KAUNO MEDICINOS UNIVERSITETAS
Gaivilė Pileičikienė
ŢMOGAUS KRAMTYMO SISTEMOS
BIOMECHANINIO MODELIO SUKŪRIMAS
IR TAIKYMAS DANTŲ PROTEZAVIMUI
Daktaro disertacija
Biomedicinos mokslai, odontologija (08 B)
Disertacija rengta 2001–2007 metais Kauno medicinos universitete
Mokslinis vadovas
doc. dr. Algimantas Šurna (Kauno medicinos universitetas, biomedicinos mokslai, odontologija – 08 B)
Konsultantas
TURINYS
ĮVADAS... 5
1. LITERATŪROS APŢVALGA ... 9
1.1. Ţmogaus kramtymo sistemos anatominės struktūros ir jų biomechanika ... 9
1.1.1. Ţandikauliai ir kaukolės kaulai ... 10
1.1.2. Kramtymo raumenys ... 11
1.1.3. Smilkininis apatinio ţandikaulio sąnarys ... 15
1.1.4. Dantys ir dantų lankai ... 17
1.1.5. Periodontas ... 23
1.2. Kramtymo sistemos biomechanikos tyrimo metodai ... 30
1.2.1. Sukandimo ir kramtymo jėgų bei jų vektorių vertinimas ... 31
1.2.2. Kramtymo spaudimo pasiskirstymo dantų atraminiuose audiniuose vertinimas ... 38
1.2.3. Įtempimų analizės metodai ... 45
1.2.4. Biologinių struktūrų matematinis modeliavimas ir jo taikymas odontologijoje ... 47
2. TYRIMO MEDŢIAGA IR METODAI ... 54
2.1. Kramtymo sistemos kietųjų dalių geometrijos nustatymas ... 54
2.1.1. Kaulinių paviršių ir dantų geometrijos nustatymas ... 54
2.1.2. Dantų lankų geometrijos nustatymas ... 56
2.2. Trimačių geometrinių modelių kūrimas ... 56
2.3. Skaičiuojamojo modelio sudarymas ... 57
2.4. Skaitiniai eksperimentai ... 57
2.4.1. Įtempimų pasiskirstymo smilkininio apatinio ţandikaulio sąnario diskuose įvairiomis okliuzijos sąlygomis tyrimai ... 58
2.4.2. Vedančiojo danties geometrinės formos įtakos funkcinių jėgų pasiskirstymui tyrimai ... 60
3. DARBO REZULTATAI ... 66
3.1. Kramtymo sistemos kietųjų dalių geometrijos nustatymas ... 66
3.1.1. Kaulinių paviršių ir dantų geometrijos nustatymas ... 66
3.1.2. Dantų lankų geometrijos nustatymas ... 67
3.2. Trimačių geometrinių modelių sukūrimas ... 72
3.3. Skaičiuojamojo modelio sudarymas ... 80
3.4. Skaitiniai eksperimentai ... 88
3.4.2. Vedančiojo danties geometrinės formos įtakos funkcinių jėgų pasiskirstymui
tyrimai ... 94
IŠVADOS ... 109
BIBLIOGRAFIJOS SĄRAŠAS ... 110
ĮVADAS
Ţmogaus kramtymo sistema sudaryta iš daugelio labai sudėtingos formos ir skirtingos funkcinės paskirties struktūrų. Tarpusavyje glaudţiai susijusių aktyvių ir pasyvių struktūrų veikla, reguliuojama centrinės nervų sistemos, leidţia atlikti didelės galios sudėtingus ir labai tikslius, kiekvienam individui būdingus kramtymo judesius. Kramtymo raumenų jėgos sukelia kramtymo spaudimą, lemiantį maisto susmulkinimą ir apatinio ţandikaulio padėtį rijimo metu bei jų poveikyje susidariusių apkrovų perdavimą dantims ir jų atraminėms struktūroms. Funkcijos metu visuose kramtymo sistemos audiniuose vyksta momentiniai biomechaniniai pokyčiai, normos atveju lemiantys sistemoje veikiančių jėgų pusiausvyrą. Gyvo organizmo struktūros kitimams būdinga priklausomybė nuo genetiškai uţkoduotos jos paskirties, realiai atliekamos atitinkamos ar struktūrai nepriimtinos funkcijos. Funkcinių jėgų įtaka struktūriniams pokyčiams yra ţenkli ir vienu atveju gali būti tikslingai naudojama gydymo tikslams (ortodontijoje), kitu atveju gali sukelti negrįţtamus kramtymo sistemos destrukcinius pokyčius. Siekiant nustatyti, valdyti ir perskirstyti kramtymo sistemoje kylančius įtempimus, reikia ţinoti veikiančias jėgas, jų vektorius bei tomis jėgomis veikiamų struktūrų biomechanines savybes. Šios ţinios ypač svarbios, kai dėl įvairių prieţasčių atsiradus vedančiųjų dantų okliuzinių paviršių, dantų erdvinės padėties ar dantų eilių defektams pakinta kramtymo spaudimo pasiskirstymas dantų atraminiuose audiniuose ir sutrinka kramtymo funkcijos neuroreguliavimas. Siekiant išvengti nepageidaujamų padarinių, taikomas atstatomasis bei ortopedinis gydymas, t. y., okliuzinių paviršių korekcija ar dantų protezavimas. Dantų atstatomąjį gydymą ir protezavimą apsunkina tai, kad kramtymo sistemoje susidarančios sudėtingos daugiaelementės funkcinės ir parafunkcinės jėgos sukelia labai sudėtingas struktūrines burnos audinių reakcijas. Ţinios apie kramtymo sistemoje veikiančių jėgų pasiskirstymą ir susidarančius įtempimus įgalina prognozuoti galimas komplikacijas, gydymo metodų efektyvumą bei suteikti rekomendacijas jų patobulinimui.
kramtymo sistemos dalys ar dantų protezai bei implantai, todėl nepakankamai įsigilinta į visos kramtymo sistemos veiklą. Be to, daugelyje apţvelgtų darbų mechaninės biologinių audinių savybės vertintos kaip homogeninės ir linijinės, pernelyg supaprastinta kramtymo raumenų veikla, sukurti modeliai pasiţymėjo gana netikslia geometrija. Visa tai neleido pakankamai tiksliai įvertinti realių ţmogaus kramtymo sistemoje vykstančių mechaninių pokyčių. Šiame darbe norima pabrėţti, kad tiriant kramtymo sistemos biomechaninę elgseną reikia įvertinti ne tik mechaninius pokyčius atskiruose sistemos elementuose, bet ir jos dedamųjų dalių tarpusavio sąveiką. Sprendţiant problemą visą sistemą vaizduojančiame modelyje, netiesioginių eksperimentų sąlygas galima labiau priartinti prie fiziologinių, nei atliekant tyrimus sritiniuose modeliuose. Todėl šiame darbe buvo sukurtas pilnas realaus ţmogaus kramtymo sistemą vaizduojantis trimatis matematinis modelis, įgalinantis išsamiau išnagrinėti ţmogaus kramtymo sistemos mechanines savybes bei sąveikas, tiriant jį visumoje, t. y. kaip biomechaninę konstrukciją.
Kramtymo funkcijos efektyvumui lemiamą reikšmę turi dantų okliuzinių paviršių geometrinė forma, erdvinė padėtis dantų lankuose bei atraminių struktūrų būklė. Dantų okliuzinių paviršių forma lemia tinkamą kramtymo spaudimo perdavimą atraminėms struktūroms ir normalią kramtymo raumenų bei smilkininių apatinio ţandikaulio sąnarių veiklą. Shannon Owens‘o [173], Pierre Bourdiol‘o [34], Mei–Qing Wang‘o [236] ir kitų tyrėjų darbuose pastebėta, kad labiau gilintasi į dantų okliuzinių paviršių formos ir kramtymo efektyvumo bei smilkininio apatinio ţandikaulio sąnario veiklos sąryšį. Tuo tarpu dantų vedančiųjų gumburų geometrinės formos įtaka funkcinių jėgų pasiskirstymui kramtymo sistemos dedamosiose dalyse dar maţai nagrinėta. Todėl šiame darbe taikant baigtinių elementų metodą buvo tiriama įvairių sukandimo tipų ir dantų vedančiųjų paviršių formos įtaka funkcinių jėgų ir įtempimų pasiskirstymui kramtymo sistemos dedamosiose dalyse.
Darbo tikslas – sukurti tiriamojo ţmogaus kramtymo sistemos trimatį matematinį modelį, kuriame, imitavus planuojamo dantų ortopedinio gydymo klinikinę situaciją, būtų galima ištirti funkcinių ir patologinių jėgų bei įtempimų pokyčius visose kramtymo sistemos dalyse ir nustatyti jų racionaliausią persiskirstymą atitinkamai adaptuojant ortopedinio gydymo planą.
Darbo uţdaviniai:
2. Ištirti sukurto visos kramtymo sistemos trimačio matematinio modelio veiksmingumą, analizuojant įtempimų pasiskirstymą smilkininio apatinio ţandikaulio sąnario diskuose įvairiomis okliuzijos sąlygomis.
3. Ištirti sukurto kramtymo sistemos trimačio modelio efektyvumą, vertinant vedantįjį dantį veikiančias jėgas, pasikeitus jo geometrinei formai.
Tyrimo medţiaga ir metodai. Tyrimo medţiaga – vienas 20 metų amţiaus vyriškos lyties lavonas be kramtymo sistemos struktūrinių paţeidimų bei gipsiniai viršutinio ir apatinio dantų lankų modeliai, pagaminti pagal tiriamojo lavono alginatinius dantų lankų atspaudus. Kramtymo sistemos kietųjų audinių geometriniai parametrai nustatyti galvos daugiapjūvės spiralinės kompiuterinės tomografijos skenavimu (Light Speed Pro 16, General Electric, USA). Dantų lankų geometrijos nustatymui naudotas specializuotas trimatis skeneris (autorius – prof. R. Šurna, KTU, Lietuva). Trimatis geometrinis modelis sukurtas taikant Image Pro Plus 5.1 (Media Cybernetics, USA) ir Imageware 11 (Electronic Data Systems Corporation, USA)programinę įrangą. Trimačio skaičiuojamojo modelio sudarymui ir įtempimų bei jėgų analizei taikyta programinė įranga LS– DYNA 970 (Livermore Software Technology Corporation, USA), pagrįsta baigtinių elementų metodu.
Mokslinis naujumas. Sukurta originali hibridinė metodika tiriamo ţmogaus pilnam kramtymo sistemos trimačiui geometriniam modeliui sudaryti. Ja remiantis suformuotas kompleksinis trimatis skaičiuojamasis realaus ţmogaus kramtymo sistemos modelis. Gauto modelio aktyviųjų paviršių tikslumas 50 mikrometrų. Modelio veiksnumas įrodytas tiriant įtempimų pasiskirstymą smilkininio apatinio ţandikaulio sąnario diskuose įvairiomis sukandimo sąlygomis ir nustatant vedančiojo danties geometrinės formos įtaką funkcinių jėgų persiskirstymui kramtymo sistemos dedamosiose dalyse.
Darbo praktinė vertė. Taikant hibridinę modeliavimo metodiką, ţenkliai sumaţinta efektinė tiriamojo apšvitos dozė (nuo 3,78 iki 0,97 mSv) ir sukurtas aukšto tikslumo (50 mikrometrų) pilnas kramtymo sistemos trimatis matematinis modelis, pakankamai veiksnus vertinant okliuzijos įtaką įtempimų pasiskirstymui sąnariniuose diskuose bei minimalių (0,3 mm) okliuzijos balansavimo paklaidų įtaką funkcinių jėgų persiskirstymui sistemos elementuose.
Aprobacija. Pagrindiniai darbo rezultatai buvo paskelbti ir svarstyti:
1. Tarptautinėse konferencijose „Biomedicininė inţinerija“, Kaunas, KTU, 2003, 2006; 2. Tarptautinėje konferencijoje „The 2nd Baltic Scientific Conference of Dentistry“, Latvija,
Publikacijos. Pagrindiniai darbo rezultatai skelbti:
1. Straipsnyje „A three–dimensional model of the human masticatory system, including the mandible, the dentition and the temporomandibular joints“, „Stomatologija, Baltic Dental and Maxillofacial Journal“, 2007, Vol. 9, No. 1;
2. Straipsnyje „Finite element analysis of stresses in the maxillary and mandibular dental arches and TMJ articular discs during clenching into maximum intercuspation, anterior and unilateral posterior occlusion“, „Stomatologija, Baltic Dental and Maxillofacial Journal“, 2007, Vol. 9, No. 4.
Darbo struktūra. Darbą sudaro įvadas, 3 skyriai, išvados, bibliografijos ir publikacijų sąrašai. Disertacijos apimtis 123 puslapiai. Joje yra 41 paveikslas ir 15 lentelių.
Pirmame skyriuje, remiantis apţvelgta literatūra, pateikiamas ţmogaus kramtymo sistemos elementų sandaros ir funkcijos ryšio biomechaninis įvertinimas; aptariami literatūros šaltiniuose pristatyti kramtymo sistemos biomechanikos tyrimo metodai ir jų rezultatai; pristatomos biologinių struktūrų matematinio modeliavimo galimybės ir jo taikymas odontologijoje.
Antrame skyriuje aprašomi darbo medţiaga ir metodai, vartoti kramtymo sistemos kaulinių dalių ir dantų lankų geometrijos nustatymui; pristatoma hibridinė trimačių geometrinių modelių kūrimo metodika; aprašomas visą kramtymo sistemą vaizduojančio skaičiuojamojo modelio sukūrimas; pristatomos skaitinių eksperimentų, atliktų siekiant patikrinti sukurto biomechaninio kramtymo sistemos modelio veiksmingumą, sąlygos.
1. LITERATŪROS APŢVALGA
Ţmogaus kramtymo sistema sudaryta iš daugelio labai sudėtingos formos ir skirtingos prigimties struktūrų. Tarpusavyje glaudţiai susijusių aktyvių ir pasyvių struktūrų veikla, reguliuojama centrinės nervų sistemos, leidţia atlikti sudėtingus ir labai tikslius, kiekvienam individui būdingus kramtymo judesius. Kramtymo raumenų susitraukimo metu išvystomos jėgos sukelia kramtymo spaudimą, lemiantį maisto susmulkinimą bei dantų atraminių audinių apkrovimą. Kramtymo metu visuose kramtymo sistemos audiniuose vyksta momentiniai ir ilgalaikiai mechaniniai pokyčiai, lemiantys sistemoje veikiančių jėgų funkcinę pusiausvyrą.
Šiame skyriuje aprašomas ţmogaus kramtymo sistemos elementų struktūros ir funkcijos ryšio bei joje veikiančių jėgų biomechaninis įvertinimas, aptariami literatūros šaltiniuose pristatyti ţmogaus kramtymo sistemos biomechanikos tyrimo metodai ir jų rezultatai, pristatomos biologinių struktūrų matematinio modeliavimo galimybės ir jų pritaikymas odontologijoje.
1.1.1. Ţandikauliai ir kaukolės kaulai
Ţmogaus kramtymo sistemoje veikia dvi kaulinės dalys: kaukolė su viršutiniu ţandikauliu ir apatinis ţandikaulis. Stabilioji dalis – kaukolė – sudaryta iš palyginti plonų, kreivų, tačiau vientisų sienelių su kauliniais kontraforsais, išsidėsčiusiais tose zonose, kur reikalingas maksimalus tvirtumas, uţtikrinantis atramą ir krūvio paskirstymą. Tarpusavyje susijungusių smegeninės kaukolės dalies „pusrutulinė“ forma ir veidinės dalies sekcijinė akyta struktūra uţtikrina visos kaukolės tvirtumą ir atsparumą deformacijoms bei lūţiams. Kramtymo metu susidarančios jėgos perduodamos per viršutinį dantų lanką ir viršutinį ţandikaulį į atramines kaukolės struktūras, kur jėgos perskirstomos, sugeriamos, sumaţėja ir išnyksta. Priekinėje dantų lanko dalyje esantys vienašakniai dantys ir šoninių dantų skruostinės šaknys nukreipia kramtymo jėgas tiesiogiai į veidinės kaukolės dalies išorines sienas ir kaukolės skliautą. Gomurinės šoninių dantų šaknys nukreipia jėgas tiesiogiai į veidinės kaukolės dalies vidines sienas ir kietąjį gomurį. Visi viršutiniai dantys yra palinkę įstriţine kryptimi, todėl viršutinis dantų lankas suformuoja palyginti stabilią funkcinės sistemos dalį. Kadangi viršutinio ţandikaulio esminė funkcija yra ne kramtymo jėgų sugėrimas, o jų perdavimas kaukolės kaulams, jo kaulinėje struktūroje vyrauja trabekulinis (akytasis) kaulas, išsidėstęs atitinkamai funkcinio spaudimo krypčiai ir suformuojantis kaulinius kontraforsus. Viršutinio ţandikaulio alveolinę ataugą dengiantis kompaktinis (tankusis) sluoksnis yra plonas, sustorėjantis tik gomurinėje pusėje ir ties skruostikaulio pagrindu. Alveolinėje ataugoje vyrauja akytasis kaulas, pritaikytas šaknų palaikymui ir okliuzinių jėgų perdavimui į viršų, link kaukolės kaulų.
dantų lankui. Skirtingai nei kitos ţandikaulio ataugos, alveolinė atauga formuojasi besivystant dantims ir sunyksta jų netekus. Šoninių dantų srityje alveolinės ataugos lankas yra siauresnis uţ ţandikaulio kūną. Toks išsidėstymas leidţia apatinio ţandikaulio šoniniams dantims pilnai kontaktuoti su antagonistais, be to, uţtikrina reikalingą erdvę audiniams, esantiems ţemiau jų, t. y., lieţuvio pagrindui, virš polieţuvinio kaulo esantiems raumenims ir seilių liaukoms. Šoninių dantų šaknų viršūnės išsidėstę atitinkamai kauliniam apatinio ţandikaulio išsikišimui, ir yra arčiau skruosto, nei dantų vainikai, todėl apatinių šoninių dantų išilginės ašys beveik atitinka ţandikaulio šoninių judesių kryptis kramtymo metu. Alveolinės ataugos – tai ţandikaulių dalys, kurios suformuoja dantines duobutes dantų šaknims. Alveolinis kaulas sudarytas iš dviejų sluoksnių: tankiojo kaulo, dengiančio ţandikaulį ir akytojo kaulo, esančio ţandikaulio viduje. Akytasis kaulas sudarytas iš porėtų trabekulių, kurias dengia tankus ir kietas kompaktinis (tankusis) kaulas. Tankiojo ir akytojo kaulo mechaninės savybės yra skirtingos ir priklauso nuo įvairių biologinių (lytis, amţius, fiziologinių funkcijų aktyvumas ir patologiniai pakitimai kauliniame audinyje) ir mechaninių (veikiančios jėgos trukmė, kryptis ir kt.) veiksnių. Ţandikaulių alveolinės ataugos pasiţymi remodeliavimo (atsistatymo) galimybėmis, siekiančiomis iki 20 proc. per metus [188].Yra pripaţinta, kad kaulą veikiantis mechaninis spaudimas turi įtakos kaulo apimčiai ir struktūrai, nes būtent jis lemia kaulo remodeliavimo procesus. Todėl pastovus ir tinkamai orientuotas mechaninis krūvis yra būtinas normaliam kaulinio audinio funkcionavimui. Tyrimuose su ţmonėmis ir gyvūnais nustatyta, kad kramtymo funkcijos praradimas sukelia ţandikaulių kaulinio audinio tankio sumaţėjimą; o ţandikaulio tankiojo ir akytojo kaulo tankio padidėjimas, kaip prisitaikomasis atsakas į kramtymo metu kylančius įtempimus, būdingas ne tik kramtymo raumenų prisitvirtinimo vietose, bet ir alveoliniame kaule krūminių dantų srityje [191]. Tokie duomenys leidţia teigti, kad tam tikras mechaninis spaudimas, tenkantis dantų okliuziniams paviršiams ir perduodamas į alveolinį kaulą, yra būtinas homeostazės kaulinėje sistemoje susiformavimui ir palaikymui. Apatinis ţandikaulis pasiţymi tam tikru elastingumu, dėl kurio vyksta horizontalus ir vertikalus kaulo linkimas, stebimas maksimaliai išsiţiojus. Tuomet, kai stipriausiai susitraukia abiejų pusių šoniniai sparniniai raumenys, ţandikaulio kūnas, tuo pačiu ir dantų lankas, susiaurėja. Šios deformacijos apimtis apie 0,05–0,1 mm šoninių dantų srityje [88]. Manoma, kad apatinio ţandikaulio, panašiai kaip ir ilgųjų kaulų, elastingumas suteikia slopintuvo efektą, galimai apsaugantį nuo staigių smūginių išorinių ar vidinių jėgų.
1.1.2. Kramtymo raumenys
nuleidţiančiuosius, išstumiančius į priekį, traukiančius atgal bei atliekančius šoninius ţandikaulio judesius. Apatinį ţandikaulį kelia kramtomieji ir vidiniai sparniniai raumenys bei smilkininių raumenų priekinės dalys. Ţandikaulį nuleidţia virš polieţuvinio kaulo esantys dvipilviai, smakriniai ir malamieji polieţuvio raumenys. Veikdami kartu keliantieji raumenys bei šoninių sparninių raumenų apatinės galvos išstumia apatinį ţandikaulį į priekį. Atgal jį patraukia abiejų smilkininių raumenų galinių dalių ir virš polieţuvinio kaulo esančių raumenų susitraukimai. Šoninius ţandikaulio judesius sukelia suderinta keliančiųjų, darbinėje pusėje – traukiančių atgal (smilkininio raumens galinės dalies) bei priešingoje pusėje – išstumiančių pirmyn (šoninio sparninio) raumenų veikla. Tam tikri šoninių sparninių raumenų viršutinių galvų pluoštai stabilizuoja sąnarinį diską šoninių bei priekinių apatinio ţandikaulio judesių metu. Neţiūrint to, kad kiekvienas raumuo pasiţymi specifinėmis savybėmis, susijusiomis su jo padėtimi ir funkcija, ţmogaus kramtymo raumenys daţniausiai veikia kaip darnus ansamblis, kuriame vienu metu aktyvuojamos dvi, trys ar daugiau raumenų grupių, išsidėsčiusių abiejose kūno pusėse [152]. Kramtymo raumenis valdo galvinių nervų V poros trišakis nervas (n. trigeminus), o sudėtingą jų veiklą kontroliuoja centrinė nervų sistema (CNS), kuri remiasi grįţtamuoju ryšiu iš įvairių burnos viduje ir išorėje esančių sričių. Šis ryšys padeda CNS parinkti konkrečiam judesiui reikalingus raumenis, reguliuoti jų susitraukimo stiprumą ir trukmę [141]. Nė vienas iš kramtymo raumenų nėra lygiagretus apatinio ţandikaulio judesio krypčiai. Visi jie pasvirę tam tikru kampu iš jų kylančios jėgos ar judesio atţvilgiu. Toks raumenų išsidėstymas ir pakrypimas suteikia CNS pasirinkimą iš daugybės variantų, galinčių uţtikrinti atitinkamą funkciją. Net jeigu kramtymo raumenys būtų paprastos struktūros, lygiagrečiomis skaidulomis ir turėtų maţus prisitvirtinimo plotus, ir tokiu atveju skirtingus jų įtempimo sukeltus vektorius galima būtų derinti norint pasiekti įvairius apatinio ţandikaulio judesių ir kramtymo spaudimo šablonus. Tuo tarpu tikrovėje kramtymo raumenys turi didelius prisitvirtinimo plotus ir sudėtingą vidinę struktūrą. Dėl to CNS turi dar daugiau galimybių, nes didelio skerspjūvio raumenys gali išvystyti didesnę jėgą, o atskirai aktyvinant skirtingose to paties raumens srityse esančias skaidulas galima sukelti patobulintus, subtilius susitraukimus.
biomechaninių savybių ir nuo konkrečios kramtymo uţduoties. Tyrimais nustatyta, kad netgi atskiro raumens skirtinguose sluoksniuose išsidėsčiusių motorinių vienetų funkcinės ypatybės skiriasi priklausomai nuo kramtymo jėgos dydţio ir krypties [163]. Manoma, kad CNS, esant normalioms aplinkybėms, parenka efektyviausią raumenų įsitempimų vektorių derinį, pasiekiamą atskirai aktyvuojant kiekvieno raumens atskiras dalis.
Susitraukdami kramtymo raumenys sukelia įtempimus, vadinamus absoliučiąja raumenų jėga. Jos dydis apskaičiuojamas padauginus raumens fiziologinį skerspjūvio plotą iš lyginamosios jėgos (Vėberio koeficientas). Remiantis Vėberiu (Weber) raumuo, kurio skersinis pjūvis 1 cm², susitraukdamas gali sukelti 100 N jėgą [254]. Biomedicininiais vaizdų gavimo metodais nustatyti tokie kramtymo raumenų skerspjūviai: kramtomojo raumens – 5 cm², vidinio sparninio raumens – 3,5 cm², smilkininio raumens – 5 cm², šoninio sparninio raumens – 4 cm² [239]. Absoliučioji raumenų, keliančių ţandikaulį vienoje pusėje, jėga bus lygi 1950 N, o bendroji raumenų jėga bus lygi 3900 N. Tačiau tokie skaičiavimai nėra tikslūs, nes į kramtomųjų raumenų sudėtį įeina pluoštai, išsidėstę kampu vienas į kitą. Tuomet, susitraukiant dviems pluoštams, suminė jėga bus lygi ne jų aritmetinei sumai, o jėgų atstojamajai. Absoliučioji kramtymo raumenų jėga yra paveldėta iš mūsų protėvių, kurių vartotam maistui sukramtyti reikėjo didelių pastangų. Šiuolaikinis ţmogus tokios jėgos nenaudoja. Šiuolaikiniais tyrimų metodais nustatyta, kad maksimali raumens išvystoma jėga yra 30–40 N/cm² [120, 126]. Tokios apytikrės reikšmės naudojamos biomechaniniuose tyrimuose, nustatant įtempimų vektorius. Biomechaniniu poţiūriu svarbus ne tik jėgos dydis, bet ir jos kryptis, nes nuo jos priklauso svertų, susidarančių apie atramos tašką (SAŢ sąnarį), pečiai. Įvairūs tyrėjai bandė nustatyti kramtymo jėgų vektorių kryptis. Apytikriai matavimai buvo atlikti sausose kaukolėse [23], in vitro [184], remiantis cefalometrinėmis rentgenogramomis [96] ir taikant biomedicininį vaizdų gavimą [89, 123]. Visi šie tyrimai suteikė geriausiu atveju apytikrius duomenis, nes labai abejotina ar galima priskirti vieną vektorių vienam raumeniui, turint omenyje jo vidinės struktūros sudėtingumą. Kramtymo raumenų veiklos efektyvumas priklauso ne tik nuo jų erdvinio išsidėstymo kaulinių struktūrų atţvilgiu, bet ir nuo raumenų vidinės sandaros. Raumens susitraukimo jėgą ir greitį lemia jo sarkomerų ilgis; o maksimalūs konkretaus raumens darbas, jėgos bei susitraukimo laipsnis tiesiogiai priklauso nuo erdvinio matmens tūrio, fiziologinio skerspjūvio ploto ir skaidulų ilgio, atitinkamai. Ištyrus tokias vidinės raumenų sandaros charakteristikas kaip sarkomerų ilgis, raumenų masė, skaidulų ilgis, nuokrypio kampas bei fiziologinis skerspjūvis, buvo nustatyta, kad apatinį ţandikaulį keliantieji raumenys pasiţymi tokiomis struktūrinėmis savybėmis, kurios uţtikrina kramtymo spaudimo gamybą, o ţandikaulį nuleidţiančių raumenų vidinė struktūra geriau pritaikyta sukelti ţandikaulio poslinkį ir įtakoti judesio greitį [231].
ţandikaulio judesį ir jį dar įmanoma tęsti, pasipriešinimo vietose susidarę dinaminės reakcijos jėgos suformuoja tolimesnį judesį. Šia analogija verta remtis, analizuojant kramtymo raumenų ir kaukolės kaulinių struktūrų funkcinę sąveiką [88].
1.1.3. Smilkininis apatinio ţandikaulio sąnarys
Smilkininį apatinio ţandikaulio (SAŢ) sąnarį sudaro: apatinio ţandikaulio sąnarinė galvutė, smilkinkaulio sąnarinė duobė, sąnarinis diskas, kapsulė ir raiščiai. Šių sąnarių elementų formą ir išsidėstymą lėmė sudėtinga sąnario veikla. SAŢ sąnario sandara leidţia atlikti sudėtingus apatinio ţandikaulio judesius, uţtikrina ţandikaulio stabilizavimą bei svertų sistemos veikimą. Pagal funkciją SAŢ sąnarys yra derintinis, nes kairės ir dešinės pusės sąnariniai elementai funkcijos metu veikia kartu, suderintai, tačiau biomechaniniai reiškiniai juose gali būti vienodi arba skirtingi, tai priklauso nuo apatinio ţandikaulio judesio pobūdţio. Kadangi galimi apatinio ţandikaulio pakėlimo ir nuleidimo, išstūmimo ir atitraukimo, šoniniai bei kombinuoti judesiai, todėl kiekvienos pusės sąnaryje galimi tiek sukamieji (rotaciniai), tiek slenkamieji (transliaciniai) judesiai. Simetriškų judesių metu, kai atliekami vertikalūs ar sagitaliniai ţandikaulio judesiai, abiejų pusių sąnariuose vienu metu vyksta beveik tapatūs judesiai. Nesimetriškų, t. y., šoninių ir kombinuotų šoninių su priekiniais, judesių metu abu sąnariai veikia tuo pat metu, tačiau sukamieji ir slenkamieji judesiai dešinėje ir kairėje pusėse vyksta skirtingu laiku, skirtingomis amplitudėmis bei deriniais.
galinėje disko dalyje [46]. Atlikus dvimačio matematinio kramtymo sistemos modelio vektorinę analizę, nustatyta, kad stabiliausia įtempimų pusiausvyra sąnariuose susidaro, kai sąnarinė galvutė su sąnariniu disku remiasi į priekinę viršutinę sąnarinės duobės dalį, t. y., į sąnarinio gumburėlio distalinį šlaitą, o ši padėtis būdinga centrinei okliuzijai [185]. Tyrinėjant sąnario elementų biomechaniką ilgai trunkančio sukandimo metu, nustatyta, kad didţiausi įtempimai susidaro ne tik disko centrinėje bei šoninėje dalyse, bet ir retrodiskiniame (uţ disko esančiame) jungiamajame audinyje [94]. Tiriant SAŢ sąnarį veikiančias jėgas kramtymo metu, nustatyta, kad didesnės suspaudimo jėgos susidaro balansuojančios pusės sąnaryje, o darbinės pusės sąnarys patiria maţesnį spaudimą [159]. Šiuos duomenis patvirtino ir SAŢ sąnario biomechanikos tyrimai dinaminės stereometrijos metodu [175].
proprioreceptorių, todėl jie atlieka svarbų vaidmenį apatinio ţandikaulio judesių nerviniame reguliavime.
1.1.4. Dantys ir dantų lankai
Biomechaniniu poţiūriu dantis galima vertinti kaip sudėtingos geometrinės formos trimačius objektus, veikiamus įvairių krypčių ir dydţių kramtymo jėgų. Dantų anatominė sandara tarnauja jų atliekamai funkcijai – kuo efektyviau susmulkinti maistą. Dantų gumburai, vagelės, duobelės, voleliai yra tokios formos, kuri leidţia atlikti kompleksą sudėtingų kramtymo judesių, išlaikant maksimalų dantų kontaktą su antagonistinio ţandikaulio dantimis. Proksimalinių dantų kontaktų paskirtis – stabilizuoti dantų lanką. Jie uţtikrina dantų lanko vientisumą ir apsaugo dantis nuo migracijos. Kai kramtymo metu dantys kontaktuoja su antagonistais, jie truputį pasislenka dėl kramtymo spaudimo, tačiau nepertraukiami dantų lanko kontaktai veikia kaip krūvio dalintojas bei slopintuvas ir išlaiko dantis jiems būdingoje padėtyje. Abiejuose ţandikauliuose išsidėstę dantys sudaro viršutinį ir apatinį dantų lankus. Viršutinis dantų lankas yra didesnis uţ apatinį. Jo dantys pakrypę į lūpų ir skruostų pusę. Apatinio lanko dantys pakrypę į lieţuvio pusę. Toks dantų išsidėstymas lemia normalų sukandimą – abiejų ţandikaulių krūminiai dantys susiglaudţia kramtomaisiais paviršiais, o viršutinio ţandikaulio priekiniai dantys uţeina iš priekio ant apatinių. Dantų išsidėstymo pobūdį bei dantų ir smilkininių apatinio ţandikaulio sąnarių anatominę formą lemia genetinis prisitaikymas prie maitinimosi įpročių. Pavyzdţiui, ţolėdţių gyvūnų krūminių dantų kramtomieji paviršiai yra plokšti, geriausiai pritaikyti ţolės trynimui, jų sąnariniai paviršiai taip pat yra plokšti, nes kramtymo judesiai atliekami tik horizontalioje plokštumoje; plėšrūnų krūminiai dantys turi smailius ir aukštus gumburus, kurie efektyviai drasko mėsą, o jų ţandikauliai juda daugiausiai vertikalioje plokštumoje. Tuo tarpu ţmogaus, mintančio įvairios kilmės maistu, krūminiai dantys turi ţemus gumburus, pritaikytus maisto smulkinimui, o sąnariniai paviršiai yra sudėtingos formos, leidţiančios atlikti kramtymo judesius tiek horizontalioje, tiek vertikalioje plokštumose.
Sveikų suaugusių tiriamųjų dantų lankuose nustatytas okliuzinių kontaktų plotas maksimalios interkuspidacijos metu svyravo nuo 0,5 iki 2,0 cm². Didţiausias okliuzinių kontaktų daţnis pastebėtas pirmuose ar antruose krūminiuose dantyse [125]. Išmatavus okliuzinių kontaktų plotą ir jų pasiskirstymą sveikuose dantų lankuose, nustatytos tokios vidutinės reikšmės: bendras kontaktų plotas 13,1 mm²; priekiniuose dantyse – 1,5 mm²; prieškrūminiuose dantyse – 1,6 mm²; krūminių dantų srityje – 10 mm², iš jų 4,5 mm² teko pirmiesiems, o 5,5 mm² – antriesiems krūminiams dantims [211]. Siekiant nustatyti okliuzinių kontaktų ploto ir kramtymo efektyvumo ryšį, šie parametrai buvo tiriami fiziologinius ir patologinius sąkandţius turinčių ţmonių grupėse, ir nustatyta, kad normaliuose sąkandţiuose okliuzinių kontaktų plotas ir kramtymo efektyvumas buvo reikšmingai didesni, nei patologiniuose sąkandţiuose. Šie tyrimų duomenys leidţia teigti, kad okliuzinių kontaktų plotas tiesiogiai susijęs su kramtymo efektyvumu [173].
simptomai pasireiškia tik tada, kai dėl įvairių prieţasčių sumaţėja asmens prisitaikymo galimybės, arba kai sąnarius veikiančios jėgos viršija ribines reikšmes [99]. Šį teiginį pagrindţia ir pastarųjų metų tyrimai, kurių rezultatai patvirtina tik santykinį okliuzinių faktorių ryšį su SAŢ sąnario patologijos išsivystymu [236].
Centrinės okliuzijos metu didţiausias krūvis tenka atraminiams krūminių dantų gumburams, nes būtent jie palaiko vertikalų sukandimo aukštį, kai tuo tarpu darbiniai gumburai tik nukreipia antagonistus reikiama kryptimi. Pastebėta, kad atraminiai gumburai ne tik yra masyvesni uţ darbinius, bet ir išsidėstę arčiau danties šaknies centro, tai leidţia nukreipti vertikalias okliuzines jėgas pagal danties išilginę ašį ir palankiai perduoti kramtymo spaudimą danties atraminiam aparatui. Taikant fototamprią įtempimų analizę, ištirta dantų okliuzinių paviršių morfologijos įtaka įtempimams šaknies viršūnės srityje, kylantiems dėl vertikalios krypties kramtymo jėgų poveikio. Eksperimento rezultatai parodė, kad apatiniame dantų lanke didţiausias krūvis kramtant tenka visų gumburų distaliniams šlaitams ir skruostinių (t. y., atraminių) gumburų vidiniams šlaitams; ir kuo gumburų šlaitai plokštesni, tuo didesni įtempimai kyla šaknų viršūnių srityje. Apibendrindami tyrimų rezultatus, autoriai teigė, kad nuo dantų gumburų formos priklauso ne tik šaknies viršūnės srityje kylančių įtempimų dydis, bet ir jų kryptis [237]. Atlikus vektorinę kramtymo sistemoje veikiančių jėgų analizę, nustatyta, kad stabilios centrinės okliuzijos metu reakcijos jėgos koncentruojasi dantų lankuose, sąnariams tenka labai nedidelis krūvis. Be to, ištyrus okliuzinių paviršių geometrinės formos įtaką jėgų pasiskirstymui, prieita išvados, kad kramtymo jėgos palankiau pasiskirsto, esant statesniems gumburų šlaitams, su sąlyga, jei jų nuoţulnumas panašus abiejose dantų lanko pusėse. Teorinė vektorinė analizė parodė, kad esant plokštesniems gumburų šlaitams, reakcijos jėgos padidėja, lyginant su kita modelio dantų lanko puse, kur dantų gumburai statesni [64]. Tačiau negalima vienareikšmiškai teigti, kad statesni gumburai yra geresni uţ plokščius. Idealioje okliuzijoje abiejose dantų lanko pusėse turėtų būti panašus, suderintas dantų gumburų šlaitų nuolydis, sudarantis sąlygas nukreipti kramtymo jėgas pagal dantų išilgines ašis [18]. Ortognatiniame sąkandyje susiformuoja taip vadinama „abipusiai apsaugota okliuzija“, kur krūminių dantų kontaktai palaiko vertikalų sukandimo aukštį ir „apsaugo“ priekinius dantis nuo sukandimo jėgų, veikiančių kampu į jų pasvirusius paviršius. Ir atvirkščiai, vertikalus ir horizontalus priekinių dantų perdengimas „apsaugo“ krūminius dantis nuo horizontalių jėgų, kylančių ţandikaulio šoninių judesių metu.
Nustatyta, kad viršutinio ir apatinio dantų lankų okliuzinės kreivės nėra identiškos formos, nes identiški okliuziniai paviršiai negalėtų tinkamai kontaktuoti centrinės okliuzijos metu. Neţiūrint to, viršutinio ir apatinio lankų kompensacinių okliuzinių kreivių forma yra apytikriai panaši į išlenktos plokštumos, susiformuojančios kramtymo metu, formą. Okliuzines kreives atitinkantį dantų išsidėstymą lankuose apsprendţia ne tik dantų pasvirimas, bet ir gumburų formos bei dydţio ypatumai. Normaliame dantų lanke gumburų aukštis ir atstumas tarp jų maţėja distaliai, t. y., ilties gumburas yra aukščiausias, plačiausias ir smailiausias, o trečiojo krūminio danties gumburai būna ţemiausi ir atstumas tarp jų maţesnis nei pirmuose krūminiuose dantyse. Ant priekinės dantų lanko dalies patenkančius didesnius maisto gabalėlius aukštesni ir smailesni gumburai smulkina efektyviai net nenaudojant didelės kramtymo jėgos. Skirtingas gumburų aukštis ir okliuzines kreives atitinkantis išsidėstymas leidţia dantims kontaktuoti beveik vienodu kampu tiek priekinėje, tiek šoninėje lanko dalyse, dėl to skirtingose lanko dalyse esančių dantų periodontas apkraunamas tolygiai.
Dauguma iki šiol atliktų su okliuzinėmis kreivėmis susijusių tyrimų buvo morfologinio pobūdţio, skyrėsi tik matavimo objektas ir metodikos. Pirmieji Spee kreivės matavimai buvo atliekami sausose kaukolėse [205]. Vėliau tyrimams naudoti dantų lankų gipsiniai modeliai, matavimus atliekant tiesiogiai juose [252] arba modelių skaitmeninėse nuotraukose [66, 100], bei skenuojant modelių paviršių specialiais mechaniniais įrenginiais, nustatančiais paviršiaus taškų koordinates trijose plokštumose [30] arba lazeriniais skaitytuvais [52]. Morfologiniais tyrimais galima nustatyti okliuzinių kreivių trimatę geometriją, jos kitimus po ortodontinio ar ortopedinio gydymo, tačiau eksperimentinių minėtų kreivių keitimų negalima taikyti ţmonėms dėl etinių prieţasčių. Tokią galimybę suteikia matematinis tiriamos struktūros modeliavimas, leidţiantis simuliuoti įvairias klinikines situacijas bei nustatyti morfologinių pakitimų įtaką įtempimų pasiskirstymui modelio dedamosiose dalyse, imituojančiose dantų lankus bei jų atraminius audinius.
pasisukimo, taigi, išsaugo teisingus okliuzinius kontaktus. Be to, proksimaliniai kontaktai neleidţia maisto masėms įsispausti į tarpdančius, taip nuo traumos apsaugomi kraštinio periodonto audiniai [18]. Tyrimais nustatyta, kad kramtant maistą proksimaliniai kontaktai yra glaudesni, lyginant su ramybės būkle; teigiama, kad taip yra dėl fiziologinio dantų pasislinkimo vertikalia ir horizontalia kryptimis funkcijos metu [153]. Kramtymo metu dantis veikiančios jėgos sukelia fiziologinius dantų judesius, kuriems priešinasi ne tik periodonto audiniai, bet ir proksimaliniai kontaktai. Dantys ne tik įspaudţiami į dantines duobutes, bet ir paverčiami medialiai ir pajuda vienas kito atţvilgiu [247]. Dėl dantų pasvirimo kramtymo metu stebimas trumpalaikis dantų lanko susiaurėjimas ir atstumo tarp gretimų dantų sumaţėjimas [91]. Dėl šių slydimo judesių ilgainiui dyla proksimalinių paviršių emalis ir susiformuoja platesni proksimaliniai kontaktai. Be to, danties pasvirimo kryptis glaudţiai susijusi su antagonistinio danties okliuzinių kontaktų pobūdţiu [221]. Gretimi dantys glaudţiai kontaktuoja vienas su kitu su tam tikra jėga, vadinama proksimalinio kontakto stiprumu. Įvairūs tyrėjai bandė nustatyti šią jėgą, matuodami trinties jėgas, kylančias ištraukiant iš tarpdančio plonytę metalinę juostelę. Nustatyta, kad proksimalinių kontaktų stiprumas priklauso nuo dantų tipo, padėties dantų lanke, kramtymo veiklos ir paros laiko [63]. Šiuos duomenis patvirtino tyrėjai, nustatę, kad abiejuose ţandikauliuose proksimalinių kontaktų stiprumas didėja, didėjant sukandimo jėgai; įdomu tai, kad ramybės būsenoje šis rodiklis buvo maţesnis viršutiniame, tuo tarpu sukandimo metu – apatiniame ţandikaulyje, šis skirtumas aiškinamas nevienodais dantų poslinkiais dėl skirtingos atraminio aparato struktūros ţandikauliuose [165]. Pastarųjų metų tyrimais įrodyta, kad kramtymo metu proksimalinio kontakto stiprumui turi įtakos antagonistinių dantų okliuzinių kontaktų pobūdis, nuo kurio priklauso dantų pasvirimo kryptis [164]. Šių tyrimų duomenys leidţia teigti, kad kramtymo metu dantys pasvyra, tačiau išlaiko tinkamus kontaktus tiek su antagonistais, tiek su gretimais dantimis, taip sudaroma galimybė išvystyti pakankamą kramtymo jėgą bei išlaikyti dantų lanko vientisumą.
1.1.5. Periodontas
alveolinio kaulo keteromis, šios skaidulos palaiko dantų kontaktus bei atitinkamą jų padėtį dantų lanke [135]. Šis skaidulų tinklas efektyviai absorbuoja ir perskirsto kramtymo jėgas gretimiems dantims lanke, suteikia pasipriešinimą horizontalių krypčių jėgoms. Suprakrestalinių skaidulų tinklas pirmiausiai suardomas sergant periodontitu, dėl to pasireiškia dantų patologinis paslankumas, migracija bei paţeidţiamas dantų lanko vientisumas [191]. Periodonto raiščiai, įsiskverbiantys į danties cementą ar dantinės duobutės kaulą, vadinami Sharpey skaidulomis. Kartais šios skaidulos perveria alveolinės ataugos kaulą ir tęsiasi gretimo danties periodonto jungtyje, be to, jos gali eiti link skruosto ar link lieţuvio ir susijungti su alveolinę ataugą dengiančiu antkauliu. Ţmogaus periodonto jungties raiščiai sudaro skaidulų tinklus, kuriems būdingas sudėtingas persidengiantis išsidėstymas trijose plokštumose.
ataugos kaulą. Kraujagyslių tinklas uţtikrina trofinę ir hidraulinę funkcijas, o kramtymo raumenų funkciją ir okliuzinių jėgų dydį reguliuoja daugybė proprioreceptorių, reaguojančių į danties judesį bei padėties pasikeitimą ir mechanoreceptorių, jautrių prisilietimui, skausmui ir spaudimui. Įdomu tai, kad periodonto jungties mechanoreceptoriai labai jautriai reaguoja ne tik į kramtymo jėgos dydţio, bet ir krypties kitimus. Nustatyta, kad periodonto mechanoreceptoriai reaguoja į įvairių krypčių jėgas, o jų jautrumo laukas daţnai apima daugiau negu vieną dantį, nes maţdaug pusė vieno danties periodonte esančių mechanoreceptorių reaguoja į gretimų dantų (nuo 2 iki 4) apkrovimą; tokie persidengiantys periferinių receptorių laukai būdingi visoms ţmogaus jutimo sistemoms [107]. Ištyrus priekinių ir šoninių dantų periodonto jautrumą įvairių krypčių ir dydţių jėgoms, nustatyta, kad priekiniai dantys (kandţiai, iltys ir kapliai) ţymiai jautriau reagavo į visų krypčių jėgas, kai tuo tarpu krūminių dantų jautrumas buvo maţesnis, koncentruotas daugiausiai distalinės ir lieţuvinės krypties jėgoms [227]. Tokie duomenys leidţia teigti, kad mechanoreceptorių kiekis periodonte maţėja einant nuo kandţių link krūminių dantų, tokius teiginius patvirtino ir su gyvūnais atlikti histologiniai tyrimai [37]. Geresnis priekinių dantų įnervavimas atitinka priekinių dantų funkcinius poreikius, nes kramtymo metu būtent priekiniai dantys nustato maisto kąsnio konsistenciją, ir kol kąsnis smulkinamas, priekinius dantis veikia nedidelės, tačiau įvairių krypčių jėgos, tuo tarpu tarp krūminių dantų trinant maistą, vyrauja stiprios, daugiausia distaline ir lieţuvine kryptimi nukreiptos jėgos. Mikroneurografijos metodu ištyrus impulsus, sklindančius trišakio nervo apatine ţandine atšaka iš apatinio ţandikaulio dantų periodonto, nustatyta, kad mechanoreceptoriai jautriausiai reagavo į maţas jėgas (priekinių dantų – į maţesnes uţ 1 N, krūminių dantų – į maţesnes uţ 4 N); uţfiksuota mechanoreceptorių reakcija ne tik į statines jėgas, bet ir į jų dinamiką, ir pastebėta, kad didėjant veikiančioms jėgoms, mechanoreceptorių jautrumas maţėjo, o maţesnis statinis ir dinaminis krūminių dantų periodonto mechanoreceptorių jautrumas aiškintas jų funkciniu prisitaikymu stipresnėms ir greitesnėms jėgoms, veikiančioms krūminius dantis [226]. Dėl jautrumo jėgos krypčiai, kramtymo metu periodonto mechanoreceptoriai nuolat teikia erdvinę informaciją apie dantis veikiančias jėgas, o didţiausias jautrumas maţoms jėgoms leidţia jau ankstyvų kontaktų metu nustatyti jėgų pokyčius, tokiu būdu suteikiant informaciją apie maisto kąsnio mechanines savybes ir apie ţandikaulio judėjimo pobūdį. Nustatyta, kad krūminių dantų periodontas uţfiksuoja 0,1 N kramtymo spaudimą, o kandţių – netgi 0,01 N jėgą. Viršutinio ţandikaulio kandţiai jautriausiai reaguoja į labialinės krypties, o iltys – į medialinės krypties jėgas. Teigiama, kad toks diferencijuotas jautrumas gali būti siejamas su tam tikroje dantų lanko zonoje vyraujančių kramtymo jėgų kryptimi [38].
faktoriai. Skiriamas fiziologinis ir patologinis dantų paslankumas. Fiziologinis paslankumas būdingas visiems dantims. Jo dydis priklauso nuo periodonto jungties pločio, dantų šaknų ilgio ir formos, šaknų skaičiaus, jų prisitvirtinimo ploto, alveolinės ataugos elastingumo ir dantų atliekamos funkcijos. Esant sveikam periodontui, veikiant dantis 5 N šoninės krypties jėga, išmatuoti tokie jų poslinkiai horizontalioje plokštumoje: kandţių – 100–120 μm, ilčių – 50–90 μm, kaplių – 80–100 μm, krūminių dantų – 40–80 μm. Veikiant maţoms, iki 1 N, jėgoms, dantys pasislenka vertikalia kryptimi apie 20 μm. Stipresnių vertikalių jėgų poveikyje dantys įspaudţiami į dantinę duobutę, nes veninis kraujas ir audinių skystis iš periodonto jungties išstumiami į venines įdubas akytajame kaule. Pasibaigus spaudimui, turi praeiti kelios minutės, kad dantys sugrįţtų į pradinę padėtį dantų lanke. Tai paaiškina po kramtymo nustatomą dantų paslankumo sumaţėjimą bei jų pasislinkimą link dantinės duobutės dugno [157]. Normalus funkcinis apkrovimas sukelia fiziologinį dantų paslankumą. Funkcijos nebuvimas (nėra antagonistų) ar hiperfunkcija (trauminė okliuzija) padidina dantų paslankumą. Dar 1969 m. O’Leary [166] nustatė, kad dantų paslankumas kinta keičiantis jų apkrovimui: kramtant jis didesnis nei ramybės metu, pvz., miegant. Be to, dantų paslankumui turi įtakos paros laikas (didţiausias jis ryte ir palaipsniui maţėja iki vakaro) bei įvairios sisteminės būklės, pvz., emocinio streso metu dantų paslankumas padidėja (dėl parafunkcinio kramtymo raumenų aktyvumo) ir greitai vėl sumaţėja, stresui pasibaigus. Fiziologinis dantų paslankumo padidėjimas taip pat galimas nėštumo metu (dėl hormonų įtakos periodonto kolageniniams ir kraujagysliniams dariniams) bei dygstant nuolatiniams dantims (aiškinamas nepakankamu periodonto jungties subrendimu) [157]. Taigi, nedideli dantų paslankumo kitimai yra normalūs, kaip ir daugelis kitų fiziologinių kitimų.
t. y., kramtymo metu [25, 153]. Dantų paslankumo kryptims ir amplitudėms nustatyti taikyti įvairių konstrukcijų dvimačiai [25] ir trimačiai judesio davikliai [153]; pagal periodonto audinių varţos pokyčius apskaičiuotas rezonansinis atsakas į dantį veikiančias jėgas [246]; Periotest metodika pagrįsta reakcijos į danties vainiką veikiančią standartizuotą smūginę jėgą apskaičiavimu [194]; ją papildė filmavimo dideliu greičiu metodika [140]; taip pat taikyti lazerinės vibrometrijos [44] bei magnetinio lauko kitimo, susijusio su periodonto kraujagyslių diametro pokyčiais, matavimu pagrįstas periodonto pulsacijos metodai [128]. Periodonto pulsacijos metodas, taikant jį kartu su moderniais judesio davikliais, leidţia ypatingai tiksliai išmatuoti fiziologinių dantų judesių erdvėje amplitudes bei kryptis [104]. Remiantis apţvelgtų tyrimų duomenimis, galima konstatuoti, kad fiziologinis dantų paslankumas horizontalia kryptimi funkcijos metu svyruoja nuo 50 iki 150 μm, didesnės judesių amplitudės nustatytos priekinių dantų grupėje (vidutiniškai 100 μm), lyginant su šoniniais dantimis (vidutiniškai 70 μm); be to, moterų ir vaikų grupėse nustatytas didesnis fiziologinis dantų paslankumas, nei vyrų grupėje. Statinio sukandimo metu dantys pasislenka vertikalia kryptimi link dantinės duobutės dugno 20–30 μm. Kramtant maistą, šoniniai dantys pirmiausiai įspaudţiami į dantines duobutes, vėliau pasislenka lieţuvine ar gomurine kryptimis. Šiuos teiginius patvirtino ir matematinė įtempimų analizė trimačiuose dantų lankų modeliuose [81]. Dauguma autorių tvirtino, kad fiziologinis dantų paslankumas daugiausiai priklauso nuo periodonto audinių viskoelastinių savybių [244] bei anatominių ypatybių (alveolinio kaulo kiekio bei periodonto plyšio ploto) [193]; taip pat nurodė dantų šaknų kiekio, formos ir ilgio bei paties danties elastingumo įtaką [136].
1.2. Kramtymo sistemos biomechanikos tyrimo metodai
minutes per parą, jų metu išvystomos iki 150 N ašinės krypties jėgos. Tuo tarpu bruksistai grieţia dantimis ar laiko juos sukandę kelis kartus ilgiau ir stipresne jėga, lyginant su sveikaisiais. Kalbėjimo metu kylančios jėgos yra neţymios ir nesukelia periodonto perkrovimo.
1.2.1. Sukandimo ir kramtymo jėgų bei jų vektorių vertinimas
sukandimo ir didesnis prasiţiojimo fazėje. Dėl to apatinis ţandikaulis gali dar šiek tiek judėti susidarant dantų kontaktui, todėl, savo ruoţtu, sudaroma galimybė jėgos didėjimui dėl besitęsiančio raumenų susitraukimo. Kramtymo metu šoniniai dantys glaudţiai kontaktuoja centrinės okliuzijos padėtyje. Vagelėse esantį maistą traiško didėjančios jėgos spaudimas. Galutinė šio kramtymo proceso stadija – dantų slydimas vienas prieš kitą esančių kramtomųjų paviršių gumburų šlaitų paviršiais. Taigi, maksimali kramtymo jėga išvystoma glaudaus apatinių ir viršutinių krūminių dantų kontakto momentu, ir vidutiniškai yra lygi 13 kg (127,4 N) [20]. Tai, kad didţiausios kramtymo jėgos susidaro okliuzijos fazėje, patvirtino ir kitų autorių tyrimai [32, 132]. Vartojant akustinę spaudimo registravimo ir perdavimo sistemą, buvo išmatuotos jėgos trijose kramtymo ciklo fazėse (prikandimo, okliuzijos ir prasiţiojimo), kramtant įvairius maisto produktus. Kramtant riešutus, gautos tokios reikšmės: 12,26 kg (120,1 N), 35,57 kg (348,6 N) ir 6,64 kg (65,1 N). Kramtant sūrį, atitinkamai: 7,14 kg (70 N), 22,89 kg (224,3 N) ir 5,07 kg (49,7 N). Be to, taikant minėtą metodiką, nustatyta, kad okliuzinės jėgos rijimo metu yra kiek didesnės (66,5±55 svaro (292,6±242 N)), nei kramtymo metu (58,7±45,6 svaro (258,3±200,6 N)) ir sudaro apie 40 proc. maksimalios sukandimo jėgos; o okliuzinio kontakto fazė rijimo metu ţymiai ilgesnė ir daugiau kinta (683±249 ms) lyginant su atitinkama faze kramtymo metu (194±38 ms). Tai galima paaiškinti tuo, kad dauguma (162 iš 182) rijimo aktų įvyksta dantims glaudţiai kontaktuojant, tuo tarpu kramtymo metu daţniausiai tarp dantų kramtomųjų paviršių būna įsiterpę maisto gabalėliai. Palyginus dantų kontaktus priekinių ir šoninių dantų grupėse, nustatyta, kad tarp priekinių dantų susidarantys slystantys kontaktai yra ţymiai silpnesni ir trunka trumpiau, lyginant su kontaktais, susidarančiais tarp krūminių dantų gumburų centrinės okliuzijos metu [79].
įrodyta, kad maksimalios sukandimo jėgos dydţiui didelę reikšmę turi protezo okliuzinio paviršiaus forma [112].
duomenys analizuojami ir automatiškai apskaičiuojami rezultatai: okliuzinių kontaktų kiekis, jų bendras plotas dantų lanke (mm2), vidutinis okliuzinis spaudimas (MPa) ir sudėtinis okliuzinis
spaudimas (N). Be to, dantų lankas padalinamas į kairę ir dešinę puses, ir apskaičiuojamas visų vertinamų dydţių asimetrijos indeksas; o apskaičiavus pasiskirsčiusių okliuzinių jėgų pusiausvyros tašką, nustatomas okliuzinio spaudimo centras. Dental Prescale sistemos jautrioji plėvelė yra šiek tiek plonesnė ir ţymiai lankstesnė, lyginant su T-Scan plėvele, todėl ji lengviau sukandama, nesukelia ţandikaulio pasislinkimo, todėl galima daug artimesnėmis fiziologinėms sąlygomis kiekybiškai įvertinti sukandimo jėgas bei jų pasiskirstymą dantų lanke [213]. Naudojant Dental Prescale sistemą, buvo vertinami okliuziniai kontaktai, suminės sukandimo jėgos (205–1963 N) bei kramtymo spaudimo pasiskirstymas sveikuose dantų lankuose [130, 238]; analizuojamas kramtymo spaudimo pasiskirstymas tradiciniuose pilnuose plokšteliniuose [212] ir ant implantų fiksuotuose plokšteliniuose protezuose [213]; tiriama rasės, lyties ir amţiaus įtaka suminės sukandimo jėgos stiprumui (1042–1650,8 N) ir kramtymo spaudimo pasiskirstymui [198]; išmatuota maksimali suminė sukandimo jėga (806,2±324,8 N) bei nustatytas tiesioginis ryšys tarp maksimalios sukandimo jėgos ir kaukolės veidinės dalies morfologinių matmenų [203]; tiriamas dantų paslankumo įtaka sukandimo jėgos dydţiui [154] vertinami funkciniai okliuzijos pakitimai po ortodontinio gydymo [211] bei po stabilizuojančio okliuzinio įtvaro taikymo [131]. Palygindamas spaudimui jautrias plėveles su kitais okliuzinių kontaktų ir jėgų įvertinimo metodais, Suzuki teigė, kad jos turi šiuos esminius privalumus: plonytė plėvelė minimaliai keičia vertikalų sukandimo aukštį, todėl matavimus galima atlikti padėtyje, artimoje maksimaliai interkuspidacijai; paprasta atlikti tyrimą, nėra būtinybės kiekvieną karta paruošti specialią matavimų įrangą; per trumpą laiką galima ištirti daug pacientų; paprasta įrašyti ir saugoti matavimų duomenis; tyrimų rezultatus pateikiant vaizdais kompiuterio ekrane, lengva pacientams paaiškinti gydymo esmę [213].
kramtymo metu jėgų dydţiai buvo panašūs, o kramtant riešutą labai skyrėsi: centrinėje okliuzijoje 173,3±15,3 N, kramtant karamelę 164,3±14,7 N bei riešutą 57,7±35,7 N; kai tuo tarpu visais atvejais jėgos vektoriaus kryptis buvo artima gomurinės šaknies krypčiai [113].
Duomenys apie kramtymo spaudimą naudojami apibūdinant periodonto funkciškumą. Raumenų jėgą refleksiškai reguliuoja periodonte esantys mechanoreceptoriai. Uţdegimo paţeistame periodonte sumaţėja spaudimui jautrių receptorių kiekis, todėl sutrinka refleksinis kramtymo spaudimo reguliavimas. Yra kelios hipotezės, aiškinančios periodonto paţeidimo ir kramtymo jėgos tarpusavio ryšį. Tiriant horizontalios krypties jėgų poveikį dantų atraminio aparato audiniams, lazerinės doplerfloumetrijos metodu nustatyta, kad 0,1 N dydţio jėga, veikianti dantį iš šono, sumaţina periodonto kraujotaką apie 20 proc., o 0,5 N jėga – iki 42 proc.; normali kraujotaka periodonte atsistato tik po 10 minučių [250]. Teigiama, kad dėl ilgalaikio šoninių jėgų poveikio suspaudţiamoje priekaklelinė periodonto srityje išsivysto negrįţtami morfologiniai pakitimai [206]. Eksperimentais nustatyta, kad krūminiams dantims kritinis yra 180 g (1,7 N) dydţio horizontalios krypties jėgos poveikis. Jį viršijus, priekaklelinėje periodonto dalyje išsivysto audinių išemija, vėliau hipoksija, dėl kurios sutrinka ţandikaulio alveolinės dalies remodeliavimo procesai [174]. Kineziografu ištyrus sergančiųjų periodontitu kramtymo veiklos parametrus, nustatytas ţymiai lėtesnis okliuzinių kontaktų susidarymas ir susilpnėjęs kramtymo raumenų EMG aktyvumas, lyginant su sveikųjų grupe. Autoriai teigia, kad kramtymo jėgų sumaţėjimą lemia skausmo jutimo slenksčio sumaţėjimas, o dėl prarastos dantų ir dantenų jungties sutrikdoma okliuzinė pusiausvyra dantų lankuose [189]. Šiuos teiginius patvirtina ir tyrėjai, nustatę, kad kuo didesnė alveolinio kaulo rezorbcija, tuo maţesnės šoninės jėgos sukelia skausmo pojūtį, nes didėjant dantų atraminio aparato audinių paţeidimo laipsniui, maţėja periodonto mechanoreceptorių jautrumo slenkstis [41]. Tuo tarpu kitų autorių darbai parodė, kad dėl atraminio aparato paţeidimo atsiradęs patologinis dantų paslankumas neturi reikšmingo ryšio su kramtymo jėgos ir efektyvumo sumaţėjimu, ir tai aiškinama susilpnėjusia sensorine periodonto funkcija, dėl kurios paslankių dantų periodontas atlaiko beveik tokio paties dydţio kramtymo jėgas, kaip ir nepaslankių dantų [242]. Tokius duomenis patvirtina ir pastarųjų metų tyrimai, klinikiniais matavimais ir statistiniais metodais nustatę, kad egzistuoja reikšmingas tiesioginis ryšys tarp sukandimo jėgos, okliuzinių kontaktų ploto bei kramtymo spaudimo dydţio ir lyties, amţiaus bei dantų, esančių dantų lanke, skaičiaus, bet nėra statistiškai patikimo ryšio tarp patologinio dantų paslankumo ir kramtymo jėgos sumaţėjimo [156], o kramtymo efektyvumo sumaţėjimui ţymiai reikšmingesnis yra dantų skaičiaus sumaţėjimas, negu dantų paslankumo padidėjimas [154].
metodikomis. Tobulėjant sukandimo ir kramtymo matavimo metodams, nustatyta, kad šiems duomenims būdingas didelis individualus kintamumas (ţr. 1.1 lentelę).
1.1 lentelė. Įvairių autorių pateiktų sukandimo ir kramtymo jėgų matavimo rezultatų palyginimas
Tyrimo metodas Rezultatai (N) Autorius
I. Gnatodinamometrija (maksimalios sukandimo jėgos matavimas)
1. Sukandant vienos pusės pirmaisiais krūminiais dantimis:
500 882
Floystrand, 1982 [72] Howell, 1948 [97] 2. Sukandant abiejų pusių pirmaisiais
krūminiais dantimis: 348,5–421,5 303–1500 234–306 Plesh, 1995 [180] Ingervall, 1978 [103] Ferrario, 2004 [68]
3. Sukandant kandţiais: 93–146 Ferrario, 2004 [68]
4. Sukandant iltimis: 119–190 Ferrario, 2004 [68]
5. Sukandant minkštą objektą: 100–530 Paphangkorakit, 1998 [176] 6. Sukandant kietą objektą: 90–460 Paphangkorakit, 1998 [176] 7. Sukandant protezu, fiksuotu ant
dantų implanto: 335 Carr, 1987 [42]
II. Maksimalios suminės sukandimo jėgos matavimas spaudimui
jautriomis plėvelėmis (Dental Prescale sistema) 205–1963 1042–1650,8 481,4–1131 Watanabe, 1995 [238] Shinogaya, 2001 [198] Sondang, 2003 [203] III. Telemetrija su spaudimo
davikliais (kramtymo jėgų matavimas)
1. Daviklius patalpinus depulpuotame dantyje, kramtant įvairius maisto produktus:
58,8–75,4 Anderson, 1956 [14] 2. Daviklius patalpinus tiltiniame
proteze, kramtant įvairius maisto produktus:
3,1–10,8 Boever, 1978 [32] IV. Akustinė spaudimo registravimo
ir perdavimo sistema (kramtymo jėgų matavimas trijose kramtymo ciklo fazėse (prikandimo, okliuzijos, prasiţiojimo ir rijimo), kramtant įvairius maisto produktus)
1. Prikandimo fazėje: 70–120,1 Gibbs, 1986 [79]
2. Okliuzijos fazėje: 224,3–348,6 Gibbs, 1986 [79]
3. Prasiţiojimo fazėje: 49,7–65,1 Gibbs, 1986 [79]
4. Rijimo fazėje: 50,6–534,6 Gibbs, 1986 [79]
V. Sukandimo ir kramtymo jėgų matavimas specialiais
pjezoelektriniais davikliais
1. Sukandant kandţiais: 50–190 Osborn, 1993 [172]
2. Sukandant į centrinę okliuziją: 158–188,6 Kawata, 2007 [113] 3. Kramtant įvairius maisto
produktus: 22–179 Kawata, 2007 [113]
jėgos – nuo 3,1 iki 348,6 N. Tai aiškinama tuo, kad sukandimo spaudimas, kurį sukelia raumenys skirtingose dantų lanko zonose, neatspindi visos raumenų jėgos, o apibūdina danties periodonto ištvermingumo ribą, paciento amţių ir periodonto treniruotumą. Be to, skirtingose dantų lanko vietose kramtymo spaudimas pasiskirsto nevienodai ir netolygiai. Apibendrinant galima teigti, kad sukandimo ir kramtymo jėgų dydţiai priklauso nuo daugelio veiksnių, tokių kaip amţius, lytis, raumenų jėga, kaulinių struktūrų anatominė forma, dantų lankų būklė, jėgos kryptis ir veikimo vieta dantų lanke, neuromuskulinio reguliavimo pobūdis, kandamo objekto mechaninės savybės, prasiţiojimo laipsnis, smilkininio apatinio ţandikaulio sąnario funkcija bei individo psichologinė būklė.
1.2.2. Kramtymo spaudimo pasiskirstymo dantų atraminiuose audiniuose vertinimas Anksčiau minėtos okliuzinės ir kramtymo jėgos, kylančios kramtymo sistemoje, pirmiausiai veikia dantis, per juos pasiekia periodontą, kur sugeriamos ir perskirstomos ţandikauliams ir kitiems kaukolės kaulams bei smilkininio apatinio ţandikaulio sąnario elementams. Veikiant funkciniam krūviui, visuose kramtymo sistemos audiniuose vyksta tarpusavyje susiję mechaniniai pokyčiai.
struktūra ir pasiskirstymas dantų kietuosiuose audiniuose priklauso nuo jėgos veikimo kampo ir dantų geometrinės formos bei jų audinių mechaninių savybių [225]. Taikant fototamprią įtempimų analizę, nustatyta, kad kramtymo metu danties emalyje kyla daug maţesni įtempimai, nei dentine, o dentino sluoksnyje, besiribojančiame su emalio ir dentino jungtimi, kylantys įtempimai yra didesni, negu vidiniuose jo sluoksniuose. Tai aiškinama maţesniu emalio elastingumu, leidţiančiu pasipriešinti didesniems krūviams; o nevienodas įtempimų pasiskirstymas dentine grindţiamas nevienodu jo kanalėlių išsidėstymu, dėl kurio ties emalio ir dentino riba susidaro maţiau mineralizuota, tuo pačiu, minkštesnė, zona, uţtikrinanti efektyvų kramtymo jėgos sugėrimą bei kompensuojanti emalio išsiplėtimą ir susitraukimą dėl temperatūros pokyčių [237]. Eksperimentiniais tyrimais nustatyta, kad didţiausiu kietumu ir maţiausiu elastingumu pasiţymėjo šaknies priekaklelinį trečdalį dengiantis cementas, o einant link šaknies viršūnės, minėtos reikšmės palaipsniui maţėjo. Padaryta išvada, kad netolygus cemento kietumas ir elastingumas priklauso nuo nevienodų ląstelinio ir neląstelinio cemento mechaninių savybių, kurias lemia skirtingas mineralizacijos laipsnis [207].
1.2 lentelė. Žmogaus kramtymo sistemos audinių mechaninės savybės [53, 143, 207, 216, 219, 225, 233, 255]
Medţiaga Tankumas, g/cm2 Tvirtumas,
Kg/mm2 Elastingumo modulis, Pa Poisson‘o koeficientas Emalis 2,95±0,15 400 (4,14–8,25)×104 0,3 Dentinas 2,18±0,5 60 (1,4–1,86)×104 0,31 Cementas – – 1,5×104 0,31 Ţandikaulio kaulas: kompaktinis spongiozinis Sąnarinė galvutė – – – 280 – – (1–1,5)×104 150–790 (0,9–6,85)×104 0,3 0,3 0,3 Periodonto jungtis – – 5–6,8 0,45 Sąnarinis diskas – – 30,9 0,4 Sąnarinė kremzlė – – 0,95–2,34 0,34
didėja krūminiams dantims ir maţėja priekinių dantų grupei tenkantis spaudimas [130]. Didţiausią kratymo jėgų koncentraciją krūminių dantų srityje patvirtino ir matematinė vektorinė kramtymo sistemoje veikiančių jėgų analizė [64]. Dėl glaudţių interpoksimalinių kontaktų ir suprakrestalinių skaidulų tinklo kramtymo spaudimas, tenkantis vienam dančiui ar dantų lanko zonai, efektyviai perduodamas gretimiems dantims ir paskirstomas visame dantų lanke. Teigiama, kad dėl dantų pasvirimo medialine kryptimi bei kramtymo metu kylančios trinties tarp interproksimalinių dantų kontaktinių paviršių dalis okliuzinių jėgų nukreipiama horizontalia kryptimi link burnos priekio, ir palaipsniui silpnėdamos, jos per tarpdantinius kontaktus gali pasiekti net kitą dantų lanko pusę. Ši kramtymo jėgų dalis vadinama priekiniu jėgos komponentu [204]. Tokią hipotezę patvirtino eksperimentų duomenys, gauti išmatavus interproksimalinių kontaktinių paviršių trinties stiprumą, įvairaus dydţio medialinės krypties jėgomis veikiant antrąjį krūminį dantį. Buvo nustatyta, kad tarpdantinių kontaktinių paviršių trinties jėgos maţėja artėjant prie vidurinės dantų lanko linijos, didţiausios jėgos buvo išmatuotos tarp krūminių dantų, maţiausios – tarp kandţių [74]. Tokį tarpdantinės trinties ir priekinio okliuzinės jėgos komponento maţėjimą autoriai aiškino jėgų sugėrimu krūminių ir prieškrūminių dantų periodonte. Kai dėl periodontito ar kitų prieţasčių sutrikdomas kramtymo jėgų pasiskirstymas krūminių dantų zonoje, dėl priekinio jėgos komponento poveikio pakinta priekinių dantų padėtis, kliniškai tai pasireiškia „vėduoklės“ fenomenu arba kandţių susigrūdimu [102].
periodonto raiščių skaidulos, tuo sukeldamos jungties kraujagyslių susitraukimą ir arterinio spaudimo padidėjimą, kuris papildo audinių skysčio tūrį. Trečioji hipotezė iš esmės prieštarauja pirmosioms dviems, nes vertina periodonto jungtį kaip tiksotropinį gelį, o periodonto skaidulas – kaip histologinius artefaktus. Dauguma tyrėjų sutaria, kad viskoelastingumo teorija geriausiai paaiškina esamus eksperimentinius duomenis apie dantų jėgos – slinkties charakteristikas, kurios iš esmės yra netiesinės ir priklauso nuo laiko: pradţioje atsparumas spaudimui yra minimalus, bet palaipsniui auga, didėjant apkrovai ir jos veikimo laikui; be to, ašinės krypties jėgos sukelia maţesnius danties poslinkius, lyginant su horizontaliomis jėgomis. Periodonto mechaninio atsako priklausomybę nuo apkrovos dydţio ir trukmės patvirtino ir eksperimentiniais tyrimais nustatytas dviejų pakopų periodonto audinių atsakas į dantį veikiančią ortodontinę jėgą: pradinis momentinis pasislinkimas 14,10±3,21 μm per pirmąsias 4 sekundes ir vėliau vykstantis laipsniškas pasislinkimas, pasiekiantis maksimalias 60,00±9,92 μm reikšmes po 5 valandų. Autoriai tokią pakopinę reakciją aiškino periodonto jungties poroelastinėmis savybėmis, kai pradinį krūvį absorbuoja maţiau atspari skystoji periodonto dalis (audinių skystis, kraujas, limfa), o vėliau krūvis perduodamas atsparesniems standiesiems audiniams (kolageno skaiduloms ir kaului); bei akcentavo periodonto kraujagyslių bei audinių skysčio svarbą amortizacinėje periodonto funkcijoje [230]. Senai pripaţinta, kad periodonto jungtis pasiţymi nelinijinėmis, anizotropinėmis, nehomogeniškomis ir viskoelastinėmis mechaninėmis savybėmis [117]. Pradiniai periodonto biomechanikos tyrimai buvo atliekami suteikiant linijines charakteristikas [13], tačiau tikslesni ir patikimesni duomenys buvo gauti taikant kvazi-linijines [222] bei nelinijines analizes [224], pripaţintas tinkamomis tiriant periodonto mechaninio būvio sąryšį su amţiumi, anatominėmis ypatybėmis bei dantims tenkančiu kramtymo spaudimu. Pastaraisiais metais atliktų netiesioginių eksperimentų duomenimis, periodonto audiniams būdingos bilinijinės mechaninės savybės, o viskoelastingumo pobūdis priklauso nuo jėgos greičio, trukmės ir poveikio cikliškumo [190]. Periodonto viskolelastinės ir nelinijinės savybes taip pat buvo nustatytos tiesioginiuose (in vivo) eksperimentuose [53].
spaudimo perdavimas ir pasiskirstymas periodonte priklauso nuo dantų šaknų formos ir alveolinio kaulo kiekio, patvirtino įtempimų tyrimai, atlikti teoriniuose matematiniuose vienašaknių [48] ir trimačiuose baigtinių elementų daugiašaknių dantų modeliuose [106]. Patobulintame trimačiame centrinio kandţio modelyje nustatyta, kad veikiant įvairių krypčių ir dydţių jėgoms, imituojančiomis ortodontines jėgas, didţiausi įtempimai kilo danties šaknies cemente, o periodonte ir alveoliniame kaule, atitinkamai, maţesni; visose struktūrose didţiausia įtempimų koncentracija pastebėta priekaklelinėje zonoje; o eksperimentiškai keičiant cemento sluoksnio storį, nustatyta, kad storėjant cemento sluoksniui, didėjo įtempimai šaknies viršūnės srityje [196]. Taikant fototamprią įtempimų analizę, nustatyta, kad įtempimų pobūdis šaknies viršūnės srityje priklauso nuo dantų okliuzinių paviršių morfologijos [237]. Siekiant įvertinti danties šaknies viršūnės sritį veikiantį kramtymo spaudimą, buvo sukurtas vienašaknio danties su atraminiais audiniais in vitro modelis, ir pagal jame patalpinto maţyčio rezistoriaus varţos pokyčius buvo apskaičiuoti hidrostatinio spaudimo, susidarančio apie šaknies viršūnę dėl okliuzinį spaudimą imituojančios 100 N jėgos, pokyčiai. Nustatytas tiesioginis ryšys tarp veikiančios jėgos ir deformacijų stiprumo, o vidutinė šaknies viršūnę supančiame periodonte kylančių suspaudimo deformacijų reikšmė buvo lygi 599,4 kPa [62]. Kadangi kandţio kandamojo krašto plotas lygus 0,1 cm2, jį veikianti 100 N jėga sukelia 10 MPa spaudimą, daug kartų didesnį, nei nustatytą šaknies viršūnės srities periodonte. Autoriai tokį spaudimo sumaţėjimą aiškino efektyviu kramtymo jėgų sugėrimu kraštiniame ir šoniniame periodonte bei jo perdavimu šoninėms dantinės duobutės sienelėms, tokiu būdu apsaugant šaknies viršūnę ir aplink ją esančius audinius (kraujagysles, nervus) kramtymo metu. Šia hipoteze buvo paremta ir įtempimų analizė vienašaknio danties trimačiame baigtinių elementų modelyje, kurios rezultatai parodė, kad dėl okliuzinę jėgą imituojančio spaudimo kylančios suspaudimo deformacijos koncentravosi priekakleliniame periodonto ir alveolinio kaulo trečdalyje [57]. Panašūs rezultatai buvo gauti ir taikant fototamprią įtempimų analizę bei tiesioginiu būdu įtempimų matuokliais in
vivo ištyrus įtempimų pasiskirstymą dantų atraminiuose audiniuose, kurie patvirtino, kad didţiausi
įtempimai susidaro priekakleliniame ir viduriniame danties šaknies ir ją supančio periodonto bei kaulo trečdaliuose [19].
didelio skirtumo tarp įtempimų, susidarančių alveolinėje ataugoje ir ţandikaulio kūne [101]. Tokių nesutapimų prieţastis yra labai paprasta: teoriniuose modeliuose veikia izoliuotos sukandimo jėgos, tuo tarpu in vivo tyrimuose jėgas sukelia kombinuota kramtymo raumenų veikla, kuri kartu su sąnarių reakcijos jėgomis sukuria lenkimo ir sukimo momentus, sukeliančius ţymius įtempimus ir ţandikaulio kūne, ir alveolinėje ataugoje [55]. Tačiau, sudėtingais netiesioginiais eksperimentais in
vitro, atliktais su gyvūnų ţandikauliais, ištyrus įtempimų pasiskirstymo priklausomybę nuo jėgos
dydţio, krypties ir trukmės, nustatyti reikšmingi įtempimų, susidarančių alveolinėje ataugoje ir ţandikaulio kūne, skirtumai: visais atvejais didţiausia įtempimų koncentracija buvo alveolinėje ataugoje [56]. Akivaizdu, kad norint tiksliai išsiaiškinti kramtymo jėgų pasiskirstymą ţandikauliuose, būtina patobulinti tiek teorinius, tiek eksperimentinius tyrimuose naudojamus modelius. Be to, ţandikaulio modeliavimą matematiniais metodais labai apsunkina jo sudėtinga geometrinė forma, nehomogeniška struktūra ir anizotropinės medţiagų savybės [55]. Funkciniu poţiūriu labai svarbi yra apatinio ţandikaulio sąnarinė atauga su sąnarine galvute. Jos struktūra taip pat yra nevienalytė ir anizotropinė, nes trimatis trabekulinio kaulo plokštelių išsidėstymas labai nevienodas įvairiose sąnarinės galvutės vietose, skiriasi ir plokštelių mineralizacijos laipsnis. Dėl heterogeniškos ir anizotropinės kaulo struktūros, sąnarinės galvutės mechaninės savybės taip yra heterogeniškos ir anizotropinės [80]. Matematiniame trimačiame sąnarinės galvutės modelyje ištyrus mechaninių savybių sąryšį su specifiniu trabekulinio kaulo išsidėstymu, nustatyta, kad priklausomai nuo tiriamos zonos padėties ir matavimų krypties, sąnarinės galvutės kaulinio audinio Young‘o (elastingumo) modulis keitėsi nuo 90 iki 685 MPa. Autoriai priėjo išvados, kad sąnarinės galvutės trabekulinio kaulo struktūros svyravimai yra susiję su jos mechaninių savybių svyravimais; o nustatyti elastingumo modulio dydţiai ir kryptys patvirtina optimalų prisitaikymą atlaikyti ir perskirstyti veikiančias jėgas [233].
remodeliavimo procesai. Deja, jei patologinis perkrovimas viršija atraminių audinių adaptavimo galimybes, vystosi negrįţtami paţeidimai, ir kramtymo sistemos funkcinė pusiausvyra suardoma.
1.2.3. Įtempimų analizės metodai
Siekiant nustatyti, valdyti ir perskirstyti kramtymo sistemoje kylančius įtempimus, reikia ţinoti veikiančias jėgas bei tomis jėgoms veikiamų struktūrų mechanines savybes. Dantų atstatomąjį gydymą ir protezavimą apsunkina tai, kad kramtymo sistemoje susidarančios funkcinės ir parafunkcinės jėgos sukelia labai sudėtingas struktūrines burnos audinių reakcijas. Ţinias apie kramtymo sistemoje susidarančius įtempimus galima panaudoti prognozuojant gydymo metodų efektyvumą bei suteikiant rekomendacijas jų patobulinimui.
