Функциональная целостность зубного ряда определяется не только его анатомической непрерывностью, но и способностью противостоять внешнему воздействию жевательной нагрузки. В связи с этим ключевое значение имеет выносливость периодонта, определяющая значимость каждого зуба. При рассмотрении зубочелюстной системы в целом, как механизма, обеспечивающего измельчение пищи, зубной ряд представляет собой жесткую рабочую поверхность. В клинике термин «жесткость» относится не столько к определению состояния зубного ряда, сколько к каждому зубу в отдельности. Среди терминов («подвижность», «устойчивость»), определяющих клиническое состояние зуба, «жесткость», на наш взгляд, наиболее лаконично и точно отражает функциональную способность. Физиологическую жесткость зуба принято считать определяющей при конструировании различных видов ортопедических конструкций, и не следует путать ее с физическим термином «твердость». При этом жесткость определяется состоянием всего периодонтального комплекса, т. е. тканей, окружающих и поддерживающих зуб.

Наиболее уязвимыми структурными образованиями, изменения в которых влекут за собой снижение жесткого положения зуба, являются периодонтальная связка и альвеолярная кость. Не останавливаясь подробно на известных причинах, приводящих к заболеваниям периодонта, отметим основные проявления, при которых и происходит нарушение физиологического равновесия функционирующей биологической системы. Это — воспаление и деструктивные изменения костной ткани. Названные проявления имеют между собой причинно-следственную связь и влияют на устойчивость зуба.

Воспаление в первую очередь вызывает изменения в периодонтальной связке и при отсутствии лечения является причиной деструкции альвеолярной кости и, как следствие, ее атрофии. Наличие воспаления и постоянно действующей функциональной нагрузки приводит к ситуации, когда обычная сила жевательной нагрузки становится патологической, обусловливая атрофию и деформационные изменения в зубном ряду.

Незначительная атрофия костной ткани резко увеличивает подвижность зуба. При уменьшении высоты корня зуба на 1/4 (I степень атрофии) жесткость уменьшается в 3,16 раза. При уменьшении высоты корня в 2 раза (II степень атрофии) жесткость уменьшается в 16 раз, а при уменьшении высоты корня зуба на 3/4 (III степень атрофии) жесткость зуба уменьшается в 256 раз [3].

Говоря о жевательной нагрузке, рассматривают два ее воздействующих компонента — вертикальный и горизонтальный с различными вариантами изменения вектора нагрузки.

Строение периодонта и его функционирование рассчитаны в большей степени на вертикальную нагрузку, и при этом он способен выдерживать значительные нагружения по вертикальной оси зуба. Компенсаторная реакция периодонта при горизонтальной нагрузке ниже, чем при вертикальной.

Когда сила жевательной нагрузки превышает предельно допустимую величину, срабатывает защитный механизм в виде болевого ощущения. Поскольку нервные окончания расположены в периодонтальной связке, эти ощущения будут связаны с чрезмерным растяжением или сжатием ее волокон.

Принимая во внимание данные Г.П. Соснина о возникновении болевого ощущения, есть основания утверждать, что горизонтальная сила может достичь значения, равного 15,9 кг, при котором в зоне давления возможны болевые ощущения [3].

Исследования деформационных изменений стенок лунок зубов под воздействием различных по направлению сил (рис.1) показали большую степень их деформации от боковых нагрузок. При боковых нагрузках происходит наклонное смещение вокруг центра сопротивления, который расположен на уровне трети длины корня от края альвеолы. Центром сопротивления является условная воображаемая точка, относительно которой равен нулю главный момент напряжений при поступательном перемещении зуба под воздействием компонентов жевательной нагрузки (Величко Л.С., 1965).

Принято считать, что периодонт определяет жесткость зуба как абсолютно твердого тела. И действительно, для варианта нормы сбалансированная работа системы зуб—периодонт позволяет пренебречь физическими свойствами самого зуба. Попытаемся проанализировать изменения, происходящие в системе при атрофии альвеолярной кости.

При атрофических процессах в костной ткани альвеолы центр сопротивления перемещается вдоль корня к верхушке, что ведет к увеличению длины плеча приложения силы [2] (рис. 2). Иными словами, увеличиваются размер клинической коронки зубов и рычаг воздействия на периодонт.

Снять или уменьшить патологическое действие нагрузок, особенно боковых, можно объединением в единый функционирующий блок большего количества зубов с их резервными силами.

Способность зуба самостоятельно противостоять жевательной нагрузке определяется по уровню резорбции костной ткани альвеолы и находится примерно в пределах 1/2 атрофии его лунки. При такой клинической картине деформационных изменений зубного ряда еще не происходит, но превращение привычной жевательной нагрузки в патологическую уже зависит от ее интенсивности и характера индивидуальной артикуляции.

Во время измельчения пищи в тканях самого зуба возникают участки напряжения. Этот факт подтверждается экспериментальными исследованиями. Методом фотоупругости изучали плоские модели резцов и моляров, изготовленные из эпоксидного оптически чувствительного полимера в масштабе 1:4. Была смоделирована клиническая ситуация с различной степенью атрофии альвеолярного гребня. При этом выявили «сползание» нормальных напряжений по корню от шейки зуба (в норме) к верхушке зуба по мере увеличения степени резорбции. С увеличением резорбции костной ткани напряжения в корнях постоянно возрастают, тогда как в коронке они практически не меняются. В основе выбора материала для моделей в этом эксперименте лежал модуль Юнга [4]. Не ставя под сомнение точность полученных результатов между экспериментом и реальной ситуацией, отметим, однако, что они были получены в результате вертикальной нагрузки на модель зуба. При анализе расчетов зуб также рассматривался как абсолютно твердое тело, а возникшие напряжения на уровне резорбции объяснялись в большей степени отсутствием периодонтальной связки.

Результаты научных исследований по изучению деформационных изменений в периодонте публикуются, а информации о деформационных изменениях в самих зубах практически нет. Следует отметить сложность регистрации таких изменений на относительно небольшой площади, каковой является поверхность зуба.

С помощью голографической интерферометрии в эксперименте с удаленными зубами изучено напряженно-деформационное состояние при нагружении их коронковой части. Полученные результаты показали, что в контактной области деформационное поле формируется уже при минимальной нагрузке, а при ее возрастании охватывает весь объем коронки. По мере приближения к шейке зуба напряжения уменьшаются, о чем свидетельствует увеличение периода чередования интерференционных полос [1]. Такая картина объясняется изменением площади поперечного сечения коронки от режущего края или вершины бугра до шейки зуба.

Для полноты картины деформационных изменений зуба от внешней нагрузки был запланирован эксперимент по изучению напряженно-деформационных состояний в корнях однокорневых зубов при оголении корня на 1/2 и 2/3 его длины. Выбор только двух позиций при моделировании степени резорбции не случаен. Именно в зоне 1/2 клинической резорбции находится воображаемая точка предела резервных сил или возможностей ответных реакций периодонта на жевательную нагрузку. При моделировании клинической резорбции на 2/3 предполагалось получить наиболее информативные показатели изменения физических свойств корня под нагрузкой. Что касается варианта изучения напряжений при резорбции на 1/3 то, учитывая объективные сложности регистрации деформационных изменений на малой площади поверхности корня, картину изменений на этом участке предполагалось логически домоделировать, используя упомянутые выше и собственные экспериментальные данные.

Материалы и методы исследования

Для регистрации и изучения экспериментальных данных применили метод голографической интерферометрии. При решении модельной задачи использовались удаленные однокорневые зубы пациентов с диагнозом хронический сложный периодонтит (3—4 степень подвижности). Для моделирования клинической ситуации, при которой зуб с окружающим его периодонтом испытывают наибольшее разрушающее воздействие, воспроизводился горизонтальный компонент внешней жевательной нагрузки. Испытуемые образцы зубов устанавливались путем погружения и дальнейшего закрепления апикальной части корня на 1/3 в пластмассе холодной полимеризации «Протакрил-М», модуль упругости которой близок к модулю упругости костной ткани. Модель укрепленного зуба фиксировалась в базовом компаунде из пластмассы «Протакрил-М» таким образом, чтобы при размещении ее под вертикальным штоком нагрузочного стенда на испытуемый образец падала нагрузка под углом 45°. Угол 45° является производной величиной от вертикальной составляющей, проходящей вдоль оси зуба, и горизонтальной оси, действующей перпендикулярно к ней (рис. 3).

Подготовленные таким образом модели с испытуемыми образцами зубов по очереди помещались на платформу стенда и устанавливались точкой приложения нагрузки под силовой шток, давление на который подводилось рычажным механизмом. Величина нагрузки выбиралась ниже уровня максимально допустимой величины, способной вызвать болевые ощущения защитной реакции при похожих клинических ситуациях.

Эксперимент по изучению влияния горизонтального компонента внешней нагрузки на корневую часть зуба проводился в следующей последовательности:

1.     Получение голографических интерферограмм при различных числовых показателях нагрузки на испытуемый образец зуба с оголением корня на 2/3 его длины.

2.     Уменьшение величины оголения корня путем наслоения пластмассы «Протакрил-М» до уровня 1/2 его длины.

3.     Получение голографических интерферограмм при различных числовых показателях нагрузки на зуб с оголением корня на 1/2.

4.     Трепанация коронки зуба на уровне проекции устья корневого канала и разработка последнего на 2/3 его длины.

5.     Моделировка интродентального штифта из воска «Лавакс».

6.     Лабораторный этап замены воска на металл.

7.     Припасовка металлического штифта и фиксация его в канале корня на цемент «Унифас».

8.     Получение голографических интерферограмм при различных числовых показателях нагрузки на испытуемый образец зуба, укрепленный металлическим штифтом, с оголением корня на 1/2.

Интерферограмму получали путем регистрации на одном кадре двух голограмм объекта: в нормальном и напряженно-деформационном состояниях. При восстановлении обе голограммы интерферируют друг с другом, образуя интерференционные полосы, отражающие структуру деформационного поля объекта с точностью до долей длины волны используемого источника света. Реализация осуществлялась по методу Денисюка. В качестве источника света использовался Не-Nе лазер мощностью 25 мВт, дающий на выходе монохроматическое излучение на длине волны l = 632 Нм, длиной когерентности 20 см и вертикальной поляризацией излучения. Запись голограмм осуществлялась на высокоразрешающих фотопластинках ПФГ-03М с энергетической чувствительностью 35 Дж/м2, дифракционной эффективностью 45% на l = 632 Нм. 

Все записанные интерферограммы (рис. 4) представлялись для качественной оценки.

Таблица. Количество интерференционных полос, по данным функции, в зависимости от нагрузки и фиксации резца

Полученные результаты подтверждают прогрессирующую с нагрузкой изгибную деформацию корня. При упрочнении зуба штифтом снимается изгиб стенок корня. Нагрузка при этом передается по оси зуба.

Отобразив результаты эксперимента на клинической схеме, наблюдали следующую картину. По мере увеличения атрофии костной ткани происходит смещение концентрации напряжения до уровня резорбции. Наклонное смещение вокруг центра сопротивления зуба опускается пропорционально атрофии. За счет деформационного отклонения и эластичного изгиба корня под действием горизонтальных составляющих функции жевания увеличивается не только рычаг воздействия на периодонт, но и угол передачи жевательной нагрузки. Незначительный на первый взгляд эластичный изгиб корня для периодонтальной связки толщиной от 0,09 до 0,28 мм (Гаврилов Е.И., 1969) имеет существенное значение. Увеличивается амплитуда наклона наддесневой части зуба и угол силового воздействия на внутреннюю кортикальную пластинку околозубной альвеолярной кости. На уровне резорбции происходит чрезмерное растяжение и сдавление периодонтальных волокон. Нагрузка на ткани, окружающие корень зуба, распределяется не пропорционально. Зоны растяжения и сжатия в области резорбции и в апикальной области не уравновешены (рис. 5). Как следствие, наблюдается нарушение трофики, локальное воспаление, ускорение процессов резорбции и снижение выносливости тканей периодонта.

При изучении напряженно-деформационного состояния в системе “штифтовая конструкция — корень зуба” методом цифровой спекл-фотографии было выяснено, что концентрация максимальных напряжений локализуется в области верхушки штифта (Рубникович С.П., 2002).

Учитывая этот факт при изучении биомеханики зубочелюстной системы, имеющей ослабленный периодонт, а также выяснив характер изменения физического состояния корня зуба от боковой нагрузки, можем обосновать использование штифтовых конструкций несъёмных шин (с изготовлением внутриканального штифта ниже уровня резорбции) в качестве шинирующих. Внутриканальный штифт устраняет изгиб материала корня (теряется амплитуда изгиба) и обеспечивает передачу нагрузки по оси зуба. Т. е. нагрузка благодаря штифту передается не столько на край гребня, сколько равномерно распределяется на более толстую губчатую альвеолярную кость, что уменьшает патологическое воздействие на периодонтальную связку на уровне резорбции. Зоны растяжения и сжатия на уровне резорбции и в апикальной области выравниваются (рис. 6). Повышается функциональная жесткость зуба.

Процедура депульпирования зубов при заболеваниях периодонта как лечебная рассматривается не однозначно. Есть противники такой процедуры. Но существует точка зрения, согласно которой удаление пульпы оказывает положительное влияние на периодонт, выражающееся в уменьшении подвижности зубов и стабилизации процесса резорбции альвеолярной кости (Sponholz et al., 1976).

С точки зрения физики, удаление сосудисто-нервного пучка зуба и заполнение его канала пломбировочным материалом повышает плотность корня. Исходя из наших экспериментальных данных, можно утверждать, что при этом также происходит коррекция биомеханической системы зуб — периодонт. Т.е. устанавливается равновесие за счет уменьшения патологического воздействия стенок корня на периодонтальную связку в зоне уровня резорбции альвеолярной кости.

Выводы:

1. При воздействии горизонтального компонента внешней жевательной нагрузки зуб ведет себя не как абсолютно твердое тело, а имеет определенную амплитуду изгиба корневой части, зависящую от величины приложенной силы и состояния окружающего периодонта.

2. Изгибная деформация корня зуба имеет наиболее выраженное опосредованное воздействие на течение патологического процесса при атрофии альвеолярной кости в пределах зоны 1/2 уровня резорбции лунки.

3. Полученные экспериментальные данные и анализ работ по изучению биомеханики системы зуб — периодонт указывают на целесообразность применения штифтовых шинирующих конструкций в качестве лечебного средства для восстановления функциональной целостности и активности зубного ряда при заболеваниях периодонта.

Литература 

1. Дрик Ф. Г., Валюшко Н.В., Дробот И.Л., Ралло В.Н. Изучение деформации зубов при механической и тепловой нагрузке // М-лы конф. «Медэлектроника 2003». — С. 430 — 435.

2. Копейкин В.Н. Заболевания пародонта // Руководство по ортопедической стоматологии. — М.: Медицина, 1993. — С. 278 — 332.

3. Наумович С.А., Крушевский А.Е. Биомеханика системы зуб — периодонт. — Мн., 2000. — 131 с.

4. Улитовский С.Г., Демидова И.И. Биомеханические характеристики резорбции и образования костных карманов при заболеваниях пародонта. — СПб., 1992.

Современная стоматология. – 2006. – №3. – С. 65-69.