CC BY
101
УДК: 616.314-76-77-085.46
П1ДХОДИ ДО ПРОТЕЗУВАННЯ ХВОРИХ ПОХИЛОГО В1КУ З ПОВНОЮ АДЕНТ1СЮ НИЖНЬО1 ЩЕЛЕПИ 13 ЗАСТОСУВАННЯМ 1МПЛАНТАТ1В НА ОСНОВ1 МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ
В.О. Пономаренко, Ю.1. Силенко, М.В. Хребор, Т.А.Хмшь
ВДНЗ Украши «Украшська медична стоматолопчна академiя»
Повна вiдсутнiсть зубiв часто не лише призводить до ослаблення життево необхiдних функцiй (жування, мовлення), а i суттево впливае на сощально-психолопчну сферу пацiента. Зазвичай дефекти зубних рядiв призводять до надзвичайно виражено!' соцiальноi дезадаптацii, знижують можливост пацiента нормально здiйснювати свою повсякденну дiяльнiсть. Повну вiдсутнiсть зубiв у вщ 70-79 рок1в мають 29,5% обстежених, а тсля 80 роюв - 40,2% [1].
Похилий вж визначае головну особливiсть i складшсть ортопедичного стоматологiчного лiкування цiеi групи хворих у зв'язку зi зниженням адаптацшних можливостей 1'хнього органiзму, появою в них вжових змiн i порушень [2]. Незважаючи на досягнутi успiхи в медичнiй реабiлiтацii хворих iз повною вiдсутнiстю зубiв, вона залишаеться невирiшеним питанням ортопедично! стоматологи. Актуальшсть ще1' проблеми безперечна ще й тому, що, за даними Всесвiтньоi оргашзацп охорони здоров'я, близько 26% хворих не користуються повними зшмними ротезами з рiзних причин [3].
Особливо це стосуеться пащенпв iз повною вiдсутнiстю зубiв на нижнш щелепi у випадках складност протезування повним знiмним протезом через вщсутшсть адекватно1' його фiксацii та стабшзацп. Один iз найефективнiших методiв полiпшення фiксацii i стiйкостi протеза - це
встановлення iMnraHTaTiB. Але у хворих похилого вжу застосування iмплантатiв обмежене анатомофiзiологiчними особливостями тканин ротово!' порожнини i наявнiстю загальносоматичних змiн органiзму.
Значною мiрою ефективнiсть i тривалiсть функщонування повного незнiмного пластинкового зубного протеза з опорою на гвинтовi дентальш iмплантати зумовленi рацiональним розподiлом i передачею функцiональних навантажень, що виникають у процесi пережовування 1ж1 на опорш тканини альвеоли. До факторiв, якi визначають рацiональнiсть передачi функщонального навантаження, в першу чергу належить напруження, що виникае в юстковш тканинi навколо дентальних iмплантатiв [4, 5, 6, 7].
Метою нашого бюмехашчного дослiдження став аналiз напружено-деформованого стану кiсткових тканин нижньо! щелепи з опорою незнiмного протеза на 4 гвинтовi дентальнi iмплантати з урахуванням податливостi слизово! оболонки тканин протезного ложа й обгрунтування використання амортизуючих абатментiв.
Матерiали i методи дослiдження
Математичне моделювання виконували з використанням широко вiдомого пакета моделювання i звичайно-елементного аналiзу NASTRAN, призначеного для реалiзацil в середовищi «Windows» на персональному комп'ютерi. Аналiз створених математичних моделей на основi звичайно-елементно! процедури припускае визначення перемщень кожного вузла к1нцевого елемента по трьох координатних осях, нормального i дотичного напруження, а також екшвалентного напруження за Хубером-М1зесом, яке обчислюеться за загальновiдомою формулою:
де: ox, oy, oz - нормальне напруження вiдповiдно по осях x, y i z;
тху, ryz, tzx - дотичне напруження, дЮче в1дпов1дно в площинах xy, yz
i zx.
Основним оцшним критерiем при порiвняннi напружено-деформованого стану даних математичних моделей системи "Повний незнiмний пластинковий зубний протез - дентальний iмплантат - нижня щелепа" е розвиток максимальних значень еквiвалентного напруження в тканинах, що контактують з iмплантатом, - кортикальному i губчастому шарах щелепно1 кiстки, що виникають пiд дiею на протези розрахункових значень функцюнальних навантажень.
Для досягнення поставлено1 мети було побудовано кшька об'емних твердотших математичних моделей системи "Повний незшмний пластинковий зубний протез - дентальний iмплантат - нижня щелепа" з опорою на чотири гвинтовi внутрiшньокiстковi iмплантати.
У першому випадку розглядалося протезування нижньо1 щелепи з повною адент1ею незнiмним протезом, зафiксованим на 4 традицшно вживанi гвинтовi дентальш iмплантати дiаметром 3,8 мм i довжиною внутрiшньокiстковоí частини 14 мм, встановлеш у фронтальному вiддiлi зубного ряду, з опорою сщла протеза на м'яю тканини ясен у бiчних дiлянках (рис. 1).
У процеЫ аналiзу напружено-деформованого стану була прийнята передумова про однорiднiсть матерiалу iмплантатiв i кiсткових тканин нижньо1 щелепи. Так само передбачаеться, що юстка й iмплантат пiсля остеоштеграцп зв'язанi жорстко.
Рис. 1. Об'емна кшцево-елементна модель нижньо1 щелепи з фжсащею повного незнiмного протеза дентальними iмплантатами дiаметром
Розроблена для дослщження напружено-деформованого стану об'емна математична модель мютить усi основш структурнi складовi нижньо!' щелепи: м'як тканини ясен, к1стку альвеоли з нижньощелепним каналом, що включае як кортикальный шар, так i губчасту речовину, розмiри яких прийнятi як деяк усередненi значення параметрiв за даними томографш. Основнi розмiри, використаш при моделюваннi профiлiв коронкових частин протезованих зубiв, прийнятi згiдно з рекомендованими розмiрами для моделювання [7]. Тримiрну модель нижньо!' щелепи закршлювали у вузлах кiнцевих елементiв, розташованих у дiлянках скронево-нижньощелепних суглобiв i мiсцях крiплення жувальних м,язiв.
Фiзико-механiчнi характеристики структурних складових кшцево-елементно! моделi фрагмента нижньо! щелепи наведет в табл.1 за представленими в [4] i [5] значеннями.
Як функщональш навантаження, що виникають у процес пережовування харчово!' грудки, при створенш об'емних математичних моделей прийнят вертикальна складова i горизонтальна складова Гу, дiюча у вестибулярно-оральному напрямку, що прикладаються на рiвнi верхiвки коронки протеза.
Таблиця 1
Фiзико-механiчнi характеристики структурних складових звичайно-елементно'1 моделi, використанi в розрахунках
Матерiал Модуль пружностi Е, МПа Коефiцiент Пуассона Межа мщносп ов, МПа
Кортикальний шар кiстки 2-104 0,3 45
Спонпозна речовина к1стки 5-103 0,3 15
Ясна 25-75 0,25 —
Титановий сплав 1,5-105 0,34 345
Пластмаса сщла протеза 2,5-103 0,3 50
Сплав КХС 2,2-105 0,32 800
Ураховували те, що абсолютнi значення функщонального навантаження суттево не впливають на розвязання поставлено!' задачi, оск1льки для порiвняння максимальних значень еквiвалентного напруження, що виникае в юсткових тканинах нижньо! щелепи при рiзних варiантах незнiмного протеза, що спираеться, можна використовувати будь-яке еталонне значення навантаження. Розрахункове значення вертикально! складово! прийнято рiвним 150 Н. Розрахункове значення горизонтально! складово! навантаження, яке зпдно з [5] становить 10% вертикального навантаження, вщповщно дорiвнюе 15 Н.
До основних чинниюв, як1 визначають напружено-деформований стан кiсткових тканин, що оточують дентальний iмплантат, окрiм величини, напрямку i точки прикладення функщонального навантаження, розмiрiв, кiлькостi iмплантатiв i способу !х iнсталяцi!, поза сумшвом, слiд вiднести i механiчнi властивост м'яких тканин ясен, якi мають iндивiдуальний характер та iстотно залежать вщ стану здоров'я людини.
У процес виконуваних дослiджень розглядали опорш тканини ясен, що мають три ступеш податливостi: низький зi значеннями 0,2^0,6 мм; середнiй - 0,6^0,95 мм i високий - 0,96^1,3 мм вiдповiдно.
Основнi розмiри, використаш в моделюваннi профiлiв опорних зубiв i штучних зубiв знiмних протезiв, прийнятi згiдно з рекомендованими розмiрами для моделювання [7].
Розроблена модель розбита досить дрiбною звичайно-елементною сггкою з тетраедальних елементiв розмiрами вiд 0,25 мм для внутршньоюсткових iмплантатiв до 1,2 мм для елеменпв нижньощелепно!
юстки (всього для по6удови викоpистaли 292163 об'емш елементи пpи 541105 вузлових точках). Виключення концентpaцiï нaпpyження в зонах локaлiзaцiï фyнкцiонaльниx навантажень виконане piвномipним pозподiлом yсix навантажень, що вpaxовyються, по жyвaльнiй повеpxнi зyбiв незнiмного пpотезa, як1 зaмiщaються, беpyть yчaсть y пеpедaчi фyнкцiонaльного навантаження в piзниx вapiaнтax завантаження.
Як нес^^тливе завантаження пpотезa вибpaнa комбшащя веpтикaльноï складово1' навантаження 150 H iз тieю умовою, що гоpизонтaльнa складова становить 15 Н, дшчою у вестибyляpно-язиковому нaпpямкy, як й викоpистовyвaли як фyнкцiонaльнi навантаження в подальших дослiдженняx.
Уpaxовyючи симетpiю нижньо1' щелепи i повного незшмного пpотезa, для визначення нaйнеспpиятливiшого положення функцюнального навантаження (що викликае нaйбiльшi значення еквiвaлентного нaпpyження в ^илеиних до iмплaнтaтa коpтикaльномy i губчастому шapax щелепно1' кiстки) pозглядaли 7 випадюв завантаження незнiмного пpотезa, вщповщт кiлькостi зyбiв, що зaмiщaються ^отезом, iз лiвого боку щелепи за сеpеднього ступеня подaтливостi ясен.
У пеpшомy i в дpyгомy випадках завантаження ^отеза, фyнкцiонaльне навантаження впливало на жyвaльнi повеpxнi центpaльного i лaтеpaльного piзцiв, у тpетьомy випадку функцюнальне навантаження пpиклaдaлося до i^a, четвеpтий i п'ятий випадки вщповщали завантаженню пеpшого i дpyгого пpемоляpa i в шостому i сьомому вapiaнтax навантаження пpиклaдaлося до пеpшого i дpyгого моляpiв.
Результати виконаних pозpaxyнкiв за piзноï локaлiзaцiï функцюнального навантаження наведет в табл. 2.
Таблиця 2
Результати розрахунюв еквiвалентного напруження в кортикальному i губчастому шарах щелепноУ юстки, прилеглих до iмплантата, за рiзноl локалiзацil функцiонального навантаження (МПа)
Локалiзацiя в структурi кiстково! тканини Положення функщонального навантаження
центральний рiзець латеральний рiзець о • 1-Н перший премоляр другий премоляр перший моляр другий моляр
Кортикальная юстка 43,5 36,8 20,0 37,9 43,7 38,9 18,8
Губчаста к1стка 3,80 3,04 4,18 9,57 9,77 8,56 4,52
Максимальш значення еквiвалентного напруження в кортикальнш i губчастiй тканинах щелепно! юстки виникають у зонах !х безпосереднього прилягання до мезiально розташованого iмплантата з орального боку, вiдповiдають розташуванню харчово! грудки над центральним рiзцем i вiдповiдно становлять 43,5 МПа i 3,80 МПа (рис. 2).
З перемщенням функцiонального навантаження дистально зубним рядом навантаження на мезiально розмiщений iмплантат, а вiдповiдно i значення еквiвалентного напруження в кортикальних i губчастих тканинах щелепно! юстки поступово зменшуються, тодi як навантаження на крайнш дистально розташований iмплантат i значення еквiвалентного напруження в кортикальних i губчастих тканинах щелепно! юстки, прилеглих до крайнього iмплантата, поступово збшьшуються i досягають максимальних значень вiдповiдно до 43,7 МПа i 9,77 МПа за локалiзащ! функцiонального навантаження на другому премолярi (рис. 3).
Подальше дистальне перемщення функцiонального навантаження вздовж зубного ряду зменшуе значення еквiвалентного напруження в кортикальних i губчастих тканинах щелепно! юстки, прилеглих як до
середнього, так 1 крайнього 1мплантата, за рахунок передач1 6шьшо! частини функцюнального навантаження на м'як тканини ясен.
Рис. 2. Поля розподшу екв1валентних напружень у кортикадьнш { губчастш тканинах щедепноi к1стки за локал1зацп функцюнального навантаження над центрадьним р1зцем
Рис. 3. Поля розподщу екв1валентних напружень у кортикадьнш { губчастш тканинах щелепноi кютки за локал1зацп функцюнального навантаження на другому премоляр1
Для найнесприятлившого випадку завантаження тканин щелепно! юстки за локашзацп функщонального навантаження на другому премолярi виконанi розрахунки з варшванням податливiстю м'яких тканин ясен. Результати розрахунюв представленi в табл. 3.
Таблиця 3
Результати розрахунюв еквiвалентного напруження в кортикальному i губчастому шарах щелепноУ юстки, прилеглих до крайнього дистального iмплантата, за локалiзацil функцiонального навантаження на другому премолярi та рiзних ступенiв
податливостi ясен
Стушнь податливост опорних тканин ясен Максимальне еквiвалентне напруження, МПа
кортикальна юстка губчаста юстка
Низький 37,8 8,86
Середнiй 43,7 9,77
Високий 59,5 11,03
Як видно з табл.4, максимальш значення е^валентного напруження в кортикальному i губчастому шарах щелепно! юстки, прилеглих до крайнього дистального iмплантата, ютотно змшюються (збiльшуються на 15-35%) зi збшьшенням податливостi опорних тканин ясен шд сiдлом повного незнiмного протеза. При цьому абсолютш значення еквiвалентного напруження в кортикальних шарах щелепно! юстки за ступеня податливост опорних тканин ясен вище середнього перевищують вщповщне значення межi мiцностi, що е протипоказанням до протезування з використанням повного незшмного пластинкового зубного протеза з
опорою на 4 традицшно вживаш гвинтовi дентальнi iмплантати у фронтальному вщдш зубного ряду за високого ступеня податливостi ясен.
У звязку з цим проведено математичне моделювання iз замiною жорстких абатментiв амортизацiйними.
Результати виконаних розрахунюв для випадк1в рiзноi локалiзащi функцiонального навантаження за середнього ступеня податливост ясен наведенi в табл. 4.
Таблиця 4
Результати розрахунюв еквiвалентного напруження в кортикальному
i губчастому шарах щелепноУ юстки, прилеглих до iмплантата, за рiзноl локалiзацil функцiонального навантаження з опорою протеза на чотири iмплантати з амортизацшними абатментами
Положення функцiонального навантаження (Мпа)
центральний рiзець латеральний рiзець о • 1-Н перший премоляр другий премоляр перший моляр другий моляр
Кортикальна юстка 21,9 20,5 21,1 18,9 13,9 15,8 14,9
Губчаста к1стка 2,13 2,11 3,17 4,77 3,94 4,35 3,38
Поля еквiвалентного напруження в кортикальнш i губчастiй тканинах щелепноi к1стки, що виникають у зонах iх безпосереднього прилягання до центрального iмплантата з орального боку, i вiдповiдного найнесприятливiшому розташуванню харчовоi грудки на центральному рiзцi, представлеш на рис. 4.
У табл. 5 представлеш результати розрахунюв, виконаних для найнесприятлившого випадку завантаження тканин щелепноi кiстки, за
локашзацп функцюнального навантаження на центральному рiзцi з варшванням податливостi м'яких тканин ясен за допомогою амортизацшних абатменпв.
Рис. 4. Поля розподiлу е^валентних напружень у кортикадьнiй i губчастш тканинах щелепноi к1стки за локадiзацii функцiонального навантаження на центральному рiзцi з опорою протеза на чотири шлантати з амортизацiйними абатментами
Таблиця 5
Результати розрахунюв еквiвалентного напруження в кортикальному i губчастому шарах щелепноУ кiстки, прилеглих до центрального iмплантата, за локалiзащl функцiонального навантаження на центральному рiзцi та рiзних ступенiв податливостi ясен iз фжсащею протеза на чотири iмплантати з амортизацшними абатментами
Ступiнь податливостi опорних тканин ясен Максимадьне екшвалентне напруження, МПа
кортикадьна к1стка губчаста юстка
Низький 21,8 1,94
Середнш 21,9 2,13
Високий 21,9 2,92
Як видно з табл.5, максимальш значения е^валентного напруження в кортикальному i губчастому шарах, прилеглих до крайнього центрального iмплантата щелепно! кiстки, при варшванш податливостi опорних тканин ясен шд сiдлом повного протеза змшюються значно менше, нiж у разi застосування жорстких абатментiв. При цьому абсолютш значення еквiвалентного напруження в кортикальному i губчастому шарах щелепно! кiстки для випадку з амортизацшними абатментами за рiзних ступенiв податливост опорних тканин ясен нижчi вщповщних меж мiцностi. За високого ступеня податливост опорних тканин ясен максимальш значення екшвалентного напруження в кортикальному i губчастому шарах, прилеглих до крайнього центрального iмплантата щелепно! юстки, за використання амортизацiйних абатментiв у два рази меншi аналогiчних значень у разi опори протеза на чотири iмплантати з жорсткими абатментами.
Лiтература
1. Вураки Н.К. Повышение эффективности ортопедического лечения больных старческого возраста с полным отсутствием зубов : дис. ... канд. мед. наук: 14.00.21/ Н.К. Вураки.- 122 с.
2. Hüe O. Prothese complete / Hüe O., Berteretche M. - Paris, 2003. - P. 296.
3. Современные методы окклюзионной реабилитации больных в клинике ортопедической стоматологии / А. В. Цимбалистов [и др.] // Материалы XIV Всерос. науч.-практ. конф. - М., 2005.- С. 110-112.
4. Чуйко А.Н. Особенности биомеханики в стоматологии / А.Н. Чуйко, В.Е. Вовк. - Х.: Прапор, 2006. - 304 с.
5. Шварц А.Д. Биомеханика и окклюзия зубов / А.Д. Шварц. - М.: Медицина, 1994. -208 с.
6. Журули Г.Н. Биомеханические факторы эффективности внутрикостных стоматологических имплантатов (экспериментально-клиническое исследование) : автореф. дис. на соискание науч. степени канд. мед. наук / Г.Н. Журули. - М.,2010.- 18 с.
7. Шульженко О.Ю. Шдходи до застосування бюгельних протезiв з каркасами з полюксиметилену та кобальт-хромового сплаву на основi математичного моделювання / Шульженко О.Ю., Силенко Ю.1. // Актуальш проблеми сучасноi медицини.- 2011.- Т.11, вип. 3(35).- С. 4951.
8. Атлас анатомп з бюмехашкою жувального апарату / [М.Д. Король, Л.С. Коробейшков, Д.Д. Кшдш та 1н.]. - Полтава: ПФ "Формжа", 2002. -224 с.
Стаття надшшла 10.06.2014 р.
Резюме
Рассмотрены вопросы лечения больных старческого возраста с полной адентией с использованием имплантатов. На основе математического моделирования дополнен алгоритм протезирования. Проведен анализ напряженно-деформированного состояния костной ткани нижней челюсти с опорой несъемного протеза на 4 винтовые дентальные имплантаты с учетом податливости слизистой оболочки тканей протезного ложа и обоснованием использования амортизирующих абатментов. Рассмотрены результаты взаимодействия съемных протезов с тканями протезного ложа, предложены рекомендации по применению.
Ключевые слова: полная адентия, дентальные имплантаты, старческий возраст, метематическая модель.
Резюме
Розглянул питання лжування хворих похилого вжу з повною адентieю за допомогою iмплантатiв. На основi математичного моделювання доповнений алгоритм протезування пацieнтiв. Проаналiзований напружено-деформований стан кiстковоi тканини нижньо!' щелепи з опорою незнiмного протеза на 4 гвинтовi дентальнi iмплантати з урахуванням податливостi слизовоi оболонки тканин протезного ложа й обгрунтуванням використання амортизацiйних абатментiв. Наведенi результати взаемодп знiмних протезiв iз тканинами протезного ложа, запропоновано рекомендацп щодо застосування.
Ключовi слова: повна аденпя, дентальнi iмплантати, похилий вiк, математична модель.
UDC: 616.314-76-77-085.46
V.O. Ponomarenko, Yu.I. Sylenko, M.V. Khrebor, T.A.Khmil
METHODS OF FITTING DENTURES IN ELDERLY PATIENTS WITH COMPLETE LOWER JAW ADENTIA USING IMPLANTS BASED ON
MATHEMATICAL MODELING
Higher State Educational Establishment of Ukraine «Ukrainian Medical Stomatological Academy»
Summary
The complete absence of teeth often leads to a decrease not only the vital functions (chewing, speech function), but also significantly affects the socio -psychological scope of the patient.
Advancing age determines the main feature and the complexity of orthopedic dental treatment in this group of patients due to lower adaptive capacities of the organism appearing in these age-related changes and disorders.
Despite the achievements in medical rehabilitation of patients with a complete lack of teeth, it is not settled the question of Prosthetic Dentistry.
The urgency of this problem also undeniable that, according to the World Health Organization, about 26% of patients do not enjoy full removable rotezamy different reasons.
This is especially true for patients with totally edentulous mandibular prosthesis in cases of difficulty complete dentures due to lack of adequate fixation and its stabilization. One of the most effective methods of improving fixation and stability of the prosthesis is the installation of implants. However, in elderly patients with the use of implants anatomical and physiological features of tissues of the oral cavity and the presence of somatic changes in the body are decreased.
The factors that determine the rationality of functional load transmission is primarily related stress that occurs in the bone around dental implants
The purpose of this biomechanical study is to analyze the stress-strain state of bone tissue of the lower jaw with the support of non-removable prosthesis 4 screw dental implants based on compliance mucosa tissue prosthetic bed and justification for the use of shock absorbing abutments.
Materials and methods.
Mathematical modeling was performed using the well-known package modeling and finite-element analysis NASTRAN, designed for implementation in the Windows environment on a PC. Analysis of mathematical models based on finite-element procedure involves displacements of each node finite element in three coordinate axes, normal and shear stresses and the equivalent voltage Huber-Myzesu.
The maximum values of equivalent stresses in cortical and spongy tissues of the jaw bone arising in areas of immediate contiguity to the mesial implant
located on the oral side and correspond to the location of the food bolus central incisors.
Since moving distally functional load on the alignment load placed mesial implant, and therefore the value of the equivalent stresses in cortical and spongy tissues of the jaw bone is gradually reduced, while the load is perceived extreme distally positioned implant and the value of the equivalent stresses in cortical and spongy tissues of the jaw bone adjacent to the last implant gradually increase and reach maximum values under 43.7 MPa and 9.77 MPa in the localization of functional loading on the second premolar.
Further distal movement of the load along functional dentition reduces the value of the equivalent stresses in cortical and spongy tissues of the jaw bone adjacent to both average and extreme implant through the transfer of most of the functional load on the soft gum tissue.
The maximum values of equivalent stresses in cortical and cancellous layers adjacent to the extreme central jawbone implant by varying the compliance of supporting gum tissue under saddle complete denture vary considerably smaller than in the case of hard abatmentov. Thus the absolute values of equivalent stresses in cortical and cancellous layers jawbone case with shock absorbing abutment, with varying degrees of support compliances gum tissue below the corresponding limits of strength. With a large supporting gum tissue pliability maximum values of equivalent stresses in cortical and cancellous layers adjacent to the extreme central implant jawbone using cushioning abutments half the size of similar values that arise when the prosthesis is based on four implants with rigid abutments.
Key words: edentulous, dental implants, elderly, mathematical models.
