Bibliografia

Ortognatodonzia Italiana, 2009

Marco Portelli, Giovanni Matarese, Riccardo Nucera, Angela Militi, Giancarlo Cordasco

Introduzione

L’impiego di meccaniche ortodontiche a scivolamento combinato all’utilizzo di apparecchiature a bassa frizio- ne, implica necessariamente una conoscenza approfondi- ta delle forze frizionali che si generano all’interfaccia arco-bracket; ciò soprattutto al fine di una corretta valuta- zione della reale forza applicata agli elementi dentari. La frizione (FFR) è definita come la forza che si oppone al movimento di un corpo che si sposta tangenzialmente rispetto ad un altro (Hain et al., 2003). L’entità dell’attri- to è proporzionale alla forza normale (FN) che agisce per- pendicolarmente alla direzione del movimento sulla superficie di contatto. Il coefficiente di frizione (Ì) di un determinato tipo di materiale è un valore costante; tale valore varia in funzione delle caratteristiche di superficie dei materiali che si interfacciano. L’entità della frizione è data dal prodotto del coefficiente di frizione e della forza normale alla superficie di scorrimento (FFR= Ì FN). In genere la forza necessaria per determinare lo scorrimento di un corpo su di un altro è maggiore rispetto a quella necessaria per produrre il movimento del singolo corpo; questi due aspetti della frizione vengono rispettivamente definiti come frizione statica e dinamica (Shivapuja et al., 1994). Le modalità di ingaggio dell’arco all’interno del bracket possono condizionare in maniera significativa i valori di frizione (Sims et al., 1993); l’utilizzo di legature tradizionali, siano esse metalliche o elastomeriche, deter- minano infatti uno schiacciamento dell’arco contro la base dello slot e di conseguenza un significativo aumento delle frizioni (Read-Ward et al., 1997). Numerosi studi sperimentali (Pizzoni et al., 1998), (Thorstenson et al., 2001) hanno dimostrato invece che l’utilizzo di brackets self-ligating determina una significativa diminuzione delle forze frizionali all’interfaccia arco-brackets rispetto ad apparecchiature gemellari edgwise con legature tradizio- nali; ciò in virtù del fatto che tali brackets possono legare il filo senza determinare schiacciamento del sulla base dello slot (Redlich et al., 2003).

Il grafico riportato nella figura 1 mette a confronto i valo- ri frizionali che si generano utilizzando tre diverse moda- lità di ingaggio del filo all’interno dello slot. Questi dati sono stati ricavati da uno studio sperimentale condotto dalla Cattedra di Ortognatodonzia dell’Università di Mes- sina, attraverso l’impiego di un modello originale a tre brackets messo a punto presso i laboratori dell’Istituto dei Processi Chimico-Fisici del C.N.R. di Messina; tale modello consente uno livellamento progressivo del bracket centrale e permette così di valutare le frizioni in fase di allineamento. In accordo con quanto riportato in letteratura, i dati del nostro studio confermano che a parità di sezione di arco e di grado di slivellamento, le apparec- chiature self-ligating presentano dei valori di frizione all’interfaccia arco-bracket, significativamente più bassi rispetto a quelli che si registrano per apparecchiature tra- dizionali con legature elastiche o metalliche. In particola- re quest’ultime presentano i valori di frizione più elevati e la maggiore misura di deviazione standard; quest’ultimo fattore è sicuramente da ricondurre alla difficoltà di stan- dardizzazione dell’entità del serraggio della legatura metallica. Tuttavia il tipo di bracket non è l’unica variabile in grado di influenzare le frizioni nelle meccaniche a scorrimento, infatti numerose altre variabili possono influenzare questo dato. Il design ed il materiale con cui  viene fabbricato l’attacco condiziona fortemente l’entità delle forze frizionali (Bednar et al., 1991); diversi studi dimostrano ad es. che i materiali ceramici determinano forze frizionali maggiori rispetto all’acciaio (Schumacher et al., 1999). Le caratteristiche di superficie degli archi rappresentano un altro fattore condizionante lo sviluppo di frizione all’interfaccia arco-bracket (Drescher et al., 1989); in questo senso l’acciaio risulta essere meno fri- zionante rispetto al Ni-Ti, che a sua volta presenta della caratteristiche migliori rispetto al titanio, la cui lega risul- ta essere la più frizionante. Il valore dell’angolazione tra l’arco e lo slot del bracket, il cosiddetto angolo ı, contri- buisce in maniera determinante allo sviluppo di forze di resistenza allo scorrimento (Glenys et al., 2002); tanto più grande è il valore di questo angolo, tanto maggiori saran- no il momento iniziale e la forza generata tra il filo e lo slot del bracket. Ciò comporta che l’impiego di archi più flessibili, in grado di ridurre l’ampiezza di questo angolo, riducano l’entità della resistenza allo scorrimento. Quan- do l’angolazione tra l’arco ed il bracket supera il valore dell’angolo di contatto critico (ıc), si entra nel range della configurazione attiva del sistema arco-bracket, e ciò com- porta lo sviluppo dell’Elastic Binding (BI); l’estrema manifestazione dell’elastic binding è il cosiddetto Not- ching (NO), che si realizza allorquando si supera il limite di flessibilità dell’arco, il quale subisce pertanto una deformazione permanente. Nelle meccaniche di scorri- mento le angolazioni tra l’arco ed il bracket sono presenti durante tutte le fasi del trattamento: durante l’allineamen- to per la presenza di elementi ruotati, tippati o comunque non livellati; durante la chiusura degli spazi, quando lo scorrimento del dente lungo l’arco determina un movi- mento di tipping della corona dentale; durante la fase di torque-controll. Alla luce di queste considerazioni nume- rosi ricercatori considerano le angolazioni tra l’arco ed il bracket, come una variabile di notevole importanza negli studi relativi alle forze frizionali (Tonner et al., 1994), (Wilkinson et al., 2002).

Fig. 1. Comparativa di tre diverse modalità di ingaggio dell’arco all’interno dello slot.

Tipologia di bracket

In commercio esistono due diversi tipi di apparecchiatu- re self-ligating: gli attivi (In-Ovation, GAC; Quick Brackets, Forestadent; Speed, Strite Industries; Time2, American Orthodontics) ed i passivi (Damon 2SL, SDS Ormco; Oyster, TP orthodontics; Smartclip, 3M Unitek). Gli attacchi self-ligating attivi presentano una clip che spinge attivamente l’arco contro la base dello slot allor- quando la sezione dell’arco raggiunge una certa dimensione; questo valore varia in base alle dimensioni dello slot ed alla proiezione della clip all’interno del lume del- lo slot stesso. Quando questo contatto si genera, viene prodotta una certa quantità di frizione. Uno studio di Thomas et al. valuta la resistenza allo scorrimento (RS) prodotta da due differenti tipi di brackets self-ligating, di cui uno attivo (Adenta Time bracket), ed uno passivo (Damon 2SL, SDS Ormco); fino a sezioni di arco infe- riori a .017 in, i valori di frizione erano pressoché sovrap- ponibili; all’aumentare della sezione oltre tali valori invece nei brackets self-ligating attivi la RS era significa- tivamente maggiore rispetto ai brackets passivi. Questo dato è da ricondurre al fatto che i brackets passivi con- sentono di trattenere l’arco all’interno dello slot senza determinarne lo schiacciamento sulla base; ciò consente di minimizzare lo sviluppo di forze frizionali e favorisce pertanto le meccaniche di scorrimento. Per questo stesso motivo tuttavia nei brackets self-ligating passivi, l’espressione completa del torque si può ottenere soltan- to mediante l’utilizzo di archi di sezione elevata.

Altri metodi per ridurre la frizione

L’utilizzo di apparecchiature self-ligating, passive in particolare, non è tuttavia l’unico modo per ottenere una riduzione delle forze frizionali. Il design del bracket è un altro fattore che consente al clinico di raggiungere questo obiettivo. Il Bracket Synergy (RMO) ad esempio è un bracket gemellare classico con sei alette al posto delle tradizionali quattro; questa particolare conformazione del bracket consente di ottenere diverse modalità di legatura dell’arco all’interno dello slot con conseguente diversi livelli di RS. Legando ad esempio l’arco nella configurazione a C, non si genera alcun contatto tra ala legatura e l’arco per cui la frizione è quasi nulla. Applicando invece la legatura in configurazione ad otto, si genera il massimo contatto della stessa con l’arco, il quale pertanto viene schiacciato completamente contro la base dello slot; ciò produce un notevole aumento della frizione (Mendes et al., 2003). Il Synergy può essere definito piuttosto un attacco a frizione variabile; la possibilità di modulare i valori di frizione all’interno di alcuni settori di una stessa arcata costituisce un notevole vantaggio, specie durante alcune fasi del trattamento come ad esempio la chiusura degli spazi.

L’allineamento ed il livellamento con meccaniche a bassa frizione

I vantaggi clinici legati all’utilizzo di apparecchiature a bassa frizione sono particolarmente evidenti durante la fase di allineamento e livellamento delle arcate. Le forze frizionali che si generano durante queste fasi del tratta- mento con sistemi low-friction, influenzano significativamente l’entità della forza che si determina a livello delle strutture parodontali dell’elemento dentale. Con le apparecchiature tradizionali, essendo la frizione piuttosto elevata, buona parte della forza applicata verrà dissipata per vincere l’attrito, per cui quella netta applicata al dente sarà minore. Al contrario nei sistemi a bassa frizione soltanto una minima parte della forza applicata all’elemento dentario viene dissipata per vincere l’attrito; pertanto la forza netta applicata al dente sarà abbastanza elevata. Alla luce di queste considerazioni appare evidente che l’utilizzo di sistemi a bassa frizione richieda l’impiego di archi che generino i più bassi livelli di forza; ciò al fine di evitare un sovraccarico sulle strutture parodontali (fig. 2a).

I risultati del nostro modello sperimentale a tre attacchi suggeriscono che il gold standard è rappresentato dall’accoppiamento di brackets in acciaio ed archi in Ni- Ti. Questo dato è certamente da ricondurre alla scarsa rigidità delle leghe Ni-Ti. Nello stesso studio è risultato essere migliore l’accoppiamento brackets in acciaio con archi in acciaio rispetto all’accoppiamento brackets in acciaio ed archi in TMA; sebbene infatti il TMA sia meno rigido rispetto all’acciaio, quest’ultimo presenta delle caratteristiche di superficie migliori, che consentono di ridurre la RS. È stato osservato infatti che il TMA produce delle vere e proprie saldature a freddo con l’acciaio dei brackets; ciò condiziona notevolmente lo sviluppo di forze frizionali (fig. 2 b).

Studi condotti dagli autori in collaborazione con il Dipar- timento di Ingegneria dei Materiali dell’Università di Messina, sulle curve carico-deflessione di diverse tipologie di arco dimostrano che i fili in leghe Ni-Ti termici sviluppano livelli di forza che sono circa la metà di quelli delle leghe in Ni-Ti SE. In considerazione di quanto sopra riportato circa la necessità di ridurre l’entità delle forze applicate nei sistemi low-friction, appare evidente che l’impiego di apparecchiature a bassa frizione imponga l’utilizzo, durante la fase di allineamento, di archi Ni- Ti termici, anziché quelli superelastici (fig. 3).

Ciò al fine di un rispetto dei sistemi biologici del paziente ed in considerazione del fatto che una eccessiva sollecitazione delle strutture parodontali dell’elemento dentale produce una ischemia capillare ed una conseguente ialinizzazione del legamento; questi processi comportano un riassorbimento osseo di tipo indiretto e di conseguenza un rallentamento del movimento dentale ortodontico.

Fig. 2a. Modello di allineamento dell’arcata con apparecchiature a bassa frizione.

Chiusura dello spazio con meccaniche a bassa frizione

Durante la chiusura degli spazi con meccaniche a scorri- mento, il clinico può determinare uno spostamento den- tale, soltanto se applica una forza di entità tale da:

1. superare le forze frizionali che impediscono lo scorri- mento del bracket lungo l’arco;
2. trasmettere alla radice dell’elemento dentale una forza sufficiente a produrre lo spostamento

L’utilizzo di brackets self-ligating consente di ridurre la resistenza allo scorrimento, pertanto permette al clinico di applicare forze di minore entità al fine di produrre il movimento dentale (Glenys et al., 2002). L’impiego di forze leggere consente di gravare meno sui sistemi di ancoraggio, migliorando così il controllo dell’ancoraggio stesso. Come detto prima l’elastic binding è un fattore importante nella determinazione delle forze frizionali durante la fase di chiusura dello spazio, di conseguenza controllando alcune variabili che influenzano il binding è possibile: ridurre la resistenza allo scorrimento, diminuire i livelli di forza necessari per produrre il movimento dentale ortodontico e preservare i sistemi di ancoraggio. Durante la chiusura dello spazio, l’utilizzo di archi scarsamente rigidi consente di migliorare le meccaniche di scorrimento, a scapito però di un completo controllo tridimensionale dell’elemento dentale durante il movimento (Thorstenson et al., 2001). L’utilizzo di archi di picco- la sezione e di brackets con scarso ingombro mesiodista- le, aumenta i valori dell’angolo di contatto critico, riducendo di conseguenza le forze di binding. Entrambi questi fattori concorrono a ridurre le forze frizionali e migliorare lo scorrimento dell’arco; il prezzo da pagare però è quello di perdere in parte il controllo spaziale dell’elemento dentale. Al fine di ottenere un corretto movimento dentale durante la fase di chiusura degli spa- zi, è importante scegliere la corretta combinazione tra la dimensione dello slot del bracket, l’ampiezza mesiodistale del bracket, la sezione e la lega dell’arco; ciò al fine di minimizzare le forze frizionali ed ottimizzare il controllo tridimensionale del dente.

Fig. 2b. Frizione sviluppata dalle diverse tipologie di leghe

Fig. 3. Curve di carico deflessione di archi Ni-Ti termici e superelastici

Finitura del caso con le meccaniche a bassa frizione

In questa fase l’aumento delle dimensioni e della rigidità del filo ortodontico determina come conseguenza un aumento delle frizioni. Tuttavia visto che in questa fase non si verifica uno spostamento dentale ma piuttosto una correzione della posizione radicolare secondo le pre- informazioni trasmesse dall’apparecchiatura, lo sviluppo di frizione risulta essere utile. Al fine di consentire una piena espressione delle informazioni contenute nell’apparecchiatura è necessario un full-engagement dell’arco all’interno dello slot; un ingaggio parziale infat- ti determinerebbe una incompleta espressione di queste utili informazioni. I brackets self-ligating esprimono le informazioni di torque mediante l’azione di una coppia di forze che agisce a livello del versante palatale dello slot e sulla clip vestibolare dell’attacco. La proiezione della clip all’interno dello slot consente alle apparecchiature self-ligating attive di ottenere torque-control con sezioni di arco inferiori rispetto a quelle che si rendono invece necessarie nel caso in cui si utilizzino apparecchiature self-ligating passive.

Riassunto

L’impiego di meccaniche ortodontiche a scivolamento combinato all’utilizzo di apparecchiature a bassa frizione, implica necessariamente una conoscenza approfondita delle forze frizionali che si generano all’interfaccia arco- bracket. La riduzione significativa dei livelli frizionali in un sistema biomeccanico caratterizzato da frizione com- porta infatti il rischio di applicazione di livelli di forza eccessivi rispetto a quelli realmente necessari per il movimento dentale ortodontico; ciò comporta un sovrac- carico delle strutture parodontali ed un maggiore grava- mento sui sistemi di ancoraggio. Obiettivo della presen- tazione è quello di analizzare in maniera chiara ed esau- stiva i fattori che possono condizionare in un sistema bio- meccanico i livelli frizionali all’interfaccia arco-bracket e fornire al clinico le nozioni necessarie per la scelta otti- male dell’arco nelle diverse fasi del trattamento.

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