Biomeccanica applicata all’ortodonzia
Introduzione :
Il termine ortodonzia non era ancora nato quando divenne evidente la relazione tra forza e movimento dei denti.
Oggi l’ortodonzia è praticata quasi ovunque nel mondo e l’arsenale terapeutico comprende diverse centinaia di tecniche che si propongono di essere sempre più “semplici” e “automatiche”. Molti autori insistono sull’importanza della biomeccanica nell’ODF, che ogni ortodontista dovrebbe padroneggiare per comprendere, con la necessaria facilità e rigore, l’essenza fisica e meccanica dei dispositivi e delle tecniche che utilizza.
I. Reazioni tissutali:
1. gli elementi presenti
- Osso
Descriviamo:
- L’ osso corticale che costituisce i bordi e i limiti ossei mascellari e mandibolari;
- Osso spugnoso o trabecolare che occupa lo spazio tra le aree dell’osso corticale.
L’osso corticale ha una funzione di sostegno (soprattutto muscolare), quindi è molto più denso ed è calcificato all’80 o 90%.
L’osso trabecolare svolge il ruolo di riserva di midollo coinvolto nell’ematopoiesi. La sua calcificazione è del 15-25%.
- Laminato duro
È l’osso che circonda il dente e il suo spazio legamentoso. È formata da osso compatto e sottile, perforato da numerosi fori (lamina cribrosa).
Queste perforazioni stabiliscono una comunicazione con gli spazi midollari adiacenti e consentono allo spazio legamentoso pieno di liquido di agire come un ammortizzatore idropneumatico per il dente.
- Spazio legamentoso:
È pieno di liquido, cellule (fibroblasti, cellule midollari, cellule ossee, cellule del sangue), vasi sanguigni, fibre nervose e, naturalmente, fibre di collagene che costituiscono il desmodonte: il legamento parodontale.
Questo legamento si estende dalla lamina dura, dove si ancora alla lamina ossea corticale, fino al cemento che ricopre la radice del dente.
- Cemento:
È costituito da cellule che producono una matrice calcificata. Ricopre la dentina radicolare e consente l’ancoraggio del desmodente.
- Concetti biologici del movimento dei denti:
- Fenomeno di rimodellamento:
Tra tutti gli elementi presenti, la maggior parte è soggetta a fenomeni di rimodellamento, la cui rottura consente lo spostamento terapeutico dei denti.
- Tessuto osseo
I cambiamenti stanno avvenendo in aree molto localizzate.
Il riassorbimento osteoclastico precede l’apposizione secondo una sequenza: attivazione-riassorbimento-inversione-formazione (ARIF):
- attivazione:
- reclutamento dei preosteoclasti;
- riconoscimento della zona ossea da riassorbire;
- attaccamento dei preosteoclasti alla superficie;
- fusione dei preosteoclasti in osteoclasti multinucleati;
- assorbimento:
- gli osteoclasti distruggono il tessuto osseo;
- inversione:
- coinvolgimento di cellule mononucleate come i macrofagi, che stabiliscono il confine tra osso nuovo e osso vecchio (linea di cemento);
- reclutamento di preosteoblasti che si differenziano in osteoblasti;
- formazione:
- apposizione di tessuto osteoide lungo la linea del cemento;
- mineralizzazione.
Questa sequenza ARIF è seguita da una cosiddetta fase di quiescenza in cui il nuovo osso è rivestito da cellule di bordo.
Biomeccanica applicata all’ortodonzia
Regolazione del rimodellamento osseo:
Fattori generali
Gli ormoni calciotropici più importanti, così come
minerali, in particolare ioni calcio e fosfato.
Fattori locali:
Molte sono sintetizzate dalle cellule ossee, ma altre provengono dalle cellule del sistema immunitario o emopoietico e si trovano nel microambiente osseo.
- Distinguiamo: citochine (interleuchine), prostaglandina stimola il riassorbimento osseo.
- Legamento alveolodentale:
Il legamento è un tessuto connettivo composto da numerose cellule e da una matrice extracellulare.
Cellule
- Fibroblasti in maggioranza.
- Osteoblasti a livello dell’osso alveolare, vicino al legamento.
- Cementoblasti a livello della radice dentaria.
- Le cellule sono fuoriuscite dai capillari (linfociti, macrofagi e mastociti) e le cellule dagli spazi midollari adiacenti.
Matrice extracellulare
- Sostanza fondamentale.
- Fibre parodontali (collagene, reticolina, ossitalasi).
C’è anche una rete di capillari e terminazioni nervose.
Il legamento alveolodentale svolge un duplice ruolo durante il rimodellamento:
- ha una sua capacità di rimodellamento;
- ha un ruolo regolatore nel rimodellamento osseo
- Rimodellamento dei legamenti
Conosciamo già il ruolo dei fibroblasti nella sintesi del collagene, avrebbero inoltre le stesse proprietà dei macrofagi con possibilità di fagocitosi, e sarebbero probabilmente responsabili della degradazione del collagene, data la rarità dei macrofagi,
Tutte queste operazioni vengono eseguite in presenza di vitamina C e possono essere eseguite simultaneamente dal fibroblasto.
- Migrazione fisiologica dei denti
Nel corso della vita di ogni individuo, i denti si muovono. Lo spostamento è dovuto alla migrazione fisiologica del germe e del dente.
Le alterazioni della posizione del germe sarebbero causate principalmente dalla crescita delle strutture dentarie e dal contemporaneo rimodellamento dei tessuti adiacenti, ovvero dell’osso alveolare, della gengiva, del legamento alveolodentale.
Le conseguenze di questa migrazione si riscontrano principalmente in due ambiti
- zona alveolare;
- area desmodontale.
A livello dell’osso alveolare
Secondo Baron, durante la migrazione fisiologica, “ogni trabecola ossea tende a mantenere costante il suo spessore”. Pertanto, egli spiega che ogni volta che si verifica un riassorbimento dal lato della lamina cribrosa, si verifica un’apposizione dall’altro lato e viceversa.
A livello dei legamenti
Il desmodonte è un tessuto connettivo fibroso e quindi presenta un certo ricambio ; la migrazione fisiologica dei denti accentua il ritmo del rinnovamento cellulare e fibrillare creando un adattamento permanente alla nuova posizione del dente. Durante tutto il movimento, la larghezza del legamento rimane costante.
Biomeccanica applicata all’ortodonzia
- Applicare forza a un dente:
3.1 Effetti immediati
Nel momento dell’applicazione della forza si verifica un rapido spostamento del dente corrispondente al coinvolgimento del legamento e del sistema idropneumatico desmodontale, i liquidi vengono espulsi dalle zone di pressione verso le zone di tensione e gli spazi midollari limitrofi. Questa deformazione ha un limite e se la forza continua, lo spostamento continua grazie alle possibilità di deformazione dell’osso alveolare.
Se la forza aumenta ulteriormente, si verificherà una deformazione del dente, ma questo va oltre l’ambito delle forze utilizzate nella terapia ortodontica.
Se la forza cessa, si ha un ritorno più o meno rapido alla normalità.
Se la forza continua, si verificano nuovi eventi in risposta a questo nuovo equilibrio.
3.2 Effetti a lungo termine
È ora opportuno distinguere diverse aree:
- zona di pressione (con riduzione dello spazio legamentoso);
- zona di tensione (con aumento dello spazio legamentoso);
- zona intermedia dove non c’è variazione nello spazio legamentoso ma dove le fibre collagene sono in tensione o rilassate.
Lato pressione
Area dove la pressione è bassa
Lo spazio desmodontale si restringe, causando la compressione del tessuto connettivo e dei vasi. La vascolarizzazione è interrotta, ma può comunque verificarsi, consentendo agli elementi cellulari di raggiungere l’area compressa. Il corpo cercherà quindi di ricreare il normale spazio desmodontale. Per fare questo entrano in gioco gli osteoclasti che riassorbono la placca cribrosa corrispondente alla zona sotto compressione: riassorbimento osseo diretto.
Area dove la pressione è alta
Se la zona è sottoposta a una compressione maggiore, la vascolarizzazione è impossibile.
Si verifica una degenerazione dei tessuti non vascolarizzati e la formazione di una zona ialina.
I tessuti cercano di ricreare un nuovo equilibrio. Ma la zona ialina è inaccessibile alla vascolarizzazione e alle cellule. Per riuscire ad assorbirlo, l’organismo utilizza un metodo indiretto: l’assorbimento indiretto. Gli osteoclasti invadono gli spazi midollari adiacenti alla zona ialina, quindi riassorbono la parete alveolare fino a raggiungere la zona ialina, che diventa quindi accessibile agli osteoclasti. A questo punto il dente può essere spostato.
Lato tensione
Le reazioni tissutali sono molto simili a quelle osservate sul lato della pressione, ma nella direzione opposta.
Se la forza è leggera, si verifica un allargamento del legamento e degli spazi vascolari. Molti osteoblasti compaiono e sono attivi fin dal secondo giorno, consentendo l’apposizione ossea.
Se la forza è più intensa, si ha la produzione di numerose cellule osteoclastiche e la comparsa di lesioni ai legamenti. Una forza eccessiva può causare la rottura fibrillare.
Dopo un breve periodo di latenza (poche ore), compaiono le cellule osteogeniche. Gli osteoblasti secernono quindi tessuto osteoide che si mineralizza e consente l’apposizione ossea.
Zona intermedia
Si tratta di aree in cui non si verifica alcuna variazione nello spessore desmodontale. D’altra parte, le fibre vengono messe in tensione o rilasciate. Il loro ancoraggio osseo riflette quindi un rilassamento o una tensione a livello osseo.
- Meccanismi di trasformazione di una forza in movimento dentale
Qui cercheremo di analizzare i meccanismi che trasformano una componente fisica, la forza, in fenomeni istologici e cellulari che danno origine a un altro fenomeno fisico: il movimento dentale.
Quando si applica forza su un dente, abbiamo visto che si verifica una modifica dello spazio del legamento con:
- creazione di zone di pressione e tensione;
- movimenti fluidi.
Ciò provoca deformazioni in queste aree:
- elementi cellulari;
- elementi vascolari e nervosi;
- elementi della matrice extracellulare.
Risposta cellulare: rimodellamento
- A livello osseo
Gli osteoblasti sono cellule fondamentali nella regolazione e nel coordinamento del rimodellamento osseo.
Ricevono segnali che provocano la formazione di collagenasi, la quale porta alla rimozione del collagene e consente il riassorbimento osseo da parte degli osteoclasti.
- A livello dei legamenti
Il fibroblasto gestisce simultaneamente la sintesi ma anche la degradazione del collagene riducendo:
- proliferazione delle cellule ossee;
- la produzione di fosfatasi alcalina che è uno degli enzimi fondamentali del rimodellamento osseo.
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- Forza ideale dal punto di vista istologico
- Forza leggera – forza pesante
Molti autori hanno cercato di quantificare questa forza ideale per cui la velocità del movimento dei denti è massima senza causare danni ai tessuti.
| Forza della luce | Forza pesante | |
| 0-1 secondo | L’osso alveolare si deforma con la comparsa di fenomeni bioelettrici al suo interno. | |
| 1-2 secondi | I fluidi dei legamenti vengono espulsi dall’area compressa. Il dente si sposta nello spazio del legamento. | |
| 3-5 secondi | Lato pressione Lato tensione Vx compresso Vx dilatato (parzialmente obliterato) Fibre e cellule deformate | Lato pressione Lato tensione Vx obliterato Vx dilatato Fibre e cellule molto deformate, lisi cellulare |
| 2 giorni | Spostamento dei denti con rimodellamento alveolare | |
| 7-14 giorni | Il riassorbimento indiretto raggiunge la zona ialinaSpostamento del dente | |
- Danni ai tessuti
Possono essere irreversibili e colpire:
- il dente (rizalisi);
- il parodonto (perdita di attacco epiteliale e di osso marginale).
- Riassorbimenti radicolari :
Sono dovuti alle alte pressioni e colpiscono in particolar modo le zone di pressione durante questo movimento:
- apice durante l’ingresso;
- radice del lato di pressione durante la traduzione
- Lesioni parodontali
Possiamo avere:
- Finestre causate da velocità di viaggio eccessiva o forze elevate;
- Fessure gengivali realizzate con chiusura degli spazi estrattivi ad alta velocità;
- Perdita di attacco epiteliale e di osso marginale.
II. Biomeccanica:
1. Definizione di biomeccanica:
Bio: Bios = vita
Meccanica: Mekhani = macchina
La biomeccanica è la meccanica fisica applicata agli esseri viventi.
– Parte biologica: il dente + parodonto
– Parte meccanica: sono i sistemi che permettono di applicare le forze
- Nozioni meccaniche del corpo spostato:
2.1. La forza:
Concetto fondamentale della fisica: Causa della deformazione di un corpo o della modifica del suo stato di quiete o di moto.
È caratterizzato da quattro elementi:
- intensità;
- il significato;
- la direzione;
- il punto di applicazione.
2.2 Coppia di forza:
È un insieme di due forze parallele, della stessa intensità e direzioni opposte. La coppia tende a provocare la rotazione del solido a cui è applicata.
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2.3 Centro di resistenza: ipomocleo
Una forza la cui linea d’azione passa attraverso l’ipomocleo provoca una traslazione del dente.
Il concetto di centro di resistenza è fondamentale e la sua posizione, anche approssimativa, è sufficiente per prevedere i movimenti. Nella nostra pratica può essere considerato fisso e localizzato tra il terzo medio e quello apicale della radice.
2.4 Centro di rotazione:
Punto attorno al quale il dente compie un movimento rotatorio.
- Momento di forza:
M = F x D
3. Concetto di ancoraggio:
3.1 Definizione: resistenza di un corpo allo spostamento
Per muovere il corpo è necessaria una forza motrice > forza resistente.
Resistenza stabile: punto di ancoraggio della forza.
Resistenza allo spostamento: punto di applicazione e resistenza del dente da spostare.
3.2 Trinomio di DENEVREZE:
RS=Rm>F: Nessun movimento
RS=Rm<F: Spostamento uguale e simmetrico
F>Rs>Rm: Spostamento non uniforme
Rs>F>Rm: movimento ortodontico desiderato
Rs<F<Rm: Perdita di ancoraggio.
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4. CARATTERISTICHE DI UNA FORZA ORTODONTICA:
- Intensità :
- Forze ortodontiche: “Biologiche”.
- Resistenza ottimale: spostamento tramite riassorbimento osseo senza lesioni parodontali.
- Direzione:
Verticale, orizzontale, obliquo.
- Rapporto momento/forza.
- Ritmo :
– Intermittente: periodi senza alcun dispositivo (FEB indossato 14 ore al giorno).
– Continuo: lungo periodo di attività, l’energia diminuisce molto gradualmente.
– Discontinuo: rapida diminuzione della forza con lo spostamento
5. Movimenti dentali in ODF:
7.1. Spostamenti dovuti a forze orizzontali:
- Versione Movimento (Ribaltamento):
- Movimento di raddrizzamento dopo la versione (raddrizzamento)
- Movimento traslazionale (movimento corporeo).
7.2. Spostamenti dovuti a forze verticali:
- Egressione: spostamento del dente nella direzione della sua eruzione .
- Ingressione : direzione opposta all’eruzione.
- Rotazione : rotazione della corona attorno al proprio asse.
6. Fattori fisiologici individuali che complicano il sistema meccanico:
- Fattori generali:
- Metabolismo alimentare.
- Gravidanza
- Età.
- Densità ossea.
- Ciclo cellulare.
- Ritmo biologico.
- Fattori locali:
- Fattori anatomici
- Fattori istologici.
- Perdita di altezza dell’osso alveolare.
- Fattori funzionali.
Conclusione:
La conoscenza delle nozioni fondamentali della biomeccanica nell’ODF ci consente non solo di scegliere le diverse tecniche ortodontiche che ci permettono di raggiungere i nostri obiettivi terapeutici, ma anche di sapere come utilizzarle per trattare nel modo più rapido possibile rispettando l’integrità dei tessuti.
Biomeccanica applicata all’ortodonzia
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Una visita annuale ti permetterà di monitorare la tua salute orale.