Сила трения и микрорельеф поверхности новых керамических брекетов

Предоставленное исследование было предназначено для оценки силы трения между ортодонтическими дугами и новыми керамическими брекетами, изучались так же различия силы трения между новыми и двумя уже имеющимися в продаже керамическими брекетами. Сила трения оценивалась в процессе скольжения дуг размеры которых: 0,016 * 0,022 и 0,017 * 0,022 из кобальт-хромового сплавов через три брекета установленных на имитационном зубе. Дуги не закреплялись лигатурами на брекет, для того чтобы убрать влияние лигатур на силу трения между брекетом и дугой. Следующим шагом было изучение поверхности трех исследуемых брекетов с помощью обзорного (сканирующего) электронного микроскопа. Величина силы трения изготовленного нового керамического брекета была существенно меньше (как минимум вдвое) при взаимодействии с обеими дугами, чем величина силы трения вызванная двумя другими керамическими брекетами. Сила трения немного увеличивалась, если увеличивался размер применяемых дуг. Величина силы трения существенно снижалась, когда точка ретракции становилась более цервиликальной. Поверхность паза нового керамического брекета более гладкая по сравнению с двумя другими керамическими брекетами. Это показывает, что полировка поверхности паза керамического брекета эффективна, для снижения силы трения, возникающей между брекетом и дугой, однако трение в этой связке была изучена не совсем точно из-за отсутствия лигатуры на брекете

Последние технические достижения существенно улучшили качество, как ортодонтических дуг, так и брекетов. Керамические брекеты в настоящее время пользуются популярностью у пациентов из-за своей невидимости. Однако это наблюдалось как клинически (в процессе лечения), так и с экспериментальным движением зуба. Процесс скольжения у керамических брекетов значительно меньше, чем у металлических брекетов. Эти исследования помогают лучше понять природу силы трения возникающую между дугой и керамической брекетом. Несколько составляющих силы трения, при имитации скользящего движения зуба, было расследовано в предыдущих исследованиях. В частности понижение эффективности движения зуба с керамическими брекетами возможно связано с более грубой поверхностью паза брекета и как следствие большей силы трения. Однако до недавнего времени не проводилось никаких исследований относительно того, насколько эффективно любое очищение поверхностей паза керамических брекетов для уменьшения силы трения.

Чтобы избежать все описанные недостатки, повысили техническое качество производства, сделав акцент на улучшение поверхности паза и механического скручивания. Новый керамический брекет имеет более гладкую поверхность паза, а так же высокую упругость.

Задача данного эксперимента - изучение силы трения между новыми керамическими брекетами и ортодонтическими дугами в процессе движения дуги через брекет в лабораторных условиях. Результаты исследования были сопоставлены с результатами исследования двух уже имеющихся в продаже керамических брекетов. Следующим этапом было тщательное изучение поверхности паза трех брекетов. В заключении, результаты эксперимента были объединены для того, что бы изучить различия между силой трения и микрорельефом поверхности трех испытываемых брекетов.

Для данного исследования использовались ортодонтические дуги из кобальт-хромового (Co-Cr) сплава размеров 0.016 * 0.022 – дюйма и 0.017 * 0.022 (Elgiloy blue, rocky Mountain Co., Denver, Colo.) вместе с новым керамическим брекетом изготовленным из оксида циркония (Hiya Corp., Tokyo, Japan). Затем два уже имеющихся в наличии керамических брекета, изготовленные из различных материалов, один из поликристаллов алюминия (Transcend, United Corp., Monrovia, Calif.), а другой из оксида циркония (Torayceram Hi-Brace, Toray Corp., Tokyo, Japan) использовались в качестве контрольного образца. Все брекеты имели стандартный размер: 0.018 * 0.025. Ширина нового брекета была 3.4мм, ширина брекета из поликристалла алюминия 3.6мм, а ширина контрольного образца изготовленного из оксида циркония была 3.4мм - данные различия не оказали существенного влияния на силу трения исследованных образцов.

Для изучения скольжения ортодонтической дуги вдоль демонстрационного зуба, твердо установленного в эластичном каучуке (Exaflex, Корпорация G-C., Токио, Япония), данный зуб был размещен в алюминиевом корпусе, установленном на платформе (рис.1,a), которая производила наклонные движения и приводила зуб в вертикальное положение. Скорость скользящего движения демонстрационного зуба была 0,1мм/сек. Дуга не была залигирована в брекете, для того что бы исключить влияние лигатуры на силу трения. Зуб отходил назад на три различные точки А, B и C смещаясь на 3,6 и 9мм, относительно цервикальной позиции брекета.(fig.1b)

Калиброванный двигатель с динамометрическим датчиком использовался для создания силы трения. Сила трения была измерена динамометрическим датчиком при помощи персонального компьютера. Измерения производились три раза в течение 85 секунд для каждого брекета, двух дуг и трех точек ретракции.

Сила ретракции включающая непосредственно вес аппаратуры и сила трения между брекетом и ортодонтической дугой. Сила трения между брекетом и дугой вычислялась путем вычитания веса аппаратуры (205gf) от измеренной силы ретракции. Получившиеся значения были представлены с помощью критерия Стьюдента, для сравнительного анализа силы трения, производимого новым керамическим брекетом с двумя контрольными образцами керамических брекетов для обеих исследуемых дуг в трех точках ретракции

Далее поверхности пазов трех брекетов рассматривались при помощи сканирующего электронного микроскопа (SEM), чтобы исследовать взаимосвязь между шероховатой поверхностью паза брекета и силой трения.

Для дуги размера 0.016 * 0.022 (дюйма), величина силы трения, производимая новыми керамическими брекетами, была значительно меньше, чем сила производимая двумя сравниваемыми керамические брекетами с высокой степенью достоверностью для трех точек ретракции ( Fig.2) величина силы трения была существенно снижена для всех брекетов, из-за того, что векторы точек ретракции сместились цервикально. Процент силы трения измеренной ретракционной силы от 37.7 % брекета из оксида алюминия, до 23% нового керамического брекета в точке ретракции 3mm. В точках ретракции 6mm и 9mm, значения составили 30,6% и 18.3% для брекета из оксида алюминия и 12.9% и 6.2% для нового брекета соответственно.(таблица1).

У дуги размера 0.017 * 0.022(дюйма), сила трения была немного больше, чем у дуги размера 0.016 * 0.022(дюйма) для всех брекетов и ретракционных положений (Рис. 3). Однако силы трения показывает аналогичные изменения описываемых дуг размера 0.016 * 0.022(дюйма), а именно (1) силы трения, производимая новым керамическим брекетом, была значительно меньше, чем у двух, уже имеющихся в наличии, керамических брекетов с высоким уровнем достоверности в трех ретракционных положениях, (2) ретракционная сила применяемая более цервикально, производила меньшее трение между дугой и тремя брекетами и (3) процент силы трения к силе ретракции был меньше у новых брекетов, чем в двух уже имеющихся в наличии керамических брекетах.

Поверхности слотов трех исследуемых брекетов при помощи СЭМ показываются на рис.4. Из чего видно что поверхности пазов двух сравниваемых керамические брекетов были в значительной степени грубее или имели более пористую структуру, чем новые керамические брекеты. Края слотов двух используемых брекетов имеют резко выраженные границы по сравнению с новыми керамическими брекетами. (РИС 5) показывает продольное сечение брекетов проходящее через слоты этих брекетов. Поверхности пазов двух уже имеющихся в наличии керамических брекетов имеет неправильную форму и/или дефект, тогда как новые брекеты имеют более качественную и гладкую поверхность слота.

         A:брекет из поликристаллического алюминия; B: брекет из оксида циркония; C: Fascination 2.

Пояснение

Для оптимального движения зуба, ортодонтические системы сил, приложенные к брекетам должны быть точно переданы зубам. Сила трения между дугой и брекетом признана, как один из вредных факторов, влияющим на мягкость движения зубов в процессе скольжения. Поэтому необходимо для оптимального движения зуба снизить силу трения как можно больше, принимая во внимание невозможность производства брекетов с нулевой силой трения.

Чтобы объяснить природу силы трения между дугой и брекетом, были исследованы несколько параметров, таких как ширина брекета, размер дуги, и материал из которого изготовлены брекеты и дуги,. Франк, Николай, Капила и партнеры продемонстрировали увеличение трения у более широких брекетов, принимая во внимание, что отсутствие взаимосвязи изучаемых параметров и силы трения было документально зафиксированного в другом месте. Относительно размера и материала дуги, сообщилась, что трение увеличивается у дуг большего размера и что дуги изготовленные из различных титановых сплавов имеют большее трение, чем дуги изготовленные из нержавеющей стали. Как уже было отмечено поверхность керамических брекетов значительно грубее металлических и сила трения между керамическим брекетом и дугой воздействующей на эффективность движения зуба.

Данные исследования, свидетельствуют о том, что керамический брекет должен быть усовершенствован по нескольким параметрам. С тех пор, как скол керамических брекетов наблюдается многократно в течение ортодонтического лечения, возникла необходимость увеличения прочности керамического брекета. Во-вторых, край брекета и поверхности слотов, которые указаны, как два главных фактора, влияющие на эффективное движение зуба, должен быть усовершенствован, а именно: (1) край керамической скобки должен быть гладким даже по контору, не остро прямоугольным и (2) поверхности пазов керамического брекета должны быть гладкими для того, чтобы предотвратить повреждение брекета дугой. Однако никаких изменений не было сделано, новый брекет проектировался исключая эти недостатки, чтобы обеспечить оптимизацию формы механическим путем. Кроме того, поверхности слотов полировались механически. Различные керамические материалы были использованы в качестве ортодонтических брекетов.

Среди этих материалов, поликристаллический алюминий показал наивысший коэффициент пригодности по параметрам химической и физической стабильности, достаточной прочности и жесткости и биологически совместимости. Несмотря на то, что, оксид циркония рассматривается как материал более низкого качества по нескольким механическим свойствам по отношению к поликристаллическому алюминию. Его признают как дополнительный химический элемент стабилизирующего свойства в материале. С настоящего момента, керамический материал, используемый в скобке, так же может использоваться как ранее доступный поликристаллический алюминий

В этом исследовании включается лабораторный эксперимент проектированный, чтобы определить количественно силу трения между дугами и керамическими брекетами. С тех пор, наиболее благоприятный фактор для клыка стал известен, как 150-200 грамма/силы в предыдущем изучении, сила ретракции была отработана в пределах этого ряда. Поэтому, вес аппаратуры непосредственно был определен, как 205 грамма/сила в этом эксперименте, чтобы симулировать фактическую ретракцию клыка. Относительно эффекта лигирования дуги в брекете, существенные влияния на трение были описаны в предыдущем изучении, дуги не были прикреплены лигатурами к брекету, чтобы исключить влияния лигатуры на силу трения между брекетом и дугой.

Данное исследование четко позволило понять и оценить эффект внешней топографии, несмотря на то, что полученные значения были меньше в этом исследовании, чем предыдущие данные силы трения, измеренного с лигатурой. Это различие, полученное благодаря возможности проведения эксперимента в лаборатории для измерения силы трения между дугой и брекетом без лигирования дуги в брекете, нужно принять во внимание при приложении силы для фактического движения зуба

Для уменьшение силы трения проводится тщательное наблюдение за результатами шлифовки паза у недавно разработанного керамического брекета. Эти микроскопические элементы свидетельствуют о реальной взаимосвязи между силой трения и шероховатой поверхностью слота в этих керамических брекетах. Затем было наглядно показано предварительное исследование механической прочности новых существенно улучшенных брекетов по сравнению с уже имеющимися в продаже керамическими брекетами. Опытным путем доказано, что пористость и любые дефекты в керамических материалах напрямую связаны с механической прочностью. В связи с этим был сделан вывод, что чистота обработки и гладкость поверхности новых керамических брекетов увеличивает механическую прочность.

Данное исследование показало, что при цервикальном векторе ретракии сила трения минимальна. В ортодонтии движение зуба, степень искривления зуба, или структура смещения зуба, преобразованная при помощи смещения точки опоры относительно направления. Основываясь на определенных биомеханических принципах, поясняется информация полученная в данном исследовании о том что более цервикальное приложение силы относительно центра сопротивления возможно, является основой для снижения сопротивления в определенный момент, который в свою очередь приводит к снижению продольной силы и следовательно уменьшает трение. Таким образом основываясь на вышесказанном рекомендуется прикладывать силу в точке более цервикальной для положения брекета понижая силу трения между брекетом и дугой.

Это исследование также обеспечило возможность контроля силы в клинической практике. С того момента, как трение между дугой и брекетом стало почти пропорциональным приложенным нагрузке, возможно, использовались в качестве ориентира для определения необходимого уровня требуемой силы. Максимальный процент силы трения к полной силе ретракции составил практически 39%, это означает, что почти 40% от силы ретракции теряется при трении.

Все вышесказанное свидетельствует о том что регулировка опорной части очень важна при использовании керамических брекета.

Все результаты этого эксперимента указывают на то, что контроль крепления, возможно, более важен при использовании керамических брекетов, когда уровень силы ретракции зуба, зубы закреплений, возможно, отрекаются легче в противоположном направлении.

В заключение, показано, что повышение качества поверхности слота в этом исследовании, обеспечивают большую эффективность требуемого движения зуба.

Статья предоставлена компанией "Дентаурум"