Залежність напружено-деформованого стану верхньої щелепи  від механічних властивостей кісткової тканини у пацієнтів  із вродженими однобічними незрощеннями губи та піднебіння

В. В. Філоненко; О. А. Канюра; А. В. Копчак; М. Г. Крищук

doi:10.11603/2311-9624.2024.1.14681

Автор(и)

В. В. Філоненко Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ https://orcid.org/0000-0003-1060-9058
О. А. Канюра Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ https://orcid.org/0000-0002-6926-6283
А. В. Копчак Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ https://orcid.org/0000-0002-3272-4658
М. Г. Крищук Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» https://orcid.org/0000-0002-0662-9147

DOI:

https://doi.org/10.11603/2311-9624.2024.1.14681

Ключові слова:

біомеханічна система, мінеральна щільність, жорсткість кісткової тканини, незрощена верхня щелепа

Анотація

Резюме. Вивчення особливостей біомеханічних систем, що включають ортодонтичні конструкції та зубощелепний апарат, анатомо-топографічних характеристик вроджених дефектів та мінеральної щільності кістки, має особливе значення при лікуванні дітей із вродженими незрощеннями губи та піднебіння (ВНГП).

Мета дослідження – вивчити напружено-деформований стан та визначити максимальні еквівалентні напруження у кістковій тканині верхньої щелепи при дії навантажень, спричинених активацією гвинта ортодонтичного апарату, в процесі комплексного лікування пацієнтів з однобічними ВНГП у змінному періоді прикусу залежно від мінеральної насиченості й жорсткості кістки.

Матеріали і методи. Створено імітаційну комп’ютерну модель напружено-деформованого стану системи ортодонтичний апарат – кістка в заданих умовах статичного навантаження. Розділення неоднорідних за біомеханічними характеристиками біологічних структур проведено за рентгенологічною щільністю. Оцінено максимальну величину еквівалентних напружень у кістковій тканині в ділянках їх максимальної концентрації, отримані величини зіставлено із гранично-допустимими для кортикального шару кістки.

Результати досліджень та їх обговорення. Силові навантаження передавались від ортодонтичного апарату на тканини щелепи. Якісно характер розподілу напружень і деформацій у різних моделях практично не залежав від жорсткості кортикальної кістки. Зі зменшенням мінеральної насиченості й, відповідно, жорсткості кісткової тканини з 8500 до 3500 МПа у відтворених моделях величина напружень на різних ділянках знижувалась на 54–62 %. Перевантаження ділянок кортикального шару може призводити до зриву адаптивно-пристосувальних механізмів, порушень процесу перебудови кістки та її руйнуванню на мікрорівні.

Висновки. Встановлені закономірності свідчать про необхідність диференційованого підходу у виборі режимів активації ортодонтичних апаратів у пацієнтів із різними біомеханічними властивостями кісткової тканини незрощеної верхньої щелепи з метою запобігти виникненню ускладнень та оптимізації лікування.

Біографія автора

В. В. Філоненко, Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ

Scopus Author ID: 57200104651

Посилання

Alrejaye, N., Gao, J., Hatcher, D., & Oberoi, S. (2019). Effect of maxillary expansion and protraction on the oropharyngeal airway in individuals with non-syndromic cleft palate with or without cleft lip. PLoS One, 14(7), e0213328. DOI: 10.1371/journal.pone.0213328.

Sharma, G. (2020). Orthodontic management of cleft lip and palate patients. In: Ayşe, G., editor. Current treatment of cleft lip and palate. UK: IntechOpen.

DOI: 10.5772/intechopen.90076.

Melnyk, A., & Filonenko, V. (2023). Clinical and phonetic features of dentognathic deformations, their orthodontic treatment. In: Ardelean, L.C., & Rusu, L.-C.C., editors. Human teeth – from function to esthetics. UK: IntechOpen. DOI: 10.5772/intechopen.109636.

Elabbassy, E.H., Sabet, N.E., Hassan, I.T., Elghoul, D.H., & Elkassaby, M.A. (2020). Bone-anchored maxillary protraction in patients with unilateral cleft lip and palate: Is maxillary expansion mandatory? The Angle orthodontist, 90(4), 539-547. DOI: 10.2319/091919-598.1.

Garib, D., Yatabe, M., de Souza Faco, R. A., Gregório, L., Cevidanes, L., & de Clerck, H. (2018). Bone-anchored maxillary protraction in a patient with complete cleft lip and palate: A case report. American journal of orthodontics and dentofacial orthopedics, 153(2), 290-297. DOI: 10.1016/j.ajodo.2016.10.044.

Lee, H., Nguyen, A., Hong, C., Hoang, P., Pham, J., & Ting, K. (2016). Biomechanical effects of maxillary expansion on a patient with cleft palate: A finite element analysis. American journal of orthodontics and dentofacial orthopedics, 150(2), 313-323.

DOI: 10.1016/j.ajodo.2015.12.029.

Tong, H., Gao, F., Yin, J., Shi, Z., Song, T., Li, H., Sun, X., Wang, Y., Yin, N., & Zhao, Z. (2015). Three-dimensional quantitative evaluation of midfacial skeletal changes after trans-sutural distraction osteogenesis for midfacial hypoplasia in growing patients with cleft lip and palate. Journal of cranio-maxillo-facial surgery, 43(9), 1749-1757. DOI: 10.1016/j.jcms.2015.08.027.

Malanchuk, V.O., Astapenko, O.O., & Kopchak A.V. (2013). Osoblyvosti zastosuvannia biorezorbtyvnykh fiksatoriv pry perelomakh lytsevoho cherepu v riznykh anatomo-funktsionalnykh zonakh [Peculiarities of the use of bioresorptive fixators for fractures of the facial skull in different anatomical and functional zones]. Ukrainskyi medychnyi chasopys – Ukrainian medical journal, 5(97), 156–159 [in Ukrainian].

Kopchak, A.V., & Krishchuk, M.H. (2014). Rozpodil napruzhen u systemi «fiksator - kistka» pry provedenni osteosyntezu nyzhnoi shchelepy nakistkovymy mini-plastynamy [Stress distribution in the “fixator – bone” system during osteosynthesis of the lower jaw with bony mini-plates]. Ukrainskyi zhurnal khirurhii – Ukrainian journal of surgery, 1(24), 44–49. Retrieved from: http://www.mif-ua.com/archive/article/37980 [in Ukrainian].

Kryshchuk, N.H., Malanchuk, V.A., Kopchak, A.V., & Eshchenko, V.A. (2010). Imitatsiine kompiuterne modeliuvannia napruzheno-deformovanoho stanu shchelepy pry funktsionalnomu navantazhenni [Simulated computer modeling of the stress-deformed state of the jaw under functional load]. Visnyk NTUU «Kyivskyi politekhnichnyi instytut» – Bulletin of the NTUU «Kyiv Polytechnic Institute», 59, 55–58 [in Ukrainian].

Li, Y., Zhan, Q., Bao, M., Yi, J., & Li, Y. (2021). Biomechanical and biological responses of periodontium in orthodontic tooth movement: up-date in a new decade. Int. J. Oral. Sci., 13, 20. DOI: 10.1038/s41368-021-00125-5.

Kulynych, M.O., & Yakovenko, L.M. (2020). Rezultaty kliniko-renthenolohichnoi otsinky defektu alveoliarnoho vidrostka verkhnoi shchelepy u ditei z vrodzhenym nezroshchenniam huby i pidnebinnia [Results of clinical and radiological assessment of the defect of the alveolar process of the upper jaw in children with congenital cleft lip and palate]. Klinichna medytsyna – Clinical medicine, 3(88), 23-29.

DOI: 10.5281/zenodo.4118643 [in Ukrainian].

Malanchuk, V.O., & Kopchak, A.V. (2013). Otsinka yakosti kistkovoi tkanyny lytsevoho viddilu cherepa ta klasyfikatsiia yii typiv na osnovi biomekhanichnykh parametriv [Assessment of the quality of bone tissue of the facial skull and classification of its types based on biomechanical parameters]. Ukrainskyi medychnyi chasopys – Ukrainian medical journal, 1(93). Retrieved from: www.umj.com.ua/uk/publikatsia-46039-ocinka-yakosti-kistkovoi-tkanini-licevogo-viddilu-cherepa-ta-klasifikaciya-ii-tipiv-na-osnovi-biomexanichnix-parametriv [in Ukrainian].

Aydin Ozturk, P., Arac, E., Ozturk, U., & Arac S. (2021). Estimation of bone mineral density with Hounsfield unit measurement. Br. J. Neurosurg., 25, 1-4.

DOI: 10.1080/02688697.2021.1888877.

Arvind, T.R.P., Jain, R.K., Nagi, R., & Tiwari A. (2022). Evaluation of alveolar bone microstructure around impacted maxillary canines using fractal analysis in Dravidian population: A Retrospective CBCT Study. J. Contemp. Dent. Pract., 23(6), 593-600. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36259297/.

Chen, P.R., Lin, Y.C., Pai, B.C., Tseng, H.J., Lo, L.J., & Chou, P.Y. (2021). Progressive comparison of density assessment of alveolar bone graft in patients with unilateral and bilateral cleft. J. Clin. Med, 10, 5143.

DOI: 10.3390/jcm10215143.

Lakhtin, Y.V., Zviahin, S.M., & Karpez, L.M. (2021). The state of the optical density of the alveolar process of the jaws of rats in supraocclusive relationships of individual teeth in the age aspect. Wiadomosci lekarskie, 74(8), 1800-1803. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34537723/.

Misch, C.E. (1999). Density of bone: Effect on surgical approach, and healing. In: Misch, C.E., editor. Contemporary Implant Dentistry. St Louis: Mosby, 371-384. Retrieved from: https://www.scirp.org/reference/ReferencesPapers?ReferenceID=2077583.

Malanchuk, V.O., Kryshchuk, M.H., & Kopchak, A.V. (2013). Imitatsiine kompiuterne modeliuvannia v shchelepno-lytsevii khirurhii [Simulation computer modeling in maxillofacial surgery]. Kyiv: Askaniia [in Ukrainian].

ANSYS structural analysis guide: ANSYS release12.1./ANSYS, Inc.: is certified to ISO9001:2008. South pointe 275 TDC, PA15317; (T) 724-746-3304 (F) 724-514-9494. Retrieved from: http://www.ansys.com.