Biomechanika w ortodoncji – siły, które przesuwają zęby

Biomechanika w ortodoncji bada siły wykorzystywane do przemieszczenia zęba lub grupy zębów i uzasadnia uzyskane przesunięcia prawami fizyki. Jej znajomość jest niezbędna, by zapanować skuteczne postępowanie i zminimalizować jatrogenne działania niepożądane.

Leczenie aparatami stałymi i ruchomymi polega na zastosowaniu sił, które prowadzą do przemieszczenia zębów albo zmian w budowie układu stomatognatycznego. W aparatach ortodontycznych źródło siły stanowić mogą sprężyste druty, śruby, elastyczne gumki, a także mięśnie pacjenta.

Biomechanika w ortodoncji – pojęcia podstawowe

Siła to wektorowa wielkość fizyczna – miara oddziaływań pomiędzy dwoma lub więcej ciałami. Siły zatem to wektory – z punktem przyłożenia, wartością liczbową, kierunkiem i zwrotem. Z punktu widzenia ortodoncji istotny jest również czas działania siły, dystans i punkt przyłożenia. Jednostka siły to Newton (N), ale często przedstawiana jest w gramach (1 N ≈ 100 g).

Ciało fizyczne, również ząb, posiada środek ciężkości (centrum oporu), czyli punkt przyłożenia siły, która jest wypadkową ciężkości wszystkich cząsteczek organizmu. W zębie znajduje się ponadto centrum rotacji, przez który przechodzi oś, wokół której następuje obrót zęba.

Moment siły to wielkość wektorowa równa iloczynowi wektorowemu siły i ramienia działania (odległość punktu przyłożenia siły od osi obrotu); między wektorami ramienia siły i siły znajduje się kąt α. W ortodoncji – jeśli momentowi siły nie przeciwdziała (równy) przeciwmoment – odbywa się ruch obrotowy powodujący przechylenie, wychylenie albo rotację zęba. Nie dojdzie do rotacji, jeżeli suma momentów sił wynosi zero. Do innych możliwych ruchów zęba należą:

• translacja (przemieszczenie równoległe)
• ekstruzja (przemieszczenie zęba wzdłuż osi długiej w kierunku płaszczyzny zgryzu)
• intruzja (przemieszczenie zęba wzdłuż osi długiej w kierunku podstawy kostnej)
• przechylenie/wychylenie (ruch zęba, w którym jego oś długa przed i po leczeniu tworzy kąt)
• tork; torque (przemieszczenie korzenia względem korony w kierunku policzkowo-językowym).

Ruchowi zęba „przeszkadza” siła tarcia, której wartość zależna jest od siły nacisku i współczynnika tarcia. Wartość siły przyłożonej do zęba powinna być większa od siły tarcia – wtedy dojdzie do przemieszczenia.

Siły w ortodoncji i ich skutki

W analizie biomechanicznej leczenia istotne jest pojęcie „zakotwiczenia”, oznaczające opór stawiany przez ząb/grupę zębów/jednostkę anatomiczną wobec ich przesunięcia. Wśród najczęstszych typów zakotwiczenia w ortodoncji wymienia się:

• zakotwiczenie wzajemne – opór jednostki kotwiczącej i opor jednostki przesuwanej jest jednakowy
• zakotwiczenie stacjonarne – jednostka kotwicząca stawia bardzo duży opór jednostce przesuwanej.

W ortodoncji stosuje się siły o różnej wielkości, ale powinny one mieścić się w optymalnych wielkościach fizjologicznych. Schwarz wprowadził 4 stopnie działania biologicznego sił:

• I – siły podprogowe (do 15 g/cm²) niezdolne do zmiany położenia zęba
• II – siły słabe/krótkotrwałe (15–20 g/cm²) nieprzerywające krążenia krwi we włośniczkach; mogą częściowo zwężać przestrzeń między korzeniem i kością zębodołu
• III – średnie siły nacisku (20–50 g/cm²) przekraczają ciśnienie kapilarne krwi, nie zaciskając całkowicie tkanki ozębnowej
• IV – siły duże (pow. 50 g/cm²) powodujące miażdżenie tkanek przyzębia, nie należy ich stosować w ortodoncji.

W leczeniu ortodontycznym wykorzystuje się siły II i III stopnia.

Biorąc pod uwagę czas działania siły, wyróżnia się: siły ciągłe (aparaty stałe) i przerywane (aparaty wyjmowane).

Podczas regulacyjnego przesuwania zębów (zależnie od rodzaju zastosowanego ruchu) występują  strefy nacisku (resorpcja kości, zwężenie) i ciągnienia (apozycja kości, poszerzenie szpary ozębnowej).

Ruchowi zęba towarzyszy przemodelowywanie kości, w którym wyróżnia się 3 etapy:

• etap wczesny – przemieszczenie natychmiastowe zęba zależne od elastyczności więzadeł ozębnej i kości wyrostka zębodołowego
• etap przejściowy – ustaje ruch zęba pomimo działania siły; obecność martwicy jałowej w strefie ucisku, produkcja włókien kolagenowych w strefie ciągnienia
• etap późny – odbywa się przemieszczenie zęba, resorpcja martwicy w strefie ucisku, odnowa struktur ozębnej; w strefie ciągnienia – apozycja kości i nawarstwienie nowego cementu.