinger | 55-28922 55-28920 | Amostras clínicas fraturadas recuperadas analisadas neste estudo |
Referências
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