CC BY
11ОРТОПЕДИЧНИЙ РОЗД1Л
УДК 615.477.2+616.716.4
Р. Ю. Матвеенко ДЗ «Дшпропетровська медична академiя МОЗ Украши»
ОБГРУНТУВАННЯ КОНСТРУКЦ11 КАПИ-ПРОТЕЗА В ЗАЛЕЖНОСТ1 В1Д НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИХ СТАН1В ЗУБ1В НИЖНЬО1 ЩЕЛЕПИ
У cmammi представленi результати математичного моделювання й анал1зу напружено-деформованих cmaHie 3y6ie нижньо'1' щелепи при ттактному пародонтi та при пародонтитi I й II стyпенiв тяжкостi з прик-ладенням р1зно'1 величини й напрямку навантаження та при використанн кап i3 термоакрилу й вiнiлy, а також комбтовано'1' капи-протеза з акриловими ciдлами й штучними зубами. Доведено, що розроблена констрyкцiя капи-протеза зменшуе перемщення нижнiх рiзцiв i напруги на поверхн ixmx коретв до фiзiологiчних показни-юв, тим самим сприяе нормал1зацИ процеав гемодинамжи в околозубных тканинах. Отримаш результати уможливлюють апробацiю капи-протеза в клтщ як тимчасово'1' конструкци на етапах комплексного лщвання генерализованного пародонтита.
Ключовi слова: напрyжено-деформованi стани зyбiв, генералгзований пародонтит, ортопедичне лкуван-
ня.
Р. Ю. Матвеенко
ГУ «Днепропетровская медицинская академия МОЗ Украины»
ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ КАППЫ-ПРОТЕЗА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННЫХ СОСТОЯНИЙ ЗУБОВ НИЖНЕЙ ЧЕЛЮСТИ
В статье представлены результаты математического моделирования и анализа напряженно-деформированных состояний зубов нижней челюсти при интактном пародонте и пародонтите I и II степеней тяжести с приложением различной величины и направления нагрузки и при использовании капп из термоакрила и винила, а также комбинированной каппы-протеза с акриловыми седлами и искусственными зубами. Доказано, что разработанная конструкция каппы-протеза уменьшает перемещения нижних резцов и напряжения на поверхности их корней до физиологических показателей, тем самым способствует нормализации процессов гемодинамики в околозубных тканях. Полученные результаты делают возможной апробацию каппы-протеза в клинике как временной конструкции на этапах комплексного лечения генерализованного пародонтита.
Ключевые слова: напряженно-деформированные состояния зубов, генерализованный пародонтит, ортопедическое лечение.
R. Yu. Matvyeyenko SE "Dnipropetrovs'k Medical Academy of the Ministry of Health"
JUSTIFICATION OF DESIGN OF MOUTHGUARD-DENTURE BY STUDYING STRESS-STRAIN STATES OF MANDIBULAR TEETH
The aim of the present study has been justification of design of mouthguard-denture used for the period of comprehensive treatment of generalized periodontitis by studying stress-strain states of mandibular teeth.
Materials and methods. It has been performed mathematical modeling and analysis of the stress-strain states of the lower incisors under condition of intact periodontal tissues and under periodontitis of the I and II degrees of severity with the application of varying magnitude and direction of the load, also under using mouthguards from thermoacryl and vinyl, as well as combined mouthguard-denture with acrylic saddles and false teeth. The calculation was performed on the computer models with boundary conditions constructed by using finite element program «T-Flex».
Results. When using thermoacryl mouthguard the maximum movement of lower incisors reduced to 0,15±0,03 mm for the first degree of periodontitis; 0,19±0,04 mm - for the second degree (p<0,05). When using combined mouthguard maximum tooth movement in the direction of the load is 0,59±0,07 mm for the first degree ofperiodontitis;
© Матвеенко Р. Ю., 2015.
0,70±0,07 mm - for the second degree (p<0,05). The maximum value of equivalent stress on the root surface in the application of acrylic mouthguards reduced to 30,2±1,8 MPa for the first degree ofperiodontitis; to 34,5±2,4 MPa - for the second degree (p<0,05). In turn, these indexes for the combined mouthguard constitute 67,2±3,8 MPa for the first degree ofperiodontitis and 72,1±4,3 MPa - for the second degree (p<0,05). In our opinion, thermoacryl mouthguard causes rigid immobilization of teeth that prevents even the smallest movements of teeth that characterize physiological statics. Besides it isn't comfortable for putting on dentitions. Based on these assumptions, the combined mouthguard has more attractive options for optimizing hemodynamics ofperiodontal tissues.
Thereafter, the calculations showed that using design that splints teeth and simultaneously replaces defects of dentitions, as expected, leads to the elimination of stress-strain states in the model being studied. Moving lower front teeth under the vertical load of 400 N is 0,05±0,01 mm versus 0,11±0,02 mm for the first degree of periodontitis and 0,12±0,02 mm - for the second degree (p<0,05). The most significant indicator is the dynamics of stress on the root surface of the teeth (p<0,001). Thus, the rate of maximum tension in periodontitis for the first degree of periodontitis reduced from 9,1±0,7 MPa to 3,7±0,3 MPa in the application of mouthguard, and with 11,0±0,7 MPa to 5,5±0,4 MPa for the second degree (p<0,001).
Conclusions. It is proved that the developed design reduced movement of the lower incisors to the physiological characteristics, and the stress, which was transmitted to the alveolar bone, closed to the values of intact periodontium. So the design can be recommended for testing in the clinic as temporary denture during the stages of complex treatment of generalized periodontitis.
Key words: stress-strain states of teeth, periodontal disease, prosthetic treatment.
Вступ. Питання пошуку ефективних орто-педичних конструкцш при генер^зованому па-родонтш!, як вщновлюють дефекти зубних ря-дiв з урахуванням функщонального стану паро-донта збережених зубiв, одночасно забезпечують !х шинування та запобтають вториннш травма-тичнш оклюзп е вельми актуальним.
Зумовлене це значною поширешстю захво-рювання, яке посщае шосте мюце за розповсю-джешстю серед населення усього св^у [1], а та-кож тенденщею зростання кшькосп ускладнених форм, що призводять до втрати зубiв [2]. Одшею з причин незадовшьного лшування генератзова-ного пародонтиту, що призводять до подiбних ускладнень, називають вщсутшсть заходiв тим-часового протезування перед виготовленням по-стшних протезiв; фшсащю адгезивними конс-трукщями юнуючо! травматично! оклюзи, що призводить до швидко! втрати зубiв не тшьки в дшянщ шинування, а й в сумiжних [3].
Для покращення ситуаци, що склалася, ми визнали за доцшьне створення тимчасово! конструкций яка дозволить запоб^ти вториннiй трав-матичнiй оклюзи, шинувати збереженi зуби та вiдновить дефекти зубних рядiв вiд початку л> кування генералiзованого пародонтиту.
Натепер обгрунтувати ортопедичну констру-кцiю з точки зору бюмехашки дозволяють су-часш комп'ютернi технологи, зокрема викорис-тання спецiалiзованих програм з оцiнки напру-жено-деформованих станiв технiчних систем, як основанi на методi механiко-математичного мо-делювання - методi кiнцевого елементу [4].
Таким чином, мета представленого досл> дження - обгрунтування конструкци капи-протеза, яка використовуеться на перiод прове-дення комплексного лшування генералiзованого
пародонтиту, шляхом вивчення напружено-деформованих станiв зубiв нижньо! щелепи.
Матерiали i методи до^дження. Вивчен-ня напружено-деформованих сташв зубiв нижньо! щелепи проводили для штактного пародон-та та для I i II ступешв тяжкостi пародонтиту за класифiкацiею Данилевського М. Ф. (1994) (I -зниження висоти мiжальвеолярних перегородок на 1/3 висоти, резорбщя кiстково! тканини 25%; II - зниження висоти на 'Л, вщповщно резорбщя 50 %) [5].
Для визначення напружено-деформованих станiв в зубах та пародонт використовували метод кшцевих елементiв, в основi якого дискрети-зацiя об'екта для розв'язання рiвнянь механiки суцiльного середовища з припущенням, що цi спiввiдношення виконуються в межах кожно! ю-нцево! областi. Таким чином, завдання матема-тичного описання кiнцевого елемента зводиться до того, щоб зв'язати перемщення й сили, що ддать у вузлах. Розрахунок здшснювався для об'емних комп'ютерних моделей iз граничними умовами, побудованих методом кшцевих елеме-нпв з використанням програми «Т-Иех».
Розрахунки здшснювались у три етапи. На першому етапi вивчались перемiщення та напру-ги переднiх зубiв нижньо! щелепи при штактно-му пародонт та пародонтитi I-II ступеня тяжкос-тi. На другому етапi щ ж характеристики досл> джували у порiвняннi при застосуваннi двох ва-рiантiв кап: з термоакрилу та комбшовано! з акрилу та вшшу. При цьому на перших двох етапах у якост розрахункового навантаження використовували еквiвалентне площинне навантаження на кожний зуб, рiвне 100 Н, що вщповщае 10 кгс, яке спостер^аеться при попаданш на зуб твердого предмета, iмiтуючи цим екстремальну ситуа-щю. Еквiвалентне навантаження, при цьому, яв-
ляло собою вектор сили, що дie тд кутом 45 гра-дуав до поверхнi зуба (рис. 1).
На третьому етат роботи розрахунки проводились для власне запропоновано! конструкци капи-протеза, що представляе собою комбшова-ну капу з акрилу та вшлу на передш зуби та ба-зиси з акрилово! пластмаси зi штучними зубами,
якi замiщують дефекти зубного ряду (рис. 2) [6]. Треба вщзначити, що для виявлення ефекту роз-вантаження природнiх зубiв на математичнш моделi припускали лише вертикальне наванта-ження (пiд кутом 90° до оклюзшно! поверхнi зу-бiв), що сумарно дорiвнювало 400 Н.
Рис. 1. Модель напружено-деформованих сташв зуб1в нижньо! щелепи при використанш капи.
Рис. 2. Капа-протез власно! конструкци (пояснения в тексп).
Результати моделювання оцiнювалися за двома показниками: максимальна величина пе-ремiщення рiзцiв щодо первiсного положення в напрямку ди сили та величина результуючих на-пруг за рiвнянням Губера - Мiзеса.
Результати та Их обговорення. Результати проведених розрахункiв максимального перем> щення нижнiх переднiх зубiв у напрямку ди на-вантаження приведенi в табл. 1, а максимальних
величин екстремально! напруги на поверхш !хшх коренiв в табл. 2.
Як видно з таблиць, застосування обох варiантiв кап при пародонтит дае позитивний вихщ за значеннями перемiщень зубiв. 1х зрушення пiд дiею сили залишаеться в межах фiзiологiчних значень, що наближуються до результатiв, отриманих при вивченш iнтактного пародонта (р>0,05).
Таблиця 1
Максимальш перемщення нижшх рпц1в при використаннi кап (мм, М±тр)
Стан пародонта Без капи (1) Комбгнована капа (2) Капа з термо-акрилу (3) р1-2 р2-3 рэ-1
Штактний 0,22±0,05 0,20±0,05 0,08±0,02 >0,05 <0,05 <0,05
Пародонтит I ступеня 0,82±0,10* 0,59±0,06** 0,15±0,03* <0,05 <0,05 <0,05
Пародонтит II ступеня 2,83±0,15* 0,70±0,07** 0,19±0,04* <0,001 <0,001 <0,001
Пр им1тка : * - р<0,05; ** - р<0,001 м1ж показниками, отриманими при штактному пародонп та при пародонтил I-II ступеня тяжкост!
Таблиця 2
Маскимальнi величини еквiвалентноT напруги на поверхнi кореня при використанш кап (МПа, М±тр)
Стан пародонта Без капи (1) Комбгнована капа (2) Капа з термоакрилу (3) р1-2 р2-3 р3-1
Iнтактний 112,0±8,1 58,6±3,5 16,0±1,0 <0,001 <0,001 <0,001
Пародонтит 137,1±7,3* 67,2±3,8 30,2±1,8** <0,001 <0,001 <0,001
I ступеня
Пародонтит 180,2±10,0** 72,1±4,3* 34,5±2,4** <0,001 <0,001 <0,001
II ступеня
р<0,001 м1ж показниками, отриманими при 1нтактному пародонп та при пародонтип I-II
Примiтка : * - р<0,05; ** -ступеня тяжкост!
Застосування кап за рахунок властивостей матерiалiв, якi використовуються для !х виготов-лення, здатне також компенсувати переванта-ження зубiв, а отже i тканин пародонта, що ви-никли внаслiдок резорбтивних процесiв в юстко-вiй тканинi. Отриманi результати вказують на бшьш сприятливу картину щодо напруги на по-верхш кореня при пародонтитi iз застосуванням капи. Таке навантаження пародонта дозволить переб^ репаративних процесiв в юстковш тка-нинi завдяки сприянню мшроциркуляторнш ге-модинамiцi.
Поруч з тим, привертае увагу той факт, що капа з термоакрилу призводить до жорстко! iмобiлiзацi! зубiв, яка не дозволяе навт невеликi рухи зубiв, якi характеризують !х фiзологiчну статику, що обумовлюе питання про доцшьшсть тако! iмобiлiзацi!. Вiдомо, що рухомють в межах фiзiологiчно! е стимулом для шдтримки мiцностних властивостей тканин пародонта та щелепних юсток [4]. Немаловаж-ним також е запобтання травмування пародонту опорних зубiв пiд час накладання капи з бшьш еластичного матерiалу (комбiнацi! акрилу з вш> лом).
Таблиця 3
Напруги та деформацп в зубах нижньот щелепи при застосуванш капи-протеза (М±тр)
Пародонтит Без капи Капа-протез р
Перемщення зуб1в, мм
I ступеня 0,11±0,02 0,05±0,01 <0,05
II ступеня 0,12±0,02 0,05±0,01 <0,05
Напруга, МПа
I ступеня 9,1±0,7 3,7±0,3 <0,001
II ступеня 11,0±0,7* 5,5±0,4** <0,001
Примтка: * - р <0,05, ** - р<0,001 для показник1в пародонтиту I та II ступешв.
Виходячи з даних передумов, з двох розглянутих варiантiв бiльш привабливою щодо оптимiзацi! гемодинамши тканин пародонта е комбiнована капа ашж акрилова. З одного боку при !! застосуваннi рухомiсть зубiв та оклюзiйне
навантаження зменшуються порiвняно з результатами, отриманими для моделей без капи, з ш-шого - наявнють перемiщення та навантаження в межах фiзiологiчного, а також вщсутшсть крити-чних деформацш при накладаннi, дозволяе нор-
матзувати кровообп пародонта. но! капи з акриловими сщлами зi штучними зу-
Отже, в подальшому розрахунок напружено- бами (табл. 3). деформованих станiв проводився для комбшова-
б
Рис. 3. Характер перемщень зуб1в иижиьо! щелепи тд д1ею вертикального иаваитажеиия при використаииi капи-протеза при рiзиому ступеиi резорбцi! юстково! ткаииии: а - I ступшь; б - II ступiиь.
Рис. 4. Максимальна величина екмвалентно! напруги иа поверхиi кореия при застосуванш капи-протеза при пародоититi: а - I ступеня; б - II ступеня
Поля перемщень 3y6ÍB при пародонтит I та II ступешв тяжкостi при використаннi капи-протеза приведенi на рис. 3. Характерний розпо-дiл напруг при рiзномy стyпенi запально-дистрофiчного процесу в пародонп при ix засто-сyваннi представлений на рис. 4.
Отже, застосування конструкци, яка шинуе збереженi зуби та одночасно замщуе дефекти зубних рядiв, як i очшувалось, призводить до л> квщаци напружено-деформованих станiв в моде-т, що вивчаеться. Так, застосування капи-протеза достовiрно зменшуе перемiщення ниж-нix фронтальних зyбiв пiд дiею вертикального навантаження в 400 Н (0,05±0,01 мм порiвняно з 0,11±0,02 мм при пародонтитi I ступеня та 0,12±0,02 мм - II ступеня, р<0,05). Поруч з тим, бшьш помiтною е динамiка показника напруги на поверxнi коренiв зyбiв (р<0,001). Так, показ-ник максимально].' напруги при пародонтит I ступеня знижуеться з 9,1±0,7 МПа до 3,7±0,3 МПа при застосуванш капи-протеза, тобто в 2,5 разiв. Тодi як при пародонтитi II ступеня - з 11,0±0,7 МПа до 5,5±0,4 МПа, тобто в 2,0 рази.
Показники перемщення та напруги, зареест-рованi при використанш капи-протеза, знахо-дяться у фiзiологiчниx межах (р>0,05).
Список лтератури
1. Global Burden of Severe Periodontitis in 1990-2010: A Systematic Review and Meta-regression / N. J. Kassebaum, E. Bernabé, M. Dahiya [et al.] // Journal of Dental Research. -2014. - Vol. 93, N 11. - P. 1045-1053.
2. Global Burden of Oral Conditions in 1990-2010: A Systematic Analysis / W. Marcenes, N. J. Kassebaum, E. Bernabé [et al.] // Journal of Dental Research. - 2013. - Vol. 92, N 7. -P.592-597.
3. Борисенко А. В. Аналiз причин незадовшьних результата лжування генералiзованого пародонтиту / А. В. Борисенко, Н. М. Ткачук, В. I. Сема, Ю. £. Браун // Новини стоматологи. - 2011. - № 2 (67). - С.80-85.
4. Загорский В. А. Частичные съемные и перекрывающие протезы / Загорский В. А. - М.: ОАО «Изд-во «Медицина», 2007. - 360 с.
5. Мельничук Г. М. Гшгшт, пародонтит, пародонтоз: особливоси лжування / Г. М. Мельничук, М. М. Рожко, Л. В. Завербна. - йано-Франювськ: Б.в., 2011. - 328 с.
6. Пат. 81269 Украша, МПК А 61 С 13/00. Комбшова-на капа-протез для лжування захворювань пародонта / Фас-товець О. О., Матвеенко Р. Ю. (UA). - № u201300003; заявл. 02.01.2013; опубл. 25.06.2013, Бюл. 12, 2013. - 4 с.
Надшшла 29.05.15
