Biomechanical response of maxillary All-on-4 systems under different lateral occlusal guidance patterns: a three-dimensional finite element study
تُظهر هذه الدراسة ثلاثية الأبعاد باستخدام العناصر المحدودة أن الإطباق المحمي بالناب يقلل من تركيز الإجهاد على الغرسات والدعامات في أنظمة "All-on-4" الفكية عبر مختلف جودات العظام، مما يشير إلى أنه يوفر مزايا ميكانيكية حيوية متفوقة على مخططات وظيفة المجموعة رغم زيادة تشوه الهيكل في حالات كثافة العظام المنخفضة.
عندما يفقد الشخص جميع أسنانه في الفك العلوي، غالبًا ما تكون مسيرة إعادة بناء مجموعة كاملة من الأسنان معقدة بسبب نعومة العظام المتبقية ووجود تجويف الجيب الكبير المملوء بالهواء فوق الفم. ولحل هذه المشكلة، يستخدم أطباء الأسنان غالبًا تقنية تسمى "All-on-4" (الكل على أربعة)، حيث يتم تثبيت أربعة أعمدة معدنية في الفك لحمل قوس كامل من الأسنان الجديدة. يتم وضع اثنين من هذه الأعمدة بشكل مستقيم للأعلى، بينما يتم إمالة الاثنين الآخرين في الخلف لتجنب الجيب والتمسك بأي عظم صلب متاح. ولأن هذه الأعمدة المعدنية ملتحمة مباشرة بالعظم دون وجود ممتصات الصدمات المرنة التي تمتلكها الأسنان الطبيعية، فإن كل قضمة وكل طحنة جانبية ترسل القوة مباشرة إلى الفك. والسؤال الكبير الذي يواجه الأطباء هو كيفية تشكيل أسطح العض لهذه الأسنان الجديدة بحيث لا تنكسر أو تؤدي إلى إرخاء الأعمدة بمر over الوقت. وتحديدًا، عندما يحرك الشخص فكه إلى الجانب، هل يجب أن يلمس السن الناب الأمامي فقط، أم يجب أن تلمس عدة أسنان خلفية في وقت واحد؟
لقد شرع باحثون في مستشفى "أفيلييتد ستوماتولوجيكال" التابع لجامعة غويتشو الطبية في الإجابة على ذلك من خلال بناء نموذج حاسوبي دقيق للغاية للفك العلوي البشري. بدأوا بمتطوع حقيقي وسليم لديه مجموعة كاملة من الأسنان الطبيعية وطريقة عض محددة حيث تحمي الأسنان الجانبية الأسنان الخلفية أثناء الحركات الجانبية. وباستخدام عمليات مسح عالية الدقة لوجه المتطوع وفمه، أنشأ الفريق توأمًا رقميًا للفك، بما في ذلك العظم الخارجي الصلب، والعظم الداخلي الأكثر نعومة، والأعصاب. ثم قاموا رقميًا بإزالة الأسنان الطبيعية واستبدالها بنظام "All-on-4"، واضعين أربعة غرسات من التيتانيوم وجسرًا مكونًا من إطار معدني قوي تعلوه تيجان خزفية.
ولرؤية كيف يمكن لأساليب العض المختلفة أن تؤثر على هذا النظام، قام الباحثون بمحاكاة أربع طرق متميزة لتلامس الأسنان عند تحرك الفك جانبيًا. في السيناريو الأول، كان السن الناب وحده هو من يحقق التلامس، مما يحمي بقية الأسنان. وفي السيناريوهات الثلاثة الأخرى، كان التلامس مشتركًا: أولاً بين الناب وسن خلفي واحد، ثم بين الناب وسنين خلفيين، وأخيرًا بين ثلاثة أسنان خلفية دون تدخل الناب. وقد اختبروا كلًا من أساليب العض الأربعة هذه على ثلاثة أنواع مختلفة من العظام المحاكية، تتراوح من الكثيفة والقوية إلى الناعمة والإسفنجية، لمعرفة كيفية استجابة المواد تحت الضغط.
كشفت المحاكاة الحاسوبية أن طريقة تلامس الأسنان تهم بشكل كبير لصحة الغرسات. فعندما كان العض موجهًا فقط بواسطة السن الناب، ظل الإجهاد الواقع على الأعمدة المعدنية والأجزاء المتصلة أقل وتوزيعًا أكثر توازنًا. ومع ذلك، عندما سمح الباحثون لمزيد من الأسنان الخلفية بالتلامس أثناء الحركة الجانبية، ارتفع الإجهاد على الغرسات بشكل حاد. وفي عمليات المحاكاة التي استخدمت أقوى نوع من العظام، قفز الإجهاد على الغرسة الموجودة في الجزء الخلفي من الفم بنسبة تقارب 46% عندما تشاركت ثلاثة أسنان في تحمل الحمل مقارنة بالوقت الذي لمس فيه الناب وحده. وفي الحالة الأكثر تطرفًا، ارتفع الإجهاد على قطعة التوصيل الخاصة بالغرسة إلى ما يقرب من 260 ميجا باسكال، وهو مستوى، رغم أنه لا يسبب كسرًا فوريًا، إلا أنه مرتفع بما يكفي لتآكل المعدن على مدى سنوات عديدة من المضغ.
كما أظهرت الدراسة أن جودة العظام تغير طريقة سلوك الهيكل بأكمله. فعندما كان العظم ناعمًا وإسفنجيًا، انحنى الإطار المعدني الذي يحمل الأسنان بشكل أكبر مما كان عليه في العظم القوي. وفي الواقع، انحنى الإطار بنسبة 50% تقريبًا أكثر في حالة العظم الأكثر نعومة عندما كانت الأسنان الخلفية هي التي تقوم بالتوجيه. وهذا الانحناء هو علامة على أن الهيكل ينثني تحت الحمل، مما قد يؤدي في النهاية إلى أعطال ميكانيكية أو عدم ارتياح للمريض. ووجد الباحثون أن الأجزاء من الجسر الأقرب إلى مقدمة الفم، وتحديدًا الوصلات على الجانب الذي يتحرك فيه الفك، شهدت باستمرار أعلى مستويات الضغط، بغض النظر عن نوع العظم.
تشير هذه النتائج إلى أن تصميم الأسنان الجديدة بحيث يوجه السن الناب فقط الحركة الجانبية هو الأكثر أمانًا من الناحية الميكانيكية لنظام "All-on-4". فهذا النهج يحافظ على مستويات القوة منخفضة على الغرسات ويقلل من مقدار انثناء الجسر المعدني. وبينما استند النموذج الحاسوبي إلى شخص واحد سليم ولا يأخذ في الاعتبار كل التعقيدات الممكنة في العالم الحقيقي مثل صرير الأسنان أثناء الليل، فإن النتائج توفر سببًا ميكانيكيًا حيويًا واضحًا لتفضيل العض الموجه بالناب. وبالنسبة للمرضى الذين يعانون من عظام أضعف، قد يكون هذا الخيار في التصميم أكثر أهمًا، لأنه يساعد في منع الإطار من الانثناء بشكل مفرط تحت وزن المضغ اليومي.
ملخص تقني: الاستجابة الميكانيكية الحيوية لأنظمة "All-on-4" الفكية تحت أنماط توجيه إطباقي جانبي مختلفة
بيان المشكلة يعد مفهوم "All-on-4" حلاً واسع الانتشار لإعادة تأهيل الفك العلوي فاقد الأسنان، لا سيية في الحالات التي تشمل توسع الجيب الأنفي وامتصاص العظم المتبقي. ومع ذلك، لا يزال التصميم الأمثل للتوجيه الإطباقي الجانبي لهذه التعويضات غير واضح. وخلافاً للأسنان الطبيعية، تفتقر الغرسات المدعومة بالأسنان إلى الرباط اللثوي الذي يعمل على تبديد القوى، مما يؤدي إلى نقل الأحمال الإطباقية مباشرة إلى عظم الفك. هذا الاتصال الصلب يمكن أن يؤدي إلى توزيع غير متساوٍ للإجهاد، مما قد يتسبب في امتصاص العظم، والتهاب ما حول الغرسة، وفشل الغرسة. وبينما يظل هناك جدل في الأدبيات السريرية حول مخططات إطباقية متنوعة (مثل الإطباق المتوازن، أو وظيفة المجموعة، أو حماية الناب)، إلا أن هناك نقصاً في الأدلة الميكانيكية الحيوية التي تقارن بين أنماط التوجيه الجانبي المختلفة تحت ظروف جودة عظمية متفاوتة (Misch D2, D3, and D4).
المنهجية استخدمت هذه الدراسة تحليل العناصر المحدودة ثلاثي الأبعاد (FEA) لمحاكاة السلوك الميكانيكي الحيوي لأنظمة "All-on-4" الفكية.
بناء النموذج: تم إعادة بناء نموذج ثلاثي الأبعاد من بيانات التصوير المقطعي المحوسب بالحزمة المخروطية (CBCT) والمسح داخل الفم لمتطوع واحد سليم يتمتع بأسنان طبيعية سليمة وإطباق يحمي الناب من الجانبين. شمل النموذج العظم القشري، والعظم الإسفنجي، والجيوب الأنفية، والحزم الوعائية العصبية.
تكوين الغرسات: تم وضع أربع غرسات من نوع (NobelActive) بمقاس (4.3 × 13 مم) وفقاً لبروتوكول "All-on-4": غرستان عموديتان عند مواقع القواطع الجانبية (12، 22) وغرستان مائلتان بزاوية 30 درجة عند مواقع الضواحك الثانية (15، 25). وتكونت التعويضات من هيكل تيتانيوم مع تيجان زركونيا وكابول (Cantilever) خلفي بطول 7 مم.
المجموعات التجريبية: تم إنشاء اثنتي عشرة مجموعة من خلال دمج ثلاثة أنواع من جودة العظم (D2, D3, D4) مع أربعة أنماط للتوجيه الإطباقي الجانبي:
إطباق حماية الناب (التلامس مقتصر على الناب).
وظيفة المجموعة لسنّين (الناب + الضاحك الأول).
وظيفة المجموعة لثلاثة أسنان (الناب + الضاحك الأول + الضاحك الثاني).
وظيفة المجموعة الخلفية (الضاحك الأول + الضاحك الثاني + الضاحك الأول الكبير؛ بدون تلامس مع الناب).
معايير المحاكاة: تم تطبيق تحميل شبه استاتيكي محكوم بالإزاحة لمحاكاة الحركات الفكية الجانبية الفسيولوجية. استخدمت المحاكاة خصائص مواد متجانسة، ومتماثلة الخواص (Isotropic)، ومرنة خطياً. تم تقييد أسطح عظم الفك العلوي بشروط حدودية، وتم تطبيق معامل احتكاك قدره 0.5 على أسطح التلامس.
التحليل: تم حساب توزيعات إجهاد "فون ميسيس" (Von Mises stress) للغرسات، والدعامات (Abutments)، والهياكل. كما تم تقييم تشوه الهيكل عبر مقدار الإزاحة.
النتائج الرئيسية
تركيز الإجهاد: تركز الإجهاد باستمرار في المناطق العنقية للغرسات وفي واجهات التلامس بين الدعامة والغرسة. وشهدت الدعامات أعلى تركيزات للإجهاد بين جميع المكونات التعويضية.
تأثير نمط التوجيه: أدى إطباق حماية الناب باستمرار إلى مستويات إجهاد أقل مقارنة بأنماط وظيفة المجموعة.
في حالة جودة العظم D2، زاد أقصى إجهاد عند الدعامة في الموقع 12 من 230.09 ميجا باسكال (في حماية الناب) إلى 259.88 ميجا باسكال (في وظيفة المجموعة لثلاثة أسنان).
زاد إجهاد الغرسة في الموقع 15 بنسبة 45.6% (من 113.65 ميجا باسكال إلى 165.47 ميجا باسكال) عند الانتقال من حماية الناب إلى وظيفة المجموعة لثلاثة أسنان.
زاد إجهاد الغرسة في الموقع 25 بنسبة 75.6% (من 115.14 ميجا باسكال إلى 202.23 ميجا باسكال) تحت نفس الظروف.
حدث أعلى تركيز للإجهاد عند الدعامة في الموقع 12 أثناء وظيفة المجموعة لثلاثة أسنان، حيث وصل إلى حوالي 63% من قوة الخضوع لسبائك التيتانيوم.
تأثير جودة العظم:
مع انخفاض كثافة العظم (من D2 إلى D4)، انخفض الإجهاد عند واجهة الغرسة والدعامة. ومع ذلك، يشير المؤلفون إلى أن هذا ليس ميزة ميكانيكية حيوية، بل هو نتيجة لظاهرة "حجب الإجهاد" (Stress shielding) وزيادة الحركة الدقيقة بسبب ضعف الدعم العظمي.
زاد تشوه الهيكل بشكل ملحوظ مع انخفاض كثافة العظم واتساع نطاق وظيفة المجموعة. ارتفع التشوه من 0.0333 مم (D2، حماية الناب) إلى 0.0496 مم (D4، وظيفة المجموعة الخلفية)، وهي زيادة بنسبة 49%.
الاختلافات الموضعية: تعرضت الغرسات الأمامية (12، 22) عموماً لمقدار إجهاد أكبر أثناء الحركات الجانبية مقارنة بالغرسات الخلفية، مما يعكس دورها في التوجيه الجانبي.
الأهمية والادعاءات تقدم الدراسة دليلاً ميكانيكياً حيوياً يشير إلى أن إطباق حماية الناب يوفر مزايا ميكانيكية لتعويضات "All-on-4" الفكية من خلال تقليل تركيز الإجهاد في الغرسات والدعامات متعددة الوحدات بشكل فعال مقارنة بأنماط وظيفة المجموعة. وتشير النتائج إلى أن زيادة عدد الحدبات الموجهة في تصميمات وظيفة المجموعة تزيد الإجهاد تدريجياً، لا سيما في الغرسات المائلة الخلفية.
يدعي المؤلفون أنه بينما تؤدي كثافة العظم المنخفضة إلى تقليل إجهاد الواجهة، إلا أن ذلك يصاحبه زيادة في تشوه الهيكل، مما قد يضر باستقرار التعويضات ويزيد من خطر التعب (Fatigue) بمرور الوقت. وبناءً على ذلك، تدعم الدراسة استخدام إطباق حماية الناب لتخفيف المضاعفات الميكانيكية، رغم أنها تؤكد على ضرورة مراعاة العوامل الفردية للمريض عند التطبيق السريري.
القيود التي أقر بها المؤلفون أشار البحث صراحةً إلى القيود التالية:
اعتمد النموذج على متطوع واحد سليم، مما قد لا يعكس التشريح المعقد للمرضى فاقدي الأسنان الذين يعانون من امتصاص العظم.
تم تبسيط محاكاة العظم عن طريق تعديل معامل المرونة مع الحفاظ على ثبات سمك العظم القشري، مما قد يؤدي إلى المبالغة في تقدير الاستقرار في العظام منخفضة الكثافة.
افترضت المواد أنها متماثلة الخواص ومرنة خطياً، وتم نمذجة واجهة الغرسة والعظم كوصلة مترابطة تماماً، مع تجاهل احتمالية حدوث الحركة الدقيقة (Micro-motion).
لم تأخذ المحاكاة في الاعتبار الأنشطة اللاإرادية (مثل صرير الأسنان) أو تقدم تقارير عن قوى رد الفعل الديناميكية الناتجة.
يخلص المؤلفون إلى أن هذه النتائج تقدم اتجاهات نسبية لتوجيه التصميم الإطباقي، لكنهم يدعون إلى إجراء دراسات مستقبلية تتضمن تشريحاً خاصاً بكل مريض وظروف تحميل متنوعة لوضع مبادئ توجيهية قائمة على الأدلة.