Влияние толщины слизистой оболочки беззубого участка протезного ложа на напряженно-деформированное состояние биомеханической системы "частичный съемный протез - концевой дефект зубного ряда нижней челюсти"

Частичное отсутствие зубов является одной из наиболее часто встречаемых патологий в клинической стоматологии. Из них обособленное место занимают пациенты с концевыми дефектами зубного ряда, составляющие до 47% всех случаев (Тупикова Л.Н. и др., 2014; Hama A. M. et al., 2016).

Сложность в ортопедическом лечении пациентов с данной патологией главным образом связана с так называемой «проблемой концевого седла». Базис протеза погружается в слизистую оболочку в дистальном участке больше, чем в области опорного зуба. Со временем это вызывает значительную атрофию дистальных участков альвеолярной части нижней челюсти. Наличие атрофичной слизистой оболочки в области беззубого участка еще больше усугубляет положение, так как давление через истонченную слизистую передается намного сильнее [1, 2].

Для получения положительного результата ортопедического лечения пациентов с концевыми дефектами зубного ряда необходимо добиться уменьшения вертикальной нагрузки на ткани беззубого участка протезного ложа, сделать ее равномерной по всему альвеолярному гребню и, в-третьих, рационально распределить ее между опорными зубами и тканями беззубого участка нижней челюсти [3, 4].

Мы убеждены, что изучение воздействия функциональных нагрузок на ткани протезного ложа в зависимости от толщины слизистой оболочки име -ет решающее значение для выбора оптимального ортопедического лечения с целью устранения воз -можных травматических перегрузок и развития патологических изменений, связанных с ускорен -ной атрофией тканей протезного ложа.

Целью работы послужило исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) биомеханической системы «частичный съемный протез – концевой дефект зубного ряда нижней челюсти» при различной толщине слизистой оболочки беззубого участка.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для решения поставленной задачи мы использовали метод конечных элементов, что позволяет проводить исследования не прибегая к реальному эксперименту. В работе использовали программный пакет ANSYS Academic Research Release 18.2. Была построена геометрическая модель участка нижней челюсти. При создании модели использовался пакет ANSYS Space Claim.

Для экономии времени расчета и моделирования учитывали условия симметрии конструкции и нагружения. В своей работе мы взяли в расчет максимальные напряжения только под 1 и 2 молярами на нижней челюсти. Брали в расчет, что конструкционный материал, костная ткань и слизистая оболочка обладают свойствами идеальной упругости и однородности. Между базисом частичного съемного протеза (бю-гельного) и слизистой оболочкой альвеолярной части отсутствует промежуток.

Расчетные модели включали в себя фрагмент альвеолярной части в области концевого отдела нижней челюсти (1 и 2 моляры) и базис съемного протеза (бюгельный протез с опорно-удерживающими кламмерами) с пластмассовыми искусственными зубами (рис. 1).

Свойства костных тканей и искусственных включений моделировали как локально однородную сплошную среду. Её характеризуют следую -щие величины – модуль Юнга, коэффициент Пуассона [5]. Физико-механические характеристики модельных материалов приведены в таблице 1.

Для анализа нагружения частичного съемного протеза нижней челюсти, использовался случай распределения нагрузки описанный А.В.

Рис. 1. Сечение системы «частичный съемный протез – концевой дефект зубного ряда нижней челюсти»:

1 – искусственный зуб; 2 – базис съемного протеза;

3 – слизистая оболочка; 4 – кортикальная кость;

5 – губчатая кость

Ревякиным (2005). Распределение усилий по зубам нижней челюсти берется согласно приведенной формуле , где k линейный коэффициент корректировки нормального равновесия сил принятый равным 1, n – порядковый номер зуба – шестой (первый моляр) и седьмой (второй моляр). Получаем вертикальную нагрузку на первый моляр 33,2Н, а на второй 36,8 Н [6].

В рамках сформулированной задачи были исследованы напряженно-деформированные состояния тканей протезного ложа (слизистая оболочка, кортикальная и губчатая ткань) в области концевого дефекта на нижней челюсти при различной толщине слизистой оболочки (0.2; 0.4; 0.6 мм).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

На основе результатов исследования мы получили поля напряжений по третьей теории прочности в системе «частичный съемный протез – концевой дефект зубного ряда нижней челюсти» и проследили тенденцию влияния толщины слизистой оболочки протезного ложа на интенсивность напряжений в тканях беззубого участка протезного ложа.

Для удобства рассматривали каждую составную часть системы по отдельности. Напряжения представляем в паскалях (МПа).

На рисунках 2а, 2б и 3 представлены результаты расчетов напряженно-деформированного

Таблица 1. Механические характеристики структурных составляющих расчетных моделей

Элемент системы	Ц	E, МПа
Кортикальная кость	0,3	18100
Губчатая кость	0,3	500
Слизистая оболочка	0,25	1,18
Пластик “Фторакс”	0,3	21

0 02                                                       0.02

А )                                     Б)

Рис. 2. Поля напряжений в тканях протезного ложа в области концевого отдела зубного ряда нижней челюсти: А) в слизистой оболочке; Б) в кортикальной кости

Рис. 3. Поля напряжений в губчатой ткани концевого отдела зубного ряда нижней челюсти

состояния системы «частичный съемный протез – концевой дефект зубного ряда нижней челюсти» при толщине слизистой оболочки протезного ложа 0.2 мм.

Анализируя полученные данные математических расчетов мы установили, что качественная картина распределения полей напряжения в изучаемых тканях не однотипна и происходит неравномерно. Большая часть нагрузки передается на ткани протезного ложа в области дистального края и постепенно снижается медиально. Так максимальное напряжение в слизистой оболочке под базисом съемного протеза составило 1,2 Мпа, в кортикальной кости 2,7 Мпа и губчатой кости 2,7 Мпа.

На рисунках 4а, 4б и 5 представлены результаты расчетов напряженно-деформированного

А)

Б)

Рис. 4. Поля напряжений в тканях протезного ложа в области концевого отдела зубного ряда нижней челюсти: А) в слизистой оболочке; Б) в кортикальной кости

м I I I 1 I

Рис. 5. Поля напряжений в губчатой ткани в области концевого отдела зубного ряда нижней челюсти

состояния системы «частичный съемный протез – концевой дефект зубного ряда нижней челюсти» при толщине слизистой оболочки протезного ложа 0.4 мм.

Анализируя полученные данные, мы выявили, что при увеличении толщины и податливости слизистой оболочки протезного ложа до 0.4 мм максимальное напряжение в ней составляет 1,3 Мпа. В кортикальной кости 2,4 Мпа, в губчатой кости 2,4 МПа.

На рисунках 6 и 7 представлены результаты расчетов напряженно-деформированного состояния системы «частичный съемный протез – концевой дефект зубного ряда нижней челюсти» при толщине слизистой оболочки протезного ложа 0.6 мм.

В слизистой оболочке под базисом съемного протеза максимальное напряжение составило 1.4 Мпа, в кортикальной кости 2 МПа, а в губчатой кости 1,2 МПа.

А)

Б)

Рис. 6. Поля напряжений в тканях протезного ложа в области концевого отдела зубного ряда нижней челюсти: А) в слизистой оболочке; Б) в кортикальной кости

Рис. 7. Поля напряжений в губчатой ткани (кости) концевого отдела зубного ряда нижней челюсти

Результаты исследований показали, что увеличение толщины и податливости слизистой оболочки протезного ложа приводит к незначительному увеличению напряжений в ней. Так напряжения в слизистой оболочке при увеличении ее толщины до 0.4 мм возрастают на 8,3% в сравнении с результатами, полученными при толщине 0,2 мм. И на 16,6% происходит увеличение напряжения, если слизистая оболочка имеет толщину 0.6 мм.

Иную картину мы получили при изучении полей напряжений, возникающих в костной ткани. Увеличение толщины слизистой оболочки протезного ложа приводит к значительному уменьшению напряжений, как в кортикальной, так и в губчатой кости.

Напряжения в кортикальной кости при толщине слизистой оболочки 0.4 мм уменьшаются на 12% в сравнении с результатами, полученными при толщине слизистой 0.2 мм. И на 26% происходит снижение напряжения, если слизистая оболочка хорошо податливая и ее толщина составляет 0.6 мм.

Напряжения в губчатой кости при толщине слизистой оболочки 0.4 мм уменьшаются на 12% в сравнении с результатами, полученными при толщине слизистой 0.2 мм. И на 56% происходит снижение напряжения, если слизистая оболочка хорошо податливая и ее толщина составляет 0.6 мм.

Увеличение напряжений в тканях протезного ложа при уменьшении толщины слизистой оболочки происходит из-за разного восприятия силового воздействия съемного протеза. Более толстая слизистая оболочка перераспределяет нагрузку по протезному ложу равномернее. В случае с истонченной слизистой оболочкой, силовое воздействие от базиса съемного протеза приводит к появлению зон с достаточно высокими напряжениями в кортикальной и губчатой кости. То есть, при одной и той же нагрузке местные напряжения при толщине слизистой оболочки 0,6 мм существенно ниже, нежели чем при атрофичной и истонченной слизистой оболочкой.

Таким образом, исследования напряженно-деформированного состояния биомеханической системы «частичный съемный протез – концевой дефект зубного ряда нижней челюсти» показали, что НДС элементов системы наиболее существенно зависит от толщины и упругих свойств слизистой оболочки протезного ложа. Увеличение толщины слизистой оболочки про- тезного ложа до 0,6 мм приводит к незначительному увеличению полей напряжений в самой слизистой оболочке, тогда как в кортикальной и губчатой кости напряжения значительно снижаются.