Análise das deformações no crânio durante a expansão do palato

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1 Universidade Federal de São João Del-Rei MG 26 a 28 de maio de 2010 Associação Brasileira de Métodos Computacionais em Engenharia Análise das deformações no crânio durante a expansão do palato Denis Zanivan 1, Carlos Nelson Elias 2, Maria Christina Thomé Pacheco 3 Laboratório de Biomateriais, Instituto Militar de Engenharia. Pr General Tibúrcio 80, Rio de Janeiro, RJ zanivan@hotmail.com, 2 elias@ime.eb.br, 3 christp@terra.com.br Resumo. A expansão palatal possui várias aplicações durante o tratamento ortodôntico principalmente, no tratamento de pacientes que necessitam aumentar as dimensões transversais do osso da maxila, corrigir problemas de atresia maxilar, respiração bucal e mordidas esqueléticas cruzadas. As técnicas convencionais de expansão palatal são realizadas com emprego de aparelhos apoiados nos dentes. Estes aparelhos induzem movimentação inconveniente dos dentes de apoio, exigindo correção posterior. No presente trabalho mediu-se as deformações nos ossos do crânio durante a abertura da fenda palatina usando-se um dispositivo desenvolvido por um dos autores. Um protótipo do dispositivo denominado expansor palatal implantosuportado - EPIS foi construído e inserido em crânios humanos secos. O EPIS foi fixado no palato por meio de implantes de titânio após a preparação de orifícios com profundidade de 8 mm, separados em 6 mm e paralelos à sutura palatina. Nos locais do crânio considerados de maior resistência à expansão maxilar foram fixados strain gages uniaxiais e triaxiais (rosetas), conectados ao sistema de aquisição de sinais Spider 8. Os dados coletados nos ensaios de extensometria foram transferidos para uma planilha Excell (Windows Office) para processamento. Podese observar deformações nos processos palatinos do osso maxilar. Na região do osso zigomático as deformações variaram entre trativa e compressiva, comportamento semelhante foi observado nos ossos nasais e soalhos de órbitas. Com base nos resultados obtidos pode-se concluir que o emprego de dispositivos implantosuportados para a expansão palatal induzem deformações ósseas desde as primeiras ativações em todos os locais ósseos avaliados sendo que, as regiões superiores dos processos ptérigo-maxilares são os principais locais que apresentam resistência mecânica durante a expansão maxilar. Palavras chaves: expansor palatal, abertura fenda palatina, deformações crânio.

2 1 INTRODUÇÃO A expansão palatal possui várias aplicações ortodônticas principalmente, no tratamento de uma parcela da população que necessita obter aumento transversal do osso maxilar, corrigir problemas de atresia maxilar, respiração bucal e mordidas esqueléticas cruzadas. Segundo Ruellas (199), as técnicas de expansão palatal são realizadas preferencialmente com emprego de aparelhos apoiados em estruturas dentais. A aplicação desta técnica apresenta alguns inconvenientes como a perda de ancoragem, reabsorção óssea, aparecimento de áreas compressivas no ligamento periodontal e movimento indesejável do dente. Para minimizar estes problemas desenvolveu-se um sistema para expansão palatal apoiado na cortical óssea. Os aparelhos expansores palatais implanto-suportados (EPIS) empregado no presente trabalho foi idealizados por Zanivan (2008) para provocar a expansão transversal do osso maxilar pela abertura da sutura palatina mediana (SPM). As forças no EPIS são geradas por um torno expansor apoiado em implantes de ancoragem óssea (IAO). Os IAO são inseridos próximos à superfície direita e esquerda da SPM. Segundo Zanivan (2008), entre os benefícios esperados com o uso destes expansores palatais destaca-se: a) possibilidade de movimentação ortodôntica enquanto é efetuada a expansão palatal; b) diminuição do tempo total do tratamento ortodôntico nos casos de atresia maxilar; c) promoção da ruptura da SPM com menor magnitude de força e, com menor número de ativações; d) redução da necessidade de cirurgia para a expansão maxilar assistida, por concentrar a força expansora sobre a SPM; e) possibilitar o emprego da técnica de expansão palatal em casos com número insuficiente de dentes para suporte e, f) aplicações em casos em que os dentes suporte apresentam problemas periodontais ou tendência à recessão gengival. Os objetivos do presente trabalho foram desenvolver um aparelho expansore palatal implanto-suportado e avaliar a distribuição das deformações nos ossos crânio-faciais durante a expansão palatal. 2 MATERIAIS E MÉTODOS No presente trabalho desenvolveu-se o aparelho expansor palatal implanto-suportado esquematizado na figura 1. A avaliação do desempenho do expansor foi realizada empregandose crânios humanos adultos secos, sem deformidades ou traumas, com idade de morte provável acima de 50 anos. A rigidez óssea foi estimada 3 como sendo de15 GPa. Na região para-mediana da sutura palatina mediana, na altura dos primeiros pré-molares, foram realizados duas perfurações com 8 mm de profundidade, diâmetro de 2,2 mm, paralelas entre si e eqüidistantes 3 mm da SPM. Nos orifícios foram inseridos IAO de 2,5 mm de

3 diâmetro (Fig 2). O protótipo do aparelho expansor palatal implanto-suportado foi apoiado nas cabeças dos IAO com auxílio de uma chave protética. Figura 1: Desenho do aparelho expansor palatal implanto-suportado desenvolvido. Para determinar o efeito ortopédico do aparelho EPIS durante a expansão maxilar, foram realizados ensaios de extensometria in vitro, com strain gages uni-axiais e tri-axiais (Fig. 2). Os strain gages foram colados em sítios ósseos do complexo maxilar dos crânios humanos secos. Os deslocamentos ósseos iniciais, correspondentes a cada ¼ de volta de ativação do aparelho EPIS, foram registrados pelos strain gages (strain gages) em forma de microdeformações (ε). Para aquisição dos sinais dos strain gages foram usados dois aparelhos Spider 8, 600 Hz (HBM, Alemanha). Os strain gages uniaxiais usados foram do tipo PA BA-120L, com resistividade (R) de 120 Ω e gage factor (K) de Os strain gages triaxiais foram empregados com configuração de 45 0, R de 120 Ω, modelo KFC 5-D16-11, de 5 mm, K de 2.11, da marca Kyowa (Eletronic Instruments, Japão). Figura 2. Crânio com o protótipo do aparelho expansor EPIS inserido próximo à SPM, com dois strain gages uni-axiais colados próximo à SPM.

4 Os strain gages foram fixados em 5 sítios ósseos considerados os com maior resistência à expansão palatal. Em cada sítio ósseo fez-se a fixação de um strain gage do lado direito e outro do lado esquerdo da sutura palatina, como descrito baixo: a) 2 strain gages uni-axiais na parte posterior dos processos palatinos da maxila, próximos à sutura transversal palatina, área de menor anisotropia do osso maxilar, posicionados perpendicular à SPM; b) 2 strain gages uni-axiais na parte superior dos ossos nasais, próximo à sutura frontonasal; c) 2 strain gages uni-axiais nos processos zigomáticos, perpendiculares à SPM; d) 2 strain gages uni-axiais nos soalhos das órbitas, perpendiculares à SPM; e) 2 strain gages tri-axiais (rosetas) de 45 0 nas faces internas da asa maior dos processos pterigóides do osso esfenóide. Nos terminais dos strain gages foram soldados fios de extensão de cobre e ligados aos aparelhos de aquisição dos sinais, SPIDER 8. A colagem dos strain gages nos crânios foi realizada com adesivo à base de cianoacrilato (LocTite, Super Bond). 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Mostra-se na figura 2 uma curva típica obtida nos ensaios. A curva mostrada corresponde aos dados da micro-deformação determinada pelos strain gages colados no palato ósseo com a ativação. Pode-se observar que a cada ¼ de volta são geradas deformações trativas crescentes. As ativações do aparelho EPIS foram seguidas de relaxamento devido à recuperação elástica após cada ¼ de volta de ativação do expansor. Estas regiões não foram consideradas, sendo tomado como base comparativa apenas os valores dos patamares. Na região do palato ósseo, a deformação do strain gage 1 variou entre 35 µε e 412 µε. Para o strain gage 2 a deformação variou de 72 µε até 682 µε. As primeiras ativações (1 a à 3 a ) foram seguidas de pequena variação de deslocamento ( L), sugerindo ajuste de força e acomodação dos IAO nos sítios cirúrgicos. Da 4 a à 6 a ativação ocorreu aumento de L, significando aumento efetivo da força expansora devido ao aumento da resistência ao deslocamento ósseo. Apesar da diferença nos valores de deformações, qualitativamente foi observada uma tendência de queda nos valores de deformações, a partir da 7 a ativação.

5 Figura 2: Variação da deformação com a ativação do EPIS determinada com strain gage colado no palato ósseo. A linha vermelha corresponde os dados do strain gage do lado esquerdo e a vermelha do lado direito, respectivamente. Os resultados fornecidos pelos strain gages colados nos processos zigomáticos mostraram que as deformações foram inicialmente compressivas e a seguir trativas. Este fato indica que, nas primeiras ativações do torno expansor, foi encontrada alta resistência óssea ao deslocamento, destacando a importância destes sítios como centros de resistência á expansão palatal. A inversão das deformações para valores trativos indica o momento de rompimento da resistência óssea, sugerindo deslocamento ósseo transversal. Este fato, ocorrido após a 3 a ou 4 a ativação do expansor parece indicar que, apesar dos processos zigomáticos representarem um obstáculo à abertura da SPM, o expansor EPIS consegue gerar força suficiente para ultrapassar sua resistência, gerando o deslocamento ósseo transversal. Diferentes respostas ósseas foram observadas por Gautam et al (2007) sob tensão trativa e compressiva ao longo de uma mesma SPM, sendo relacionada esta tendência com as diferenças de resistência óssea. Os autores (Gutam et al 2007) sugerem que a região palatal responde de modo diverso, conforme a rigidez e resistência óssea encontradas, sendo estas são altamente influenciadas pelas características individuais como as diferenças de idade e sexo. Os resultados determinadas com strain gage indicam que durante a abertura palatina com aparelho expansor as deformações ósseas são trativas nos processos palatinos do osso maxilar, existem variações das deformações compressivas para trativas nos processos zigomáticos e, as deformações são compressivas nos processos ptérigo-maxilares, ossos nasais e soalhos de órbitas. A partir dos resultados obtidos conclui-se que, apesar da rigidez óssea estimada para o crânio seco empregado, as deformações ósseas se mantiveram em patamar inferior ao limite necessário para provocar micro-fraturas ósseas. As pequenas deformações ósseas foram devido

6 ao passo de rosca do torno expansor gerar pequeno deslocamento ósseo, de 0,10 mm, a cada ¼ de volta de ativação e à descontinuidade das ativações. 4 CONCLUSÕES A expansão palatal implanto-suportada transmite deformações ósseas, desde as primeiras ativações, para todos os sítios ósseos avaliados sendo que, as porções superiores dos processos ptérigo-maxilares são os principais sítios de resistência à expansão maxilar. 5 BIBLIOGRAFIA Gautam, P Valiathan, A., Adhikari, R., Stress and displacement patterns in the craniofacial skeleton with rapid maxillary expansion: A finite element method study. AJODO. 2007; 132: 5.e1-5.e11. Peterson, J., Wang, Q., Dechow, P.C. Material properties of the dentate maxilla. Anat. Record Part A. 2006; 288A: Ruellas, A. C. O. e cols. Alterações suturais decorrentes da aplicação de forças ortopédicas no complexo nasomaxilar: revisão da literatura. J. Bras. Ortodon. Ortop. Facial. Nov.- dez. 1999; v.4, n.24, p Zanivan, D. S. Carregamento em expansores palatais implanto-suportados. Dissertação de Mestrado em Ciência dos materiais. Instituto Militar de Engenharia, Rio de janeiro p. 6 DIREITOS AUTORAIS Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no presente trabalho.