Экспериментальное определение механических свойств периодонтальной связки с применением метода голографической интерферометрии

С. С. Наумович, С. А. Наумович, Ф. Г. Дрик УО «Белорусский государственный медицинский университет»

2017 №1 | Оригинальные научные публикации

Аннотация

Список литературы

Периодонтальня связка является ключевым элементом, определяющим изменения в тканях периодонта под действием нагрузки. В настоящее время в научной литературе нет однозначного ответа о величине модуля упругости Юнга периодонтальной связки. Это связано как со сложностью проведения экспериментальной оценки данного параметра, так и с отсутствием четких подходов в его определении. В статье описан эксперимент по определению модуля Юнга периодонатльной связки на 8 трупных сегментах нижней челюсти человека методом голографической интерферометрии. Образцы включали только однокорневые зубы, так как на них проще было прикладывать нагрузку вдоль оси корня. Полученный результат величины модуля упругости в 7,11 МПа соотносится с дипазоном величин, описанных в научных журналах, что позволяет использовать и совершенствовать в дальнейшем предложенный метод экспериментальной оценки механических свойств тканей периодонта. Данные о величине модуля упругости периодонтальной связки и характере ее деформации при действии внешней нагрузки позволяют понять многие процессы, происходящие в зубочелюстной системе во время ортодонтического и ортопедического лечения, а также могут применяться при построении математических моделей периодонтального комплекса.

Ключевые слова:

периодонатльная связка, модуль Юнга, корень зуба, голографическая интерферометрия, деформация

Experimental determination of mechanical properties of the periodontal ligament using the method of holographic interferometry

The periodontal ligament is a key element in determining the changes in periodontal tissues under load. Currently in the scientific literature there is no clear answer on the value of the Young’s modulus of elasticity of the periodontal ligament. This is due both to the complexity of the experimental evaluation of this parameter, and a lack of clear approach in its definition. The article describes an experiment to determine the Young’s modulus of the periodontal ligament on 8 cadaver segments of the human mandible by holographic interferometry. The samples include only single rooted teeth, since they are easier to apply a load along the root axis. The result obtained in 7.11 MPa corresponds with range of values described in scientific journals that allows to use and develop further the proposed method of experimental evaluation of the mechanical properties of the periodontal tissues. Data about the value the modulus of elasticity of the periodontal ligament and the nature of its deformation under the action of external loads allow us to understand many of the processes occurring in the maxillodental system during orthodontic and prosthetic treatment and can also be used in constructing of mathematical models of periodontal complex.

Keywords

Periodontal ligament, Young’s modulus, tooth root, holographic interferometry, deformation

1. Fill, T. S., Toogood R. W., Major P. W., Carey J. P. Analytically determined mechanical properties and models for the periodontal ligament: critical review of literature // J. Biomech. - 2012. - Vol. 45, № 1. - P. 9-16.
2. Bourauel, I. A., Jager A. C. Experimental and numerical determination of initial tooth mobility and material properties of the periodontal ligament in rat molar specimens // European Journal of Orthodontics. - 2003. - Vol. 25. - P. 569-578.
3. Liu, D. X., Wang H. N., Wang C. L., Liu H., Sun P., Yuan, X. Modulus of elasticity of human periodontal ligament by optical measurement and numerical simulation // Angle Orthodontist. - 2011. - Vol. 81, № 2. - P. 229-236.
4. Meyer, B. N., Chen J., Katona T. R. Does the center of resistance depend on the direction of tooth movement? // American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. - 2010. - Vol. 137, № 3. - P. 354-361.
5. Papadopoulou, K., Keilig L., Eliades T., Krause R., Jager A., Bourauel C. The time-dependent biomechanical behaviour of the periodontal ligament - an in vitro experimental study in minipig mandibular two-rooted premolars // Eur. J. Orthod. - 2014. - Vol. 36, № 1. - P. 9-15.
6. Pini, M., Wiskott H., Scherrer S., Botsis J., Belser U. Mechanical characterization of bovine periodontal ligament // Journal of Periodontal Research. - 2002. - Vol. 37. - P. 237-244.
7. Pini, M., Zysset P. H., Botsis J., Contro R. Tensile and compressive behaviour of the bovine periodontal ligament // Journal of Biomechanics. - 2004. - Vol. 37, № 1. - P. 111-119.
8. Poppe, M., Bourauel C., Jager A. Determination of the elasticity parameters of the human periodontal ligament and the location of the center of resistance of single-rooted teeth a study of autopsy specimens and their conversion into finite element models // Journal of Orofacial Orthopedics. - 2002. - Vol. 63. - P. 358-370.
9. Ted, S. F., Carey J. P., Toogood R. W., Major P. W. Experimentally Determined Mechanical Properties of, and Models for, the Periodontal Ligament: Critical Review of Current Literature // Journal of Dental Biomechanics. - 2011. - doi: 10.4061/2011/312980.