Сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния тканей многокорневых зубов, восстановленных корневыми штифтовыми вкладками из диоксида циркония и кобальтохромового сплава

Направленность демографической политики Российской Федерации на увеличение продолжительности жизни наших граждан предполагает укрепление здоровья и повышение качества жизни населения, включая стоматологическое благополучие и возможность длительного сохранения естественных зубов. В настоящее время дефекты зубных рядов являются распространенной патологией, которая приводит к вторичным деформациям, изменению активности жевательных и скелетных мышц, функциональным и эстетическим изменениям зубочелюстной системы человека. В связи с этим удаление зубов, которые можно восстановить ортопедическими конструкциями, является нецелесообразным как с точки зрения биологии тканей пародонта, так и с учетом важности предотвращения атрофии альвеолярных отростков челюстей.

В течение длительного периода применения в ортопедической стоматологии корневых штифтовых вкладок зубов были разработаны и внедрены в практическую деятельность различные усовершенствования, способствующие более щадящему препарированию опорных зубов, восстановлению корней в условиях низких клинических коронок и патологической стираемости зубов, оптимальному распределению жевательного давления, лучшей фиксации и более легкому извлечению корневых вкладок в случае необходимости [1, 2]. Однако большинство исследований проводилось на однокоренных зубах. Принимая во внимание различную анатомию строения корней передних зубов и зубов жевательной группы, имеющих от двух до пяти каналов и корней, невозможно полностью перенести результаты исследований на все клинические случаи. Вместе с тем имеются неразрешенные вопросы о характере распределения нагрузок в разрушенных многокорневых зубах. Ряд авторов высказывали предположение о том, что увеличение количества штифтов приводит к концентрации напряжений в зоне фуркации зубов, имеются работы, где говорится, что максимальные напряжения концентрируются в области шейки или окончания штифта. При этом существует мнение о необходимости усиливать ретенцию корневых вкладок за счет моделирования дополнительных укороченных штифтов в 2—3 корня зуба [2]. Недостаточно четкие рекомендации по моделированию корневых штифтовых вкладок в зубах жевательной группы приводят к несоблюдению критериев выбора конструкции, технологическим ошибкам при протезировании и высокой частоте встречаемости конфликтных ситуаций, связанных с некачественным их изготовлением [3—5]. С учетом того, что экспериментально воспроизводить на человеке влияние жевательных нагрузок на восстановленный корневой штифтовой вкладкой зуб крайне затруднительно, широкое распространение получил метод математического моделирования, который позволяет провести расчет напряженно-деформированного состояния тканей зуба в различных заранее заданных условиях [2].

Цель исследования — определение оптимальных вариантов конструкций корневых штифтовых вкладок в зависимости от формы строения корней и материала ортопедической конструкции с учетом анализа напряженно-деформированного состояния по математическим моделям зубов.

Для создания 3D-моделей жевательных зубов было использовано программное обеспечение Ansys SpaceClaim. По созданным математическим моделям с использованием программного обеспечения Ansys Workbench проводились расчеты для определения характера распределения жевательной нагрузки в 100Н, прилагаемой по оси зуба и под углами в 15, 30 и 45° к оси зуба.

Математические модели, созданные для исследования, воспроизводили основные варианты строения зубов жевательной группы верхней и нижней челюстей. Было сформировано четыре группы: 1-я группа — зубы с относительно параллельными и прямыми корнями (П-образной формы); 2-я группа — зубы с параллельными корнями, искривленными на границе средней и верхней третей под углом >35° (Г-образные корни); 3-я группа — зубы с корнями, имеющими значительный угол дивергенции — >35° (Λ-образные корни) и 4-я группа — зубы с О-образным строением корней. В связи с анатомическими особенностями зубы с Г- и О-образным строением корней не позволяли смоделировать корневые штифтовые вкладки на ²/₃ длины корня. Моделирование корневых штифтовых вкладок проводилось в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к данным ортопедическим конструкциям Клиническими рекомендациями (протоколами лечения) при диагнозе болезни периапикальных тканей (прил. №4).

Для каждой группы были созданы математические модели корневых штифтовых вкладок с различным вариантом количества (от 1 до 3) штифтов и различным материалом вкладок из кобальтохромового сплава (КХС) и диоксида циркония. Таким образом, расчеты главных напряжений проводились по 84 вариантам 3D-моделей многокорневых зубов.

В начале исследования предполагалось, что имеется значимая зависимость распределения нагрузок и напряженно-деформирующего состояния от формы корней зубов. Наиболее благоприятное для тканей зуба распределение жевательного давления прогнозировалось в зубах, имеющих П-образную форму корней, так как штифтовые части корневых вкладок располагаются в них вдоль основной оси зуба и нагрузка будет распределяться практически как в однокорневых зубах. У зубов, имеющих О- и Λ-образное строение, значительный угол расхождения корней мог приводить к возникновению расклинивающего эффекта корневой вкладки. В зубах с искривленными (Г-образными) корнями предполагалась наличие концентрации напряжений в зоне изгиба корней и окончания штифтовых частей вкладок. В связи с этим исследования напряженно-деформирующего состояния в тканях опорных зубов проводились для определения наличия влияний количества штифтовых частей корневых вкладок на распределение напряжений при различных углах нагрузки на опорные зубы, а также для определения влияния на возникающую нагрузку в опорных зубах формы корней зубов жевательной группы с учетом возможности изготовления корневых вкладок с 1, 2, 3 штифтами.

В ходе исследования напряженно-деформирующего состояния в различных группах многокорневых зубов (рис. 1), восстановленных корневыми штифтовыми вкладками из КХС и диоксида циркония, было определено, что в наибольшем количестве случаев максимальные напряжения локализуются на внешней стороне зуба в области шейки и зоне контакта с кортикальным слоем кости.

Рис. 1. 3D-модели зубов с различным строением корней.

а — параллельное расположение корней (П-образные корни); б — искривленные корни с изгибом в области средней и апикальной третей >35° (Г-образные корни); в — корни, имеющие дивергенцию >35° (Λ-образные корни); г — корни в виде буквы О (О-образные корни).

Изучение главных напряжений в тканях опорных зубов позволило определить наиболее характерное их распределение. Максимальные значения напряжений в случае моделирования 2 или 3 штифтов у корневой вкладки определялись в зоне контакта длинного штифта с корнями, а при использовании вкладки с одним штифтом — в зоне фуркации корней опорного зуба. Именно этот принцип определял характер распределения, прилагаемого на зуб под разными углами жевательного давления (рис. 2).

Рис. 2. Характер распределения главных напряжений у вкладок с тремя штифтами (а), двумя штифтами (б) и одним штифтом (в) при действии силы в 100Н под углом 15° на зуб с:

а — параллельным расположением корней (П-образные корни); б — искривленными корнями (Г-образные корни); в — корнями, имеющими дивергенцию (Λ-образные корни); г — О-образными корнями.

При расчете напряженно-деформирующего состояния во всех группах исследования была выявлена основная тенденция, заключающаяся в том, что уменьшение количества штифтовых частей корневой вкладки увеличивает напряжения. Величина напряжений и значения их изменений варьировались в зависимости от материала, из которого изготовлена вкладка, угла приложения нагрузки и формы строения корней опорного зуба. Наиболее значимые изменения отмечались у зубов с Λ-образной формой корня, у которых при уменьшении количества штифтов напряжения возрастали в 1,5 и 2 раза для вкладок из КХС и диоксида циркония соответственно (рис. 3).

Рис. 3. Распределение главных напряжений в зубе с Λ-образным строением корней, восстановленном вкладкой из диоксида циркония с одним (а) и двумя (б) штифтами, при воздействии жевательной нагрузки.

а — по оси зуба; б — под углом 15°; в — под углом 30°; г — под углом 45°.

Было определено, что увеличение количества штифтов и, соответственно, площади контакта штифта и корня зуба способствует более равномерному распределению давления и позволяет избегать концентрации высоких значений напряжений. Помимо этого, пространственное расположение штифтов способствует повышению изгибной жесткости всей конструкции вкладки со штифтами, что является дополнительным фактором, снижающим напряжения, особенно в случае приложения нагрузки, действующей под углом и приводящей к изгибу зуба. Таким образом, можно сделать вывод о том, что в целом уменьшение количества штифтов увеличивает напряжения. Разница значений напряженно-деформирующих состояний может измеряться десятками или сотнями процентов в зависимости от многих факторов, таких как форма корней, угол воздействия нагрузки и материал, из которого изготовлена вкладка.

Однако следует учитывать, что зона максимальных напряжений располагается в зоне контакта штифтов и корней зуба при моделировании длинных штифтовых частей до ²/₃ длины корня опорного зуба при изгибе всего зуба. Если моделируются короткие штифтовые части (что может быть обусловлено как искривлением корней, так и невозможностью раскрыть каналы вследствие облитерации, поломки инструмента и т.п.), то теряется преимущество, которое получено за счет значительной площади штифтовых частей. В случае моделировки корневой вкладки с одним штифтом вся нагрузка концентрируется в области площадки контакта вкладки с дном полости зуба.

Резюмируя вышесказанное, следует отметить несколько основных выводов, сделанных в ходе проведения исследования:

1. Имеется зависимость величины напряженно-деформирующего состояния от количества штифтовых частей у корневых вкладок. Характер влияния зависит от многих факторов, наиболее определяющими из которых являются: угол воздействия нагрузки на зуб; физические свойства материала, из которого изготовлена вкладка; форма корней опорного зуба; количество штифтов у корневой вкладки.

2. Увеличение угла действия нагрузки практически во всех случаях приводит к увеличению напряжений в опорном зубе.

3. Уменьшение количества штифтов корневой вкладки в большинстве вариантов строения корней опорных зубов приводит к увеличению напряжений.

4. Рост значений напряженно-деформирующих состояний при уменьшении количества штифтов происходит в зоне шейки зубов и зоне фуркации корней.

5. При одних и тех же величинах и углах приложения нагрузки на опорные зубы использование в качестве материала для вкладки диоксида циркония (с меньшим модулем упругости) позволяет снизить напряжения в опорных зубах по сравнению с использованием в тех же случаях КХС.

Таким образом, в ходе исследования определено, что форма строения корней имеет значение, но не столь определяющее, как количество штифтов и их форма. Моделирование корневых вкладок с 2, 3 штифтовыми частями в жевательных зубах верхней и нижней челюстей позволяет распределять нагрузку, не концентрируя ее в области шейки опорного зуба и зоне фуркации корней в случаях, когда штифты имеют значительную протяженность (площадь контакта с корнем), т.е. занимают ²/₃ длины корня зуба. Моделирование коротких штифтовых частей увеличивает нагрузку в зоне фуркации корней, не позволяя при этом смоделировать разгружающую площадку. Анализ расчетов напряженно-деформирующего состояния в зубах жевательной группы показал, что, восстанавливая разрушенные зубы корневыми вкладками, следует моделировать либо несколько длинных штифтов, либо один длинный штифт и разгрузочную площадку, перпендикулярную оси зуба, избегая при этом изготовления нескольких коротких штифтов, так как это приводит к существенному увеличению напряжений в зоне фуркации корней.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.