ortho_eugene(inst)

@stomat_podcast

Загальноприйнято вважати, що опір ковзанню (RS - resistance to sliding), який створюється на стику дуги та брекета, впливає на силу, що передається на зуби. Відносна важливість статичного і кінетичного тертя, а також вплив тертя на анкораж є предметом дискусій. Було проведено багато досліджень для оцінки різних факторів, які впливають на тертя і, таким чином, нібито уповільнюють швидкість переміщення зубів.
Однак, релевантність цих досліджень викликає сумніви, оскільки використовувана методологія навряд чи моделює умови в ротовій порожнині.
Останнім часом дослідження дійшли висновку, що слід приділяти більше уваги зв'язуванню та насічці дуг, оскільки саме вони вважаються основними факторами, що сповільнюють рух зуба.
У цій статті розглядаються різні компоненти, що беруть участь в
RS (resistance to sliding), і фактори, що впливають на тертя.
В подальшому необхідно провести дослідницьку роботу, щоб запропонувати економічно ефективні альтернативи, спрямовані на зменшення тертя.

При використанні механіки прямої дуги в ортодонтії, опір ковзанню (RS), що виникає на межі дуги і брекета, значно впливає на характер сили, що передається на зуби. Вважається, що цей опір знижує ефективність ортодонтичних апаратів, отже, призводить до уповільнення руху зубів. Було проведено значну кількість досліджень, спрямованих на визначення джерел тертя і пошук засобів його зменшення.
Експериментально встановлено, що на тертя впливає конструкція апарату, жувальні сили та наявність слини.
Тертя в ортодонтії виникає в декількох точках контакту вздовж дуги. Розглянуто змінні, що впливають на тертя між компонентами незнімного апарату, до яких відносяться брекет, дуга, механізм лігування та біологічні фактори. Тертя визначається як сила (FR- Friction ), що протидіє руху, коли об'єкт рухається по дотичній до іншого. Коли дві поверхні, що контактують, ковзають одна проти одної, виникають декілька сил.

Компонента тертя (F) спрямована в тангенціальному напрямку до поверхонь, що контактують. Нормальна складова сили (N) спрямована перпендикулярно до контактуючих поверхонь. Сила тертя прямо пропорційна нормальній силі і описується рівнянням F = μN, де μ - коефіцієнт тертя.

Статичне та кінетичне тертя
(Static and Kinetic Friction )

Всі матеріали мають два коефіцієнти тертя: статичний і кінетичний. Ковзання між брекетом і дугою в ротовій порожнині відбувається з низькою швидкістю, як послідовність коротких кроків, а не як безперервний рух.
За таких умов різниця між статичним і кінетичним опором тертя є умовною, оскільки ці дві форми тертя динамічно пов'язані між собою. В ортодонтії зуб, здійснюючи ковзний рух по дузі, проходить багато циклів нахилів і випрямлень, переміщуючись на невеликі кроки. Тому ортодонтичний простір, змикання залежить більше від статичного тертя, ніж від кінетичного.
Всі поверхні є більш-менш нерівними, і фізичне пояснення тертя полягає в термінах істинної площі контакту, яка визначається нерівністю ( шорсткістю )
[Мал 1], і сили, з якою поверхні притискаються одна до одної.

Супротив ковзанню ( Resistance to Sliding )

Тертя - це лише невелика частина опору руху, оскільки брекет ковзає вздовж дуги. Kusy and Whitley розділили RS на три складові:
(1) тертя, статичне або кінетичне (FR), внаслідок контакту дуги з поверхнями брекета;
(2) зчеплення (BI - binding ), що виникає, коли нахиляються зуби або дуга згинаються, так що виникає контакт між дугою і кутами брекета [Малюнок 2].
Коли до брекета прикладається сила для переміщення зуба, нахилені зуби рухаються в напрямку сили, доки дуга не торкнеться кутів брекета, і не відбудеться зчеплення.

(3) Зазубрювання (NO - notching), коли відбувається постійна деформація дроту на кутовій поверхні між дугою і брекетом.
Це часто відбувається в клінічних умовах [Малюнок 3]. Рух зуба зупиняється, коли дуга з насічкою зачіпається за кут брекета, і відновлюється тільки тоді, коли насічка звільняється.

Внесок тертя, зчеплення та зазубрювання в RS ( Resistance to Sliding) можна найкраще зрозуміти, розглянувши три стадії активної фази руху зубів:

- Перша - це рання стадія ковзання, коли починають з'являється нахилення зубів і контакт дуги з кутом брекета; як тертя, так і зчеплення сприяють опору ковзанню: RS = FR + BI,

- На стадії 2 збільшується кут контакту між брекетом і дугою, коли зчеплення є основним джерелом опору, а тертя стає несуттєвим: RS = BI,

- На стадії 3, якщо кут контакту стає досить крутим, відбувається зазубрювання дроту, і тертя та зчеплення стають незначними: RS = NO.

Тертя та фіксація
(Friction and Anchorage)

Загальноприйнята думка стверджує, що ортодонт повинен прикладати додаткову силу для подолання тертя, результатом якого може бути підвищене анкерне навантаження і як наслідок, втрата анкерної фіксації.

Ця концепція спонукала нашу галузь до пошуку методів зменшення тертя і, як наслідок, зменшення потенціалу збільшення втрати анкерної фіксації.
Однак, Southard та ін. стверджують, що акцент на використанні брекетів зі зменшеним тертям (наприклад, самолігуючих) під час механіки ковзання для збереження бічної фіксації є невиправданим і базується більше на маркетингу брекетів, ніж на ортодонтичній біомеханіці. За його словами, якщо зуби можуть вільно ковзати по дузі, тертя між брекетами і дугою не збільшує навантаження на анкерну фіксацію.

Фактори, що впливають на тертя Vaughan et al. розглянули кілька змінних, які можуть прямо чи опосередковано впливати на рівень сили тертя між кронштейном і дротом, і вони перераховані нижче:
- Дуга
- Брекет
- Лігування
- Біологічні фактори.

Archwire, Kusy і Whitley описали вплив розміру дуги на тертя, описавши критичний кут контакту між дугою і прорізом брекета.
Зі збільшенням діаметру дуги вільний простір у пазу зменшується, а обсяг нахилу, необхідного для досягнення критичного кута контакту, зменшується.
Вони стверджують, що тертя є більшим у дуг більшого діаметру, оскільки критичний кут контакту досягається при меншій відстані між кінцями в брекеті. Крім того, що критичний кут контакту збільшує тертя, більші дуги є жорсткішими і існує більша ймовірність того, що проріз спричинить зазубрювання дроту.

Кілька досліджень показують, що прямокутні дроти створюють більше тертя, ніж круглі, але лише за певних обставин. Drescher et al, а також Frank and Nikolai виявили, що оклюзійно-ясенний розмір дроту є найбільш критичним розміром, що впливає на тертя. Вони виявили, що дріт 0,020" створює більше тертя, ніж дуга 0,019 × 0,025" при низьких і високих кутах. І навпаки, дріт 0,018" створює менше тертя, ніж дуга 0,017 × 0,025".
Вони стверджують, що тертя - це складна взаємодія між багатьма факторами, трьома з яких є оклюзійно-ясенний розмір, форма поперечного перерізу та жорсткість при згинанні.
Коли дуга з нержавіючої сталі (SS) протягується через брекет з SS, було визначено, що комбінація SS-SS створює найменший опір тертю. Дуга Elgiloy і NiTi створює більше тертя, ніж SS, але в аналогічних кількостях, в той час як титано-молібденові сплави (TMA) створюють найбільшу кількість тертя.
Frank and Nikolai продемонстрували, що при кутах нахилу брекета 6 і 10° дуга NiTi має менше тертя, ніж SS або Elgiloy. Вони пояснюють це різницею в жорсткості між NiTi та SS і Elgiloy. Вони стверджують, що модуль пружності Юнга для NiTi становить одну шосту значення іншого сплаву, тому ці два сплави зменшують нормальні сили на межі між брекетом і дугою при більших прогинах.
Kusy та ін. дослідили шість титанових дуг або дуг типу TMA (Beta III, Resolve, CNA, TMA, TMA з низьким коефіцієнтом тертя, іонно-імплантований TMA або TMAL, і TiMolium).
Вони дійшли висновку, що незалежно від того, відбувається зв'язування чи ні, опір тертя з'являється незалежно від обробки поверхні або іонної імплантації. Незважаючи на рекламу виробників, інші питання, наприклад, розмірні допуски, допуски, забезпечення якості та вартість можуть бути більш важливими, ніж обробка поверхні або опір тертя.

Брекет (Brackets)

Нержавіюча сталь є найпопулярнішим матеріалом в ортодонтії.
Kapila та ін. оцінили тертя між edgewise брекетами з нержавіючої сталі та ортодонтичними дугами з чотирьох сплавів (SS, Co-Cr, NiTi та B-Ti).

Середня сила тертя зі звичайними литими брекетами SS коливається від 40 до 336 g. Vaughan et al. порівняли фрикційні характеристики спечених брекетів SS зі звичайними. Вони дійшли висновку, що кінетичне тертя, яке створює спечена брекет-система SS, становить 45% від сили тертя, яку створює звичайна брекет-система SS. Зі збільшенням попиту на естетику в стоматології ортодонтичні постачальники розробляють брекети з різних матеріалів, які є більш естетичними, ніж SS. Для задоволення цього попиту виробляються керамічні, полікристалічні, монокристалічні алюмінієві та полікарбонатні брекети.
Крім того, доступні титанові брекети, які стверджують, що вони є більш біосумісними, ніж металокерамічні, в умовах ротової порожнини.
Kusy та ін. порівняли фрикційні характеристики SS і титанових брекетів. Вони дійшли висновку, що оптична шорсткість титанових брекетів була більшою, ніж у брекетів з нержавіючої сталі.

Що стосується коефіцієнта тертя, то титанові брекети мають перевагу порівняно з їхніми аналогами з нержавіючої сталі.
Керамічні брекети створюють майже вдвічі більше тертя порівняно з SS-брекетами. Щоб подолати підвищене тертя керамічних брекетів, деякі виробники вбудовують в керамічні брекети паз для SS-брекетів. Не було виявлено суттєвої різниці між SS брекетами та керамічними брекетами з SS прорізом.
В даний час доступні цирконієві брекети не пропонують значного покращення порівняно з алюмінієвими брекетами щодо їх фрикційних характеристик.

Сила тертя, що генерується керамічними брекетами з вставками з діоксиду кремнію, виявилася значно меншою, ніж у звичайних керамічних брекетів, і була еквівалентною силі, що генерується SS брекетами.

При SS способі лігування композитні брекети мали подібні рівні сили при тестуванні за допомогою SS-дротів. Враховуючи обидва способи лігування, було виявлено, що композитні брекети створюють найнижче тертя. На противагу цьому, брекети з SS і полікристалічної кераміки характеризувалися вищим рівнем тертя.
У механіці "Tip edge" діагональні клини брекетів видаляються [Зображення 4]. Така конструкція брекетів зменшує RS ( Resistance to Sliding ).
У механотерапії Begg надзвичайно вільне прилягання між круглою дугою і вузьким брекетом зменшує RS.
Дослідження, проведені для оцінки впливу ширини брекета і відстані між брекетами, дали суперечливі результати.
Tidy порівняв два розміри прорізу і виявив, що розмір прорізу не має суттєвої різниці у величині тертя.
Kusy і Whitley припускають, що лікарі повинні бути більш точними при початковому вирівнюванні і вирівнюванні з прорізом 0,018, оскільки це пов'язано з більшим потенціалом для зчеплення.

Лігування ( Ligation )

Iwasaki et al. використовуючи внутрішньоротовий пристрій, підрахували, що
31-54% загальної сили тертя, що створюється премолярним брекетом, який рухається вздовж дугоподібного дуги з металокераміки 0,019 × 0,025 дюйма, зумовлено тертям лігатури. Лігатури з нержавіючої сталі використовувалися повсюдно протягом більшої частини 20-го століття до появи еластомерних лігатур.
Frank і Nikolai порівняли два механізми лігування і виявили, що опір тертя збільшується, коли лігатура прикладає більшу силу до дроту. Вони виявили, що існує незначна різниця між еластомерною лігатурою і SS лігатурою, зав'язаною з силою 225 г.
Chimenti та ін. порівняли опір тертя, що спостерігається при використанні еластомерних лігатур різного розміру. Вони дійшли висновку, що не було суттєвих відмінностей між лігатурами малого та середнього розміру. Сила тертя, що створюється, виявилася на 13-17% більшою для еластомерів великого розміру.

Надзвичайно гладкі лігатури з полімерним покриттям були представлені в 2000 р. Виробники стверджували, що ці лігатури генерують меншу силу тертя, ніж звичайні еластомери. Стверджувалося, що модулі з полімерним покриттям створюють на 50% менше тертя, ніж всі інші методи лігування, окрім самолігуючих брекетів.
Однак, коли Griffiths et al. порівнювали різні комбінації брекетів і еластомерних модулів, були виявлені значні відмінності.
У всіх комбінаціях, окрім двох, круглі модулі мали найменший показник RS, прямокутні модулі - найбільший, а між ними знаходились супергладкі модулі. Нещодавно лігатури з тефлоновим покриттям почали використовувати з керамічними брекетами, щоб усунути естетичні проблеми, пов'язані з лігатурами SS, дугами та недоліками тертя прозорих еластомерів.
Була впроваджена нова система лігатури з низьким зусиллям, виготовлена зі спеціального медичного поліуретану, що значно зменшує тертя. Дуга може вільно ковзати, як у пасивній самолігуючому брекеті і, як стверджується, спричиняє менший дискомфорт для пацієнта.

Самолігуючі ( Self‑ligation )

Багато практикуючих лікарів наголошують на багатьох перевагах самолігуючих брекетів з тих пір, як Stolzenberg представив кріплення Russell у 1935 році.

Стверджується, що вони більш гігієнічні, більш ефективні під час коригування і навіть скорочують час лікування завдяки зменшенню тертя. За останні 10 років спостерігався вибух нових конструкцій самолігуючих брекетів та інтересу до них з боку ортодонтичної спільноти ( зображення 5 ).
Дебати про те, чи повинен самолігуючий брекет мати активний або пасивний механізм лігування, точаться з моменту його розробки. Прихильники активної кліпси стверджують, що вона забезпечує "самонаведення" на дріт при відхиленні, забезпечуючи більший контроль над апаратом.

Ті, хто виступає за пасивний зажим, стверджують, що в пристрої менше тертя під час ковзання, оскільки проріз забезпечує більше місця для дроту, і вони не створюють активної сили притискання. Коли невелика кругла дуга пасивно лежить в прорізі, самолігуючі брекети створюють значно менше тертя, ніж традиційні брекети. Конструкція самолігуючого механізму може впливати на тертя, коли зуби мають зміщення першого порядку. Крім того, зі збільшенням розміру дроту, тертя, що створюється активним брекетом, стає більшим, ніж тертя, що створюється його пасивним аналогом.

Біологічні фактори ( Biological factors )

Baker та ін. вивчали вплив слини на тертя і дійшли висновку, що слина людини зменшує силу тертя на 15-19%.
Однак Kusy та ін. припустили, що слина може діяти як мастило або клей, залежно від комбінації дуги і брекета. Вони також стверджують, що штучна слина є найменш ефективною рідиною для зменшення тертя в порівнянні з людською слиною і водою. Змінною, яка, ймовірно, відіграє певну роль в ортодонтичному терті, є сили оклюзії. Оскільки зуби контактують тисячі разів на день під час жування, розмови та ковтання, цілком ймовірно, що зуби та ортодонтичний апарат неодноразово рухаються один відносно одного.
Braun et al. додали випадкові зміни до брекета або дуги, щоб оцінити їх вплив на опір тертя. Вони виявили, що кожного разу, коли брекет або дуга постукували, опір тертя суттєво зменшувався до нуля. Вони дійшли висновку, що, хоча жувальні сили і зменшують опір тертя, вони роблять це непередбачувано і непослідовно.

Висновок

Питання про те, чи дійсно тертя є злом для ортодонтії, залишається відкритим для дискусій. Однак лікар повинен виходити за рамки тертя і усвідомлювати, що воно є лише невеликою частиною RS. Сучасні методики, що використовуються для вивчення впливу тертя на ортодонтичну біомеханіку, є неадекватними і погано моделюють умови в ротовій порожнині. Тільки вдосконалені методики можуть пролити більше світла на цю тему.

Автор
Наш телеграм
Наш інстаграм
Наш ютуб-канал

Подобається наша діяльність? Підтримайте нас

ДОНАТЕЛЛО - українська платформа для підтримки українського контенту

Ми робимо це без отримання будь-якої вигоди або винагороди.

Твоя підтримка допоможе нам продовжувати надавати цей сервіс безкоштовно та покращувати його для всіх користувачів.

Дякуємо за вашу підтримку. 🙏🙏🙏