Głównymi elementami aparatu stałego są elementy mocujące i łuki druciane.

Elementy aparatu stałego Budowa aparatu stałego Głównymi elementami aparatu stałego są elementy mocujące i łuki druciane. Elementy mocującece to: pierścienie (wykonane przez producenta różnych rozmiarów stalowe obrączki ze zgrzewanymi od strony policzkowej lub językowej zaczepami dla drutu, którymi są zamki i rurki) zamki wykonane z różnych materiałów (stal, tworzywa sztuczne lub porcelana), różnej budowy, różnych systemów opisujących parametry zawarte w kanale zamka, tzn. tork i angulację Rodzaje zamków (ze względu na budowę): konwencjonalne (zawierające dwa, cztery lub sześć skrzydełek) samoligaturujące Rodzaje zamków (ze względu na użyty materiał): metalowe (stalowe, pozłacane, bezniklowe) kompozytowe (z kanałem metalowym lub bez) porcelanowe (z kanałem metalowym lub bez) plastikowe z kryształu górskiego Schemat budowy zamka klasycznego 1

Zamki konwencjonalne składają się z podstawy, kanału o poziomym przebiegu oraz skrzydełek Kanał każdego zamka według Angle a miał na przekroju poprzecznym rozmiary wysokości 0,022 cala oraz głębokości 0,028 cala. Podstawa zamka metalowego - siateczka lub rowki Podstawa zamka ceramicznego - mikrogranulki lub trawienie Wszelkie zagłębienia, wypukłości czy chropowatości na podstawie zwiększają wielokrotnie pole powierzchni klejenia. Obecnie w technice edgewise występują dwie wielkości kanałów zamków: wysokość 0,018 lub 0,022 cala przy głębokości 0,028 do 0,030 cala. Zamki budujące aparat straight-wire (drutu prostego) - w modyfikacji pomysłu Andrewsa (Andrews 1989), jednak z parametrami kanału opracowanymi przez Rotha, Rickettsa czy Mc Laughlina, Bennetta i Trevisiego mają: różne grubości zamków (zlikwidowało to tzw. dogięcia I rzędu w kierunku wargowo-podniebiennym, czyli in-out) utworzone odpowiednie kąty pomiędzy kanałami zamków i długimi osiami zębów (tzw. angulacja kanałów odrzuciła konieczność wykonywania dogięć II rzędu w płaszczyźnie pionowej, ang. tip-bend) dna kanałów zamków nachylone skośnie w kierunku wargowojęzykowym, odpowiednio dla każdego zęba (dają przesunięcia wargowo-podniebienne korzeni czyli tork - dogięcie III rzędu, tzn. skręt pewnego odcinka drutu prostokątnego o pożądany stopień przed umieszczeniem łuku w zamku). Parametry zamków w systemie MBT Zamek aparatu straight-wire Układ zamków w technice straight-wire 2

Różne systemy aparatów straight-wire różnią się wartościami torku i angulacji w zależności od autorów opracowujących cechy zamków (np. zamki według preskrypcji Andrewsa, Rickettsa, Rotha, Alexandra, Burstone a, Hilgersa, Nandy, Hasunda, Cetlina oraz zamki MBT skrót od nazwisk twórców: Mc Laughlin, Bennett, Trevisi). Tabele parametrów różnych systemów zamków Zamki stosowane w technice lingwalnej Oprócz podstawy i kanału zamki mają skrzydełka, które służą do zaczepiania wiązań mocujących drut w kanale. Druty elementy czynne aparatu Charakteryzuje je: rozmiar (kształt i wielkość powierzchni przekroju poprzecznego- okrągłe lub prostokątne) materiał, z którego są wykonane (SS, NiTi, CrCo, TiMo) Zastosowanie drutów w różnych etapach leczenia w technice straight-wire: pierwsza faza leczenia czyli wyrównanie (superelastyczne łuki NiTi) małe, bezpieczne lecz stałe siły sekwencja łuków druga faza leczenia czyli przesunięcia poziome zębów, zamykanie szpar, precyzyjne ustawianie korzeni (łuki SS, TMA) dogięcia lecznicze trzecia faza to zabiegi końcowe (łuki SS) 3

Dogięcia lecznicze 1. I-rzędu w płaszczyźnie poziomej (in-out) 2. II-rzędu w płaszczyźnie pionowej (na pochylenie osi zęba w kierunku mezjalnym lub dystalnym) - tzw. dogięcia artystyczne, krzywizny sweep na łuku wyrównujące płaszczyznę zgryzu w odcinkach bocznych, zagięcia tip-back zwiększające zakotwiczenie, pionizujące zęby trzonowe, wpływające na intruzję siekaczy oraz dogięcia schodkowe, które powodują skrócenie (intruzję) lub wydłużenie (ekstruzję) zęba czy grupy zębów; 3. III-rzędu, czyli tork, skręt kontrola osi policzkowojęzykowej zębów, tzn. precyzyjne ustawienie korzeni zębów Drut tytanowo-molibdenowy (TMA) - wyzwala prawie stałej wielkości siły mniejsze niż druty SS; stosowany jako dogięte indywidualnie lub przez producenta sprężyny retrakcyjne czy prostujące kły lub trzonowce, do wykonywania łuków intruzyjnych oraz w technikach segmentowych. Przesunięcia zębów: 1. w fazie szeregowania mają miejsce: rozładowanie stłoczeń po odtworzeniu miejsca przez zwiększenie szerokości lub długości łuku, albo też po zaplanowanych ekstrakcjach, rozszerzanie szczęki (poprzeczna rozbudowa szczęki) korekta zgryzu krzyżowego bocznego czy mało nasilonego zgryzu krzyżowego przedniego (tj. w obrębie jednego lub dwóch zębów) wprowadzanie do łuku zęba zatrzymanego lub nie wyrzniętego wydłużanie lub skracanie zębów bocznych lub siekaczy kombinacje obu tych ruchów oraz zamykanie diastemy wyrównywana jest krzywa Spee, przez wydłużanie przedtrzonowców lub intruzję siekaczy (efektem tego jest uzyskanie prawidłowego nagryzu pionowego. Wśród stosowanych łuków NiTi wyróżnia się superelastyczne druty z austenicznych i martenzytowych stopów NiTi. Łuki NiTi wytwarzają małe siły o prawie stałej wielkości. Kiedy poziomowanie i szeregowanie kanałów zamków jest zakończone, siły tarcia mogą wzrastać w zależności od kilku czynników: wzrostu rozmiaru drutu, przekroju drutu (okrągły czy prostokątny) dogięcia torku na drucie, nierówności powierzchni. Druty plecione Przesunięcia zębów: 2. druga faza leczenia zawiera: korektę wzajemnego położenia trzonowców zamykanie w planowy sposób luk poekstrakcyjnych czy szpar stosowanie wyciągów międzyszczękowych i zewnątrzustnych. 4

można formować zginać Łuki z drutów SS: wytwarzają niewielkie tarcie podczas przesuwania zębów Niekiedy w tej fazie leczenia wykorzystywane są do zadań specjalnych druty TiMo (indywidualnie sprężyny prostujące kły lub trzonowce, sprężyny cofające czy łuki intruzyjne). Dając stałą, delikatną siłę, druty TMA prowadzą do przemieszczeń zębów z najbardziej fizjologiczną przebudową kości wyrostka zębodołowego. Przesunięcia zębów: 3. w trzeciej fazie leczenia uzyskiwana jest: równoległość korzeni zębów precyzyjne ustawienie pojedynczych zębów sprawdzenie i ewentualna korekta torku siekaczy oraz ich pionowego położenia zlikwidowanie rozbieżności linii pośrodkowych łuków zębowych doprowadzenie do optymalnego zaguzkowania w połączeniu ze zharmonizowaniem kształtu łuków zębowych. Porównanie właściwości różnych rodzajów drutów W zamkach konwencjonalnych łuki druciane przytrzymywane są w kanałach zamków za pomocą ligatur. Wiązania mogą być: elastomerowe metalowe (ze stali nierdzewnej - miękkiej). Sposób dowiązania łuku drucianego do zamka wpływa na wielkość siły tarcia, która pojawia się w układzie zamek-drut-ligatura. Układ zamka, drutu i ligatury Ligatury elastomerowe różnią się: średnicą ( 0.010 cala, 0.012 cala) sposobem wykonania (wtryskowo przekrój okrągły, cięte przekrój prostokątny) 5

Zalety ligatur elastomerowych: Wady ligatur elastomerowych: szybkie i wygodne w zakładaniu kolorowe lub bezbarwne bezpieczne tracą elastyczność w jamie ustnej sztywnieją wytwarzają duże tarcie stają się rezerwuarem płytki bakteryjnej Ligatury metalowe: różnej średnicy (0,010 lub 0,012 lub 0,014 cala) z drutu stalowego lub drutu stalowego pokrytego warstwą teflonu (zmniejszanie siły tarcia, walory estetyczne) w modyfikowanym kształcie (Kobayashi) Zalety ligatur metalowych: higieniczne można wpływać na zmniejszanie siły tarcia (luźne wiązanie) Wady ligatur metalowych: Zamki samoligaturujące: pracochłonne podczas zakładania w kolorze stali pasywnie ( system Damon, zamki Carriere LX, Lotus) aktywnie (zamki Speed) pasywno-aktywnie (SmartClip) 6

Zamek Damon Drut w kanale zamka samoligaturującego pasywnie Zamek Lotus Zamek Speed Zamek samoligaturujący pasywno-aktywnie aktywnie (SmartClip, 3M Unitek). Zalety zamków samoligaturujących: zmniejszone tarcie pełne i bezpieczne wiązanie drutu zwiększona higiena jamy ustnej zachowanie zakotwiczenia zmniejszenie czasu pobytu pacjenta na fotelu zwiększona ergonomia pracy dłuższe przerwy między wizytami 7

Zamki SL wykazują najmniejsze tarcie dla wszystkich rozmiarów drutów SS i NiTi. Łuki 0.016 x 0.022 NiTi dają większy opór tarcia niż 0.016 x 0.022 SS. Zamki samoligaturujące z łukiem estetycznym Największą przeszkodą w stosowaniu mechaniki ślizgowej jest tarcie, które wytwarzane jest między zamkiem i łukiem drucianym podczas ruchu ortodontycznego. Opór na ślizganie jest sumą klasycznego oporu tarcia i wiązania Wielkość tarcia jest proporcjonalna do siły, z jaką dwie powierzchnie naciskają na siebie i zależy od właściwości powierzchni pozostających w kontakcie: skład materiału, z jakiego wykonany jest zamek skład materiału, z jakiego wykonany jest drut chropowatość drutu i zamka. Powierzchnie wzajemnie trące, czyli powierzchnię kanału zamka i powierzchnię drutu cechuje różnego stopnia chropowatość. Na szczytach chropowatości przenoszone jest całe obciążenie podczas tarcia. Miejscowy nacisk na chropowatości powoduje odkształcenie plastyczne tych małych powierzchni i dlatego rzeczywiste pole kontaktu szczeliny zamka i drutu jest w znacznym stopniu wyznaczane przez wielkość przyłożonego obciążenia. Pola wzajemnego kontaktu ulegają ścieraniu chropowatości twardszej powierzchni wnikają w powierzchnię bardziej miękką. Gdy dwa materiały są podobnie gładkie i nie różnią się znacznie pod względem twardości, tarcie w większości zależy od siły ścinającej, czyli przyłożonej stycznie do powierzchni wzajemnie trących. Opór tarcia podczas ślizgania się drutu w zamku można zredukować, ale nie można go całkowicie wyeliminować. szorstkość powierzchni drutu SS < drutu beta-ti < drutu NiTi jednak opór tarcia drutu beta-ti > drutu NiTi > drutu SS Wynika to z faktu, że wzrost zawartości tytanu w stopie zwiększa reaktywność chemiczną powierzchni. Drut wykonany z beta-ti zawiera 80% tytanu, a drut NiTi ma 50% tytanu i dlatego współczynnik tarcia drutu beta-ti jest wyższy niż drutu NiTi. Reaktywność chemiczna stopu beta-ti czasami wystarcza, by drut z takiego materiału w kontakcie z zamkami stalowymi uległ spojeniu na zimno całkowicie uniemożliwiając przesunięcie w szczelinie zamka (Kusy i Whitley 1997). 8

Nadmierny wzrost sił ortodontycznych, by pokonać opór tarcia podczas przemieszczania zębów = problemy w kontroli zakotwiczenia (może prowadzić nawet do utraty zakotwiczenia). Zakotwiczenie jest oporem, jaki stawia jednostka kotwicowa (może to być ząb, grupa zębów lub jednostka anatomiczna) przeciw jej przesunięciu, gdy zostanie włączona jako nośnik siły działającej na inne zęby. Tarcie to opór na ruch ślizgowy dwóch powierzchni z ich wzajemnym kontaktem. Ruch zęba przy zastosowaniu aparatu stałego odbywa się po pokonaniu tarcia. Ponad 60% przykładanej do zęba siły jest pochłaniane przez tarcie. Właściwa wielkość siły stosowana podczas leczenia ortodontycznego będzie dawała optymalną odpowiedź tkankową i szybkie przesunięcie zęba. Odpowiednia siła przesuwająca ząb musi być dostarczona w ilości pokonującej tarcie. Gdy wielkość tarcia będzie wzrastać, proporcjonalnie większa siła będzie wymagana do przesunięcia zęba. Sposoby zmniejszania tarcia: stosowanie tzw. systemów niskiego tarcia zamków samoligaturujących System niskiego tarcia złożony z niekonwencjonalnych ligatur elastomerowych, zamków edgewise z wprowadzonymi do kanału cechami oraz łuków superelastycznych NiTi, podobnie jak zamki samoligaturujące, umożliwia rozbudowę łuku zębowego w początkowej fazie leczenia podczas wyrównania i szeregowania zębów. Klasycznie w aparatach straight-wire zmiany kształtu łuku występują przeważnie podczas końcowych etapów, gdy stosowane są druty okrągłe lub krawężne stalowe. System niskiego tarcia może wytworzyć statystycznie znaczący wzrost poprzecznej zębowo wyrostkowej szerokości i wymiarów łuku szczęki podczas fazy poziomowania i wyrównania w przeciętnym czasie 6 miesięcy. Zamek SWLF 9

Tarcie występujące podczas ruchu zęba: tarcie statyczne (siła wymagana od zapoczątkowania ruchu zęba) tarcie kinetyczne (siła, która przeciwdziała trwającemu już ruchowi). Wielkość przesunięcia zęba podczas leczenia ortodontycznego zależy od czynników mechanicznych i biologicznych: łuku drucianego (materiał, kształt i rozmiar poprzeczny, gładkość powierzchni, giętkość sposobu dowiązania łuku drucianego do zamka (druty ligaturowe, elastomery) zamków (materiał, szerokość i głębokość kanału, dogięcia pierwszego, drugiego i trzeciego rzędu in-out, angulacja, tork) aparatu ortodontycznego (odległość między zamkami, poziom kanałów zamków między dowiązanymi zębami, siły stosowane przy cofaniu) czynniki wewnątrzustne -ślina, płytka nazębna, błonka nabyta, korozja. Różnice wielkości tarcia w układach zamek-drut Tarcie wzrasta ze wzrostem rozmiaru przekroju drutu i szerokości zamka. W dużym stopniu zależy też od chropowatości powierzchni i użytych materiałów, od konstrukcji zamków i rodzaju drutu. Tarcie w zamkach z utwardzonym kanałem jest 40-45 % mniejsze niż w zamkach z tradycyjnym kanałem stalowym (Vaughan i wsp. 1995). Porównanie zamków tytanowych i stalowych określa zamki tytanowe jako posiadające niższa siłę tarcia od zamków stalowych przy stosowaniu grubszych drutów (Kapur i wsp. 1999). Znacząco niskie tarcie statyczne i kinetyczne wytwarzają zamki stalowe samoligaturujące w stosunku do zarówno zamków metalowych konwencjonalnych jak i poliwęglanowych samoligaturujących. Wpływ kąta ugięcia drutu na wielkość tarcia Gdy wzrasta rozmiar drutu wzrasta statyczne i kinetyczne tarcie w zamkach. U pacjentów z wymaganiami estetycznymi zamki samoligaturujące poliwęglanowe są dobrą alternatywą dla zamków ceramicznych i konwencjonalnych stalowych (Cacciafesta i wsp. 2003). Siła, z jaką łuk utrzymywany jest w zamku, jest głównym wyznacznikiem siły tarcia. Sposób dowiązania łuku wpływa na opór tarcia. W 1990 Schumacher i wsp. zbadali, że tarcie w większości wyznaczane jest przez rodzaj wiązania, a nie rozmiary różnych drutów (Read-Ward i wsp. 1997). 10

Ligatury elastomerowe składają się z polimerów poliuretanowych, które w wilgotnym środowisku z powodu powolnej hydrolizy podlegają z czasem ciągłej deformacji oraz sztywnieniu Siły tarcia wytwarzane przez elastomery maleją podczas 3-4 tygodni wraz ze zmniejszeniem niekorzystnej cechy silnego wiązania. Zredukowanie siły tarcia przez: rozciągnięcie ligatury elastomerowej do dwukrotnego zwiększenia jej pierwotnego rozmiaru powlekanie ligatur elastycznych silikonem o 50% zmniejszają tarcie w porównaniu ze wszystkimi innymi metodami wiązania (z wyjątkiem Damon 2) Dorota Marzec Ligatury elastomerowe powlekane silikonem wytwarzają znacząco mniejsze statyczne siły tarcia w porównaniu z ligaturami małymi i średnimi (o 23-24%), czy dużymi niepowlekanymi ligaturami ( o 36-43%). W niepowlekanych ligaturach elastycznych najmniejsze tarcie dają ligatury przezroczyste uzyskane metodą wtryskową, a nie cięcia (Chimenti i wsp. 2005). Wpływ różnych rodzajów wiązań, zamków i drutów na siłę tarcia w aparatach stałych ROZPRAWA NA STOPIEŃ DOKTORA NAUK MEDYCZNYCH Promotor: Prof. dr hab. Anna Komorowska Katedra i Zakład Ortopedii Szczękowej Uniwersytetu Medycznego w Lublinie Wnioski Wnioski 1. Tarcie w zamkach samoligaturujących było niższe niż we wszystkich innych badanych zamkach klasycznych i różnica była wysoce istotna statystycznie (p< 0,00001). Spośród zamków klasycznych najmniejszą siłę tarcia wykazywały zamki metalowe, a największą ceramiczne. Różnica między siłą tarcia w zamkach ceramicznych i w pozostałych klasycznych była bardzo wysoce istotna (p< 0,00001). 2. Największe tarcie wytwarzały druty TMA w porównaniu z drutami SS i NiTi. Druty o przekroju okrągłym wytwarzały niższe tarcie niż druty o przekroju prostokątnym. 11

Wnioski 3. Spośród badanych ligatur najwyższe siły tarcia wytwarzały wiązania elastomerowe, a najmniejsze ligatury metalowe o najmniejszym przekroju. Pokrycie ligatur metalowych teflonem zmniejszało siłę ich tarcia niemal trzykrotnie. Wnioski 4. Układem najbardziej korzystnym w porównaniu do zamków samoligaturujących okazał się układ klasycznego zamka metalowego z drutem okrągłym NiTi i cienką ligaturą metalową. Układem najmniej korzystnym w porównaniu do zamków samoligaturujących był układ zamka ceramicznego z drutem prostokątnym TMA dowiązanym ligaturą elastomerową. Wnioski 5. Wyniki badań sugerują, że można regulować wielkość tarcia za pomocą wyboru zamka, drutu i ligatury w obrębie aparatu stałego, przy czym korzystne jest zmniejszenie siły tarcia w zamkach zębów przesuwanych i kontrolowany wzrost siły tarcia w zębach kotwicowych. 12