Сравнительный анализ влияния нано- и микроостеоперфораций на костную ткань нижней челюсти методом конечных элементов

Полный текст

Введение:

    Ортодонтическое исправление тесного положения нижних резцов зачастую затруднено, в связи с истончённой кортикальной пластинкой кости, дефицитом места в зубной дуге. Все это приводит к  снижению скорости перемещения зубов, перфорациям и фенестрациям компактной пластинки. [1]. Традиционные методы ортодонтического лечения оказываются недостаточно эффективными, особенно в зрелом возрасте пациентов, когда перемещение зубов происходит медленнее и увеличивается срок ортодонтического лечения [2].

           Одним из инновационных подходов к лечению тесного положения зубов является применение микроостеоперфораций, ослабляющих костную ткань челюсти и направленных на стимуляцию местных биохимических процессов, улучшающих перемещение зубов [3]. Микроостеоперфорации стимулируют перестройку костной ткани.

               Предлагаемый нами метод наноостеоперфораций с использованием специального остеоперфоратора менее травматичен [4]. Он заключается в создании минимальной травмы костной ткани с целью инициации локальных метаболических и воспалительных процессов, стимулирующих образование новой костной ткани и ускоряющих перемещение зубов.

               Микроостеоперфорации осуществляются посредством нанесения небольших перфораций в костной ткани с целью ускорения процессов ортодонтического перемещения зубов [5]. Данная техника может выполняться двумя способами:

1. С использованием наконечника с бором. В данном варианте применяются тонкие сверла диаметром от 1,5 до 2,5 мм, позволяющие создать отверстия в компактной пластинке альвеолярной части [6].
2. С использованием ортодонтического микроимплантата. Размер микроимплантатов варьирует. Наиболее популярные размеры от 1,6 до 2,5 мм в диаметре [7].

      Наноостеоперфорации проводят с использованием остеоперфоратора диаметр которого составляет от 1,1 мм до 1,5 мм [8].

      Такие манипуляции способствуют активации клеток-предшественников остеобластов и остеокластов, ускоряя процесс резорбции старой костной ткани и образования новой, что позволяет в значительной степени избежать резорбции костной ткани во время ортодонтического лечения и сократить сроки ортодонтического лечения.

       Цель нашего исследования: сравнить влияние нано- и микроостеоперфораций на костную ткань.

         Материалы и методы

         В ходе исследования была создана трехмерная моделей нижней челюсти с тесным положением резцов первой степени, брекет-системой и ортодонтической дугой (Bio Edge 16*16, форма А), которую ортодонты часто используют на стадии нивелирования для выравнивания положения зубов (Рис.1).  На основе имеющихся данных строилась трехмерная модель нижней челюсти. Модель представляла собой совокупность однородных элементов с заданными физическими свойствами (модуль Юнга, предел прочности и т.д.) [9]. Осуществлялось моделирование остеоперфораций. В рамках моделей воспроизводились различные виды остеоперфораций:

• Наноостеоперфорации: точечные, небольшого диаметра - от 1,1 до 1,5 мм.
• Микроостеоперфорации: классические остеоперфорации большего диаметра - от 1,6 до 2,5 мм.

       Была построена система линейных алгебраических уравнений, что позволило определить уровни напряжения и деформаций в костной ткани при различных видах остеоперфораций [10]. Рассчитывались напряжения в пределах границ допустимых нагрузок, характерные для костной ткани.

        Проводился сравнительный анализ уровней напряжений, деформируемости и интенсивности повреждения костной ткани в местах нано- и микроостеоперфораций. Особое внимание уделялось определению максимальной нагрузки, воспринимаемой костной тканью, и устойчивости конструкции к разрушению [11].

         Полученные данные позволили сформулировать заключение о преимуществах и недостатках каждого метода остеоперфораций, выделить предпочтительные способы и предложить рациональные подходы к выбору техник в зависимости от клинической ситуации.

Рисунок 1. Трехмерная моделей нижней челюсти с тесным положением центральных резцов, брекет-системой и установленной дугой квадратного сечения с усилием 80г.

Рисунок 2. Трехмерная модель нижней челюсти с шестью  нано-остеоперорациями между зубами 4.1 и 4.2; 4.2 и 4.3.

 

Рисунок 3. Трехмерная модель нижней челюсти с микроостеоперорациями а-между зубами 4.1 и 4.2; 4.2 и 4.3 (а)

 

          Результаты исследования:

           На рисунке 4 представлен результат моделирования ортодонтического лечения с использованием метода конечных элементов (МКЭ).

              На модели видно, что напряжения в костной ткани распределены неравномерно. В области, где происходит ортодонтическое перемещение зуба, наблюдаются зоны с высоким уровнем напряжения, окрашенные в красный и желтый цвета. Это указывает на то, что в этих областях происходит максимальное воздействие на костную ткань. В других участках челюсти напряжения значительно ниже, что видно по синим и зеленым оттенкам. Это свидетельствует о том, что основная нагрузка сосредоточена в области перемещения зуба, а остальная часть челюсти испытывает меньшее напряжение.

              Согласно шкале напряжений, максимальное значение составляет 47,178 МПа, что соответствует красным и желтым областям на модели. Это указывает на значительные механические нагрузки в этих зонах. Минимальное значение напряжения составляет 0,00012722 МПа, что соответствует синим областям на модели. Это показывает, что в этих участках нагрузка на костную ткань минимальна.

Рисунок 4. Трехмерная модель нижней челюсти с брекет-системой и ортодонтической дугой развивающей усилие в 80гр.

На рисунке 5 представлен результат моделирования ортодонтического лечения с использованием метода конечных элементов (МКЭ) при применении множественных наноостеоперфораций.

               На модели видно, что напряжения в костной ткани распределены более равномерно по сравнению с микроостеоперфорациями. В области, где происходит ортодонтическое перемещение зуба наблюдаются зоны с умеренным уровнем напряжения, окрашенные в желтый и зеленый цвета. Это указывает на то, что в этих областях происходит умеренное воздействие на костную ткань.

                 В других участках челюсти напряжения значительно ниже, что видно по синим оттенкам. Это свидетельствует о том, что основная нагрузка сосредоточена в области перемещения зуба, а остальная часть челюсти испытывает меньшее напряжение. Согласно шкале напряжений, максимальное значение составляет 43,845 МПа, что соответствует желтым и зеленым областям на модели. Это указывает на умеренные механические нагрузки в этих зонах. Минимальное значение напряжения составляет 0,0001349 МПа, что соответствует синим областям на модели. Это показывает, что в этих участках нагрузка на костную ткань минимальна.

 Рисунок 5. Трехмерная модель нижней челюсти с брекет-системой и шестью  наноостеоперорациями между зубами 4.1 и 4.2; 4.2 и 4.3.

                     На рисунке 6 трехмерная модель, показывающая распределение напряжений в костной ткани нижней челюсти при ортодонтическом перемещении зубов с микроостеоперофорациями.

               Согласно шкале напряжений, максимальное значение составляет 46,81 МПа, что соответствует красным и желтым областям на модели. Это указывает на значительные механические нагрузки в этих зонах. Минимальное значение напряжения составляет 0,00013798 МПа, что соответствует синим областям на модели. Это показывает, что в этих участках нагрузка на костную ткань минимальна. Было выявлено незначительное распределение напряжения в области микроостеоперфораций равное 5,2013 Мпа.

 

Рисунок 6. Трехмерная модель нижней челюсти с брекет-системой и микро-остеопфорациями между зубами 4.1 и 4.2; 4.2 и 4.3.

         

          Выводы:

1. Ортодонтическое лечение с применением множественных нано-остеоперфораций вызывает умеренное напряжение в костной ткани, особенно в области перемещения зуба. Минимальное значение напряжения составляет 0,0001349 МПа, максимальное значение составляет 43,845 Мпа
2. Орт
   

   Введение:

       Ортодонтическое исправление тесного положения нижних резцов зачастую затруднено, в связи с истончённой кортикальной пластинкой кости, дефицитом места в зубной дуге. Все это приводит к  снижению скорости перемещения зубов, перфорациям и фенестрациям компактной пластинки. [1]. Традиционные методы ортодонтического лечения оказываются недостаточно эффективными, особенно в зрелом возрасте пациентов, когда перемещение зубов происходит медленнее и увеличивается срок ортодонтического лечения [2].

              Одним из инновационных подходов к лечению тесного положения зубов является применение микроостеоперфораций, ослабляющих костную ткань челюсти и направленных на стимуляцию местных биохимических процессов, улучшающих перемещение зубов [3]. Микроостеоперфорации стимулируют перестройку костной ткани.

                  Предлагаемый нами метод наноостеоперфораций с использованием специального остеоперфоратора менее травматичен [4]. Он заключается в создании минимальной травмы костной ткани с целью инициации локальных метаболических и воспалительных процессов, стимулирующих образование новой костной ткани и ускоряющих перемещение зубов.

                  Микроостеоперфорации осуществляются посредством нанесения небольших перфораций в костной ткани с целью ускорения процессов ортодонтического перемещения зубов [5]. Данная техника может выполняться двумя способами:

   1. С использованием наконечника с бором. В данном варианте применяются тонкие сверла диаметром от 1,5 до 2,5 мм, позволяющие создать отверстия в компактной пластинке альвеолярной части [6].
   2. С использованием ортодонтического микроимплантата. Размер микроимплантатов варьирует. Наиболее популярные размеры от 1,6 до 2,5 мм в диаметре [7].

         Наноостеоперфорации проводят с использованием остеоперфоратора диаметр которого составляет от 1,1 мм до 1,5 мм [8].

         Такие манипуляции способствуют активации клеток-предшественников остеобластов и остеокластов, ускоряя процесс резорбции старой костной ткани и образования новой, что позволяет в значительной степени избежать резорбции костной ткани во время ортодонтического лечения и сократить сроки ортодонтического лечения.

          Цель нашего исследования: сравнить влияние нано- и микроостеоперфораций на костную ткань.

            Материалы и методы

            В ходе исследования была создана трехмерная моделей нижней челюсти с тесным положением резцов первой степени, брекет-системой и ортодонтической дугой (Bio Edge 16*16, форма А), которую ортодонты часто используют на стадии нивелирования для выравнивания положения зубов (Рис.1).  На основе имеющихся данных строилась трехмерная модель нижней челюсти. Модель представляла собой совокупность однородных элементов с заданными физическими свойствами (модуль Юнга, предел прочности и т.д.) [9]. Осуществлялось моделирование остеоперфораций. В рамках моделей воспроизводились различные виды остеоперфораций:

   • Наноостеоперфорации: точечные, небольшого диаметра - от 1,1 до 1,5 мм.
   • Микроостеоперфорации: классические остеоперфорации большего диаметра - от 1,6 до 2,5 мм.

          Была построена система линейных алгебраических уравнений, что позволило определить уровни напряжения и деформаций в костной ткани при различных видах остеоперфораций [10]. Рассчитывались напряжения в пределах границ допустимых нагрузок, характерные для костной ткани.

           Проводился сравнительный анализ уровней напряжений, деформируемости и интенсивности повреждения костной ткани в местах нано- и микроостеоперфораций. Особое внимание уделялось определению максимальной нагрузки, воспринимаемой костной тканью, и устойчивости конструкции к разрушению [11].

            Полученные данные позволили сформулировать заключение о преимуществах и недостатках каждого метода остеоперфораций, выделить предпочтительные способы и предложить рациональные подходы к выбору техник в зависимости от клинической ситуации.

   Рисунок 1. Трехмерная моделей нижней челюсти с тесным положением центральных резцов, брекет-системой и установленной дугой квадратного сечения с усилием 80г.

   Рисунок 2. Трехмерная модель нижней челюсти с шестью  нано-остеоперорациями между зубами 4.1 и 4.2; 4.2 и 4.3.

    

   Рисунок 3. Трехмерная модель нижней челюсти с микроостеоперорациями а-между зубами 4.1 и 4.2; 4.2 и 4.3 (а)

    

             Результаты исследования:

              На рисунке 4 представлен результат моделирования ортодонтического лечения с использованием метода конечных элементов (МКЭ).

                 На модели видно, что напряжения в костной ткани распределены неравномерно. В области, где происходит ортодонтическое перемещение зуба, наблюдаются зоны с высоким уровнем напряжения, окрашенные в красный и желтый цвета. Это указывает на то, что в этих областях происходит максимальное воздействие на костную ткань. В других участках челюсти напряжения значительно ниже, что видно по синим и зеленым оттенкам. Это свидетельствует о том, что основная нагрузка сосредоточена в области перемещения зуба, а остальная часть челюсти испытывает меньшее напряжение.

                 Согласно шкале напряжений, максимальное значение составляет 47,178 МПа, что соответствует красным и желтым областям на модели. Это указывает на значительные механические нагрузки в этих зонах. Минимальное значение напряжения составляет 0,00012722 МПа, что соответствует синим областям на модели. Это показывает, что в этих участках нагрузка на костную ткань минимальна.

   Рисунок 4. Трехмерная модель нижней челюсти с брекет-системой и ортодонтической дугой развивающей усилие в 80гр.

   На рисунке 5 представлен результат моделирования ортодонтического лечения с использованием метода конечных элементов (МКЭ) при применении множественных наноостеоперфораций.

                  На модели видно, что напряжения в костной ткани распределены более равномерно по сравнению с микроостеоперфорациями. В области, где происходит ортодонтическое перемещение зуба наблюдаются зоны с умеренным уровнем напряжения, окрашенные в желтый и зеленый цвета. Это указывает на то, что в этих областях происходит умеренное воздействие на костную ткань.

                    В других участках челюсти напряжения значительно ниже, что видно по синим оттенкам. Это свидетельствует о том, что основная нагрузка сосредоточена в области перемещения зуба, а остальная часть челюсти испытывает меньшее напряжение. Согласно шкале напряжений, максимальное значение составляет 43,845 МПа, что соответствует желтым и зеленым областям на модели. Это указывает на умеренные механические нагрузки в этих зонах. Минимальное значение напряжения составляет 0,0001349 МПа, что соответствует синим областям на модели. Это показывает, что в этих участках нагрузка на костную ткань минимальна.

    Рисунок 5. Трехмерная модель нижней челюсти с брекет-системой и шестью  наноостеоперорациями между зубами 4.1 и 4.2; 4.2 и 4.3.

                        На рисунке 6 трехмерная модель, показывающая распределение напряжений в костной ткани нижней челюсти при ортодонтическом перемещении зубов с микроостеоперофорациями.

                  Согласно шкале напряжений, максимальное значение составляет 46,81 МПа, что соответствует красным и желтым областям на модели. Это указывает на значительные механические нагрузки в этих зонах. Минимальное значение напряжения составляет 0,00013798 МПа, что соответствует синим областям на модели. Это показывает, что в этих участках нагрузка на костную ткань минимальна. Было выявлено незначительное распределение напряжения в области микроостеоперфораций равное 5,2013 Мпа.

    

   Рисунок 6. Трехмерная модель нижней челюсти с брекет-системой и микро-остеопфорациями между зубами 4.1 и 4.2; 4.2 и 4.3.

            

             Выводы:

   1. Ортодонтическое лечение с применением множественных нано-остеоперфораций вызывает умеренное напряжение в костной ткани, особенно в области перемещения зуба. Минимальное значение напряжения составляет 0,0001349 МПа, максимальное значение составляет 43,845 Мпа
   2. Ортодонтическое лечение с применением микроостеоперфораций вызывает значительное напряжение в костной ткани, особенно в области перемещения зуба. Минимальное значение напряжения составляет 0,00013798 Мпа, максимальное значение составляет 46,81 МПа
   3. Полученные данные свидетельствуют об уменьшении напряжений в костной ткани с применением наноостеоперфораций, по сравнению с микроостеоперфорациями , тем самым создаются оптимальные условия для ремоделирования кости.  
   одонтическое лечение с применением микроостеоперфораций вызывает значительное напряжение в костной ткани, особенно в области перемещения зуба. Минимальное значение напряжения составляет 0,00013798 Мпа, максимальное значение составляет 46,81 МПа
3. Полученные данные свидетельствуют об уменьшении напряжений в костной ткани с применением наноостеоперфораций, по сравнению с микроостеоперфорациями , тем самым создаются оптимальные условия для ремоделирования кости.  

Об авторах

Татьяна Андреевна Щедрина

МЦ «Романовский»; ФГБОУ ВО НовГУ
им. Ярослава Мудрого Министерства
науки и высшего образования России;
ФГБОУ ВО СЗГМУ им. И.И.Мечникова
Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: tshedrina14@mail.ru

 врач-стоматолог-ортодонт,
МЦ «Романовский»; аспирант кафедры
стоматологии, ФГБОУ ВО НовГУ
им. Ярослава Мудрого Министерства
науки и высшего образования России;
старший лаборант кафедры ортопедической
стоматологии, ортодонтии и гнатологии,
ФГБОУ ВО СЗГМУ им. И.И.Мечникова
Минздрава России

Россия, СПб., ул. Кирочная, д. 41

Роман Александрович Фадеев

ФГБОУ ВО СЗГМУ им. И.И. Мечникова Министерства здравоохранения Российской Федерации;
ФГБОУ ВО Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого, институт медицинского образования Министерства науки и высшего образования России.
Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Санкт-Петербургский институт стоматологии последипломного образования» (ЧОУ ДПО «СПб ИНСТОМ»).
МЦ "Романовский"

Email: tshedrina14@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3467-4479

 д.м.н., профессор, зав. кафедрой
ортопедической стоматологии, ортодонтии
и гнатологии, ФГБОУ ВО СЗГМУ
им. И.И.Мечникова Минздрава России;
зав. кафедрой ортодонтии,
ЧОУ ДПО «СПб ИНСТОМ»;
профессор кафедры стоматологии,
ФГБОУ ВО НовГУ им. Ярослава Мудрого
Министерства науки
и высшего образования России;
гл. специалист МЦ «Романовский»

Россия, Санкт-Петербург, Заневский пр. д. 1/82

Наталья Владимировна Прозорова

ФГБОУ ВО НовГУ им. Ярослава Мудрого
Министерства науки и высшего
образования России

Email: prozorovanv@yandex.ru

 к.м.н., доцент, зав. кафедрой стоматологии,
ФГБОУ ВО НовГУ им. Ярослава Мудрого
Министерства науки и высшего
образования России

Россия, г. Великий Новгород, ул. Державина, д. 6

Мария Романовна Фадеева

ФГБОУ ВО НовГУ им. Ярослава Мудрого
Министерства науки и высшего образования
России; врач-ортодонт СПб ГБУЗ
«Стоматологическая поликлиника №9»

Email: DocFad27@mail.ru

 к.м.н., доцент кафедры стоматологии,
ФГБОУ ВО НовГУ им. Ярослава Мудрого
Министерства науки и высшего образования
России

Россия, г. Великий Новгород, ул. Державина, д. 6

Список литературы

Дополнительные файлы