La meccanica analitica é la branca della fisica che si occupa delle forze e della
loro influenza sugli stati di quiete e di moto di un corpo. Nel caso degli spostamenti
dentari ortodontici si parla di biomeccanica perché le forze vengono applicate
a un corpo biologico: il dente
vincolato dai tessuti parodontali.
Sul complesso dento-parodontale l'applicazione di
forze genera aree di tensione e pressione che rappresentano la causa primaria dei
processi di rimaneggiamento osseo che stanno alla base dello spostamento dentario.
Fenomeni istologici legati allo spostamento dentale
Lo spostamento del dente in seguito all'applicazione di una forza
si realizza in tre fasi.
Nella prima fase, non appena la forza viene applicata al dente, si determina
uno spostamento rapido e breve, di 0,25mm circa, prodotto
dalla compressione dello spazio parodontale: area compresa tra radice e alveolo osseo.
Nella seconda fase avviene il fenomeno della ialinizzazione. E' un fenomeno istologico
consistente nell'ammassamento delle fibre parodontali,
che all'osservazione al microscopio appaiono
come un agglomerato ialino. Si verifica nella sua completezza per
applicazione di forze pesanti, a causa del forte schiacciamento che provocano dello spazio
tra radice e alveolo (spazio parodontale), che determina compressione
della circolazione sanguigna, che rallenta
o si arresta del tutto, e picnosi dei nuclei delle cellule connettivali.
A causa di ciò, la formazione di osteoclasti, che in seguito all'applicazione della forza
riassorbono l'osso nell'area di compressione, attraverso la produzione
di un enzima che distrugge la matrice proteica, é ostacolata, e l'osso inizia a
riassorbirsi lontano dalla zona
di compressione.
Questo fenomeno prende il nome di riassorbimento indiretto e, come abbiamo detto,
si determina in seguito all'applicazione di forze pesanti.
Lo spostamento del dente avverrà con ritardo rispetto all'applicazione della forza,
comincerà a muoversi quando per via retrograda sarà riassorbito l'osso alveolare
adiacente alla radice.
Una forza di grado medio produrrà
una semiialinizzazione, e, come nella ialinizzazione, lo spostamento
dentale avverrà in seguito a riassorbimento indiretto, ma in maniera più pronta
perché l'osso comincerà a riassorbirsi più vicino alla radice.
Lo spostamento dentale per riassorbimento diretto è eccezionale in corso di trattamento
ortodontico con apparecchi fissi o mobili meccanici, mentre si verifica nei casi di
migrazione fisiologica e nello spostamento con apparecchi funzionali.
A seconda dell'intensità della forza, la fase della ialinizzazione
può durare da 4-5 giorni fino a due mesi.
Nelle aree di
tensione, invece, quelle opposte alla linea d'azione della forza, dove le fibre parodontali
subiscono uno stiramento,
si forma dapprima tessuto osteoide,
che successivamente si trasforma in osso fascicolato e poi in osso lamellare.
Nella terza fase inizia lo spostamento dentale che prosegue fino
all'esaurirsi della forza. Implicazioni cliniche
All'aumentare indiscriminato della forza applicata al dente ci si può aspettare,
a causa della ialinizzazione,
un ritardo anche notevole del momento d'inizio del suo spostamento.
Le forze ortodontiche
Parlando di forze applicate ai denti si usano varie definizioni
che riflettono approcci diversi.
A volte ci si riferisce all’INTENSITÀ' DELLA FORZA e al tipo di RISPOSTA BIOLOGICA
PRODOTTA, definendo genericamente le forze come segue:
FORZE LEGGERE: forze intorno a 50-70 gr. d'intensità, producono riassorbimento diretto
dell'osso alveolare.
FORZE PESANTI: forze intorno a 200-300 gr. d'intensità, producono riassorbimento indiretto
dell'osso alveolare.
Altre volte al TIPO Dl FORZA o SISTEMA Dl FORZE ed al conseguente
GENERE DI MOVIMENTO DENTARIO che si verifica in seguito alla loro applicazione, in questo
caso si parla di:
FORZA SINGOLA: forza che produce movimento di inclinazione del dente.
COPPIA DI FORZE: forza che produce movimento rotatorio del dente.
FORZA SINGOLA+COPPIA DI FORZE: associazione di forze che produce movimento corporeo o movimento
controllato della radice - in dipendenza del rapporto momento forza - movimento intrusivo o
estrusivo puro.
Oppure all’INTENSITA' DELLA FORZA e alla sua DISTRIBUZIONE,
come quando si parla di FORZE DIFFERENZIALI, usate per
contrapporre movimenti a bassa resistenza (ad esempio il movimento d’inclinazione)
a movimenti ad alta resistenza (ad esempio il movimento traslatorio), per poter
controllare meglio l'ancoraggio (TECNICA Dl BEGG).
Altre volte ancora si fa riferimento alla TECNICA DI TRATTAMENTO UTILIZZATA e si
distingue tra:
TECNICA DELLE FORZE LEGGERE DIFFERENZIALI, la tecnica di Begg.
TECNICA DELLE FORZE SEQUENZIALI E DIREZIONALI, la tecnica di Tweed rivista
dalla Scuola di Tucson in Arizona.
TECNICA BIOPROGRESSIVA; PER SEGMENTI, CON FORZE LEGGERE E CONTROLLATE, la
tecnica di Ricketts.
Le forze ortodontiche possono pertanto essere definite in modi diversi:
leggere, differenziali, pesanti, sequenziali, direzionali, controllate.
Il clinico dovrebbe invece riferirsi ad un'ulteriore
definizione delle FORZE ORTODONTICHE, quella di FORZE OTTIMALI.
Le forze ottimali sono capaci di produrre, applicandole ai denti:
- Massima risposta biologica.
- Minimo danno tessutale.
- Rapido movimento dentale.
- Poco o nessun disconfort clinico per il paziente.
- Massimo controllo dell'ancoraggio. Implicazioni cliniche
L'applicazione di
forze pesanti ortodontiche può ritardare il movimento dentale,
aumentare il disagio per il paziente e il rischio di danno parodontale,
e provocare perdita d'ancoraggio.
Forza singola e coppia di forze
Due sono le forze che applicate al dente riescono a produrre,
singolarmente o associate tra loro, tutti
i tipi di movimento dentale:
1. LA FORZA SINGOLA
2. LA COPPIA Dl FORZE
Forza singola
La FORZA SINGOLA applicata sulla corona del dente genera un movimento di TIPPING o
movimento di inclinazione coronale
con centro di rotazione al 3° apicale della radice. E' uno dei movimenti
più comuni in ortodonzia ed é il più facile da realizzare con l'uso delle
placche mobili attive meccaniche. Poiché provoca un preponderante movimento della corona,
il movimento di TIPPING é anche definito come MOVIMENTO CONTROLLATO DELLA CORONA.
Burstone e Grove, hanno stabilito la relazione che esiste tra velocità di
spostamento dentale per inclinazione e intensità della forza applicata.
Studiando lo spostamento di denti incisivi superiori di bambini, i due
autori hanno trovato che la velocità di spostamento é funzione lineare
della forza e che forze di 50-70 gr. di intensità per dente producono una velocità di
spostamento che non viene incrementata dall'aumento d'intensità della
forza. Weinstein ha notato che forze di appena 2 gr. possono provocare spostamento
di un dente, tale intensità può perciò essere considerata come LIVELLO DI SOGLIA
per poter produrre movimento dentale. Implicazioni cliniche
La forza ottimale per
lo spostamento inclinante di un dente anteriore superiore può
essere ricercata tra 2 gr. e 50-70 gr, forze d'intensità superiore possono produrre un movimento sfavorevole, opposto, della radice
Forza inclinante come leva di primo genere
L'effetto dell'applicazione di una forza
inclinante alla corona di un dente può essere assimilato a quello prodotto
da una leva meccanica di 1° genere, dove il fulcro é interposto tra la potenza
e la resistenza: la cresta alveolare agirà da fulcro mentre la resistenza
si localizzerà all'apice. Possiamo anche supporre che la distanza tra il
punto di applicazione della forza (attacco) e il fulcro (cresta alveolare),
sia la metà della distanza tra fulcro (cresta alveolare) e resistenza (apice). Il braccio di
forza sarà pertanto la metà del braccio di resistenza. L'efficienza meccanica
di questa leva svantaggiosa é 0,5: la metà della forza applicata alla
corona si riprodurrà all'apice. La forza che agirà sul fulcro invece sarà pari alla
somma della forza che agisce sulla corona più la forza all'apice.
Possiamo perciò supporre che applicando 50 gr. di forza inclinante sulla corona
si svilupperanno 75 gr. di
forza alla cresta alveolare e 25 gr. di forza all'apice: l'osso della cresta alveolare
riassorbirà più velocemente dell'osso apicale producendo un'inclinazione con
centro di rotazione al 3° apicale.
Se riduciamo a 30 gr. la forza applicata sulla corona produciamo 15 gr. di
forza all'apice e 45 gr. di forza alla cresta alveolare. Possiamo immaginare che 15 gr.
di forza all'apice possono essere insufficienti per produrre riassorbimento
e di conseguenza spostamento dell'apice, mentre i 45 gr.
alla cresta alveolare producono spostamento apprezzabile. Il dente si muoverà con
centro di rotazione all'apice della radice.
Se aumentiamo la forza a 150 gr. possiamo produrre ialinizzazione
alla cresta alveolare, che ritarderà il movimento del dente, mentre la
zona apicale che riceve una minore intensità di forza e quindi minore
ialinizzazione, muoverà più prontamente e il fulcro rotatorio verrà a
porsi tra 3° medio e 3° coronale della radice. Implicazioni cliniche
Ogni qualvolta applichiamo
una forza singola a un dente per ottenere un movimento di inclinazione coronale (Tipping)
dobbiamo tener conto del fatto che superando una certa intensità di forza applicata possiamo
provocare un movimento sfavorevole, opposto, dell'apice.
Vettore Forza
L'INTENSITÀ é solo uno dei fattori che caratterizzano il vettore forza.
Gli altri sono il PUNTO Dl APPLICAZIONE, LA LINEA D'AZIONE E IL VERSO.
Burstone, tramite studi olografici, ha localizzato il centro di resistenza
di un dente monoradicolato in un punto situato al 40% della distanza tra
cresta alveolare e apice. L'applicazione di una forza singola direttamente
al centro di resistenza di un dente produce un movimento traslatorio puro
di tutti i punti del dente. E' ovvio che non è possibile applicare forze
direttamente al centro di resistenza del dente, possiamo però dirigere la linea
d'azione della forza attraverso il centro di resistenza, producendo,
a seconda del verso della forza stessa, movimento traslatorio
con componente intrusiva o estrusiva.
Allontanando la LINEA D'AZIONE della forza dal centro di resistenza
introduciamo sempre un MOMENTO ROTATORIO, pari al prodotto dell'intensità
della forza per la distanza (perpendicolare) del centro di resistenza
dalla linea d'azione della forza.
Momenti equivalenti possono essere prodotti modificando l'intensità
della forza ed il punto d'applicazione sulla corona dentale, mantenendo
però invariata la sua direzione.
Il momento rotatorio prodotto da una forza singola varia al variare
dell'intensità, del punto d'applicazione e della direzione, pur mantenendo
invariati gli altri parametri.
Coppia di forze
La COPPIA DI FORZE è composta da due forze complanari e parallele aventi
la stessa intensità e verso opposto. Essa genera una rotazione del dente con
centro di rotazione corrispondente al centro di resistenza.
In qualunque punto della corona dentaria venga applicata, il movimento
avverrà sempre con il medesimo centro di rotazione.
La coppia di forze si applica facilmente con le tecniche di ortodonzia fissa edgewise: attraverso
la torsione del filo rettangolare o con l'uso di attacchi pretorchiati o con
l'applicazione di molle ausiliarie di torsione. Il dente ruoterà in senso VESTIBOLO-LINGUALE.
Il movimento rotatorio così prodotto è detto anche MOVIMENTO Dl 3° ORDINE.
La coppia di forze può anche essere applicata in senso MESIODISTALE
attraverso l'esecuzione sul filo di pieghe di 2° ordine, come ad esempio
una piega di TIP BACK, o attraverso l'uso di attacchi preangolati, oppure
con particolari molle ausiliarie dette di UPRIGTHING.
La coppia di forze pura produce anche il movimento di rotazione del dente
intorno all'asse verticale. Tale tipo di forza si applica nel corso del
trattamento ortodontico per la derotazione delle corone dentali.
Dall'associazione di forza singola e coppia di forze si produce
il movimento tipico dei sistemi edgewise che é quello TRASLATORIO O MOVIMENTO CORPOREO.
Anche il MOVIMENTO CONTROLLATO DELLA RADICE e quello ESTRUSIVO e INTRUSIVO
puro richiedono l'associazione di forza singola e coppia di forze.
Nel movimento di TRASLAZIONE la distribuzione dello STRESS (forza per unità di superficie)
avviene lungo tutta la radice nella direzione della forza, in modo relativamente uniforme.
L'ipotesi più accreditata sulla relazione esistente tra l'intensità della forza
e il movimento dentale é quella che propone un aumento lineare dello spostamento
dentale all'aumentare della forza fino ad un certo punto, al di sopra del quale
ad una maggiore intensità di forza non corrisponde un aumento dello spostamento
bensì un ritardo notevole nell'inizio del movimento dentale.
Forze ottimali
Il range ottimale di
forza per produrre movimento corporeo del canino é tra 100 e 200 gr., a
seconda che il movimento si verifichi in un sistema senza frizione o in uno in
cui parte della forza é dissipata dalla frizione dell'arco sugli attacchi.
La forza ottimale invece per lo spostamento corporeo di un molare sia in senso
distale tramite una trazione extraorale sia in senso mesiale in un sistema
ad arco continuo é tra i 400 e i 500 gr.
Forze al di sotto dei 200 gr. non
sono in grado di produrre notevole movimento traslatorio del molare; forze
al di sopra dei 300 gr. ritardano lo spostamento dei canini (Storey e Smith).
Implicazioni cliniche
L'implicazione clinica che questi concetti comportano facilita l'impiego
dell'ancoraggio all'interno delle arcate dentali.
Quando si retrae un canino in ancoraggio massimo si potrebbe adottare questa
strategia: si può
aggiungere il secondo molare quale unità di ancoraggio, si può collegare
il gruppo posteriore al gruppo anteriore con una piega di STOP mesiale al
1° molare e contrapporre il movimento traslatorio di tutti i denti dell'unità
di ancoraggio che diventa di 5 denti per ogni canino da retrarre. Se applichiamo
sul canino i 200 gr. di forza ottimale per la sua retrazione noi distribuiremo
questa forza su 5 denti cioé 40 gr. di forza a dente che distribuita come forza
traslatoria sarà ben poca cosa.
Se agiamo in ancoraggio minimo la forza ottimale per la mesializzazione
traslatoria del molare salirà a 400 gr. che verrà contrapposta a 4 denti
anteriori con minimi effetti sulla unità di ancoraggio.
Nei sistemi edgewise il punto di applicazione della forza é all'attacco e
questo comporta delle implicazioni dal momento che l'attacco é posto eccentricamente
rispetto al centro di massa del dente in tutti e tre i piani dello spazio.
Nella retrazione di un canino in ancoraggio medio vanno contrastati i momenti
rotatori che a causa di ciò si producono sia a livello molare che canino. Il molare,
mesializzando, tende a ruotare in senso mesio palatale ed il canino,
distalizzando, in senso disto palatale, e ambedue tendono a inclinare
nello spazio di estrazione.
L'effetto rotatorio si contrasta ad esempio mettendo una piega di TOE-IN sul molare
e un bottone con legatura deruotante sul canino. La tendenza all’inclinazione
mesiale del molare e distale del canino
si può contrastare posizionando gli attacchi adiacenti alla breccia di
estrazione inclinati: mesialmente il canino e distalmente il molare.
Come già detto, la forza singola applicata all'attacco in senso mesio-distale
e in senso vestibolo-linguale provoca un movimento di TIPPING coronale.
Lo stesso avviene se applichiamo la forza singola in senso verticale, come forza intrusiva od
estrusiva. Anche qui la distanza della perpendicolare dal centro
di resistenza del dente alla linea d'azione della forza applicata produrrà un momento
rotatorio, che sarà tanto maggiore quanto
maggiore é tale distanza.
Il sistema di forze capace di produrre un movimento intrusivo o estrusivo puro
é quello composto dall'applicazione di una forza singola più una coppia di forze. La forza
singola produce intrusione, la coppia di forze contrasta l'inclinazione
coronale che produrrebbe la forza singola pura. Implicazioni cliniche
Quando si programma la correzione di un morso profondo attraverso
un sistema di forze capaci di provocare
l'intrusione degli incisivi superiori,
il rapporto tra PUNTO DI APPLICAZIONE
della forza, LINEA D'AZIONE e CENTRO DI RESISTENZA comporta delle implicazioni cliniche.
Ad esempio, nel morso profondo con accentuata proinclinazione incisiva,
frequentemente associato alla malocclusione di 2^ classe 1^ divisione,
e nel mortso profondo con accentuata retroinclinazione incisiva, condizione frequente
nella malocclusione di 2^ classe 2^
divisione, bisogna, prima ancora di applicare
forze intrusive, retrarre o protrarre i denti incisivi, per evitare spiacevoli
effetti sulla inclinazione dentale.
Durata della forza
Un altro fattore importante da considerare nell'applicazione di forze ortodontiche
é la durata della forza.
La forza dovrebbe permettere un movimento continuo del dente nel tempo che
intercorre tra due visite senza che si modifichi l'assetto del sistema
impiegato. Per una corretta applicazione clinica di questo concetto
è necessario prendere in
considerazione le caratteristiche dei fili impiegati.
Caratteristiche dei fili ortodontici
Due sono le
caratteristiche principali dei fili ortodontici: la flessibilità ed il carico massimo.
La flessibilità riguarda la capacità di un filo di piegarsi ad una certa
distanza senza subire deformazioni permanenti.
Il carico massimo considera, invece, la
quantità di forza che possiamo applicare su un filo senza che si
verifichino deformazioni permanenti.
Prendendo in considerazione fili dello stesso tipo queste caratteristiche
variano al variare della lunghezza e del diametro del filo.
Raddoppiando il diametro di un filo a parità di flessibilità e lunghezza,
I'intensità della forza aumenta di 16 volte. Il carico massimo aumenta
di 8 volte prima che si determini una deformazione permanente.
La possibilità di flessione del filo di diametro maggiore, nel limite
di elasticità, sarà la metà.
Implicazioni cliniche
Un filo sottile può essere flesso più di un filo spesso, pur
ottenendo la stessa quantità di forza, e la sua forza si scaricherà su
una distanza maggiore con un aumento del suo campo d'azione.
Lo stesso si può ottenere inserendo delle anse nel filo o aumentando
la lunghezza del filo tra due punti, oppure utilizzando particolari
fili in commercio ad alta flessibilità come quelli al nichel titanio
o quelli composti da più fili sottili intrecciati.
Questa proprietà dei fili si chiama
modulo di flessione da carico (forza per quantità di attivazione)
e si riduce diminuendo il diametro del filo, inserendo anse o aumentando la
lunghezza tra due punti del filo, ma anche utilizzando fili di
speciali leghe o fili sottili intrecciati.
