fbpx

Анатомо-морфологические, топографические и биомеханические особенности межзубных контактных поверхностей постоянных зубов Часть I

Автор: Александр Постолаки,
ГУМФ им. Николае Тестемицану
(г. Кишинэу, Республика Молдова)
Актуальность темы

Я смотрю на себя, как на ребенка, который, играя на морском берегу, нашел несколько камешков поглаже и раковин попестрее, чем удавалось другим, в то время как неизмеримый океан истины расстилался перед моим взором неиссле- дованным.

Исаак Ньютон (1642-1727)

Многочисленные научные публикации по теме кариеса зубов и его осложнений свидетельствуют о том, что проблема качественной диагностики, лечения и профилактики данного заболевания остается одной из важнейших во многих странах мира.

По данным разных источников, за последнее десятилетие пораженность населения в возрастной группе лиц молодого и зрелого возраста достигла более 90%,1 95-98%. При этом наблюдается тенденция к увеличению заболеваемости с возрастом, и большей частью среди мужчин.

В.А. Румянцев (1999) установил, что кариес на контактных поверхностях зубов наблюдался в 73,8% случаев от всех выявленных кариозных дефектов. Приводятся статистические данные о распространенности в Российской Федерации кариеса проксимальных поверхностей боковых зубов: 40% от всех поражений кариесом в боковой группе зубов и 43% от поражений кариесом всех групп зубов.

Д.А. Николаев (2015) провел комплексный анализ 583 композитных реставраций постоянных зубов в полостях класса II по Блэку и пришел к заключению, что клиническим требованиям в той или иной степени не отвечало абсолютное большинство исследованных реставраций — 95,2±0,88% (р<0,05), что говорит о низкой эффективности этого вида стоматологической помощи.5 В то же время в специальной литературе мало или практически не освещаются вопросы, связанные с морфологией, топографией межзубных контактных пунктов и их ролью в функциональной биомеханике зубов.

Цели и задачи исследования

Изучить макро- и микроскопические особенности морфологии и топографии межзубных контактных пунктов постоянных зубов. Провести анализ полученных результатов и систематизировать основные типы в виде классификации, на основе общих законов механики определить некоторые особенности их функционирования.

Материалы и методы

Подготовку удаленных по медицинским показаниям зубов с сохраненной коронковой частью проводили по общепринятой методике без изготовления шлифов. Фотографирование на цифровом микроскопе осуществляли в трех режимах: 1) цветное; 2) негатив; 3) черно-белое. Использование трех различных режимов имело целью более точное отображение мелких деталей рельефа проксимальных поверхностей зубов. Форму и топографию межзубных контактов изучали на гипсовых моделях челюстей.

Результаты и обсуждение

Цифровая микроскопия проксимальных поверхностей постоянных зубов позволила установить, что морфология и площадь контактных пунктов от передних к боковым зубам закономерно изменяются в результате разности выполняемой функции. Однако их микрорельеф имеет общие черты, и главная состоит в том, что контактные пункты часто представлены несколькими самостоятельными площадками, в среднем двумя-тремя, напоминая тем самым суставные поверхности.

Результаты исследования показали, что площадь проксимальных поверхностей различается и зависит от формы коронки и конфигурации верхней 1/3 корня и его направления (прямолинейное или отклонение в дистальную сторону) (рис. 1). На медиальной стенке выпуклость эмалево-цементной границы в сторону режущего края коронки больше, чем на дистальной, и закономерно уменьшается к 3-му моляру. Для фронтальной группы зубов верхней челюсти характерно продольное расположение контактных пунктов в виде двух отдельных площадок, разделенных тонким эмалевым гребешком, а значит на соседнем зубе должна находиться бороздка. Вместе они образуют S- образную фигуру. По своей форме они напоминают суставные поверхности. Если взять за основу классификацию суставов, то подобные межзубные сочленения можно отнести к сложным суставам, где направляющие бороздка и гребешок устраняют возможность бокового соскальзывания и способствуют движению вокруг одной оси (рис. 2-4). При попадании бугров в бороздки зубные ряды образуют своего рода комбинированный сустав, который представляет комбинацию нескольких суставов, изолированных друг от друга, но функционирующих вместе. Таковы, например, оба височно-нижнечелюстных сустава, проксимальный и дистальный луче-локтевые суставы и другие. Подобный тип суставного сочленения был обнаружен на проксимальных поверхностях всех групп зубов в результате проведенных собственных исследований (рис. 5, 6).

Биомеханика межзубных контактных площадок постоянных зубов как сложных суставов

То, что мы знаем, — ограничено, а то, чего мы не знаем, — бесконечно.

Пьер-Симон Лаплас (1749-1827)

Биомеханика — это раздел биофизики, в котором изучают механические свойства тканей, органов и систем живого организма и механические явления, сопровождающие процессы жизнедеятельности, используя в качестве методического аппарата принципы механики. «Общий метод научных исследований состоит в том, что при рассмотрении того или иного явления в нем выделяют главное, определяющее, а от всего остального, сопутствующего дан- ному явлению, абстрагируются».

Истоками биомеханики как одной из самых старых ветвей биологии являются работы Аристотеля и Галена, посвященные анализу движений животных и человека. Следующий значительный шаг в развитии этого направления был сделан только спустя более тысячи лет благодаря работам одного из самых блистательных людей эпохи Возрождения — Леонардо да Винчи (1452-1519), который подробно изучал строение и движение птиц, животных, но особый интерес проявлял к анатомии человеческого тела.

В дальнейшем большое влияние на развитие биомеханики оказал итальянский натуралист Джованни Альфонсо Борелли (1608-1679), который разрабатывал вопросы анатомии и физиологии с позиций математики и механики. В своей книге «О движении животных» он, по сути, положил начало биомеханике как отрасли науки. Д.А. Борелли показал, что движение конечностей и частей тела у человека и животных при поднятии тяжестей, ходьбе, беге, плавании можно объяснить принципами механики. Как указывает С.М. Тарг, в основе механики лежат законы, называемые законами классической механики (или законами Ньютона), которые установлены путем обобщения результатов многочисленных опытов и наблюдений и нашли подтверждение в процессе практической деятельности. Это позволяет рассматривать знания, основанные на законах механики, как достоверные.

Силы, действующие на тело, изменяют его форму, то есть создают деформацию. Под влиянием внешних воздействий все встречающиеся в природе твердые тела в той или иной мере деформируются. Величины этих деформаций зависят от материала тел, их геометрической формы и размеров и от действующих нагрузок. Величина, являющаяся основной мерой механического взаимодействия материальных тел, называется в механике силой. Сила, приложенная к телу в какой-нибудь одной его точке, называется сосредоточенной . Силы, действующие на все точки данного объема или данной части поверхности тела, называются распределенными. Понятие о сосредоточенной силе является условным, так как практически приложить силу к телу в одной точке нельзя. Силы, которые в механике рассматривают как сосредоточенные, представляют собой, по существу, равнодействующие некоторых систем распределенных сил.

С точки зрения стоматологии, в трех законах движения Ньютона заключено в неявной форме интересующее нас определение силы, которое кратко изложим:

1. Всякое тело пребывает в состоянии покоя, пока какие-нибудь силы не выведут его из этого равновесия.

2. Сила сообщает телу ускорение в том направлении, в котором она действует.

3. Если тело А действует с некоторой силой на тело В, то последнее действует на тело А с такой же силой, но противоположно направленной.

Изменение формы тела (деформация) от внешней силы нарушает его равновесие. Так, под действием жевательной нагрузки, или силы F, в трех плоскостях (во фронтальной, сагиттальной и трансверзальной) происходит деформация твердых зубных тканей и коллагеновых волокон периодонта (сжатие и растяжение). Сжатие или растяжение под действием приложенной силы испытывают все твердые тела. При прекращении деформации появляется сила, действующая в противоположную сторону и компенсирующая силу F. Сила, возникающая при деформации тела и направленная в сторону, противоположную смещению частиц тела, называется силой упругости (Fy).

Для простоты понимания рассмотрим сложный механизм распределения жевательной нагрузки через межзубные контактные пункты в медио-дистальном направлении на примере плоскостного углового контакта, по разработанной авторской классификации (рис. 7). Сила давления действует со стороны выступа угловидной формы, например, проксимальной стенки зуба 35 на боковую поверхность зуба 36 (рис. 6 в, 7). Ответная реакция в виде силы упругости окажет свое действие со стороны деформированного тела, а именно периодонтальных волокон и вогнутой контактной площадки зуба 36. Сила упругости компенсирует приложенную силу F, и зуб 36 остается в состоянии покоя, или равновесия. Равновесием тела называется такое его положение, которое сохраняется без дополнительных воздействий.

Английский ученый Роберт Гук (1635-1703) экспериментально установил следующий закон. Сила упругости (Fy), возникающая при малой (по сравнению с размерами тела) деформации, прямо пропорциональна величине деформации (х) и направлена в сторону, противоположную смещению частиц тела:

Fу = — k х

Коэффициент пропорциональности k называется жесткостью тела (зависит от размеров, формы и материала). В СИ жесткость выражается в ньютонах на метр (Н/м).

Сила трения покоя — сила, возникающая на границе соприкасающихся тел при отсутствии их относительного движения (рис. 8). Сила трения покоя направлена по касательной к поверхности соприкосновения тел в сторону, противоположную силе F, и равна ей по величине: Fтр.= — F.

Если этот закон приложить в отношении плотного сочленения контактных пунктов, то в таком случае микродвижение в данной области при жевательном давлении не произойдет до того момента, пока приложенная сила не превысит некоторого минимума, равного максимально возможной (предельной) силе трения. Силы трения действуют параллельно соприкасающимся поверхностям, но предельная сила трения между двумя поверхностями пропорциональна перпендикулярной им силе, прижимающей их друг к другу.

Рычагом называется всякое твердое тело, способное совершать вращательные движения около оси, на плечи которого действуют две противоположные силы: движущая сила (мышечные сокращения) и сила сопротивления. Вид рычага будет зависеть от места расположения точки приложения силы и точки действия силы (рис. 9-11). В зависимости от величины действующей силы и силы сопротивления возможно равновесие или движение рычага.

Рычаг 1-го рода — двуплечий, носит название «рычаг равновесия». Точка опоры располагается между точкой приложения силы (сила мышечного сокращения) и точкой сопротивления (сила тяжести или масса органа). Примером может служить соединение черепа с вершиной позвоночника с направленной вниз силой, обеспечивающее перемещение головы в сагиттальной плоскости. Когда вес головы сбалансирован силой мышц, также направленной вниз, то в этот момент наступает равновесие. При равновесии рычага под действием двух параллельных сил ось вращения делит расстояние между точками приложения на отрезки, обратно пропорциональные величинам сил. Это означает, что рычаг 1-го рода действует по типу балансира* (рис. 9 а, 10).

 

Рычаг 2-го рода — одно-плечий рычаг, носит название «рычаг силы», так как приложения сил имеют противоположные направления. Движущая сила оказывает действие на длинное плечо рычага, а си- ла сопротивления — на короткое плечо. Многие суставы работают по принципу рычага второго рода. Например, в предплечье или голеностопном суставе одна сила действует вверх, другая — вниз. Давление, которое возникает в оси вращения рычага, соответствует разности действующих сил (рис. 9 б). 

У рычаrов 3-го рода, или «рычага скорости», точки приложения мышц и веса снова лежат по одну сторону от оси вращения, однако теперь точка приложения мышцы расположена ближе к оси, чем вес. Наглядными примерами могут служить функция нижней челюсти, сгибание предплечья при удерживании груза в руке (рис. 9 в).

Результаты проведенного исследования показали, что в зависимости от анатомо-топо-графического положения зубов, формы и взаимоотношения проксимальных поверхностей и расположения контактного пункта можно говорить о наличии рычага 1-го или 2-го рода (рис. 11, 12). Например, рычаг 1-го рода образуется в области контактного пункта между клыком и первым премоляром верхней челюсти на уровне центральной фиссуры последнего. В таких случаях окклюзионные контакты обычно расположены на краевых эмалевых валиках и медиальном скате небного бугра, а значит, точки действия силы находятся по одну сторону от места расположения точки приложения силы (точки опоры), то есть межзубного контактного пункта (рис. 12).

Рычаг 2-го рода образуется в том случае, когда контактный пункт находится вестибулярнее центральной фиссуры, в том числе и между премолярами. При этом их небные бугры несколько развернуты по отношению друг к другу.

В определенной степени нами уже затрагивались вопросы, связанные со статикой — разделом механики, предметом которого являются материальные тела, находящиеся в состоянии покоя при действии на них внешних сил. В широком смысле слова статика — это теория равновесия любых тел: твердых, жидких или газообразных (рис. 14). И в дальнейшем наше исследование также будет опираться на законы статики в изучении биомеханики зубов.

Приведем краткую историческую справку. Статика — самый старый раздел механики: некоторые из ее принципов были известны уже древним египтянам и вавилонянам, о чем свидетельствуют построенные ими пирамиды и храмы. Среди первых создателей теоретической статики был Архимед (ок. 287- 212 до н.э.), который разработал теорию рычага и сформулировал основной закон гидростатики.

Родоначальником современной статики стал голландец Симон Стевин (1548-1620), который в 1586 г. сформулировал закон сложения сил, или правило параллелограмма, и применил его в решении ряда задач путем соответствующих геометрических построений (геометрический и графический методы) и числовых расчетов (аналитический метод).

В последующие века ряд выдающихся ученых-естествоиспытателей, физиков и математиков (Лаплас, Пуассон, Остроградский, Жуковский, Чаплыгин) разрабатывали в различных аспектах теоретическую доказательную базу и вопросы практического приложения правила параллелограмма.

П. Вариньон (1654-1722) — французский математик и механик, друг Ньютона, Лейбница и Бернулли, дал наиболее точную формулировку закона параллелограмма сил, развил понятие момента сил и вывел теорему, получившую имя Вариньона.

Таким образом, суммируя вышесказанное, приходим к выводу, что при помощи законов ста- тики исследователи определяют величину или направление действующей и противодействующей сил, складывают и разлагают силы на составляющие, которые действуют в различных направлениях, что, несомненно, оказывает значительную помощь в визуализации вероятных реакций разнообразных объектов.

Продолжение следует

Источник: ДентАрт 2017, №1

uk