THE MECHANISM OF EMERGENCE OF SHIFT TENSION IN BONE FABRIC AT ORTHOPEDIC TREATMENT OF PATIENTS WITH TOTAL LOSS OF TEETH WITH USE THE DENTAL IMPLANTS

Full Text

В настоящее время в арсенале врача-стоматолога-ортопеда наряду с традиционными методами протезирования все чаще находят применение более современные, эффективные способы устранения полной потери зубов. Восстановление функции жевания и достижение высокого эстетического результата ортопедического лечения у данной категории пациентов остается актуальной проблемой. Существенный прогресс был достигнут благодаря внедрению метода дентальной имплантации, обеспечивающего высокие функциональные и косметические результаты [1, 2]. Спектр возможностей применения дентальных имплантатов весьма широкий - от замещения одного зуба до восстановления участка челюсти [3, 4]. С этим направлением связывают решение ряда проблем не только протезирования, но и профилактики распространенных стоматологических заболеваний. Однако сложность протезирования обусловлена особенностями строения альвеолярной кости беззубых челюстей [5, 6]. Раздел стоматологии, включающий ортопедическое лечение с использованием дентальных внутрикостных имплантатов, представляет собой сложный взаимозависимый комплекс медико-биологических и технических проблем. Имплантат для своего успешного функционирования должен обеспечить перераспределение жевательной нагрузки на опорные ткани полости рта таким образом, чтобы сохранить их нормальную функцию и не вызывать морфологических изменений в костной ткани [7, 8]. В результате остеоинтеграции устанавливается морфологическая и функциональная непосредственная связь между биологически активной, динамично обновляемой костной тканью челюсти и поверхностью дентального внутрикостного имплантата [9]. Одним из факторов, определяющих успех ортопедического лечения, является характер контактного взаимодействия имплантата с костной частью челюсти. При этом возникновение в системе имплантат/ кость напряжений и деформаций, превышающих уровень функционального напряжения, может вызвать процессы резорбции костной ткани и вследствие этого увеличение подвижности и последующее удаление имплантата за счет уменьшения рабочей длины его вну-трикостной части [10, 11]. Целью нашего исследования явилось изучение биомеханических аспектов взаимодействия структур костной ткани челюсти с различными видами дентальных внутрикостных имплантатов, особенно при функциональных нагрузках, для разработки наиболее рационального метода и совершенствования существующих методов ортопедического лечения пациентов с полным отсутствием зубов. Материал и методы Для проектирования оптимальных параметров зубного протеза важно знать распределение деформаций и напряжений при приложении нагрузки в процессе эксплуатации. Для решения этой задачи была использована вычислительная система SPLEN-K , разработанная фирмой «КОММЕК Лтд». Система ориентирована на расчет неоднородных неодносвязных конструкций специального назначения. Математическую основу системы составляет метод конечных элементов в форме перемещений с использованием треугольных симплекс-элементов. Для количественной оценки изменений в костной ткани челюсти применяли комплексный критерий, позволяющий оценить напряженно- деформированное состояние рассматриваемых участков челюсти как в целом, так и по отдельным составляющим. Наиболее достоверным в этом случае является критерий Шлейхера-Надаи. Показатель позволил оценить вероятность разрушения по всем элементам конструкции, определить максимальные значения вероятности разрушения, являющиеся комплексной характеристикой рассматриваемого зубочелюстного отдела. Среднюю функциональную распределенную нагрузку, развиваемую челюстью здорового человека, приняли равной 2 кг/мм2. Оценивали целесообразность установки двух видов имплантатов различного диаметра: стандартного (4 мм) и мини-имплантата (2 мм) , длина обоих видов имплантатов составляла 12 мм для опоры съемной ортопедической конструкции. Свойства костных тканей челюсти и искусственных включений моделировали как локально однородную сплошную среду, характеризуемую представленными в таблице константами теории малых упруго-пластических деформаций (модуль Юнга, предел прочности на сжатие, предел прочности на растяжение, коэффициент Пуассона). Рассматривали ситуации, наиболее часто встречающиеся в клинике ортопедической стоматологии: установку полного съемного протеза с опорой на 2 и 4 имплантата диаметром 2 и 4 мм. Конструкциями зубных протезов в рассматриваемых системах были полные съемные протезы с опорой на дентальные внутрикостные имплантаты различного диаметра. Все модели имплантатов изготавливаются из титана ВТ6. Всего изучено 9 вариантов модельных систем с различными опорами - дентальные внутрикостные имплантаты стандартного диаметра (4 мм) и миниимплантаты (диаметром 2 мм) под съемную ортопедическую конструкцию. Результаты и обсуждение Для принятия решений относительно опоры была рассмотрена модель полного съемного протеза, опирающегося на слизистую оболочку полости рта, без предварительной установки имплантатов. Вертикальная распределенная нагрузка прикладывалась ко всей плоскости протеза. Выполненные расчеты напряженно-деформированного состояния в костных тканях челюстей позволили получить максимальные и минимальные значения полей средних напряжений, характеризующие зоны сжатия (со знаком «-») и растяжения (со знаком «+»). В этом случае максимальное напряжение сжатия равно - 2,8 кг/мм2. Были получены поля интенсивности напряжений, 8 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Свойства тканей, исследуемых в эксперементе Ткань Модуль Юнга (е), кг/мм2 Предел прочности на сжатие, дакж), кг/мм2 Предел прочности на растяжение, (Qiрас), кг/мм2 Коэф-фициет Пуассона (v) Губчатая кость 750 8,2 1,5 0,45 Дентин 1 470 16,7 5,5 0,31 Периодонт 20 20,0 8,0 0,35 Титан 11 500 84,0 60,0 0,34 Керамика 2 240 32,0 30,0 Примечание. Указаны значения, характеризующие свойства тканей, исследуемых в эксперименте, приведенные в работе [8]. характеризующие возникновение сдвиговых деформаций в рассматриваемой биомеханической композитной конструкции. Максимальное значение интенсивности напряжений для полного съемного протеза было равно 1,2 кг/мм2. Для анализа напряженно-деформированного состояния была рассчитана максимальная вероятность разрушения при выбранной ортогональной функциональной нагрузке - показатель Шлейхера-Надаи в губчатой кости, который для полного съемного протеза составил - 0,27. Несмотря на то что показатели в целом значительно более благоприятные, тем не менее все максимальные значения напряжений в этом случае приходятся на приконтактный слой и в слизистой оболочке становятся максимальными. Это может способствовать резорбции костных тканей на беззубой поверхности челюсти. Эти результаты были приняты за основу последующего сравнения данных, полученных при моделировании различных вариантов использования имплантатов для установки на них несъемных ортопедических конструкций. Рассматривали клинический случай полного отсутствия зубов. Данный дефект устраняется полным съемным протезом, укрепленным на имплантатах. Мы исследовали 4 варианта протезов, опорой для которых служили стандартные имплантаты и мини-имплантаты, в частности с опорой на 2 имплантата 0 4 мм, 4 имплантата 0 4 мм, 2 мини-имплантата 0 2 мм и 4 миниимплантата 0 2 мм. На данном этапе исследования были проведены расчеты биомеханической системы с относительной плотностью губчатой кости 0,7. Для анализа напряженно-деформированного состояния были рассчитаны поля интенсивности напряжений, поля средних напряжений и поля параметров разрушения ортогональной биомеханической системы. Изначально сравнили показатели напряженно - деформированного состояния для стандартных дентальных внутрикостных имплантатов 0 4 мм. По выполненным расчетам определили экстремальные значения полученных напряжений. Основным и наиболее важным для анализа с точки зрения эксплуатации протеза и здоровья пациента является характер изменений губчатой кости, окружающей имплантат. Максимальные значения интенсивности напряжений в области протезного поля составили: для 2 имплантатов 0 4 мм 2, 22 кг/мм2, для 4 имплантатов 0 4 мм 1,67 кг/мм2. Далее были рассчитаны поля интенсивности напряжений для имплантатов 0 2 мм, которые составили соответственно для 2 имплантатов 0 2 мм - 2,78 кг/мм2, для четырех имплантатов 0 2 мм - 1, 67 кг/мм2. Данные показатели свидетельствуют о том , что при переходе с двух мини-имплантатов 0 2 мм на 2 имплантата 0 4 мм запас прочности (по Мизесу) увеличится примерно на 20%, а при переходе с 4 мини-имплантатов 0 2 мм на 4 имплантата 0 4 мм запас прочности существенно не изменится. Выполнили расчеты средних напряжений. Максимальные напряжения сжатия оказались равными в области 2 имплантатов 0 4 мм 3,32 кг/мм2 , для 4 имплантатов 0 4 мм 3,33 кг/мм2. Для клинического случая с мини-имплантатами 0 2 мм напряжения сжатия составили для 2 мини-имиплантатов 0 2 мм - 4,16 кг/мм2, для 4 мини-имплантатов 0 2 мм -4,17 кг/мм2. При совпадении максимальных значений сжатия распределение напряжений существенно различается. Наиболее полным показателем, характеризующим напряженно-деформированное состояние нагруженного сегмента, который учитывает одновременно и интенсивность напряжений, и соответствующие им средние напряжения, возникающие при циклических нагрузках в костной ткани, является показатель разрушения Шлейхера-Надаи. Этот показатель оказался равным для 2 имплататов 0 4 мм 0,58, для 4 имплататов 0 4 мм 0,42. Были рассчитаны вероятности разрушения биомеханической системы, зафиксированной на мини-имплантатах 0 2 мм, которые составили для 2 мини-имплантатов 0 2 мм 0,75, для 4 мини-мплантатов 0 2 мм 0,53. Выводы 1. При полной потере зубов оптимальной следует признать установку ортопедической конструкции (если нет медицинских противопоказаний) при частично потерявшей плотность (относительная плотность равна 0,7) губчатой кости на 2 имплантата 0 4 мм. В этом случае и средние напряжения, и интенсивность напряжений имеют меньшие значения, что существенно повышает износостойкость биомеханической системы при циклических нагрузках. 2. Вариант установки полного съемного протеза с опорой на 4 мини-имплантата 0 2 мм (как менее разрушающих костную ткань), не существенно отличающихся по запасу прочности от 4 имплантатов 0 4 мм, также является предпочтительным. В этом случае показатели напряженно-деформированного состояния имеют оптимальные значения, что обеспечивает механическую устойчивость к окклюзионным нагрузкам в данной клинической ситуации. 3. При полной потере зубов наименее предпочтительным является вариант протезирования с опорой на 2 мини-имплантата 0 2 мм. В данном клиническом случае и средние напряжения, и интенсивность напряжений имеют наибольшие значения, что приводит к снижению устойчивости биомеханической системы к циклическим нагрузкам. По всей видимости, это связано с возникновением вывихивающегося момента, проявляющегося во фронтальном участке альвеолярной кости. 4. Для достижения максимальных результатов ортопедического лечения пациентов с полным отсутствием зубов с использованием протезов с опорой на дентальные внутрикостные имплантаты целесообразно в каждом конкретном случае проводить расчет и анализ им-плантационных систем с учетом индивидуальных особенностей строения челюсти пациента и клинической ситуации.

About the authors

Armen Eduardovich Kalamkarov

1State Budgetary Educational Institution of High Professional Education Tver State Medical Academy

Email: armenkalamkarov@mail.ru
170100, Tver, Russian Federation

Sh. Kh Saakian

Peoples’ Friendship University of Russia

117198, Moscow, Russian Federation

References

Supplementary files