Biomecanica
Biomecanica
Biomecanica
profesional en Odontología
7.1 Concepto de Biomecánica en Ortodoncia.
Física
Ciencia que estudia las propiedades de los cuerpos de los fenómenos accidentales
producidos en ellos por los agentes naturales sin que haya cambios en la naturaleza
química.
Mecánica
Se usa para describir las aplicaciones de F M al movimiento dental , mediante los
aparatos fijos que se utilizan en las diferentes fases del tratamiento de ortodoncia.
Estática
Es una rama de la mecánica que se ocupa de los cuerpos en reposo o que
permanecen con una velocidad constante en magnitud dirección.
Dinámica
Estudia el estado de los cuerpos que experimentan algún tipo de aceleración.
La resistencia de los materiales
Es un área de la ciencia que se encarga de estudiar la composición , la estructura y
propiedades de los materiales con el propósito de someterlos a situaciones
específicas de carga.
Biomecánica
Área de las ciencias biológicas, principalmente de la medicina y la odontología,
encargada de desarrollar aplicaciones mecánicas para resolver problemas de
motricidad funcionalidad.
Los cambios dentofaciales se logran principalmente cuando el ortodoncista aplica
fuerzas sobre los dientes, el periodonto y el hueso. Por tanto, la base científica de la
ortodoncia es la física y la mecánica newtoniana aplicadas a un sistema biológico.
La mecánica se puede definir como la rama de la física que abarca los aspectos
mecánicos de cualquier sistema y esta se divide en dos categorías: la estática que
estudia los factores asociados a los sistemas de reposo(rígidos) y la dinámica que
estudia los factores asociados a los sistemas en movimiento. Cuando el
conocimiento y la metodología de la mecánica se aplican a la estructura y funciones
de los sistemas vivos(biología), por ejemplo un diente y su arquitectura oral
circundante se denomina biomecánica.
Etimológicamente proviene de las palabras griegas, bios que significa vida y
mekhane que significa mecánica.
La biomecánica es una parte importante de la ortodoncia y es el estudio del
equilibrio estático y los efectos de las fuerzas en los sistemas biológicos.
La visión biomecánica del tratamiento ortodóntico propiciará la planificación del
mejor sistema de fuerzas que se utilizará: tanto por su forma de aplicación, como en
la cuantificación de la carga aplicada, interpretando de qué manera ocurre la
distribución de presiones en el ligamento periodontal.
Burstone define a la biomecánica del movimiento dental como el estudio que busca
la relación de la aplicación de sistemas de fuerzas sobre los dientes con los
subsecuentes cambios cuantitativos y cualitativos que ocurren al diente y sus
estructuras circundantes.
7.2 Respuesta fisiológica a la aplicación de fuerzas sobre un diente.
En relación a la magnitud de una fuerza, cuanto más intensa y rápida sea la fuerza
aplicada, mayor será el colapso en los vasos, cortando por completo el flujo
sanguíneo en el ligamento periodontal. De esta forma se impide la llegada a tiempo
de los osteoclastos más alejados, que serían los encargados de remover el hueso
circundante, y se provoca la reabsorción de la raíz que deja como secuela la pérdida
irreversible del cemento y, en algunas ocasiones, también de la dentina.
Una fuerza inicial ligera y un posterior incremento gradual facilitan un mayor
reclutamiento de osteoclastos y aminoran el proceso de hialinización. Evitando este
proceso, podrá obtenerse una mayor eficacia en el movimiento dentario y una
menor sensibilidad durante el tratamiento.
Fuerza
La fuerza se define como la acción de un cuerpo sobre otro, en nuestro caso, la
acción de un dispositivo mecánico (alambre, resorte, elástico, etc.) sobre dientes o
huesos faciales.
La fuerza se clasifica como una medida vectorial, y se representa por vectores.
El vector se define gráficamente por una flecha, cuyo cuerpo indica la dirección de la
fuerza (vestibulolingual, mesiodistal, etc.), así como su línea de acción, esto es, por
dónde se prolonga la fuerza. El sentido de la fuerza (de vestibular hacia lingual, de
mesial hacia distal, de distal hacia mesial, etc.) se define por la punta de la flecha. El
vector también nos muestra la magnitud de la fuerza, que es proporcional a la
longitud del cuerpo de la flecha, y el punto de aplicación de la fuerza, que es
indicado por el origen o cola de la flecha.
La unidad de mensuración de la fuerza es el Newton (masa x aceleración), pero
usualmente empleamos el Gramo (g).
Cuerpo
Todo cuerpo tiene un punto conocido como Centro de Masa. Este punto, como su
propio nombre lo dice es el punto central de la masa de este objeto cuando está
libre de cualquier influencia (por ejemplo si estuviese libre de la acción de la
gravedad)
Por definición, siempre que la línea de acción de una fuerza pase por el centro de la
masa de un cuerpo libre en el espacio, este cuerpo sufrirá traslación.
Cuando el cuerpo que será movido, en el caso del diente, no está libre en el
espacio, pero rígidamente fijado en su parte radicular por el periodonto, un punto
correspondiente al centro de masa es utilizado: El Centro de Resistencia. De
forma análoga al centro de masa, podemos afirmar que la fuerza cuya línea de
acción pase por el centro de resistencia resultará en traslación del diente.
Momento
Siempre que la línea de acción de una fuerza pase por sobre el C.R. de un cuerpo,
éste sufrirá movimiento paralelo, o traslación.
Sin embargo, en muchas situaciones, la línea de acción de la fuerza pasa distante
del centro de resistencia.
Podemos afirmar entonces que, siempre que la línea de acción de una fuerza pase
distante del centro de resistencia, se generará una tendencia de rotación del cuerpo
(o momento). Cuanto más intensa sea la fuerza y cuanto más distante del C.R. pase
su línea de acción, más grande será la magnitud del momento de rotación.
La unidad para la medida Momento es g - mm (gramo - milímetro) y su
representación gráfica es una flecha curva, que en diagramas bidimensionales
puede ser dibujada en sentido horario o en sentido antihorario. Definiremos si el
momento es en un sentido o en el otro, prolongando el vector de la fuerza alrededor
del C.R. Momentos de magnitud más intensa, tendrán flechas curvas con radio más
grande.Dos o más momentos pueden ser sumados o sustraídos para obtener un
único momento resultante, sea horario o antihorario.
Binario
Tendencias de rotación también se obtienen al aplicar sobre un cuerpo un Binario.
Definimos binario como dos fuerzas paralelas (no coincidentes), de igual magnitud y
sentido opuesto.
Este es el único sistema de fuerzas capaz de producir la rotación pura de un cuerpo
y la definimos como la rotación del cuerpo alrededor de su C.R.
En Ortodoncia, esta situación puede compararse a un profesional que empujase el
ápice radicular con un dedo, mientras aproxima el borde incisal con otro dedo.
Fulcro
Representa el centro de rotación del movimiento dentario. El fulcro puede ser
controlado por el ortodoncista, y es él quien define el tipo de movimiento dentario.
Movimiento fisiológico
Son varios los ejemplos de movimientos fisiológicos de los dientes. Uno de ellos es
el movimiento que se produce durante la erupción de las denticiones temporal y
permanente. También, el tejido óseo está en una constante reorganización,
produciendo movimiento al diente que soporta.Por otra parte, los dientes tienen un
movimiento mesial normal que hace que se desgasten los puntos proximales de
contacto tornándose en verdaderas superficies de contacto. Otro movimiento
fisiológico es el consecutivo a la pérdida de dientes contiguos o antagonistas.
Durante el movimiento mesial se presentan fenómenos de reabsorción del hueso
delante del diente y de aposición detrás de él.
Movimiento ortodóncico
Kaare Reitan diferencia tres movimientos en ortodoncia:
a) Movimiento continuo.
b) Movimiento interrumpido.
c) Movimiento intermitente.
Movimiento continuo. Es aquel en que la fuerza actúa por largo tiempo; por
ejemplo: resorte en espiral, arco seccional, técnica de alambres delgados. Se deben
tener en cuenta la intensidad del movimiento y la fuerza para disminuir el riesgo de
la reabsorción radicular.
Movimiento interrumpido. Es el movimiento efectuado por una fuerza que mueve
el diente por un espacio y que va a detenerse cuando el elemento mecánico se
inactiva, y se reinicia el movimiento cuando se vuelve a activar; ejemplo: el
movimiento que hacen las ligaduras de alambre cuando se aplican directamente al
diente desde el arco, acción del aparato de arco de canto.
Movimiento intermitente. Es el que se hace por medio de ligeros impulsos muy
repetidos que actúan durante pequeños espacios de tiempo. El ejemplo en este
caso son las placas o aparatos removibles.
Para que sea más claro, dividiremos los movimientos ortodónticos en varios tipos:
Movimiento de inclinación
Este movimiento puede ser efectuado en los cuatro sentidos: mesial, distal,
vestibular y palatino. Es el movimiento realizable por excelencia con aparatos
removibles, es muy fácil de ejecutar, ya que el punto de aplicación de la fuerza
estará en la corona clínica del diente y el centro de resistencia estará subgingival,
por tanto el movimiento será primordialmente de inclinación de la corona en la
dirección de la fuerza.
Durante el movimiento de inclinación el diente gira alrededor de su centro de
resistencia. El ligamento periodontal es comprimido próximo al ápice del diente en el
lado en que se aplica la fuerza y en la cresta ósea alveolar del lado opuesto. En este
tipo de fuerza, apenas la mitad del área del ligamento está realmente en
compresión. De esta forma, dicho movimiento requiere la aplicación de fuerzas muy
bajas. La inclinación de un diente implica que se forma un fulcro, lo que resulta en
un movimiento de raíz en la dirección opuesta. La presión se concentra en áreas
limitadas de PDL, lo que resulta en la formación de un área hialinizada debajo de la
cresta alveolar, así como en la región apical. La inclinación de un diente por
fuerzas continuas ligeras da como resultado un mayor movimiento dentro de un
tiempo más corto.
Inclinación descontrolada
Es el tipo de movimiento dentario más fácil de obtener por el profesional. También
se denomina movimiento pendular, y se origina al sumarse la acción de una fuerza
simple («un solo dedo» en la corona dentaria) aplicada distante del C.R. y del
momento de rotación resultante de esta fuerza. En este caso el fulcro se localiza
bastante próximo del centro de resistencia.
La inclinación descontrolada ocurre siempre que una fuerza simple (sin torque) se
aplica en la corona de un diente.
Inclinación controlada
En la inclinación controlada el ortodoncista mueve todo el diente, manteniendo el
ápice radicular inmóvil. Por tanto, el fulcro del movimiento dentario coincide con el
final de la raíz.
Este tipo de movimiento es necesario cuando la corona está mal posicionada, pero
lo mismo no ocurre con la región apical. Un ejemplo clásico de este tipo de
movimiento es la retracción de la batería anterior en pacientes con protrusión
dentaria y que tuvieron cuatro premolares extraídos. Al utilizar la inclinación
controlada se evita el riesgo de vestibularización del ápice radicular.
Rotación
La rotación de un diente crea dos lados de presión y dos lados de tensión y puede
causar ciertas variaciones en el tipo de reacción del tejido en el lado de la presión
(Reitan, 1967). Hialinización con reducción de la resorción ósea e incluso la
resorción de la raíz, tiene lugar en una zona de presión, mientras que la resorción
ósea directa ocurre en la otra, variaciones causadas por la anatomía de la raíz y la
magnitud de la fuerza. En el lado de la tensión, las espículas óseas se forman a lo
largo de los haces de fibras estiradas dispuestas oblicuamente. En la región
marginal, la rotación generalmente causa un desplazamiento considerable de las
estructuras fibrosas.
Extrusión
La extrusión idealmente no produce áreas de compresión dentro del PDL, solo
tensión. Variando con la reacción individual del tejido, los haces de fibras
periodontales se alargan y se deposita hueso nuevo en las áreas de la cresta
alveolar debido a la tensión ejercida por estas fibras estiradas. En individuos
jóvenes, la extrusión de un diente implica un estiramiento y desplazamiento más
prolongados de los haces de fibras supraalveolares que de las fibras principales en
los tercios medio y apical del PDL.
El movimiento de extrusión podría crear pequeñas fuerzas de tensión sobre los
tejidos periodontales, pero en la práctica también se verifican áreas de presión,
parecidas a las que aparecen cuando se aplican fuerzas de inclinación.
El movimiento de intrusión exige un control cuidadoso de la magnitud de la
fuerza, ya que, aun con algunos movimientos de inclinación, la mayor concentración
será ejercida a nivel apical. Este movimiento se acompaña de un proceso de
osteólisis que acabará por alcanzar prácticamente todas las paredes del alvéolo.
Traslación
Traslación o movimiento de cuerpo, es aquel desplazamiento en el que el diente no
sufre alteración de su eje longitudinal.
La traslación propiamente dicha - movimiento horizontal u oblicuo que preserva la
inclinación del eje longitudinal del diente - es uno de los movimientos ortodónticos
más complejos. Su obtención es posible, siempre que la línea de acción de la fuerza
cruce el centro de resistencia o cuando la tendencia a la rotación causada por una
fuerza distante del C.R. es totalmente anulada por un binario (torque).
En la traslación propiamente dicha, el ligamento periodontal del lado opuesto a la
fuerza será comprimido en toda su extensión creando una gran área de "estrés" y
alto riesgo de hialinización. Este es un motivo significativo para producir retracción
utilizando fuerzas de baja intensidad.
Corrección radicular
Es el movimiento de elección para promover el cambio del eje longitudinal del
diente, sin alterar la posición del borde incisal. El fulcro estará entonces, en la
posición más oclusal de la corona. Se indica corrección radicular en sentido
vestibulolingual para los casos Clase II división 2, donde los incisivos superiores
tienen su parte incisal bien posicionada y la raíz vestibularizada; así como después
de la retracción incisal que incidentalmente lingualizó excesivamente la corona de
los dientes anteriores.
B)Factores que intervienen en el movimiento dental
Por tratarse de un proceso bastante complejo que implica tejidos diferentes como
hueso, fibras colágenas del ligamento periodontal y vasos sanguíneos, la respuesta
del diente a la fuerza ortodóntica tendrá la influencia de diversos factores que
enumeraremos a continuación:
A - Magnitud de la fuerza
La secuencia de eventos descritos en el ítem anterior, que sucede a la aplicación de
una carga y produce la migración del diente conjuntamente con su alvéolo, es
fuertemente influenciada por la magnitud de la fuerza aplicada.
Fuerzas inocuas
Esta categoría comprende fuerzas de magnitud tan pequeña que son incapaces de
deflagrar el efecto electroquímico responsable por el movimiento ortodóntico.
Fuerzas leves
Con fuerzas de un determinado valor (M), se inicia el proceso de movimiento
dentario.En este punto la tasa de movimiento dentario (en milímetros por día) es
mínima. Sin embargo, con el aumento de intensidad de la fuerza, rápidamente se
alcanza el punto F.O. (fuerza óptima) en el cual la carga ortodóntica produce el
movimiento dentario más eficaz.
Fuerzas pesadas
Denominamos fuerzas pesadas aquellas que producen gran cantidad de áreas de
hialinización en la zona de compresión del ligamento periodontal. No habrá
entonces resorción frontal de la lámina dura del alvéolo y el diente se mantendrá
inmóvil por un largo período de tiempo. Clínicamente podemos afirmar que las
fuerzas pesadas son más patológicas que las suaves, ocasionando los siguientes
disturbios:dolor,movilidad dentaria,reacciones pulpares,alteraciones radiculares y
alteraciones en la cresta ósea alveolar
B - Ritmo de aplicación de la fuerza
El régimen de aplicación de la fuerza ortodóntica también tiene influencia sobre el
movimiento dentario, y su ritmo se puede dividir en dos categorías básicas: }
a - Fuerzas continuas
Son las fuerzas características de los aparatos fijos. Surgen en el momento en que
el dispositivo que aplica la fuerza es instalado y su acción persiste por varios días de
forma continua.
b - Fuerzas intermitentes
Son fuerzas aplicadas por aparatos removibles, por eso, su intensidad varía entre el
valor deseado y la ausencia total de presión. Un ejemplo típico es el aparato
extrabucal de uso nocturno, que el paciente usa durante 12 horas, y las otras 12
horas restantes las pasa sin ninguna fuerza ortodóntica. En esos casos, el ligamento
periodontal sufre "estrés" sólo durante una parte del día, y dispone de muchas horas
para su regeneración. Esto permite que el ortodoncista pueda emplear, de forma
intermitente, tanto fuerzas leves como fuerzas pesadas, sin producir lesiones
tisulares definitivas.
C - Condiciones anatómicas
Además de la magnitud y del ritmo, que son factores directamente relacionados a la
fuerza, hay algunas condiciones anatómicas locales que deben ser cuidadosamente
observadas al hacer la planificación mecánica :
a - Volumen radicular:
Podemos deducir que cuanto más grande es el volumen de raíz de un diente, más
grande deberá ser la magnitud de la fuerza aplicada. El hecho se torna relevante
cuando nos proponemos a mover un diente con reducida área radicular, y por tanto,
la presión sobre el periodonto podrá producir más fácilmente la necrosis estéril o
hialinización.
b - Implantación ósea:
Lo mismo ocurre en los dientes que, a pesar de tener volumen radicular normal,
presentan pérdida ósea periodontal. En estos casos, la resorción de la cresta ósea
alveolar hizo que el volumen implantado de la raíz fuese reducido, recomendándole
cuidados especiales para el movimiento ortodóntico de este diente.
c - Edad del paciente:
En el paciente de poca edad, hay una gran proliferación del ligamento periodontal,
con gran cantidad de elementos celulares y haces de fibras más delgadas y
flexibles, en contraste con el cuadro que presentan los de edad avanzada.
d - Complexión ósea:
Los pacientes con complexión ósea más robusta, espacios medulares reducidos y
corticales más densas, presentan mayor tendencia a la hialinización y como
consecuencia mayor dificultad para producir movimientos dentarios.
D - Condiciones metabólicas
a - Factores hormonales: El aumento de los niveles de parathormona, producida
por la paratiroides (hiperparatiroidismo), induce a un aumento de la cantidad de
osteoclastos con consecuente estímulo de la resorción ósea. En cambio la
calcitonina, producida por la tiroides, inhibe la actividad osteoclástica con
disminución de la resorción ósea
b - Factores nutricionales: La falta de proteínas en la dieta, produce deficiencia de
los aminoácidos necesarios para la síntesis del colágeno presente en el hueso y en
las fibras periodontales. La carencia de calcio podrá provocar, en el niño, raquitismo
(la matriz ósea no se calcifica normalmente) y en el adulto la osteomalacia u
osteoporosis, con descalcificación parcial de la matriz ósea y su consecuente
fragilidad.
c - Factores vitamínicos: La vitamina A está estrechamente relacionada a la
distribución y actividad de los osteoclastos y osteoblastos, e influye en el equilibrio
entre aposición y resorción ósea. La vitamina C interviene en la síntesis del
colágeno, y su carencia puede ocasionar reducción de la deposición ósea.
Finalmente la vitamina D, que promueve la absorción del calcio en el intestino,
cuando existe deficiencia de ésta, provoca los mismos resultados que la falta de
calcio.