Biomechanics Studies in Dentistry: Bioengineering Applied in Oral Implantology

The application of engineering knowledge in dentistry has helped the understanding of biomechanics aspects related to osseointegrated implants. Several techniques have been used to evaluate the biomechanical load oil implants comprising the use of photoelastic stress analysis, finite element stress analysis, and strain-gauge analysis. Therefore, the purpose of this Study was to describe engineering methods used in dentistry to evaluate the biomechanical behavior of osseointegrated implants. Photoelasticity provides good qualitative information oil the overall location and concentration of stresses but produces limited quantitative information. The method serves as ail important tool for determining the critical stress points in a material and is often used for determining stress concentration factors in irregular geometries. The application of strain-gauge method oil dental implants is based oil the use of electrical resistance strain gauges and its associated equipment and provides both in vitro and vivo measurements strains under static and dynamic loads. However, strain-gauge method provides only the data regarding strain at the gauge. Finite element analysis can Simulate stress using a computer-created model to calculate stress, strain, and displacement. Such analysis has the advantage of allowing several conditions to be changed easily and allows measurement of stress distribution around implants at optional points that are difficult to examine clinically All the 3 methodologies call be useful to evaluate biomechanical implant behavior close to the clinical condition but the researcher should have enough knowledge in model fabrication (experimental delineation) and results analysis.

High-sucrose effect on bone structure, hardness and biomechanics in an obesity model using Wistar male rats

Introduction: Excessive consumption of sugar-sweetened beverage is positively related to overweight. Despite the epidemic of childhood obesity, body mass can have a positive or negative effect on bone health. Material and methods: Wistar rats 8 weeks olds were randomly assigned to consume water (Control group, n = 10), sucrose 30% (HS group, n = 10) and water + sucrose 30% (WHS group, n = 14) for 8 weeks. All animals received standard laboratory chow ad libitum. Femur measurements included microhardness, bone mineral density (BMD) by DXA, mechanical compression test and microcomputed tomography (microCT) analysis. Results: We observed significant difference in final body weight in HS and WHS groups, significant increase in triacylglycerol/fructosamine in HS and WHS groups, significantly high BMD in WHS group, increased periosteal/endosteal cortical microhardness in WHS group. Compared with control, microCT parameters evidenced lower amount of connected trabecular bone, decreased bone volume, lower trabecular number with high trabecular separation in distal epiphysis in WHS animals. Conclusion: High-sucrose consumption causes obesity induced by a liquid diet with negative effects on cancellous bone.

Use of Stress Analysis Methods to Evaluate the Biomechanics of Oral Rehabilitation With Implants

Because the biomechanical behavior of dental implants is different from that of natural tooth, clinical problems may occur. The mechanism of stress distribution and load transfer to the implant/bone interface is a critical issue affecting the success rate of implants. Therefore, the aim of this study was to conduct a brief literature review of the available stress analysis methods to study implant-supported prosthesis loading and to discuss their contributions in the biomechanical evaluation of oral rehabilitation with implants. Several studies have used experimental, analytical, and computational models by means of finite element models (FEM), photoelasticity, strain gauges and associations of these methods to evaluate the biomechanical behavior of dental implants. The FEM has been used to evaluate new components, configurations, materials, and shapes of implants. The greatest advantage of the photoelastic method is the ability to visualize the stresses in complex structures, such as oral structures, and to observe the stress patterns in the whole model, allowing the researcher to localize and quantify the stress magnitude. Strain gauges can be used to assess in vivo and in vitro stress in prostheses, implants, and teeth. Some authors use the strain gauge technique with photoelasticity or FEM techniques. These methodologies can be widely applied in dentistry, mainly in the research field. Therefore, they can guide further research and clinical studies by predicting some disadvantages and streamlining clinical time.

Análise da fadiga muscular localizada em atletas e sedentários através de parâmetros de freqüência do sinal eletromiográfico

Embora a análise no domínio da freqüência do sinal eletromiográfico (EMG) seja empregada na caracterização do processo de fadiga muscular localizada, sua aplicação, especificamente a da freqüência mediana (Fmed), é pouco explorada no âmbito esportivo. O objetivo do presente estudo foi verificar a viabilidade da aplicação do sinal EMG, através de sua análise no domínio da freqüência, como parâmetro para determinação e diferenciação no comportamento da fadiga muscular localizada. Dois grupos de sujeitos, um caracterizado como atletas (n =12) e outro como sedentários (n =12), foram submetidos a análises baseadas em procedimentos executados em três diferentes situações experimentais, todos envolvendo a modalidade de exercício isométrico: i) teste máximo para determinação da contração isométrica voluntária máxima (CIVM); ii) teste de fadiga, sustentado por 35 seg. a 80% da CIVM; iii) teste de recuperação, sustentado por 10 seg. a 80% da CIVM; neste ultimo foi monitorado o comportamento da Fmed nos três primeiros (Fmedi) e três últimos segundos (Fmedf) do sinal EMG no músculo tibial anterior durante o teste de fadiga. Durante os 10 segundos do teste de recuperação foi calculada a Fmed referente a todo o período (Fmedr). parâmetro utilizado no cálculo do índice de recuperação muscular (IRM). Os resultados apontam que a Fmedf apresentou valor menor em relação à Fmedi em ambos os grupos (p < 0,05). Quando comparado com o grupo de sedentários, o grupo de atletas apresentou valores maiores de Fmedi e Fmedf (p < 0,05). O valor médio e desvio-padrão do IRM para o grupo de atletas foram de 62,1% ± 28,7 e, para o grupo de sedentários, de 55,2% ± 27,8 (p > 0,05). Dessa forma, os resultados apresentados neste estudo permitem inferir a viabilidade na aplicação de parâmetros no domínio da freqüência do sinal EMG para a determinação e diferenciação do comportamento da fadiga muscular localizada.

Análise da reprodutibilidade de parâmetros no domínio da frequência do sinal EMG utilizados na caracterização da fadiga muscular localizada

The aim of this study was to analyze the reproducibility of the electromyography signal's parameters (EMG) in the frequency domain used in the characterization of localized muscle fatigue. Fifteen male subjects underwent a fatigue test based on isometric knee extension, being held at three different times at intervals of seven days. To assess the reproducibility of data between the tests we calculated the correlation coefficient (ICC) for the median frequency (MF) in total exercise time (MFT), MF obtained for every 10% of exercise time (MF10%) and the powers of the frequency bands obtained by dividing the power spectrum at windows of 20 Hz. The results showed: (1) excellent reproducibility for MFT, (2) good reproducibility for MF10%, and (3) greater variation in the signal EMG bands from 20 to 120 Hz, especially at the bands of 20-40 Hz and 40-60 Hz, which showed greater sensitivity to the process of muscle fatigue. We conclude that the MF is a variable that shows good reproducibility and that the fragmented analysis of the power spectrum, by means of frequency bands, showed that significant variations occur in the EMG signal during the installation of the fatigue process, having potential to become a new method for the characterization of localized muscle fatigue.

Propriedades mecânicas do músculo de ratos adultos e idosos, exercitado pós-imobilização

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Características biomecânicas, ergonômicas e clínicas da postura sentada: uma revisão

A posição sentada é a mais adotada nos ambientes de trabalho, na escola e nas atividades de lazer. Porém, a manutenção prolongada dessa posição ocasiona a adoção de posturas inadequadas e sobrecarrega as estruturas do sistema musculoesquelético, o que pode acarretar dor e lesão na coluna lombar. A presente revisão teve como objetivo identificar os fatores biomecânicos, ergonômicos e clínicos envolvidos na sustentação da postura sentada. Para isso, foram consultadas as bases de dados ISI Web of Knowledge, Medline, Pubmed e EBSCO Host, sendo selecionados 72 artigos publicados entre 1965 e 2010. Foi possível identificar que na posição sentada não existe uma postura ideal a ser sustentada, mas algumas posturas são mais recomendadas do que outras, tal como a postura sentada ereta e a postura lordótica. As cadeiras influenciam o padrão da posição sentada: conforme seu design, pode permitir maior variedade de posturas. Modificações na cadeira e a utilização de exercícios para o aumento da resistência muscular e da propriocepção, bem como a reeducação postural, são intervenções úteis para reduzir o impacto causado pela posição sentada prolongada no sistema musculoesquelético.

Effect of abutment's height and framework alloy on the load distribution of mandibular cantilevered implant-supported prosthesis

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Effect of cantilever length and framework alloy on the stress distribution of mandibular-cantilevered implant-supported prostheses

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Electromyographic preactivation pattern of the gluteus medius during weight-bearing functional tasks in women with and without anterior knee pain

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo mecânico da estabilidade dorsal da osteossíntese intramedular associada à fixação externa (método de Ulson)

OBJETIVO: Avaliar o método de Ulson de fixação intramedular associado à fixação externa variando a altura do travamento externo dos fios de Kirschner e sem fixação externa. MÉTODO: Foram utilizadas 18 tíbias de porcos, sendo realizada osteotomia transversal na região da tuberosidade e introduzidos dois fios de Kirschner intramedulares em cada peça, em três diferentes padrões de montagem: grupo I - travamento com minifixador externo com 3,0cm de altura; grupo II - travamento com 4,5cm de altura; grupo III: sem travamento externo. Realizaram-se ensaios mecânicos de cisalhamento, obtendo-se: carga máxima, limite de proporcionalidade e coeficiente de rigidez. RESULTADOS: Não foram encontradas diferenças significativas de carga máxima e limite de proporcionalidade entre os grupos; o grupo II apresentou maior coeficiente de rigidez. CONCLUSÃO: A altura do travamento dos fios de Kirschner no método de Ulson, dentro dos limites avaliados, não prejudicou a estabilidade do sistema de fixação da fratura.

Efeito tardio e imediato da sutura em tendão extrassinovial íntegro: estudo biomecânico em ratos

OBJETIVO: O objetivo do estudo foi avaliar o efeito, nas propriedades mecânicas, do arranjo de reparo com material de sutura, no tendão calcâneo de rato, na ausência de processo de cicatrização. MÉTODO: Foram utilizados 12 ratos machos da linhagem Wistar. Os animais foram submetidos à colocação de ponto de sutura tipo Kessler modificado no tendão calcâneo. Os sacrifícios foram realizados nos períodos imediato e com seis semanas de pós-operatório. As propriedades mecânicas estudadas foram: carga máxima, tensão na carga máxima e módulo de elasticidade. O tendão contralateral foi usado como controle. RESULTADOS: A análise estatística indicou que, em relação aos períodos estudados, os valores das propriedades mecânicas não apresentaram diferenças significativas. em relação ao controle, isto é, tendão contralateral sem sutura, os resultados demonstram que, com seis semanas de pós-operatório, houve queda dos valores do módulo de elasticidade, enquanto a carga máxima e a tensão na carga máxima não apresentaram variações significativas. CONCLUSÃO: A colocação de material de sutura em tendão extrassinovial não lesado provocou queda do módulo de elasticidade, porém não interferiu na carga máxima e na tensão na carga máxima após seis semanas de pós-operatório.

Análise comparativa das propriedades mecânicas do ligamento da patela e do tendão calcâneo

Com a finalidade de se comparar as propriedades mecânicas do ligamento da patela e do tendão calcâneo foram realizados ensaios de tração em material obtido de 25 cadáveres humanos. A idade dos doadores foi 58 ± 14 anos (33-85), sendo 19 (76%) masculinos e 6 (24%) femininos, 23 brancos (92%) e dois negros (8%). Os materiais foram testados em seus 10 mm centrais, com velocidade de aplicação de carga de 30 mm/min. Foi obtida a área de secção dos corpos de prova para que fossem estudadas as propriedades estruturais e materiais. Foram estudadas as seguintes variáveis: carga máxima (N), tensão(MPa), módulo de elasticidade (MPa), energia (Nm), alongamento absoluto (mm) e específico (%), limite de proporcionalidade (N), além da tensão (MPa) e alongamentos neste ponto. A análise estatística revelou que ambos possuem carga máxima, limite de proporcionalidade e tensão semelhantes (p>0,05). Nas outras variáveis ocorreu diferença significativa (p<0,05) com o tendão calcâneo apresentando valores maiores para energia e alongamento. O módulo de elasticidade, significativamente maior no ligamento da patela (p<0,05), foi a variável que melhor caracterizou a diferença do comportamento mecânico dos dois materiais.

Efeito de diferentes doses de ácido retinoico sobre a resistência óssea de ratos jovens

OBJETIVO: Avaliar os efeitos da suplementação de diferentes doses de todo-trans ácido retinóico sobre a resistência óssea, por meio de ensaio biomecânico de flexão, em tíbia de ratos jovens. MÉTODOS: Foram estudados 58 ratos jovens, com quatro diferentes doses de vitamina A em suas dietas, sendo divididos em 4 grupos: grupo-controle (n=15), sem acréscimo de todo-trans ácido retinoico; grupo com acréscimo de 0,3mg de todo-trans ácido retinoico por kg de ração (n=13); grupo com 10mg de todo-trans ácido retinoico por kg de ração (n=15); e grupo com 50mg de todo-trans ácido retinoico por kg de ração (n=15). O estudo durou 30 dias. Após o sacrifício dos animais, suas patas esquerdas foram congeladas, dissecadas e as tíbias submetidas ao ensaio de flexão. Foram avaliados a carga máxima e o coeficiente de rigidez. Foi aplicada análise de variância one-way. O nível de significância estatístico adotado foi p<0,05. RESULTADOS: Os valores médios de carga máxima (em Newton) foram: grupo-controle =37,94, DP=4,76; grupo todo-trans ácido retinoico 0,3=36,49, DP= 4,38; grupo todo-trans ácido retinoico 10=40,12, DP=6,03; grupo todo-trans ácido retinoico 50=35,68, DP=5,22 (p=0,107). Os valores médios de coeficiente de rigidez (em Newton/milímetros) foram: grupo-controle =31,84 DP=6,75; grupo todo-trans ácido retinoico 0,3=29,18, DP=4,35; grupo todo-trans ácido retinoico 10=35,48, DP=8,14; grupo todo-trans ácido retinoico 50=30,31, DP=7,14 (p=0,85). CONCLUSÃO: Conclui-se que a exposição a diferentes doses de todo-trans ácido retinoico, em ratos, durante 30 dias, não exerce efeito sobre a resistência óssea, quando avaliada por ensaios biomecânicos.

Efeito da heparina sódica e da enoxaparina na consolidação de fratura da tíbia no rato: avaliação clínica e anatomopatológica e biomecânica

Foi realizado estudo experimental em ratos para avaliar o efeito do anticoagulante na consolidação óssea, conforme critérios clínicos, anatomopatológicos e biomecânicos. Manualmente, após perfuração do osso, foi produzida fratura aberta, na diáfise da tíbia direita, mantida sem imobilização, em 72 ratos machos da linhagem Wistar, com 60 dias de idade e peso médio de 242 gramas. Doze horas após a fratura, foi iniciado tratamento anticoagulante, mantido por 28 dias. Via subcutânea, um grupo recebeu heparina sódica na dose de 200UI/Kg de 12 em 12 horas, enquanto outro, recebeu enoxaparina na dose de 1mg/Kg de 12 em 12 horas, doses preconizadas para tratamento do tromboembolismo em humanos. O terceiro grupo, controle, recebeu água destilada. Durante o experimento, os animais foram avaliados clinicamente e após 28 dias, sacrificados. Nos animais dos três grupos, a evolução clínica foi semelhante. Mediante análise anatomopatológica efetuada por estudo descritivo e quantitativo, foi observada presença de fibrose, cartilagem e osso igualmente nos três grupos, sempre com predomínio de tecido ósseo. O estudo biomecânico, realizado por intermédio de ensaios de flexão, demonstrou coeficiente de rigidez e carga máxima semelhantes nos três grupos. Nenhuma diferença clínica, anatomopatológica e biomecânica foi encontrada, resultando todas as fraturas em consolidação de acordo com os critérios adotados, concluindo-se, portanto, que a heparina sódica e a enoxaparina nas doses, via e tempo de administração utilizados não interfiriram na consolidação da fratura da tíbia do rato.