چرا ایمپلنت ها می شکنند؟

چرا ایمپلنت ها می شکنند؟ (دلیل اول میزان نیرو و طراحی بدنه ایمپلنت)

بدنه ایمپلنت دندان و اجزای آن احتمال شکسته شدن دارند و این اتفاق اغلب در طی وارد آمدن طولانی مدت نیرو رخ می دهد. احتمال شکستگی در صورت بیشتر بودن نیروهای وارد بر ایمپلنت بیشتر می شود. نیروهای زاویه دار و حرکات پارافانکشنال وکانتی لورها خطر شکستگی ها را افزایش می دهند. (پیشنهاد می شود مقاله همه چیز درباره لمینت دندان را مطالعه بفرمایید)

خطر شکستگی با گذشت زمان بیشتر می شود. در شرایط طولانی مدت اعمال نیرو 80 % از شکست درمان ایمپلنت با شکستگی بدنه ایمپلنت ارتباط دارد. ویژگی هایی از بدنه ایمپلنت که بر خطر شکستگی آن تاثیر دارند عبارتند از اندازه ایمپلنت، طراحی ایمپلنت و بیومتریال ایمپلنت.

بسیاری از مواد bio compatible (سازگاری زیستی) قادر به تحمل نوع و میزان نیروهای پارافانکشنال وارد بر ایمپلنت دندان نیستند. مثلا سرامیک ها، سازگاری زیستی عالی دارند اما در برابر نیروهای خشن بسیار حساس و آسیب پذیرند. نیروهای خمشی به طور رایج بر ایمپلنت های دندانی وارد می شوند و باعث می شوند استفاده از سرامیک ها در بدنه ایمپلنت نامناسب باشد.

مثال دیگر هیدروکسی آپاتایت ها می باشند که با بافت های بیولوژیک بسیار سازگار هستند ولی ویژگی های مکانیکی آن برای تحمل نیروهای وارد بر ایمپلنت مناسب نیستند. در عمل بسیاری از این مواد را به عنوان پوشش روی مواد قوی تر و محکم تر به کار می برند.

ایمپلنت ها باید قادر به تحمل نیروهای جویدنی باشد و بدنه ایمپلنت باید بسیار محکم باشد و تیتانیوم و آلیاژهای آن تاریخچه موفقی از کاربرد را در درمانهای دندانی و ارتوپدی دارا هستند و سازگاری زیستی bio compatible عالی تیتانیوم و آلیاژی های آن به خوبی ثابت شده است.

در دندانپزشکی 4 رده مختلف (1 تا 4) از نوع تیتانیوم cp و 1 رده آلیاژ تیتانیوم وجود دارد  (رده 5) هنگامی که ایمپلنت دندان در استخوان قرار می گیرد یک لایه اکسید تیتانیوم تشکیل می شود که سبب می شود این مواد به خوبی توسط استخوان و بافت ها تحمل شوند. همچنین در سایت ncbi.nlm.nih اطلاعات مفیدی وجود دارد.

آلیاژ تیتانیوم – آلومینوم – وانادیوم (Ti – 6Al – 4) دارای ویژگی های مکانیکی و فیزیکی مناسب، مقاومت در برابر خوردگی و دارای سازگاری زیستی عالی می باشد. اولین مزیت آلیاژ تیتانیوم (رده 5) در مقایسه با سایر رده های تیتانیوم، استحکام آن است.

در مجموع ویژگی های مکانیکی آلیاژ تیتانیوم بهتر از تیتانیوم خاص است. آلیاژ تیتانیوم 4 برابر قوی تر و محکم تر از تیتانیوم خالص رده 1 و 2 برابر قویتر از تیتانیوم رده 4 است. تیتانیوم و آلیاژ آن از نظر سختی بسیار شبیه استخوان ناحیه ای است که در آن از فلز به عنوان عنصر مصنوعی استفاده شده و سختی آنها 6 برابر استخوان کورتیکال متراکم است.

دومین دلیل: بیومتریال و میزان نیرو

اصطلاحی داریم در دندانپزشکی به نام MOE یعنی ضریب کشسانی که در هر 4 رده تیتانیوم ( GP 10) و در آلیاژ تیتانیوم (رده 5) اندکی بیشتر (GP 113) می باشد. در ایمپلنت دندان کربنی MOE بالاست ولی استحکام آن پایین است. در ایمپلنت های سرامیکی (AL2O3) استحکام بالاست اما به MOE یا نوع نیروهای وارد بر ایمپلنت دندان در حرکات پارافانکشنال توجهی نشده است.

بدین ترتیب سختی کربن با استخوان محیط اطراف سازگار است اما بدنه آن قادر به تحمل نیروهای فیزیولوژیک وارد بر بدن نیست. اگر نیرو بیشتر از تحمل ایمپلنت های کربن باشد ترک های میکروسکوپی در بدنه ایمپلنت اتفاق می افتد و پس از آن سطح ایمپلنت دچار خوردگی شدید می شود و التهاب بافتی رخ می دهد و ایمپلنت دچار شکست شده.

ایمپلنت دندان باید خارج گردد، این وقایع نشان می دهد سختی بیومتریال و ماده استخوانی به تنهایی نمی تواند برای موفقیت بالینی درمان های ایمپلنت کافی باشد. در مقابل ایمپلنت های سرامیکی نقطه مقابل ایمپلنت های کربنی هستند، به طوری که استحکام فشاری آنها بالا بودن و سختی بیومتریال و استخوان فدای تامین این ویژگی شده است.

به علاوه به دلیل خاصیت تردی و شکنندگی سرامیک و احتمال شکست آن بر اثر نیروهای کششی و برشی، شکل هندسی ایمپلنت باید به گونه ای طراحی گردد که بر اثر این نیرو مقاومت داشته باشد و این کار نیز به دلیل محدودیت فک مثل پهنا و ارتفاع همیشه امکان پذیر است.

ایمپلنت های سرامیکی بسیار سخت، مقدار زیادی نیرو را به استخوان منتقل می کنند و سبب اکتروفی استخوان بین سطحی می شوند. در تحقیقات به این نتیجه رسیده اند که استخوان می بایست ضمن فانکشن (عملکرد) در محدوده نیروی فیزیولوژیک بیش از 5 میکرو استرین را تحمل کند. همچنین در سایت sciencedaily اطلاعات مفیدی وجود دارد.

سومین دلیل

مدت زمان وارد آمدن نیروهای جونده به سیستم دندان محدوده وسیعی دارد، در شرایط ایده ال، دندانه تنها هنگام بلع یا غذا خوردن با یکدیگر تماس ملایمی برقرار می کنند که مدت زمان این تماس های دندانی کمتر از 30 دقیقه در روز است.

اما یکی از دلایل شکست ایمپلنت دندان بیماران مبتلا به دندان قروچه، فشردن دندان ها به هم (clenching) با سایر عادات پارافانکشنال هستند، ساعت های زیادی در روز این تماس های دندانی را دارند. و احتمال شکستن ایمپلنت در این بیماران وجود دارد.

این نیروی مداوم می توند ایجاد خستگی (fatigne load) در ایمپلنت دندان نماید. البته این امر ممکن است چندین سال طول بکشد به همین دلیل هر چه قدر ایمپلنت، طراحی مهندسی بهتر داشته باشد، تحمل آنها در دراز مدت در مقابل نیروهای زیاد بیشتر است.

بدنه ایمپلنت ها و اجزای آن مستعد شکستگی های ناشی از fatigne هستند و میزان آن بین 1 تا 4 % پس از وارد شدن نیرو به مدت 5 تا 10 سال می باشد. رایج ترین شکست طولانی مدت زمانی است که یک ایمپلنت تیتانیومی رده 1 با یک طرح درمان نامناسب و پر استرس استفاده شود.

این جا مسئله کیفیت ایمپلنت خودش را نشان می دهد و چنین شکست هایی به میزان 80 % در این نوع ایمپلنت ها گزارش شده است. عوامل مختلفی بر میزان خطر شکستن به دلیل fatigne (خستگی ناشی از نیرو) تاثیر دارند از جمله نوع داده، نوع نیرو، جهت نیرو و طراحی هندسی ایمپلنت. همچنین در سایت breastcancer اطلاعات مفیدی وجود دارد.

شکست های مکانیکی معمولا به دلیل نیروی استاتیک ایجاد می شوند. نیروهای استاتیک مثل یک دوره بارگذاری به دلیل افزایش استرس در ماده سازنده ایمپلنت پس از یک دوره وارد آمدن نیروی زیاد اتفاق می افتد.

اما شکست های ناشی از نیروی fatigne زمانی اتفاق می افتد که ماده سازنده ایمپلنت در معرض نیروهای کمتر اما مکرر و با دفعات زیادی قرار می گیرد. ایمپلنت باید طوری طراحی شود که ماده سازنده ایمپلنت بتواند بدون شکسته شدن آن را به طور مکرر تحمل کند.

محدوده تحمل یک ماده هم اغلب نصف استحکام کششی آن است. بنابراین fatigne (خستگی) و میزان استحکام نهایی یک ماده با هم در ارتباط اند اما fatigne (خستگی) فاکتور مهمتری است بویژه در بیمارانی که دچار حرکات پارافانکشنال هستند، زیرا آنها در معرض میزان استرس بیشتر و دفعات بیشتر وارد آمدن نیرو هستند.

استحکام fatigue آلیاژ تیتانیوم (Ti-6al-4v) 4 برابر بیشتر از تیتانیوم رده 1 و حدود 2 برابر بیشتر از تیتانیوم درجه 4 است بنابراین با استفاده از آلیاژ تیتانیوم به جای سایر رده های خالص می توان شکستن بدنه های ایمپلنت و اجزای آن را به میزان زیادی کاهش داد. بنابراین تحت هر شرایطی تیتانیوم خالص رده 1 تا 4 بیشترین خطر شکستن ایمپلنت را در مقایسه با آلیاژ تیتانیوم داراست.