Ортодонтическая сила влияющая на кости и корни зуба
При клиническом применении съемных и несъемных ортодонтических аппаратов, помимо биомеханических параметров трансмиссии силы и направления перемещения зуба, важное значение имеют величина силы и создаваемого ею момента. Сила, генерируемая ортодонтическим аппаратом, вызывает желаемую резорбцию кости и тем самым позволяет добиться изменения положения зуба.
Но если участки резорбции альвеолярной кости, индуцируемой через периодонт, являются в процессе коррекции желаемыми изменениями, то резорбция корня перемещаемого зуба обычно нежелательна. Клиническое значение имеют как локализация таких участков, так и их размеры.
а) Методика. Приложение ортодонтической силы к зубу существенно зависит от методики коррекции. При применении полноразмерной дуги, когда для перемещения зубов проволочная дуга используется целиком, возникают силы трения, которые необходимо бывает преодолеть, но если сегментировать дугу и использовать только ее часть, силы трения не возникают. Таким образом, при коррекции этими методами сила, прикладываемая к зубу, должна быть разной.
б) Величина силы. Величина силы, приложенной к зубу при ортодонтическом лечении, которая применялась различными авторами, приводится в таблице 1. Следует подходить дифференцированно к данным, полученным в практической деятельности, эксперименте, и к результатам гистологического исследования. Данные разнятся и в отношении перемещаемого зуба. Тем не менее в литературе последних лет прослеживается тенденция к применению при ортодонтическом лечении сил малой величины.
Если рассматривать усилие, приложенное к зубу, то следует различать физическую силу и давление, т.е. силу, действующую на единицу площади поверхности периодонта, покрывающего корень зуба (см. табл. 1). Пока не представляется возможным вынести окончательное заключение об оптимальной величине ортодонтической силы. А.М.Schwarz (1961) предложил делить эту силу на четыре степени в зависимости от оказываемого ею биологического эффекта:
• I степень: сила настолько мала, что не вызывает существенного ортодонтического перемещения зуба.
• II степень: сила, оказывающая давление на поверхность корня зуба, равное 0,15-0,2 Н/см2. Давление, оказываемое силой II степени, меньше давления в сосудах периодонта, что обеспечивает сохранность периодонтального кровообращения и создает благоприятные условия для перестройки кости (прямая резорбция).
• III и IV степени: сила, оказывающая давление на поверхность корня зуба, которое составляет соответственно 0,2-0,5 и >0,5 Н/см2 и приводит к нарушению кровообращения в отдельных участках периодонтальной связки. Если такое нарушение длится долго, то в периодонте развиваются необратимые изменения.
В клинических условиях трудно обеспечить желательную для коррекции ортодонтическую силу II степени по классификации Schwarz (1961). Это объясняется значительной вариабельностью размеров и формы поверхности корней зубов. В настоящее время такая вариабельность является морфологическим фактором, ограничивающим возможность приложения оптимальной силы к перемещаемому зубу (Ren et al., 2003), поэтому представляется целесообразным при планировании коррекции учитывать площадь поверхности корня зуба (рис. 55). На основании сравнительных таблиц и с учетом направления перемещения можно рассчитать идеальную силу, которую необходимо приложить к корню зуба.
Таким образом, можно рассчитать силу, необходимую для перемещения различных зубов (см. рис. 55).
Рисунок 55. Зависимость величины ортодонтической силы от площади поверхности корня зуба. На рисунке приводится средняя величина силы (сН) согласно нашей концепции ортодонтического лечения, рассчитанная для отдельных зубов при корпусном (К) и наклонном (Н) перемещении у подростков (Л) и взрослых (S). Учитывая, что при наклонном перемещении зуба на корень и окружающие его периодонт и альвеолярную кость приходится большая нагрузка, величину ортодонтической силы (физической силы) необходимо уменьшить наполовину или на треть. Кроме того, нужно учитывать, проводится ли коррекция у подростка или у взрослого пациента. У взрослых пациентов величина силы должна быть меньше, так как площадь поверхности корня зуба и периодонта у них меньше.
Из всей площади поверхности корня зуба в расчет берутся только отдельные участки с учетом направления его ортодонтического перемещения. Например, при перемещении зуба в сагиттальной плоскости следует учитывать половину поверхности его корней. В случае перемещения в трансверзальном направлении реалистичнее будет принимать во внимание треть общей поверхности корня. Наиболее крайним случаем перемещения является интрузия зуба, при которой следует учитывать только одну десятую поверхности корня (Ricketts et al., 1988; Sander et al., 2011). Эти соображения следует принимать во внимание при составлении рекомендаций по выбору величины силы для перемещения отдельных зубов.
в) Корпусное или наклонное перемещение зубов. При корпусном перемещении зуба можно применить силу значительно большей величины, так как распределение напряжений в зубе и на поверхности кости более благоприятное. При наклонном перемещении сила должна составлять только половину или треть силы, оптимальной для корпусного перемещения зуба (Ricketts et al., 1988; Sander et al., 2011).
г) Длительность действия силы. Перемежающаяся (непостоянная) сила отличается по своему биологическому эффекту в отношении зубоальвеолярной единицы от силы непрерывного действия и может превышать ее по величине (Thilander, 2012). В клиническом плане это означает, что лицевая дуга, которой пациент пользуется только ночью, может генерировать большую силу, чем внутриротовая спиральная пружина непрерывного действия (рис. 58). Прикладывая постоянную силу с помощью нитиноловой дуги, мы должны обеспечить сохранность кровообращения в периодонте (Noda et al., 2009). Сила, генерируемая ортодонтическим аппаратом, зависит также от возникающих в нем сил трения.
При ношении пластиночных и других съемных аппаратов (рис. 56) винты обеспечивают действие силы относительно большой величины. Однако в клинических условиях это не вызывает каких-либо проблем, так как непостоянный характер ношения аппарата дает возможность тканям периодонта регенерировать.
д) Рабочий ход силы. Помимо фактической величины силы следует учитывать также ее рабочий ход. Сила -векторная величина. Она имеет числовое значение и направление действия. Она может сохраняться активной на меньшем или большем расстоянии или иметь соответственно короткий или длинный рабочий ход («длину активации»).
1. Приложение силы при коротком рабочем ходе аппарата. Ортодонтическая сила с коротким рабочим ходом генерируется съемными аппаратами, например съемным пластиночным аппаратом с одноходовым винтом (см. рис. 56). Так, при дистализации моляра пациент активирует винт на одной стороне на четверть оборота. Это эквивалентно перемещению на 0,1 мм, т.е. после такой активации аппарат становится на 0,1 мм длиннее, чем раньше. При применении такого аппарата можно генерировать силы относительно большей величины, чем обеспечивает его конструкция. Сбалансировать силы можно, только изменив положение зуба в периодонтальном промежутке или переместив зуб.
Рисунок 56. Сила с коротким рабочим ходом. Винты в съемных ортодонтических аппаратах генерируют большую ортодонтическую силу при коротком рабочем ходе. В жестком пластиночном ортодонтическом аппарате перемещение на 0,1 мм вызывается активацией путем поворота винта на 90° на каждой стороне. Относительная жесткость системы позволяет приложить к зубу силу большой величины. Такая возможность обусловлена тем, что, после того как происходит заданное активацией перемещение, действие силы прекращается.
И если зуб переместился на 0,1 мм, то действие силы прекращается. Результаты применения силы, генерируемой коротким рабочим ходом винта, позволяют допустить, что и большие по величине силы не вызовут каких-либо повреждений зуба.
2. Приложение силы при длинном рабочем ходе аппарата. При ортодонтическом лечении силы с длинным рабочим ходом генерируются упругими элементами. Упругий элемент для вертикализации моляров является примером источника ортодонтической силы с длинным рабочим ходом (рис. 57). При применении пружины вертикализирующая сила и торк действуют на зуб более или менее непрерывно, и незначительное изменение положения зуба не вызывает резкого изменения величины силы.
Рисунок 57. Сила с длинным рабочим ходом. Упругие элементы генерируют силу с длинным рабочим ходом. Вертикализирующий упругий элемент обеспечивает более или менее продолжительное действие сил и моментов на зуб при перемещении зуба. Незначительное изменение положения зуба не приводит к резкому уменьшению величины силы или момента. В клинических условиях прикладываемые к зубу силы и момент должны быть значительно меньше, чем при коротком рабочем ходе аппарата.
Рисунок 58. Приложение к зубу перемежающейся силы. Ортодонтическая коррекция перемежающейся силой осуществляется, например, при ношении лицевой дуги. Такой аппарат носят 10 ч в сутки. Говоря о перемежающейся силе, имеют в виду прерывание ее на определенное время, поэтому коррекция состоит из фаз напряжения и покоя. Перемежающуюся силу генерируют, помимо лицевой дуги, также пластиночные и функциональные съемные аппараты.
е) Адаптационные возможности тканей. Фактором, влияющим на перемещение зуба и резорбцию его ткани, с которой также следует считаться, являются адаптационные возможности тканей зубоальвеолярной единицы. Они влияют и на величину возможной ортодонтической силы. Адаптационные возможности тканей с возрастом снижаются. У взрослых людей, по сравнению с молодыми, перфузия твердых и мягких тканей снижена и, как следствие, возможность быстрого и значительного перемещения зуба ограничена (рис. 59). У людей старшего возраста объем костной ткани не только меньше, но и перфузия ее происходит в менее благоприятных условиях, в кости меньше костномозговых полостей и больше трабекулярных структур (Roberts, 2012), плотность кости выше, а ее упругие свойства снижены.
В результате вероятность гиалинизации при ортодонтическом перемещении зуба значительно выше (Kita el al., 1987; Goy, 1990). Даже небольшой силы достаточно, чтобы вызвать локальную перегрузку демпфирующей системы зуба и чрезмерное повышение давления в периодонте.
Рисунок 59. Адаптация тканей зубоальвеолярной единицы у молодых и взрослых пациентов. Помимо макроскопических различий в формировании кости у молодых и взрослых пациентов, этот процесс существенно различается и по гистологической картине. У молодых пациентов кость содержит значительно больше костномозговых полостей и кровеносных сосудов, которые снабжают ее кровью (см. центральную часть рисунка). При осуществлении ортодонтической коррекции у взрослых пациентов следует применять силу меньшей величины и предусмотреть более длительный рефрактерный период.
В связи с возможными нежелательными последствиями ортодонтическую силу у взрослых пациентов следует существенно ограничить. В то же время рекомендуются дополнительные меры по поддержанию функциональной активности тканей зубочелюстной системы. Прежде всего необходимы добавки кальция. Как показало исследование Krishnan и Davidovitch (2009b), интенсивность метаболизма костной ткани в целом можно значительно повысить, дополнительно принимая в сутки 500 мг кальция. Следующее место по важности занимают добавки к рациону витамина С.
Подобно возрасту системные заболевания также являются фактором, определяющим адаптационные возможности тканей. В ортодонтическом плане сахарный диабет выделяется среди других сопутствующих заболеваний своей частотой. Диабетическая макро- и микроангиопатия и метаболические нарушения, присущие этому заболеванию, существенно нарушают метаболизм костной ткани, влияя на ее резорбцию и регенерацию (Davidovitch, Krishnan, 2009; Reichert et al., 2009). Принципиальная возможность ортодонтического перемещения зуба требует также существенно увеличить длительность этапа ретенции, учитывая значительную задержку процесса образования кости, или оссификации.
