ORIGINAL PAPERS Dent. Med. Probl. 2008, 45, 4, 369 373 ISSN 1644 387X Copyright by Wroclaw Medical University and Polish Stomatological Association RAFAŁ NOWAK 1, JAN WNUKIEWICZ 1, PRZEMYSŁAW STRÓżYK 2, WOJCIECH PAWLAK 1 Doświadczalna ocena właściwości biomechanicznych zespoleń stosowanych przy strzałkowej osteotomii gałęzi żuchwy doniesienie wstępne* In vitro Comparison of Biomechanical Characteristic of Sagittal Split Osteotomy Techniques Preliminary Report 1 Katedra i Klinika Chirurgii Szczękowo Twarzowej Akademii Medycznej we Wrocławiu 2 Wydziałowy Zakład Wytrzymałości Materiałów Politechniki Wrocławskiej Streszczenie Wprowadzenie. W leczeniu nabytych i wrodzonych wad szkieletu czaszkowo twarzowego jednym z podstawo wych zabiegów operacyjnych jest obustronne strzałkowe rozszczepienie gałęzi żuchwy. Zabieg ten, wprowadzony w 1955 roku przez Obwegesera, dzięki swojej uniwersalności pozwala na korygowanie większości zaburzeń mor fologicznych żuchwy, a jednym z ważnych jego etapów jest odpowiednie unieruchomienie wytworzonych odłamów kostnych. Odpowiednia stabilizacja odłamów osteotomijnych pozwala na szybszą rehabilitację czynnościową pa cjenta, skrócenie czasu hospitalizacji, a co za tym idzie kosztów leczenia oraz zmniejsza ryzyko nawrotu wady. Cel pracy. Przedstawienie wstępnych wyników badań doświadczalnych nad porównaniem czterech zespoleń sto sowanych w praktyce klinicznej do unieruchomienia odłamów osteotomijnych w zabiegach strzałkowego roz szczepienia gałęzi żuchwy. Materiał i metody. Badania przeprowadzono z użyciem modeli ludzkiej żuchwy, które zostały strzałkowo roz szczepione, zespolone badanymi typami zespoleń, a następnie na specjalnie zaprojektowanym stanowisku badaw czym poddane działaniom sił w celu określenia wytrzymałości zespolenia i jego sztywności. Wyniki. Podczas badań oznaczono obciążenie badanych maksymalne modeli. Największa wartość tego parametru uzyskano w modelu zespolonym 3 śrubami bikortykalnymi. Wnioski: Zespolenia bikortykalne charakteryzują się większym obciążeniem maksymalnym od zespoleń mono kortykalnych (Dent. Med. Probl. 2008, 45, 4, 369 373). Słowa kluczowe: żuchwa, obustronne strzałkowe rozszczepienie gałęzi żuchwy, zespolenia, osteosynteza. Abstract Background. Bilateral sagittal split osteotomy of the mandible (BSSO) is a standard procedure applied in the orthognathic surgery in cases of correcting of the developmental and acquired mandible deformities. According to most of the authors treating deformities of mandible, the bilateral sagittal split osteotomy (BSSO) introduced by Obwegeser in 1955, with additional modifications, is the most frequently performed correction procedure regai ning its proper morphology. Intraoral approach and the possibility to correct most of morphological defects of the mandible are the advantages of this procedure. The procedure of bilateral sagittal split osteotomy in most cases al lows to obtain good and first of all predictable results of the treatment and any serious complications occur re latively rarely. One of the stages of this procedure is the proper stabilization of the osteotomized fragments after the split of the ramus of the mandible, which effects both the comfort of the patient during the post operation period and mainta ining the effect of the treatment in the further observations. Objectives. The aim of presented study is to compare biomechanical stability of four different methods of fixation used in bilateral sagittal split osteotomy of the mandible. * Praca została sfinansowana z grantu w ramach badań własnych Akademii Medycznej we Wrocławiu nr 1241.
370 R. NOWAK et al. Material and Methods. On models of human mandible bilateral sagittal split osteotomy was performed and four examined fixations were applied. Then models were mounted on special designed biomechanical test device in order to determine biomechanical stability of used fixation technique. Results. During the test one biomechanical parameter was determined value of the maximum load. We found that in three bicortical screws fixation this parameter was the highest value. Conclusions. There is higher value of maximum load in bicotrically method of fixation than in monocortically me thod of fixation (Dent. Med. Probl. 2008, 45, 4, 369 373). Key words: mandible, bilateral sagittal split osteotomy, fixation methods, osteosynthesis. Obustronne strzałkowe rozszczepienie gałęzi żuchwy (bilateral sagittal split osteotomy, BSSO) jest jednym z najczęściej wykonywanych zabie gów operacyjnych w chirurgii ortognatycznej przy korygowaniu zaburzeń morfologicznych żuchwy. Metoda została wprowadzona przez Obwegesera i Traunera, którzy w 1955 roku po raz pierwszy wykonali zabieg rozszczepienia gałęzi żuchwy z dostępu wewnątrzustnego [1]. Technika opera cyjna doczekała się wielu modyfikacji, najważ niejsze z nich wprowadzili Dal Pont w 1961 roku [2], Hunsuck w 1968 roku [3] i Epker w 1977 ro ku [4]. Modyfikacje polegały na odmiennym spo sobie cięć w obrębie tkanek miękkich i kości, uży ciu innych instrumentów oraz narządzi. Główna zasada zabiegu pozostała jednak niezmieniona. Oryginalna metoda Obwegesera polega na po ziomym przecięciu za pomocą wierteł zewnętrznej warstwy istoty zbitej (blaszki kortykalnej) na po wierzchni przyśrodkowej gałęzi żuchwy powyżej otworu żuchwy (po wcześniejszym odsłonięciu gałęzi żuchwy cięciem w przedsionku jamy ustnej wzdłuż jej przedniego brzegu i odwarstwieniu tka nek miękkich), a następnie blaszki kortykalnej na bocznej powierzchni gałęzi żuchwy powyżej jej kąta i ich połączeniu trzecim cięciem. Ten etap za biegu kończy się rozszczepieniem gałęzi za pomo cą dłuta. Uzyskuje się w ten sposób ruchomy frag ment żuchwy obejmujący trzon wraz z całym łukiem zębowym, który można ustawić w zapla nowanym położeniu. Następnie za pomocą zespo leń (Obwegeser początkowo pozostawiał odłamy bez żadnego unieruchomienia, później stosował wiązania okolne i szwy kostne) unieruchamia się odłamy osteotomijne żuchwy i zakłada wiązanie międzyszczękowe w celu stabilizacji zgryzu na okres sześciu tygodni, a ranę zamyka szwami. W Polsce po raz pierwszy zabieg obustronne go strzałkowego rozszczepienia żuchwy wykonał F. Ćwioro we Wrocławiu w 1970 roku [5], zapro ponował on również wraz z H. Kaczkowskim wła sną modyfikację [6]. Podobnie jak zmieniała się metoda operacyjna, zmieniały się również sposoby zespalania odła mów osteotomijnych, od pozostawiania ich bez żadnych unieruchomień, przez wiązania ligaturo we, szwy kostne, osteosyntezy stabilne. Zastoso wanie właściwego zespolenia, które jest zdolne wytrzymać siły powstające podczas fizjologicz nych ruchów żuchwy wpływa na prawidłowe goje nie kości, skraca czas hospitalizacji pacjenta oraz jego rehabilitację w okresie pooperacyjnym, a więc zmniejsza koszty społeczne procesu leczniczego. Stosowanie stabilnych unieruchomień ma również na celu zrezygnowanie lub ograniczenie wiązania międzyszczękowego u pacjentów leczo nych operacyjnie. Niektórzy autorzy wskazują także, że nawrót wady może być związany z zespoleniem zastoso wanym w trakcie zabiegu operacyjnego [7]. Pomimo że w ocenie wyników leczenia naj większe znaczenie mają badania i obserwacje kli niczne, to badania biomechaniczne często poprze dzają wprowadzenie nowych rozwiązań do prakty ki klinicznej i mogą służyć porównaniu i ocenie skuteczności stosowanych dotychczas metod. Celem podjetych badań była doświadczalna ocena wytrzymałości najczęściej stosowanych ze spoleń w zabiegach strzałkowej osteotomii gałęzi żuchwy. Materiał i metody W badaniach doświadczalnych wykorzystano 5 poliuretanowych modeli żuchwy (Synbone, Szwaj caria numer katalogowy 8596). Modele tego typu są wykorzystywane w badaniach doświadczalnych i biomechanicznych przez inne ośrodki na świecie [8]. Modele zostały przecięte w taki sposób, aby li nia cięcia odpowiadała linii osteotomii żuchwy wg Obwegesera w modyfikacji Dal Ponta (ryc. 1). Do tego celu, ze względu na złożony przebieg cięcia, wykorzystano piłę oscylacyjną i specjalnie Ryc. 1. Model żuchwy przed i po obustronnej osteo tomii gałęzi Fig. 1. Model of mandible before and after bilateral sagittal split osteotomy
Zespolenia stosowane przy strzałkowej osteotomii gałęzi żuchwy 371 zaprojektowany uchwyt do mocowania modelu żuchwy. Dzięki temu uzyskano identyczne warun ki wstępne do badania (przekrój, linia cięcia, chro powatość powierzchni). Cztery z nich zostały wy korzystane do budowy modeli zespoleń odłamów osteotomijnych żuchwy, a piąty stanowił bazę, do której odnoszono wyniki pomiarów. Do zespolenia odłamów wykorzystano drut stalowy o średnicy 5 mm, wkręty oraz dwa rodza je implantów do osteosyntez (płytka czterooczko wa Medgal, Polska, płytka sześciooczkowa Medartis, Szwajcaria). Pierwsze zespolenie wykonano zakładając li gaturowy szew kostny na przednim brzegu trzonu żuchwy. Drugie wykonano stosując 3 śruby bikor tykalne w układzie trójkątnym (długość 13 mm, średnica 2 mm, Medgal, Polska). Kolejne to płyt ka prosta 4 oczkowa (Medgal, Polska) oraz płytka 6 oczkowa (Medartis, Szwajcaria) mocowane wkrętami bikortykalnymi o średnicy 2 mm i dłu gości 5 mm odpowiednich producentów zakładane w typowych miejscach (ryc. 2 5). Przyjęto następujące oznaczenia modeli: P1 model nieprzecięty P2 model zespolony za pomocą ligatury P3 model zespolony za pomocą 3 śrub bi kortykalnych P4 model zespolony za pomocą płytki 4 oczkowej, P5 model zespolony za pomocą płytki 6 oczkowej. Badania doświadczalne przeprowadzono na maszynie typu MTS 858 MiniBionix (USA). Jest to urządzenie do badań mechanicznych działające na zasadzie prasy hydraulicznej, która wytwarza mierzalną siłę i jednocześnie umożliwia rejestrację przemieszczenia siłownika jako funkcję tej siły. Ze względu na rodzaj badania oraz sposób podparcia i obciążenia uchwyty zostały zaprojek towany w taki sposób aby obciążenie P było rozło żone na dwie składowe o wartości P/2, a ich kie runki działania pokrywały się z kierunkiem działa nia najsilniejszych mięśni biorących udział w fizjologicznych ruchach żuchwy i żuciu. W do świadczeniu wykorzystano schemat zapropono wany przez Armstronga i wsp. [9] (ryc. 6). Następ nie tak zaprojektowany układ został umieszczony w urządzeniu i poddany działaniom sił. Prędkość siłownika w czasie dojazdu do próbki wynosiła 0,2 mm/min a w trakcie obciążania 0,5 mm/min. Przed ostatecznym pomiarem próbka była obcią żana siłą 10 N i dla takiego obciążenia zerowano przemieszczenie siłownika, aby warunki wyjścio we były jednakowe dla wszystkich próbek. W trakcie pomiarów rejestrowano przemieszcze nie siłownika i obciążenie przy jakim dochodziło do tego przemieszczenia. Ryc. 2. Zespolenia za pomocą ligatury drucianej Fig. 2. Fixation with steel wire Ryc. 3. Zespolenie za pomocą 3 śrub bikortykalnych Fig. 3. Fixation with 3 bicortical screws Ryc. 4. Zespolenie za pomocą monokortykalnej 4 oczkowej płytki Fig. 4. Fixation with 4 holes plate (monocortical) Ryc. 5. Zespolenie za pomocą monokortykalnej 6 oczkowej płytki Fig. 5. Fixation with 6 holes plate (monocortical) Wyniki i omówienie Doświadczalną oceną wytrzymałości zespoleń po wykonaniu strzałkowej osteotomii gałęzi żu chwy zainteresowano się na początku lat 90. ubie
372 R. NOWAK et al. Tabela 1. Wartości obciążenia maksymalnego (P max ) w badanych modelach Table 1. Value of maximum load in tested models (P max ) Oznaczenie modelu Obciążenie maksymalne Pmax [N] P1 7100 P2 2700 P3 5000 P4 2100 P5 1700 Ryc. 6. Model żuchwy na stanowisku badawczym (opis powyżej) Fig. 6. Model situated on test bench (description above) głego stulecia [12]. Wybór zespolenia jednak, podobnie jak metody operacyjnej, zależy głównie od preferencji i doświadczenia chirurga, możliwo ści finansowych i technicznych danej placówki oraz kosztów związanych z zastosowaniem dane go typu unieruchomienia. Do oceny wytrzymałości badanych zespoleń oznaczono obciążenie maksymalne przy jakim do chodziło do trwałego odkształcenia lub zniszcze nia badanego zespolenia. Wartość tą odczytano ja ko bezpośredni wynik pomiaru z urządzenia MTS 858 MiniBionix. W tabeli 1 podano wartość ma ksymalnego obciążenia (P max ) dla poszczególnych rodzajów badanych zespoleń. W przeprowadzonych badaniach doświadczal nych w zespoleniach bezpośrednich bikortykal nych, czyli w zespoleniu za pomocą szwu kostne go i z zastosowaniem 3 wkrętów przechodzących przez oba odłamy zanotowano większe wartości obciążenia maksymalnego niż w zespoleniach za pomocą płytek monokortykalnych. Skłania to do wyciągnięcia wniosku, że zespo lenia, które dociskają odłamy do siebie są zespole niami bardziej wytrzymałymi pod względem me chanicznym. Zaoobserwowano również inne zachowanie modeli zespolonych mono i bikortykalnie. W ze spoleniach płytkowych doszło początkowo do pla stycznego odkształcenia minipłytki, a następnie do jej trwałego zniszczenia. W zespoleniu 3 śrubami bikortykalnymi doszło do pęknięcia modelu w miejscu umieszczenia wkrętów, a w zespoleniu ligaturowym do zerwania ligatury. Siły działające na żuchwę oraz powstające podczas jej ruchów fizjologicznych, a także aktu żucia są indywidualną cechą i zależą m.in. od wie ku, płci, stanu ogólnego, wydolności układu mię śniowego, obecności lub braku uzębienia, użytko wania uzupełnień protetycznych, nawyków, dys funkcji, parafunkcji oraz wad narządu żucia. Ich wartości są określane w zależności od grupy zę bów na 100 700 N, a w ekstremalnych przypad kach mogą dochodzić nawet do 1000 N, natomiast w okresie pooperacyjnym siły te ulegają kilkukrot nemu zmniejszeniu [10, 11]. Na podstawie prze prowadzonych badań można stwierdzić, że w za kresie działania sił fizjologicznych żadne z bada nych zespoleń nie ulega zniszczeniu. Badania wytrzymałościowe były jednak pro wadzone do momentu zniszczenia zespolenia, za kryterium którego zostało przyjęte jego pęknięcie lub wyrwanie wkrętu z modelu. Ee wcześniej szych fazach obciążenia, a więc przy wartościach sił jakie faktycznie mogą działać w układzie sto matognatycznym dochodziło natomiast do pla stycznego odkształcania zespoleń płytkowych i można było zaobserwować przemieszczenia odłamów wobec siebie, co w klinicznych warun kach spowodowałoby zaburzenie gojenia i zrostu kości. Proces gojenia kości po jej przecięciu jest zjawiskiem dynamicznym, jednak największą rolą odgrywa początkowo odpowiednia stabilizacja odłamów kostnych. Z tego powodu wydaje się ce lowe przeprowadzenie dalszych badań doświad czalnych pokazujących zachowanie odłamów osteotomijnych wobec siebie i określenie wartości ich przemieszczeń. Piśmiennictwo: [1] TRAUNER R. Obwegeser H.: Zur Operationstechnik bei der Progenie und anderen Unterkieferanomalien. Dtsch. Zahn Mund Kieferheilk. 1955, 23, 1 26. [2] DAL PONT G.: Retromolar osteotomy for correction of prognathism. J. Oral Surg. 1961, 19, 42 47.
Zespolenia stosowane przy strzałkowej osteotomii gałęzi żuchwy 373 [3] HUNSUCK E.: A modified intraoral sagital splitting technique for correction of mandibular prognathism. J. Oral Surg. 1968, 26, 249 252. [4] EPKER B. N.: Modifications in the sagittal spilt osteotomy of the mandible. J. Oral Surg. 1977, 35, 157 159. [5] ĆWIORO F.: Chirurgiczne leczenie progenii sposobem strzałkowego rozszczepienia gałęzi żuchwy. Czas. Stomat. 1972, 25, 833 839. [6] KACZKOWSKI H., ĆWIORO F.: Modyfikacja metody skośnego rozczepienia gałęzi żuchwy według Dal Ponta. Wro cł. Stomat. 1992, 33 36. [7] UEKI K., NAKAGAWA S., TAKATSUKA E., YAMAMOTO E.: Plate fixation after mandibular osteotomy. Int. J. Oral Ma xillofac. Surg. 2001, 30, 490 496. [8] BREDBENNER T. L., Haug R. H.: Substitutes for human cadaveric bone in maxillofacial rigid fixation research. Oral. Surg. Oral Med. Oral Pathol. Oral Radiol. Endod. 2000, 90, 574 580. [9] ARMSTRONG J. E. A., LAPOINTE H. J., HOGG N. J. V., KWOK AD.: Preliminary investigation of the biomechanics of internal fixation of sagittal split osteotomies with miniplates using a newly designed in vitro testing model. J. Oral Maxillofac. Surg. 2001, 59, 191 195. [10] BAKKE M.: Bite force and occlusion. Semin. Orthod. 2006, 12, 120 126. [11] DAUMAS B., XU W. L, BRONLUND J.: Jaw mechanism modeling and simulation. Mechanism Machine. Theory 2005, 40, 821 833. [12] ANUCUL B., WAITE P. D., LEMONS J. E.: In vitro strength analysis of sagittal split osteotomy fixation: Noncompres sion monocortical plates versus bicortical position screws. J. Oral Maxillofac. Surg. 1992, 50, 1295 1301. Adres do korespondencji: Rafał Nowak Katedra i Klinika Chirurgii Szczękowo Twarzowej Akademii Medycznej ul. Borowska 213 50 556 Wrocław Tel.: 668 32 40 27 e mail: rafimail@wp.pl Received: 10.12.2008 Revised: 26.01.2009 Accepted: 26.01.2009 Praca wpłynęła do Redakcji: 10.12.2008 r. Po recenzji: 26.01.2009 r. Zaakceptowano do druku: 26.01.2009 r.