La biomécanique en orthodontie / Orthopédie dento-faciale
Introduction
La dent est supportée par un os alvéolaire en constant remaniement et c’est en provoquant artificiellement une réorganisation de ce remaniement, que l’orthodontiste peut obtenir les mouvements dentaires souhaités par l’application d’un système de forces au niveau de la dent.
Il est donc nécessaire, à la fois plus simple et plus logique, de rechercher et d’analyser les systèmes de forces délivrés par un appareillage pour ensuite comprendre les effets que produisent ces systèmes de forces ; inversement, l’on peut, à partir de l’analyse du mouvement dentaire que l’on souhaite obtenir, préciser le système de forces nécessaire et ensuite construire l’appareillage qui le produira.
Définition
La biomécanique est une partie importante de l’orthodontie et constitue l’étude de l’équilibre statique et des effets des forces sur les systèmes biologiques ; ce cours tentera de simplifier la biomécanique de l’orthodontie et fournira un cadre pour les applications cliniques.
Les lois de Newton sur la mécanique du déplacement
En orthodontie, on utilise les trois lois de Newton pour expliquer les effets des forces sur un objet.
Les lois de Newton
Décrivent le déplacement d’un objet soumis à des forces, les deuxième et troisième lois de Newton sont les plus importantes en orthodontie.
Première loi
En l’absence de friction, un corps demeure au repos ou continue son déplacement de façon uniforme et en ligne droite à moins d’être modifié par une force agissant sur lui.
Deuxième loi
L’accélération d’un corps est dans la même direction que la force qui engendre cette accélération et dépend de l’amplitude de la force et de la masse de l’objet.
F = Masse × Accélération
Troisième loi
Stipule que pour chaque action ou force, il y a une force réactionnelle égale (en direction opposée). Selon cette loi, chaque fois que deux objets interagissent, ils exercent des forces d’action et de réaction l’un sur l’autre.
Les principes de base de la biomécanique
La force simple
Définition
Une force est toute action qui entraîne un changement dans le mouvement d’un objet.
Point d’application de la force
C’est l’endroit où la force est appliquée sur l’objet. Les forces représentées en rouge et vert ont un point d’application commun mais des directions différentes.
La ligne d’action avec direction et amplitude
- La ligne d’action est la représentation géométrique de la manière dont la force est appliquée ; en orthodontie, la ligne d’action est l’axe de déplacement lorsque la force est appliquée.
- La direction de la force est indiquée par la flèche et la magnitude par la longueur de cette flèche.
- Deux forces de même amplitude, agissant dans le même sens et placées sur la même ligne d’action, auront le même effet sur un corps rigide.
- Dans la figure, F1 et F2 auront le même effet sur le corps bleu, peu importe que F1 pousse tandis que F2 tire, l’effet net sera identique.
Les deux types de forces délivrées par les appareillages utilisés en orthodontie
- Forces intrinsèques : L’appareil ne délivre pas de force en lui-même, il utilise un intermédiaire (les muscles) afin d’effectuer les modifications ; ce sont les appareils dits fonctionnels, ex : les activateurs.
- Forces extrinsèques : L’appareil permet d’appliquer un certain type de force sur une dent ou un groupe de dents pour corriger l’anomalie ; ce sont tous les systèmes mécaniques fixes ou amovibles.
Le centre de masse (la dent)
Il représente le point d’équilibre d’un système ; dans des objets simples, telle une dent, le centre de masse est un point où la position de la masse distribuée est égale à zéro. Si une force passe par le centre de masse, l’objet se déplacera dans la direction de la force sans aucune rotation.
Le centre de résistance (CR)
- Le centre de résistance est un concept très important en orthodontie ; le centre de masse et le centre de résistance ne sont pas situés au même endroit ; le CR est situé plus apicalement que le centre de masse, toute capacité de translation et de rotation s’effectuent à partir du centre de résistance.
- Le centre de résistance varie pour chaque dent et selon le support parodontal présent ; il est situé à peu près à mi-chemin de la racine.
C- labio-lingual D-mesio-d
- Variabilité du centre de résistance selon le support parodontal présent :
- En présence de support parodontal réduit, la crête est plus apicale, le centre de résistance de la dent se déplace plus apicalement, la dent de droite présentera une rotation plus importante.
- Le centre de résistance pour une dent unique : le centre de masse est toujours placé plus apicalement que le centre de résistance.
- Approximativement, le CR se situe pour une dent pluriradiculée : dans la zone de furcation.
- En ce qui concerne les arcades alvéolaires dans leur ensemble, le CR de l’arcade maxillaire se localise au tiers apical entre les premières et secondes prémolaires, pour la mandibule, il est situé au niveau du tiers apical de la première prémolaire.
- Dans le cas où le support parodontal est constant, le CR des différentes dents sera à des niveaux différents ; les canines supérieures auront un CR plus élevé tandis que les prémolaires et les incisives latérales auront un CR plus bas.
- Il sera différent chez un enfant par rapport à un adulte avec une maladie parodontale (le CR se déplace plus apicalement chez les adultes avec perte osseuse).
Le centre de rotation
Il est le point autour duquel la dent tourne ; le centre de rotation varie selon l’emplacement du CR et la force appliquée sur la dent.
- La rotation pure se produit lorsque le centre de rotation est situé au CR.
- Une translation pure se produit lorsque le centre de rotation est situé à l’infini du CR.
Le moment d’une force
Le moment est la tendance de la force exercée sur un corps à engendrer une rotation. Pour calculer le moment d’une force, multiplier l’amplitude de la force par sa distance perpendiculaire au centre de résistance autour duquel le moment se produit.
M = F × d
Couple de force
Un couple, c’est-à-dire deux forces de même direction, de lignes d’action non confondues, de sens opposé et d’intensité égale.
Les caractéristiques d’une force orthodontique
Une force orthodontique se définit par quatre paramètres :
L’intensité
Une force appliquée sur la couronne d’une dent se transforme en pression au niveau du desmodonte. Les forces utilisées en orthodontie sont dites biologiques, c’est-à-dire comprises entre un seuil minimum, suffisant pour induire le déplacement dentaire, et un seuil maximum en fonction du seuil de sensibilité du patient.
Ex : version sur incisives : 50 à 70 g ; gression pluriradiculée : 150 à 300 g.
La force optimale
Selon Proffit, « la force optimale devrait être juste suffisante pour stimuler l’activité cellulaire sans oblitérer les vaisseaux sanguins du ligament ».
La direction de la force
Elle peut être :
- Verticale : dans le sens d’éruption (égression) ou dans le sens opposé (ingression).
- Horizontale : dans le sens mésio-distal ou vestibulo-lingual.
Le rapport moment / force
Il est déterminé par l’amplitude de la force multipliée par la distance perpendiculaire au CR d’une dent ou d’un groupe de dents (M = F × D). Burstone décrit 4 localisations du centre de rotation correspondant à un moment spécifique de la dent :
- Le centre de rotation se situe au niveau du CR : il s’agit du mouvement de version incontrôlée.
- Le centre de rotation se situe au niveau de l’apex de la dent : il s’agit du mouvement de version contrôlée.
- Le centre de rotation se situe à l’infini : il s’agit du mouvement de gression.
- Le centre de rotation se situe au niveau du bord libre de la dent : il s’agit du mouvement de racine.
Le rythme d’application
- La force continue : l’énergie délivrée par le dispositif orthodontique est très progressivement décroissante, ex : ressorts à boucles multiples.
- La force discontinue : l’énergie libérée par le système mécanique diminue très rapidement dès que la dent commence à se déplacer, ex : ressort à boucle simple.
- La force intermittente : des périodes sans aucun dispositif actif délivrant une force lourde alternent avec des périodes d’activité (forces extra-orales portées 14 h par jour).
Notion d’ancrage orthodontique
Définition
Selon Langlade, « l’ancrage est la résistance d’un corps au déplacement ». Tout dispositif fait appel à la troisième loi de Newton, chaque action a une réaction égale et opposée, par conséquent, le système de force utilisé pour déplacer les dents aura une réaction égale et opposée sur le système d’ancrage.
- L’ancrage peut être intra-arcade, extra-oral ; offrant des niveaux de résistance aux différents mouvements indésirables, ex : les dents, le palais, la neuromusculature, les implants et l’appareil extra-oraux.
Applications cliniques
Le trinôme de Nevrezé, par l’application de la 3e loi de Newton, permet de définir trois éléments :
- La résistance mobile (RM) : résistance de la dent à déplacer.
- La résistance stabile : résistance de l’ancrage.
- La force motrice : permet le déplacement de la résistance mobile.
La résistance stabile est égale à la résistance mobile
- Si FM < RS + RM : pas de déplacement.
- Si FM > RS + RM : déplacement égal et symétrique ; il y a perte d’ancrage réciproque.
La résistance stabile est plus grande que la résistance mobile
- Si FM > RS > RM : déplacement double et inégal ; la résistance mobile se déplace davantage que la résistance stabile.
- Si RM < FM < RS : déplacement correct et désiré.
La résistance stabile est plus petite que la résistance mobile
- Si FM < RM > RS : aucun déplacement.
- Si FM > RS < RM : la résistance stabile (la dent d’ancrage) se déplace.
Différents types d’ancrage
L’ancrage peut se moduler en augmentant ou diminuant le nombre des dents dans la résistance stabile ou en diminuant le nombre des dents à déplacer.
- Ancrage maximal : en augmentant le nombre des dents d’appui, on augmente la valeur de la résistance stabile, donc l’ancrage.
- Ancrage minimal ou perte d’ancrage : en diminuant le nombre des dents d’appui, on diminue la valeur de la résistance stabile, qui, à partir d’un certain seuil, va se déplacer elle aussi ; on parle de perte d’ancrage.
- Ancrage modéré : une petite perte d’ancrage est permise.
Les différentes sources de l’ancrage
L’ancrage passif (naturel)
Il est constitué par la dent elle-même ; celle-ci est ancrée dans l’os alvéolaire par l’intermédiaire du ligament periodontal et sa résistance au déplacement est définie par la longueur, le nombre ou le volume de ses racines.
- Des dents larges, longues, aux racines coudées, offriront un meilleur ancrage que des dents petites et courtes.
- Plus la surface radiculaire sera grande, plus la résistance offerte sera élevée.
- La densité osseuse autorise des mouvements plus ou moins rapides et constitue un facteur de résistance au déplacement.
- Les muscles : jouent un rôle important dans la notion d’ancrage ; la musculature forte d’un brachy-facial résiste davantage aux effets de l’ouverture de l’occlusion ; des lèvres minces tendues s’opposent bien plus au mouvement linguo-vestibulaire des incisives inférieures que des lèvres atones.
- Les forces occlusales : sont plus importantes chez un hypo-divergent et ces forces se surajoutent au système mécanique et le perturbe soit en permettant un meilleur ancrage soit au contraire en favorisant la perte d’ancrage. Chez les hyper-divergents, les forces occlusales sont moindres, les dents sont faciles à déplacer ; il y a moins d’interférences occlusales.
L’ancrage actif
C’est l’ancrage mécanique produit par des dispositifs orthodontiques pour éviter le déplacement des dents. Parmi ces moyens, on distingue :
- Les courbures anti-version et anti-rotation incorporées aux arcs.
- Les minivis et les min-implants.
- Les arcs linguaux, arcs de Nance et les quad-hélix.
- Les forces extra-orales.
- Les lip-bumpers.
La biomécanique en orthodontie / Orthopédie dento-faciale
La santé bucco-dentaire est essentielle pour le bien-être général, nécessitant une formation rigoureuse et continue des dentistes. Les étudiants en médecine dentaire doivent maîtriser l’anatomie dentaire et les techniques de diagnostic pour exceller. Les praticiens doivent adopter les nouvelles technologies, comme la radiographie numérique, pour améliorer la précision des soins. La prévention, via l’éducation à l’hygiène buccale, reste la pierre angulaire de la pratique dentaire moderne. Les étudiants doivent se familiariser avec la gestion des urgences dentaires, comme les abcès ou les fractures dentaires. La collaboration interdisciplinaire avec d’autres professionnels de santé optimise la prise en charge des patients complexes. La santé bucco-dentaire est essentielle pour le bien-être général, nécessitant une formation rigoureuse et continue des dentistes.