APLICACION DE LA BIOINGENIERIA A LA

ORTODONCIA CLINICAPOSGRADO DE ORTODONCIA

BIOINGENIERIA Rama multidisciplinaria de las ciencias exactas, con aplicacin directa a las ciencias de la vida. Disciplina que aplica los principios elctricos, mecnicos, qumicos o cualquier otro principio de la ingeniera para comprender, modificar o controlar los sistemas biolgicos, as como para disear y fabricar productos capaces de monitorizar funciones fisiolgicas y de asistir en el diagnstico y tratamiento de los pacientes. Biomecnica: incluye mecanismos aplicados a problemas biolgicos o mdicos como el estudio del movimiento, la deformacin material, el flujo del cuerpo y el transporte de componentes qumicos a travs de medios biolgicos y sintticos de membranas.

BIOINGENIERIA EN ORTODONCIAOBJETIVOS BIOFISICA DEL APARATO (DISEO) MECANICA TEORICA (MANIPULACION)

RESULTADOS - MEJOR DISEO- MEJORA DE APARATOS ANTIGUOS - BAJO ESTRS DEL LP - CANTIDAD DE FUERZAS

FUERZA VS MOMENTOFUERZAQUE HAGO Y COMO

MOMENTOREACCION DE LO QUE HAGO

CONVENCION UNIVERSAL SIGNOS CORRESPONDIENTES FUERZAS POSITIVAS: VESTIBULARES Y MESIALES NEGATIVAS: DISTAL, PALATINA O LINGUAL

MOMENTOS: POSITIVO: MESIAL Y VESTIBULAR (CORONA) NEGATIVO: DISTAL Y PALATINO O LINGUAL (CORONA)

FUERZAS(-) FUERZAS PALATINAS OLINGUALES Y DISTALES SON NEGATIVAS

FUERZAS VESTIBULARES Y MESIALES SON POSITIVAS

(+)

MOMENTOSFUERZA APLICADA HACIA VESTIBULAR FUERZA APLICADA A PALATINO

CENTRO DE ROTACION

BIOMECANICA DEL MOVIMIENTO DENTAL TIPO DE FUERZA MAGNITUD DE LA FUERZA RESPUESTA DE UN DIENTE A LA FUERZA NIVEL CLINICO NIVEL CELULAR Y BIOQUIMICO NIVEL DE ESTRS DEFORMACION

BIOMECANICA DEL MOVIMIENTO DENTAL

Nivel clnico Nivel celular y bioqumico Nivel de estrsdeformacin

El movimiento de los dientes suele describirse en trminos generales Inclinacin Traslacin Pura

Movimiento Radicular

CENTRO DE ROTACIONMtodo mas especifico Vestbulo lingualorientado a travs del eje mayor del diente

Mesio-distalorientado a traves del eje mayor del diente

Transversalque corta en angulo recto a los planos vestibulo-lingual y mesiodistal

Distribucin del estrs es relativamente uniforme a lo largo de la raz Una fuerza nica actua a travs del centro de resistencia de una raz.

MEDIDA X .33

En un diente uniradicular en forma parablica se calcula multiplicando por .33 la distancia existente desde la cresta alveolar hasta el pice. Este coincide con el centroide CRESTA ALVEOLAR APICE

Si se aplica un Momento puro (CULPA o PAR DE FUERZAS) sobre cualquier lugar del diente, cerca del centro de resistencia se crea un CENTRO DE ROTACION PURA VCentro de resistencia Momento

No genera una distribucinuniforme del estrs de Lig. Periodontal. Siendo este mas alto en el pice, despus cresta alveolar y en el centro de resistencia es 0

LoP

Una fuerza lingual acta atreves del centro de resistencia de la raz Si se le agrega una cupla en direccin horaria el centro de

rotacin va a estar en el centro de resistenciaCentro de resistencia Momento Antihoario Fuerza Momento es menor Fuerza

Centro de resistencia

EL CONTROL

CENTRO DE ROTACION

Aplicacin de una fuerza nica a travs del centro de resistencia de la raz

El uso de una cupla de direccin y magnitud correctas

No resulta prctico aplicar una fuerza atravs del centro de resistencia debido a las limitaciones anatmicas

fuerza

Una fuerza nica que opera sobre la corona de un diente produce un centro de rotacin situado ligeramente por debajo del centro de resistencia .

Si a la fuerza se le agregan culpas cada vez mayores en la direccin que se muestra el centro de rotacin se encontrara en diferentes lugares

APICE

INFINITO

BORDE INCISAL

Nagerl y Col

Teora del movimiento dental

b

a

fuerza

En un plano dado la distancia entre las fuerza aplicada y el centro de resistencia (a) multiplicada por la distancia Desde el centro de resistencia hasta el centro de rotacin (b) es igual a una constante (c al cuadrado ) que representa la distribucion de las fuerzas restrictivas en el LIGAMENTO PERIODONTAL

a X b = c al cuadrado

b

La localizacin del centro de rotacin depende de la razn entre el momento y la fuerza aplicados en el diente (razn M/F) y no del valor absoluto de cada uno. La razon M/F es la critica a la hora de establecer un centro de rotacinfuerza

a

a X b = c al cuadrado

La taza de carga-deflexion de la fuerza que actua sobre la corona y la tasa de torquedeflexion (angular) del momento pueden ser bastante diferentes

MAGNITUD DE LA FUERZA Y VELOCIDAD DEL MOVIMIENTO DENTAL

En la ortodoncia hay una gran polemica en torno a la relacion existente entre la magnitud de las fuerzas y la velocidad del movimiento dental

La velocidad del desplazamiento dental se define como el desplazamiento del diente en la unidad de tiempo y en general se mide en mm por hora , por dia o por semana

Un enfoque relaciona la magnitud de la fuerza con el desplazamiento dental

Pueden establecerse dos relaciones posibles entre fuerzas y velocidad.

El segundo enfoque tal vez mas logico intenta vincular fenomenos de estrsdeformacion (fuerza por unidad de superficie y desplazamiento por unidad de longitud) en el LP con desplazamiento dental.

Las fuerzas del tejido conectivo que operan a traves de fibras gingivales y transeptales o por fuerzas de la lengua la musculatura perioral y los movimientos de masticacion pueden alterar el sistema de fuerzas que actua sobre el diente

Si se aplica una fuerza relativamente constante sobre el diente se obtiene un tipo caracterstico de grafico al relacionar en un sistema de coordenadas la velocidad del movimiento dental y el tiempo

Asi pueden diferenciarse tres fases en el movimiento dental:

La fase inicial

Que se caracteriza por un periodo de movimiento dental rapido y normalmente dura unos pocos dias, el movimiento dental en esta fase representaria en gran parte el desplazamiento del diente en el espacio periodontal

La fase de retardo

Durante la cual el diente no se mueve o tiene una velocidad de desplazamiento relativamente baja

Y la fase de posretardo

Que ocurre cuando la velocidad del movimiento dental aumenta en forma subita o gradual

El punto critico de la terapia ortodontica es:

la relacion entre magnitud de una fuerza

y la velocidad de movimiento dental

Durante la primera fase del movimiento del estado inicial cuando

el diente es desviado a traves del espacio periodontal

. A medida que el nivel de estrs en el LP aumenta, se espera una mayor velocidad en el movimiento dental

puede existir algo parecido a una relacion lineal

fuerza ligera puede demorar dias en mover un diente a traves del espesor del lp fuerza intensa como la de un serparador dental puede conseguir el mismo resultado en unos segundos

Variables como el espesor del LP son mucho mas importantes que la magnitud de la fuerza para determinar el desplazamiento absoluto de un diente

Durante la fase de demora del movimiento dental se observan dos procesos en areas de compresion:

Puede haber resorcion directa en la superficie osea que enfrenta la raiz o bien iniciarse una resorcion indirecta en los espacios medulares.

A medida que aumentan los valores de estrs cabe anticipar una disminucion de la actividad celular por que los niveles de estrs maximo producen compresion adicional de los vasos sangineos y las celulas

La consecuencia logica es

una disminucion en la resorcion osea por que esta requiere de tejido conectivo vivo

Por otra parte la resorcion indirecta se asocia con

altoestrs en el LP

es la respuesta a un area de tejido conectivo comprimido y desvitalizado

Con bajo nivel de estrs

la resorcion indirecta es escasa

en realidad hasta puede originar apocision osea en los espacios medulares

En la mayor parte de las situaciones clinicas el desplazamiento dental posterior a la fase de demora o retardo es causado por una combinacion de resorcion directa e indirecta

Cuando se ejercen fuerzas de baja magnitud

la intensificacion de la fuerza aumenta la velocidad del movimiento dental

su intensificacion es parcialmente responsable de la hialinizacion del LP y da como resultado una fase de retardo mas prolongada

Si las fuerzas son de alta magnitud

Las fuerzas mas debiles

desplazan a los dientes gradualmente

las fuerzas mas intensas

producen una fase de retardo marcada seguida de un periodo de movimiento rapido.

Una de las variables por considerar cuando se evalua la magnitud de las fuerzas y la velocidad de movimiento es la aplicacin de fuerzas identicas en la corona de un diente es posible producir centro de rotacion diferentes alterando la cupla aplicada

El centro de rotacion es un factor importante que determina la distribucion del estrs en el LP y con ello en todo intento destinado a relacionar la magnitud de una fuerza y la velocidad del movimiento dental del sistema de fuerzas debe estar bien definido

Patron del estres

RELACIN DE LA MAGNITUD DE LA FUERZA CON EL DOLOR Y LA MOVILIDAD DENTAL

Para evaluar la relacin entre fuerza y dolor resulta til una clasificacin de LA RESPUESTA DOLOROSA.

PRIMER GRADO SEGUNDO GRADO TERCER GRADO

PRIMER GRADO Es causada solamente por la presin intensa ejercida sobre el diente con un instrumento, como un asentador de bandas o un calibrador de fuerzas.

SEGUNDO GRADO Se caracteriza por dolor o molestias al apretar los dientes o al morder con mucha fuerza. El paciente conserva la capacidad de masticar sin dificultad los alimentos que integran una dieta normal.

TERCER GRADO Si se presenta un dolor espontneo o el paciente es incapaz de masticar alimentos de consistencia normal.

EXISTEN 2 TIPOS DE DOLOR Inmediato Diferido

INMEDIATO Se asocia con la aplicacin sbita de fuerzas intensas sobre un diente. Ejemplo: Una fuerte ligadura en forma de (8) entre incisivos espaciados suele producir una reaccin dolorosa aguda que remite gradualmente.

DIFERIDO Causada por una variedad de magnitudes de fuerza, desde dbiles hasta intensas y representan hiperalgesia del LP. Disminuye con el paso del tiempo. Ejemplo: Cuando la reaccin dolorosa pasa de una respuesta de tercer grado a una de segundo grado, y finalmente a una de primer grado o a cero.

FUERZA INTENSA

MAYOR GRADO DE DOLOR

MAYOR CANTIDAD DE DAS

NO EXISTEN FIBRAS DEL DOLOR EN EL LPPor esta razn se ve obstaculizada la comprensin del dolor que se produce durante el tratamiento ortodntico.

FUERZA Y ESTRS PTIMOSQu magnitud de fuerza es ptima para el movimiento dental?

Fuerza ptima es la que produce una velocidad rpida de movimiento dental sin molestias para el paciente ni dao tisular.

HISTOLGICAMENTEUna fuerza ptima es aquella que produce un nivel de estrs en el LP que bsicamente mantiene la vitalidad de los tejidos en toda su extensin e inicia una respuesta celular mxima. (APOSICIN - RESORCIN)

Los estudios histolgicos que correlacionan las fuerzas que actan sobre la corona o el estrs en el LP con las respuestas tisulares son muy tiles para establecer los niveles de fuerza ptimos para diferentes situaciones.

La dificultad para obtener material humano es un factor limitante en este tipo de investigacin

AUSENCIA DE DOLOR

ESTRS ACEPTABLE EN EL LP

MOVILIDAD MINIMA

LA FALTA DE UN PERIODO DE RETARDO BIEN MARCADO

La velocidad es engaosa porque las fuerzas continuas, tanto intensas como dbiles, pueden desplazar rpidamente los dientes. No se debe deducir necesariamente que como los dientes se mueven con rapidez las fuerzas usadas son ptimas.

El aparato ortodontico

Sistema de fuerzas ptimas :1) Controla exactamente el centro de rotacin del diente durante el desplazamiento dental 2)Produce niveles de estrs ptimos en el LP 3)Mantienen un nivel del estrs relativamente constante a medida que el diente se mueve

1 2

3

Miembro activo: es la parte que se relaciona con el movimiento dental:

Miembro reactivo:Funciona con prpositos de anclaje e involucra dientes que no se desplazarn

Caractersticas del miembro activo y reactivo:Relacion M/F Cociente carga/deflexin Momento mximo

Razn momento fuerzaMoviemiento dentalM/F Centro de rotacin

Determina el control del aparato ortodntico sobre las unidades activa y reactiva; esta razn controla el centro de rotacin de un diente o grupo de dientes

Cociente de carga/deflexin Es una factor de una diente que se esta fuerza relativamente desplazando bajo constante una fuerza continua Nos da la fuerza producida por unidad de activacin . A medida que este cociente decae en un

Cociente de carga/deflexin Es una factor de una fuerza relativamente constante Nos da la fuerza producida por unidad de activacin . A medida que este cociente decae en un diente que se esta desplazando bajo una fuerza continua

Miembros activos Carga /deflexin Miembros rectivo

Carga/deflexin

Es un indicador de la fuerza requerida por unidad de deflexin

Momento elstico mximoEs la mayor de las fuerzas o momento que se puede aplicar a un miembro sin producir deformacin permanente

M/F carga deflexin momento elstico mximo

Caractersticas del resorte

Forma de Carga La absorcin de energa en un miembro flexible es el resultado de la deformacin elstica que ocurre durante la aplicacin de una fuerza o cargaTensinCompresin

Carga axial

Carga compuesta: Compresin torsin flexin

Estres, deformacion

Observacion.

- Fuerza en gramos al alambre: deflexion en mm,

Se puede calcular a partir de medidas a nivel de observacion Estresdeformacion

Atomico y molecular

- Fuerzas y deflexion pueden ser deterctadas

No puede ser medida directamente

Mejora nuestra capacidad para predecir respuestas y disenar nuevas estructuras.

1635-1703

Cuando un objeto de somete a fuerzas externas, sufre cambios de tamao o de forma, o de ambos. Esos cambios dependen del arreglo de los tomos y su enlace en el material.Cuando un peso jala y estira a otro y cuando sele quita este peso y regresa a su tamao normal decimos que es un cuerpo elstico. Elasticidad: Propiedad de cambiar de forma cuando acta una fuerza de deformacin sobre un objeto, y el objeto regresa a su forma original cuando cesa la deformacin.

Resorte hielicoidal abierto.A medida que aumenta la fuerza, la deflexion aumenta proporcionalmente. La carga dividida por deflexion es una constante . cociente de carga-deflexion P max: gama elastica(comportamiento plastio)

P ult: punto en el cual el resorte se rompe

El comportamiento plastico no es tan lineal como el elastico. Limite Elastico: La carga elastica maxima varia directamente proporcional y lineal con el LE. El limite elastico aparente esta cerca del LE, pero la resistencia a la traccion es mas elevada Hay factores que determinan el LE como el firo.

Modulo de elasticidad: Determina la propiedad mecanica del cociente carge-deflexion. la carga- defleflexion varia en forma directa y lineal con E. Dos aleaciones nuevas en orto. NiTi (55% 45%) baja fuerza- baja E. .26 al ac. Inoxidable Niti: .018 Ac in: .013 Niti puede ser activado mas del doble de distancia que ac. Inoxidable.

Aleaciones superelasticas (aleaciones con memoria) A diferencia de nitinol, tienen una temperatura de transicion mucho mas baja Recuperacion elastica levemente superior a la del Nitinol > menos quebradiza Hay alambres de niti superelasticos con distintos grados de rigidez. Rigidez: se debe efectuar la temperatura bucal.

El TMA tiene E intermedio entre el acero y el Nitinol Puede recibir una deflexion de hasta dos veces la del acero sin deformacion permanente El TMA no es alterado de manera significativa por dobleces y torciones Tiene buena ductibilidad Se puede soldar sin una reduccion significativade E. No necesidad de reforzar soldadura para ganchos.

ALEACIONES IDEALES PARA ORTODONCIAEl alambre ideal para un miembro activo es el que permite lograr una carga elstica mxima y un bajo cociente carga-deflexin.

Las propiedades mecnicas que determinan estas caractersticas son: LE y E

Al evaluar el alambre ortodntico deben considerarse otras cuatro propiedades: 1. La aleacin debe poseer una resistencia razonable a la corrosin causada por los lquidos de la boca. 2. El alambre debe poseer ductibilidad suficiente como para no fracturarse bajo cargas accidentales en boca o durante la fabricacin del aparato. 3. Es deseable que el alambre pueda ser fabricado en estado blando y que ulteriormente reciba tratamiento trmica para templarlo. 4. La aleacin debe permitir la fcil soldadura de agregados.

SECCIN TRANSVERSAL DEL ALAMBREUn factor crucial en el diseo de un aparato ortodntico es la seccin transversal del alambre que se utilizar. Los ligeros cambios en la seccin transversal pueden influir de manera espectacular sobre la carga elstica mxima y el cociente de cargadeflexin.

Al disear miembros activos es opcin usar la seccin transversal mas pequea que sea compatible con una factor de seguridad para que no se produzca una deformacin permanente indebida. En la seleccin de la seccin transversal correcta para los miembros reactivos rgidos de un aparato la consideracin principal es el cociente de carga deflexin y no la carga elstica mxima.

Activaciones multidireccionales en donde el eje estructural es flexionado en ms de un plano, la eleccin de la seccin transversal sera circular. Activaciones unidireccionales: la forma preferida de la seccin transversal es la del alambre plano. Puede absorber mas energa. Permite generar cocientes de carga-deflexin mas bajos sin deformacin permanente. La orientacin del alambre se resuelve mas fcil que con la seccin circular. Puede ser anclado definitivamente en un tubo o en un bracket de manera que no rote.

Para el miembro reactivo los alambres cuadrados o rectangulares son superiores al redondo porque son mas fciles de orientar, lo que sumado a su mayor rigidez multidireccional determina un control ms definido de las unidades de anclaje.

SELECCION DEL ALAMBRE CORRECTO(aleacion y seccion transversal)Debe basarse principalmente en: Cociente de carga y deflexion Magnitud de la fuerza y los momentos necesarios Seleccion de la seccion transversal sobre la base de otros factores: 1. Para eliminar el juego entre el alambre y el bracket se necesitan alambres cada vez mas gruesos 2. Seleccionde un alambre por considerar que cuanto mas delgado sea, mayor sera la deflexion elastica. Rigidez del alambre: la principar razon para seleccionar un alambre de tamao determinado

0,014 pulgadas 2mm (imparte la fuerza deseada) Despues de que el diente se haya desplazado 1mm el alambre podra ser remplazado por uno de 0,018 pulgadas

Las pequeas diferencias en la seccion transversal producen grandes cambios en el cociente de carga-deflexion porque en los alambres redondos ese cociente varia segun la cuarta potencia del diametro. Al efectuar dobleces la rigidez o cociente de carga-deflexion es determinada por el momento de inercia de la seccion transversal del alambre con respecto al eje neutral.

Se ha desarrollado un sencillo sistema numerico, permite conocer la rigidez relativa de alambres de seccion transversal diferentes si la composicion del alambre es identica.

Cs (Sr): rigidez de la seccion transversal Usamos como base 1 alambre redondo de 0,102mm (0,004 pulgadas) 0,016 Cs: 256 0,018 x 0,025 Cs: 1,865 Libera una fuerza 7,3 veces mayor 1,865 / 256 = 7.28

Numero de rigidez de las secciones transversales de los alambres ortodonticos Si se modifica la seccion transversal la rigidez entre alambres puede variar hasta 10 o mas veces

El cociente de carga-deflexion puede variar hasta multiplicarse por un factor de 10 o mas si se usan alambres de diferentes dimensiones pero del mismo material. En el pasado la seccion transversal de los alambres se modificaba para producir diferentes grados de rigidez. La rigidez global del aparato es determinada por dos factores; 1. El alambre en si 2. Diseo del aparato S= Ws x As S= cociente de carga-deflexion del aparato Ws= rigidez del alambre As= factor de rigidez del diseo

A medida que se cambia el diseo del aparato por aumento del alambre entre los brackets o por adicion de ansas, la rigidez puede ser reducida segun el cambio en el factor del diseo. La rigidez del alambre esta determinada por la seccion transversal y por el material de los alambres:

Ws= Ms x Cs

Ws= numero de rigidez del alambre Ms= numero de rigidez del material Cs= numero de rigidez de la seccion transversal E= propiedad del material

Sistema numerico para comparar la rigidez relativa basandose en el material. Ms se basa en el E del material. Acero Ms: 1,0

Ademas de nuevas aleaciones en ortodoncia se han introducido alambres trenzados. Aprovechan las secciones transversales menores, que tienen un deflexion elastica maxima mayor Producen alambres con rigidez relativamente baja

El cociente de carga-deflexion puede ser modificado si se mantiene constante la dimension del alambre, pero se cambia significativamente el cociente alterando la seccion transversal.

Si se conserva la seccion transversal de un alambre 0,018 x 0,025 pulgadas, la rigidez (Ws) puede ser alterada usando materiales diferentes. Para obtener el numero Ws (numero de rigidez del alambre):

Ws= Ms x CsMs= numero de rigidez del material Cs= numero de rigidez de la seccion transversal

Ejemplo: TMA en direccion de segundo orden Ws= 0,42 x 967 Ws= 406,1 Este numero es equivalente al de un alambre redondo de acerdo de 0,018 pulgadas. El alambre NITINOL tienen un Ws igual a 251,1, similar a un alambre de acero de 0,016 pulgadas.

Puede obtenerse una gama completa de fuerzas modificando el material del alambre y manteniendo igual la seccion transversal.

0,018 x 0,025 Segundo orden

Si se usa el principio de la ortodoncia con alambres de seccion transversal variable puede modificarse la magnitud del juego entre los aditamentos y el alambre segun la sigidez requerida.

Otra forma de cargar el cantilever es por medio de una cupla o momento aplicado al extremo libre.

La razn momento-deflexin es inversamente proporcional al a segunda potencia de la longitud.

El momento elstico mximo no es afectado de ningn modo por los cambios de longitud. Sigue siendo el mismo aunque la longitud se duplique o triplique.

Se debe aplicar solo si se requiere slo momentos para un movimiento dental dado.

Mas control sobre magnitud de la fuerza

Influye sobre: carga elstica mxima carga deflexin

Cuanto mas largo sea el cantilever menor el cociente de carga-deflexin.

Cuanto ms largo el cantilever, mas baja la carga elstica mxima.

Para reducir el cociente cargadeflexin en miembros flexibles sin alterar la carga elstica mxima: aumentar la longitud de un alambre con ansas verticales.

Limitaciones para el aumento de longitud: Distancia entre brackets por el ancho de los dientes y los brackets.

Limitaciones de los segmentos verticales: la oclusin y la extensin del surco vestibular.

Los arcos para intrusin suministran una fuerza relativamente constante por la considerable distancia existente entre el tubo molar y la ligadura del incisivo.

La longitud adicional del alambre puede lograrse con la incorporacin de ansas, helicoides o alguna otra configuracin.

Efecto: disminuye el cociente de cargadeflexin y la carga elstica mxima puede o no ser afectada.

Es importante considerar la ubicacin donde se localizar el alambre adicional y qu forma tendr.

Hacerlo correctamente podr reducir el cociente de carga deflexin sin alterar la carga elstica mxima agregando la menor cantidad de alambre.

Se cortan secciones verticales imaginarias a lo largo del alambre y se calcula una flexin en cada una. Momento de Flexin ( g-mm) carga del extremo distancia perpendicular

El sitio ptimo para aplicar el alambre adicional sera en las secciones transversales en las que el momento de flexin es mximo. En el caso del cantilever : en el punto de sostn.

La aplicacin de helicoides adicionales en el punto de sostn de un cantilever no altera la carga elstica mxima.

Se debe a que la carga elstica mxima es funcin de su longitud y de la configuracin ms que de la cantidad de alambre incorporada.

Para obtener un miembro flexible lo ms importante no es la cantidad de alambre utilizada si no la localizacin y la forma del alambre adicional.