CC BY
144
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №2/2016 ISSN 2410-700Х_
4. Перцов С.С. Мелатонин в системных механизмах эмоционального стресса/ С. С. Перцов ; [Рос. акад. мед. наук]. - Москва: Издательство РАМН, 2011. - 231 с.
5. Щербатых Ю. В. Психология стресса и методы коррекции/Ю. В. Щербатых. - СПб.: Питер, 2011. - 256 с.
© Утюж А.С., Самусенков В.О., Нагаевский И.В., 2016
УДК 61
Утюж Анатолий Сергеевич
к.м.н., доцент, заведующий кафедрой ортопедической стоматологи
Первого МГМУ им. И.М. Сеченова.
Загорский Валерий Арсентьевич д.м.н., профессор кафедры ортопедической стоматологии Первого МГМУ им. Сеченова И.М.
Загорский Владислав Валерьевич ассистент кафедры ортопедической стоматологии Первого МГМУ им. Сеченова И.М.
uasst@mail.ru
УПРУГО-НАПРЯЖЕННЫЕ СОСТОЯНИЯ КОСТНЫХ СТРУКТУР ЧЕЛЮСТЕЙ И ЧЕРЕПА ЧЕЛОВЕКА
Аннотация
Костные ткани черепа, челюстей и твердые ткани зубов сформировались под влиянием жевательной нагрузки, которая является функциональным раздражителем для поддержания физических свойств черепа. Знание напряжений и деформаций в костных структурах позволяет понять их совместную работу, как при физиологических нагрузках, так и при установке имплантатов.
Ключевые слова
Череп человека, напряжения и деформации, твердые ткани зубов, тензометрия.
Annotation
Bone tissues of human skull, jawbones and hard dental tissues were formed formed by the influence of chewing loads which are functional irritants used for maintaining their physical qualities. Knowledge of tensions and deformations in bony structures allows to increase their joint work with dental implants installed.
Key words
Human skull, stress and strain, hard tooth tissue, tensometry.
Костная ткань челюстей и твердые ткани зубов обладают в высшей степени трехмерной белково-минеральной композитной организацией и строением, в котором эмалевые призмы, трабекулы компактного и губчатого вещества строго ориентированы и организованы в соответствии с нагрузкой от мест крепления жевательных мышц, отдельных зубов и самих челюстей. Жевательная нагрузка от мышц и тведых тканей зубов сформировала специфическую функциональную архитектонику твердых тканей зубов, челюстей и костных структур черепа, которая позволяет на каждом уровне микро- и макростроения не только воспринимать, транформировать, но и гасить нагрузку, распределяющуюся в костных структурах в виде напряжений и деформаций (1, 3, 4).
Благодаря такому строению и свойствам тканей каждая структура на своем уровне компенсирует напряжения в пределах своих возможностей, а избыток передаёт на другие ткани, которые на своем уровне совершают подобную работу и так по цепочке от кристаллов эмали зуба до остеона компактной и губчатой кости черепа. Иными словами, все ткани зубо-челюстной системы, каждая на своем уровне, обладают определенной степенью эластичности в соответствии с воспринимаемой нагрузкой.
Напряжения, возникающие при жевании являются физиологическими раздражителями для
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №2/2016 ISSN 2410-700Х_
специфических электро-химических и нейрогуморальных процессов в костной ткани, при которых биотоки крови направляют движение ионов натрия, кальция, калия, осуществляя жизнедеятельность кости на внутриклеточном уровне (6). Задачей является подбор такого конструкционного материала, который мог бы встраиваться в уже существующую систему и являться адекватным физиологическим стимулятором постоянного обновления костной ткани, окружающей имплантат. Знание упруго-напряженных свойств костных структур позволит глубже понять работу зубо-челюстной системы как в норме, так и при патологии (2, 7, 5).
Изучению напряжений в костях лицевого и мозгового отделов черепа человека и их деформаций посвящено относительно небольшое количество работ (1). Так, регистрацию деформаций костей и шовных соединений мозгового отдела проводил С.А. Корсаков (1977), а деформации тела нижней челюсти при статических нагрузках на фотоупругой модели исследовала Г.Г. Таптунова (1975). В.Н. Копейкин (1977), установив немацерированную нижнюю челюсть на испытательный стенд, с помощью тензометрии изучал закономерности распределения в ней напряжений при разных нагрузках.
Для определения напряжений и деформаций костных структур черепа мы приготовили испытательный стенд, в котором фиксировали череп и моделировали точки крепления мышц и различные нагрузки, возможные при пережевывании пищи. На покровные кости и шовные соединения в двух взаимноперпендикулярных плоскостях наклеивали тензорезисторы, с помощью которых регистрировали напряжения в костных структурах черепа. Информацию получали одновременно с 200 точек (рис. 1) с помощью тензометрической станции. Установленные значения напряжений обрабатывали на компьютере и по специальной программе рассчитывали напряжения в костных структурах и их деформации в единицах относительной деформации с точностью 5^106.
"Ползучесть" костных структур челюстей и черепа человека. Костные структуры черепа могут подвергаться действию постоянных и переменных нагрузок. Для изучения реакций костной ткани мы применили методику определения "ползучести" костных структур, которая позволяет судить об эластичности костей черепа при моделировании нагрузки в динамике. С помощью тензорезисторов регистрировали состояние костных структур до нагрузки, затем прикладывали постоянную нагрузку (75 Н), имитирующую жевательную. Регистрацию напряжений осуществляли через 5 с, 3, 10, 20, 30 и 60 мин. Это активная фаза "ползучести" костной ткани. После 60 мин регистрацию нагрузки прекращали и определяли обратную "ползучесть" через такие же промежутки времени. По полученным данным строили графики средних значений напряжений (в единицах относительно деформаций — «Д» и времени «t») в зависимости от исследуемой области челюстей или черепа (рис. 2).
Результаты исследования показали, что моделирование мышечного усилия в 75 Н вызывает напряжение не только в местах крепления жевательных мышц, но и в костных структурах челюстей, покровных костях и шовных соединениях лицевого и мозгового отделов черепа, в которых уже через 5 секунд регистрируются напряжения как с положительными, так и с отрицательными значениями, составляющие 25 % от максимальных.
Анализ графиков, построенных на основании результатов регистрации напряжений в промежутки времени от 3 до 60 мин, показывает значительное увеличение напряжений в первые 3 мин, затем отмечается более плавное нарастание напряжений. В течение 60 мин в костных структурах происходит постоянное накапливание напряжений.
В первые 10 мин после прекращения нагрузки напряжения скачкообразно снижаются на 75 % от максимально зарегистрированных, а затем уменьшаются медленно, не доходя до нулевых отметок в течение 60 минут. Это свидетельствует о наличии в костной ткани остаточных напряжений после приложения длительной нагрузки.
Исследования показали активную реакцию костных структур, выражающуюся в виде зон сжатий и растяжений, которые определяются в виде положительных и отрицательных значений напряжений и деформаций. Длительно действующая нагрузка приводит к следовым реакциям в виде остаточных напряжений.
Напряжения в костях челюстей и черепа человека при моделировании жевательной нагрузки на зубы различных групп. Применив тензометрию напряжений в 200 точках на костях и шовных соединениях
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №2/2016 ISSN 2410-700Х_
черепа с моделированием различных мышечных усилий и сжатия отдельных зубов и их групп, мы установили факт возникновения напряжений во всех исследованных структурах. При этом определяются положительные и отрицательные значения напряжений, что свидетельствует о появлении зон сжатий и растяжений в зависимости от величины нагрузки, направления и места её приложения (рис. 3, где «Д» -деформация костных структур ЕОД, а «Н» — нагрузка в Ньютонах). При нагрузке на отдельные группы зубов эта зависимость прослеживается на уровне апикальных базисов верхней и нижней челюстей. Значения напряжений, зарегистрированных выше и ниже апикальных базисов, достоверно не различаются, что мы объясняем возникновением значительного градиента напряжений в отдельных группах зубов, к которым приложена нагрузка при моделировании пищевого комка. На остальных участках черепа эта нагрузка гасится достаточно равномерно, что, по-видимому, обусловлено формой и конструкцией черепа, состоящей из трех слоев - наружной и внутренней кортикальных пластинок и губчатого вещества между ними. В местах скопления максимальных напряжений природой созданы контрфорсы, в которых определяется наибольшая толщина кортикального и губчатого слоев кости.
Исследования показали, что по деформационным свойствам череп человека представляет собой совершенную трехмерную белково-минеральную конструкцию, построенную по принципу вязко-упругого композитного материала в котором разные по свойствам и структуре материалы выполняют одну функцию. Приложение нагрузки в одной точке черепа вызывает появление напряжений с положительными и отрицательными значениями практически во всех его точках. Подобная реакция костей и шовных соединений черепа необходима для его нормального функционирования. Увеличение нагрузки приводит к прямо пропорциональному увеличению напряжений в костях и шовных соединениях черепа. Нами не выявлены какие-либо области или участки костной ткани, воспринимающие только жевательную нагрузку; в процессе жевания в той или иной степени участвует практически вся кортикальная пластинка и шовные соединения челюстей и черепа человека.
Согласно результатам изучения механических свойств челюстей и черепа человека, он обладает не только высокой прочностью, но и значительной эластичностью, о чем свидетельствуют данные о "ползучести" костных структур и распределении в них напряжений.
Проведенные исследования дают основание считать, что жевание и глотание служат стимулом для поддержания механических свойств черепа. В восприятии жевательного давления участвуют все его костные структуры. Костная ткань черепа построена по принципам белково-минерального гетерогенного композитного материала, что позволяет, не увеличивая ее объем, который адекватно распределяет нагрузку по всем костным структурам черепа.
Список использованной литературы:
1. Холстен Н. Компьютерная томография головы и позвоночника / Н. Холстен, Т. Либинг; Пер. С нем., под общ. Ред. Ш.Ш. Шотемар. - М.: МЕДпресс-информ, 2011. -576с.: илл.
2. Чибисов М.А. Диагностические возможности дентальной компьютерной томографии в челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии // ДенталЮг. - №10. - 2008. - С. 50-54.
3. Чуйко А.Н., Шинчуковский И.А. Биомеханика в стоматологии: монография. - X.: Форт, 2010, - 515с.:илл.
4. Чуйко А.Н., Шинчуковский И.А. Определение основных механических характеристик костных тканей на базе данных компьютерной томографии // Современная стоматология. - №1. - 2011. - С. 90-98.
5. Чуйко А.Н., Дрогомирецкая М.С., Мирза Р.А. Первичная (упругая) и вторичная (остаточная) деформация нижней челюсти и её влияние на окклюзионное соотношение зубов // Украинский стоматологический альмонах. - №5. - 2011. - с. 39-51.
6. Kitamura E., Stegaroiu R., Nomura S., Miyakava O. Biomechanical aspects of marginal bone resorption around osseointegrated implants: considerations based on a theree-dimentional finite element analysis. - Clin. Oral. Impl. -Res. 15,2004. - pp. 401-412.
7. Natali A.N., Pavan P.G., Schileo E., Dettin M., Bagno A., Di Bello C. Dental implant osseointegration: a coupled biochemical and biomechanical approach. Preceedings of the 13th Conference of the European Society of Biomechanics. ACTA of BIOENGINEERING and BIOMECHANICS. - Volume 4, Supplement 1, 2002, P. 817-818.
© Утюж А.С., Загорский В.А., Загорский В.В., 2016
