طراحی ایمپلنت اثر مهمی در ثبات اولیه آن دارد که در زمان کار روی نواحی مخاطره آمیز همچون کیفیت پایین استخوان بسیار حساس می‏باشد (Okumura et al 2010). ثبات اولیه عامل مهمی در تعیین امکان بارگذاری فوری یا تأخیری ایمپلنت کاشته شده است.

لذا طراحی ایمپلنت می‏تواند کل طرح درمان را از نظر تعداد ، اندازه و موقعیت ایمپلنت‏ ها و حتی زمان بارگذاری سیستم تحت تأثیر قرار دهد (O’ Sullivan et al 2000).

در اکثر سیستم‏ های ایمپلنت کنونی، 3-2 ماه برای ترمیم استخوان کافی است . چرا که اعتقاد بر آن است بارگذاری تدریجی بر روی ایمپلنت باعث تسریع در جایگزینی استخوان woven با لاملار خواهد شد .

الف) ثبات اولیه ایمپلنت (Primary stability):

این شاخص که در زمان جراحی قابل ارزیابی است بستگی به کیفیت و میزان استخوان موجود ، هماهنگی قطر دریل‏ ها و ایمپلنت،  و شکل ماکروسکوپی و میکروسکوپی آن دارد . کیفیت استخوان مجاور ایمپلنت عامل شناخته شده است است . استخوان کورتیکال که در سمفیز و قدام فک پایین قابل مشاهده است باعث ثبات اولیه محکم می‏شود . در حالی که در نواحی خلفی فک بالا، کورتکس پوست تخم مرغی  آن هیچ تضمینی برای گیر کردن محکم ایمپلنت نخواهد داد . در صورت پایین بودن کیفیت استخوان و کم بودن ترابکولاسیون می‏توان تمهیدات خاصی را در نظر گرفت . یک راه ، وارد کردن ایمپلنت قطورتر از قطر آخرین دریل است که باعث فشردگی ترابکولاهای اطراف و پیچ شدن واقعی ایمپلنت‏های پیچ دار و یا پدیده press fit در ایمپلنت‏های استوانه‏ای خواهد شد . این امر به افزایش ثبات اولیه کمک می‏نماید.

در صورت وارد شدن فشار زیاده از حد در دوران ترمیم اولیه خصوصاً در استخوان‏های با کیفیت پایین ، امکان تحلیل استخوان و از دست رفتن ایمپلنت وجود دارد (Jemt 1991). اما از سوی دیگر، بارگذاری تدریجی یعنی افزایش گام به گام فشار به جای در اکلوژن قرار دادن یکباره پروتز و ایجاد تماس سنگین روی کراون می‏تواند در افزایش تراکم استخوان اطراف آن کارساز گردد؛ چرا که فقدان تحریکات روی استخوان ممکن است تحلیل استخوان را به همراه آورد (Huiskes et al 1989).

امروزه روش‏های جدیدی برای تسریع در روند اسخوان سازی و یکپارچگی استخوانی ایمپلنت‏ ها ارایه شده است که داده‏ های آن در مراحل ابتدایی است. به عنوان نمونه ، مطالعات حیوانی نشان داده است که تابش هر 48 ساعت لیزر کم توان دیود به مدت 14 روز پس از کاشت ایمپلنت می‏تواند در صد سطح تماس ایمپلنت ـ استخوان را پس از 6 هفته تا حدود 8% بیشتر از گروه شاهد بهبود بخشد (Pereira et al 2009) . از آن جا که کاربرد لیزرهای کم توان روشی به نسبت ارزان ، ایمن، و با پذیرش بالایی از سوی بیمار همراه است ، می‏توان به آینده کاربرد متداول آن در کلینیک خوش بین بود .

برای اطمینان در ایجاد یکپارچگی استخوانی در اطراف ایمپلنت‏های کاشته شده ، رعایت ملاحظات خاص در شاخص‏ های زیر ضروری است:

• ماده مورد استفاده در ساخت ایمپلنت
• ترکیب شیمیایی و خصوصیات سطحی 
• میزان حرارت ایجاد شده در طول آماده سازی استخوان
• میزان ثبات اولیه ایمپلنت کاشته شده
• تراکم یا کیفیت استخوان 

دوام یکپارچگی استخوانی و ثبات ایمپلنت در داخل استخوان به روش و میزان بارگذاری روی سیستم باز می‏گردد. عامل اصلی تحلیل استخوان و لق شدن ایمپلنت‏ هایی که در استخوان یکپارچه شده بودند ، بارگذاری زودتر از موقع یا بیشتر از حد سیستم است . از این رو ، شناخت نیروها ، میزان استرس یا تنش ، و پاسخ استخوان و ایمپلنت به این فشارها (کرنش یا Strain) از ملزومات موفقیت درازمدت درمان است.

هر چند هنوز مکانیسم دقیق تحلیل استخوان در سال اول بارگذاری آن مشخص نشده است ، دو فرضیه برای توجیه تحلیل اولیه استخوان کرستال وجود دارد که اولی بر ایجاد فضای کافی جهت تشکیل ساختارهای بافت نرم روی استخوان (Biological width hypothesis)، و دومی بر نوع استرس وارده بر ایمپلنت و عدم قدرت قسمت کرونال صاف و پالیش شده آن برای انتقال مناسب این فشار تأکید دارد (Stress factor hypothesis). هر یک از این دو نظریه مطالعاتی را برای اثبات دلایل خود ذکر کرده اند (Wallace et al 1995, Bidez et al 1990). شاید بهتر باشد هر دو عامل فوق را در این نوع تحلیل استخوان دخیل بدانیم .

بیومکانیک به معنای کاربرد اصول مهندسی مکانیک در بافت‏ های زنده است. یکی از مهم ترین جنبه‏ های این دانش ، شناخت نوع پاسخ بافت‏های بیولوژیک به نیروهای وارد بر آن است. از آنجا که جدای از بحث زیبایی، یکی از وظایف اصلی ایمپلنت‏های دندانی برقراری فانکشن و تحمل نیروهای وارده بر سیستم می‏باشد ، آشنایی با اصول بیومکانیک باعث خواهد شد که طرح درمان‏های ایمن تر و با آینده‏ ای قابل پیش بینی اجرایی گردد.

نیرویی که بر ایملپنت‏ها خواهد شد یا حاصل بافت‏های نرم گونه و لب است یا به شکل عمده از نیروهای اکلوزالی در حین تماس کراون‏ها یا جویدن پدید می‏آید.

در کنار میزان نیروی وارده ، جهت ورود آن به دندان یا ایمپلنت از اهمیت ویژه ‏ای برخوردار است. نیرویی که به شکل خاص تنها در یک جهت به سیستم وارد شود بسیار نادر است . شناخت جهت و میزان مؤلفه‏ های هر نیرو برای ارزیابی روش بارگذاری ایمپلنت‏ها و موفقیت بالینی درمان از ملزومات طرح درمان پروتزی است. با همه این مسایل، آن چه که در بیومکانیک مهم تر از نیروی وارده است فشار pressure یا تنش Stress است که نیروی وارده بر واحد سطح را بیان می‏سازد:

• Stress=Force/Area
• واحد تنش: پوند بر مرجع اینچ Ibf/sqin (psi) (psi) 1
• نیوتن بر متر مربع (پاسکال) N/m²(pa) 1
• Pa 4/6894 = Ibf/sq in 1
• Psi ^4-10×450/1 = pa 1

نیرو یا فشار وارده بر سیستم و خصوصاً بر استخوان را می‏توان در سه گروه عمده تقسیم ‏بندی نمود:

Compressive یا فشاری (تراکمی)

Tensile یا کششی

Shear یا برشی

تقریباً تمامی مواد به کار رفته در سیستم ایمپلنت و نیز محل اتصال ایمپلنت به استخوان در برابر فشارهای تراکمی از استحکام بالاتری برخوردارند و حتی اگر این فشار در محدوده فیزیولوژیک باشد، امکان استخوان سازی و تداوم یکپارچگی استخوانی هم برقرار می‏گردد. از سوی دیگر، کمترین استحکام یا آستانه تحمل این مواد و بافت‏ها در برابر نیروهای برشی است.

استخوان در برابر افزایش زاویه نیروی وارده و تغییر فشار وارده از نوع تراکمی به کششی و در نهایت برشی مقاومت خود را از دست می‏دهد و احتمال تحلیل آن بیشتر خواهد شد. این اصل باید در طرح درمان پروتزی و شیوه بارگذاری، اثر خود را نشان دهد تا درمانی علمی و نه تجربی ارایه گردد.

برای کم کردن تنش سیستم می‏توان راه‏های گوناگونی را به کار بست:

• بهبود طراحی، تعداد، اندازه، جهت گیری ایمپلنت
• افزایش کیفیت و کمیت استخوان با پیوند استخوان
• اصلاح اکلوژن: شکل صفحه اکلوزالی، میزان کانتی لور، تماس‏های اکلوزالی و نوع پروتز (ثابت یا اوردنچر)

یکی از مخرب ترین انواع نیروهای وارده بر سیستم ایمپلنت، نیروهای اهرمی یا Moment/Tensional Load است. هر چه بازوی کارگر بیشتر باشد، امکان بزرگتر شدن نیروی وارده در محل تکیه گاه افزایش می‏یابد. بازوی کارگر در بیومکانیک به سه شکل زیر بیان می‏شود:

• ارتفاع اکلوزال
• طول کانتی لور
• عرض اکلوزالی

 رابطه بین نیروی وارده (F) و تغییرات ابعادی ماه (کرنش) و B) رابطه بین تنش و کرنش که بیانگر ضریب الاستیسیتی هر ماده است.

 تفاوت ضرایب الاستیسیتی بین مواد گوناگون در زیر نقش‏های زیاد (سطح بالاتر نمودار) بسیار مشهود خواهد بود.

افزایش طول کانتی لور (بازوی کارگر) باعث وارد شدن نیروهای مخرب بر ایمپلنت می‏شود.

ارتفاع اکلوزالی در واقع یک نوع کانتی لور در بعد اکلوزو ژنژیوالی و طول کانتی لور به معنای بعد مزیودیستالی است. اگرچه در مورد نیست طول، کراون به بدنه آن عدد مطمئنی را می‏توان ذکر نمود ، این عقیده عمومی وجود دارد که افزایش طول کراون باعث وارد شدن تنش بیشتر به سیستم می‏شود . (Naveau et al 2009). برای درک اهمیت این دو نوع کانتی لور در افزایش میزان نیروی وارده کافی است نگاهی به اعدد زیر بیندازیم.

کوچک کردن صفحه اکلوزالی کراون ، طراحی کراون‏های دندانی‏های آسیای بزرگ از دست رفته به شکل پرمولر، و نزدیک کردن نقاط تماس اکلوزالی بر روی محور طولی ایمپلنت، همگی با کم کردن کانتی لور (عرض اکلوزالی) باعث کم شدن نیروهای اهرمی می‏شوند.

در بحث بیومکانیکف یکی از ضعیف ترین اجزای سیستم ایمپلنت ، استخوان است. چرا که احتمال شکستگی ناگهانی یا خستگی اجزای تیتانیومی سیستم بسیار نادر است . استخوان یکی از کم ثبات ترین ساختارهای بدن است که به راحتی دچار مودلینگ و رمودلینگ می‏شود. Modeling به روندی گفته می‏شود که باعث تغییر ابعاد استخوان گردد مانند آن چه پس از کشیدن دندان رخ می‏دهد و ارتفاع و عرض استخوان بی دندان کمتر از زمانی می‏گردد که دندان طبیعی موجود بود. از سوی دیگر، Remodeling پدیده ‏ای است که در آن تغییر ابعادی آشکاری در استخوان مشاهده نشود. مانند کاشت موفق یک ایمپلنت که روند استئو کلاستیک آغاز می‏شود اما پس از استخوان سازی مجدد و وقوع یکپارچگی استخوانی، ابعاد بافت تغییر شکل می‏دهد. تحلیل و تشکیل استخوان به شکل همزمان اتفاق می‏افتد ، مهم آن است که میزان این دو پدیده در چه حدی باشد . آن چه تشکیل استخوان را القا می‏کند یا آن را به سوی تحلیل پیش می‏برد ، نوع و میزان تنش‏ ها و کرنش ‏های ایجاد شده در بافت است. این واقعیت را می‏توان در بعد آناتومی هم جستجو کرد. استخوان فک بالا نیروهای وارده را به کل جمجمه منتقل می‏سازد ولی فک پایین تقریباً تمامی تنش‏های وارد شده را خود به تنهایی تحمل می‏کند. از این رو، چندان غریب نخواهد بود که تراکم و کیفیت استخوان در فک بالا به مراتب کمتر از فک پایین باشد .

مطالب مرتبط:

طراحی و ساخت راهنمای جراحی ایمپلنت با کمک کامپیوتر