Universidad Central de Venezuela Facultad e Odontología Cátedra de Ortodoncia

Conceptos Básicos de Biomecánica

Od. Adriana Agell

El movimiento ortodóncico es el resultado de la aplicación de fuerzas a los dientes. Los dientes y sus estructuras de sostén responden a estas fuerzas con una reacción biológica compleja que da por resultado el movimiento del diente a través del hueso.

Las células del periodonto que responden a las fuerzas

aplicadas desconocen el diseño de la aparatología, alambre o aleación con la que está hecho, su actividad se basa exclusivamente en el estrés y la deformación que ocurren en su medio ambiente.

A fines de obtener una

respuesta biológica precisa, se deberían aplicar estímulos precisos para poder lograr esto es necesario el conocimiento de los principios mecánicos que gobiernan las fuerzas para el control del tratamiento ortodóncico. La base del tratamiento ortodóncico consiste en la aplicación clínica de conceptos biomecánicos. La mecánica es la disciplina que describe el efecto de las fuerzas sobre los cuerpos, el término biomecánica se refiere a la ciencia de la mecánica en relación con los sistemas biológicos. El tratamiento ortodóncico aplica fuerzas a los dientes, las cuales son generadas por una gran variedad de aparatos. Algo análogo hallamos en el uso de fármacos en medicina donde la prescripción juiciosa requiere entender los mecanismos de acción de los agentes terapéuticos con el objetivo de obtener los resultados clínicos deseados. Para el éxito del tratamiento, el ortodoncista depende de una aplicación similar de los sistemas mecánicos de fuerzas.

La aplicación correcta de los principios

biomecánicos aumenta la eficacia del tratamiento ya que mejora la planificación y la prestación que se brinda.

Es necesario comprender varios conceptos fundamentales para apreciar la pertinencia clínica de la biomecánica para la ortodoncia:

Centro de Resistencia: Todos los objetos tienen un centro de masa, que es el punto a través del cual debe pasar una fuerza aplicada para mover un objeto libre en forma lineal, sin rotación alguna, en otras palabras es un punto de equilibrio en el objeto.

Un diente dentro de su sistema periodontal de sostén no es un cuerpo libre, pues está restringido por el periodonto. El centro de resistencia es análogo al centro de masa para cuerpos restringidos.

El Centro de Resistencia es

equivalente al Centro de Equilibrio para cuerpos restringidos, es decir es el punto sobre el que una fuerza única producirá traslación, es decir todos los puntos del diente se moverían en línea recta.

La localización aproximada del Centro de Resistencia sería entre la unión del tercio medio y el apical para los dientes monorradiculares, y para los multirradiculares está aproximadamente de 1 a 2 mm. apical a la bifurcación o trifurcación. Es importante destacar que el centro de resistencia es individual para cada diente y va a depender de la longitud y morfología radicular, la cantidad de raíces y el nivel de soporte del hueso alveolar.

Fuerza: Se define como la acción de un cuerpo (el alambre)

sobre otro cuerpo (el

diente) que tiende a cambiar la forma o movimiento del segundo cuerpo. Sus unidades son el Newton o gramos por milímetros/segundo. La fuerza es un vector que posee una dirección y una magnitud y se producen a lo largo de una línea que llamamos línea de acción. La magnitud de un vector se representa por su tamaño. La dirección se describe por la línea de acción, sentido y punto de origen.

Punto de aplicación Dirección Magnitud

Ritmo de aplicación de la fuerza: Continua: Fuerza que se mantiene en un porcentaje apreciable del original entre una visita del paciente y otra. Son fuerzas características de los aparatos fijos. Interrumpida: El nivel de fuerza disminuye a cero entre las activaciones. Intermitente: La fuerza desciende bruscamente a cero de forma intermitente cuando el paciente se quita el aparato. Son fuerzas características de los aparatos removibles Magnitud de la Fuerza:

Gráfico representativo de la tasa de movimiento diario, relacionada con la magnitud de la fuerza ortodóncica. Se observa que el diente se mueve mas rapidamente cuando esta sometido a fuerzas de baja intensidad (F.O.) y que bajo cargas muy pesadas se inmoviliza (I) (modificado por Storrey y Smith)

Fuerzas Inocuas: Esta categoría comprende las fuerzas de magnitud tan inocua que son incapaces de producir el efecto electroquímico responsables del movimiento ortodóncico. Son representadas en el gráfico por las fuerzas de magnitud cero hasta el punto M (movimiento). Fuerzas Leves: Con fuerzas de un determinado valor M se inicia el proceso de movimiento dentario como se observa en el gráfico desarrollado por Storry y Smith, en este punto la tasa de movimiento dentario ( mm por día) es mínima, sin embargo con el aumento de intensidad de la fuerza, rápidamente se alcanza el punto F.O. ( Fuerza óptima). Fuerza Optima: Es cuando la magnitud de la carga ortodóncica produce el movimiento dentario más eficaz, es la fuerza ideal capaz de producir movimiento ortodóncico y Burstone la define como aquella que proporciona un movimiento dentario rápido, sin molestias para el paciente y sin daño tisular(pérdida ósea o resorción radicular). Fuerza Pesada: Son aquellas que producen gran cantidad de áreas hialinizadas ( área donde la circulación sanguínea se volverá lenta o casi nula ocasionando degeneración o necrosis estéril de las fibras periodontales) estas áreas atrasan el movimiento dentario, el diente se mantendrá inmóvil por un período de tiempo, por eso cuanto más intensa es la fuerza (más distante de la fuerza óptima), menos será la velocidad de movimiento dentario.

Estas fuerzas pesadas son más

patológicas y ocasionan dolor, movilidad dentaria, reacciones pulpares, alteraciones radiculares y alteraciones de la cresta ósea alveolar. Momento: Cuando la fuerza se aplica sobre un cuerpo, lo que determinará el efecto será la relación entre la línea de acción de la fuerza y el Centro de Resistencia, entonces podemos encontrar dos posibilidades: que la fuerza pase por el Centro de Resistencia o que pase por fuera de él. En el primer caso se producirá el movimiento en masa (traslación pura) y en el segundo, que es lo que generalmente sucede en ortodoncia, ya que las fuerzas son aplicadas en la corona del diente, la traslación irá acompañada de cierto componente de rotación. A esa tendencia o capacidad de una fuerza para producir rotación se le llama momento.

El momento de una fuerza es la medida de su capacidad para

producir rotación. Se determina multiplicando la magnitud de la fuerza por la distancia perpendicular entre la línea de acción de la fuerza y el Centro de Resistencia.

En consecuencia, se modifica al modificarse alguno de estos

factores. Su dirección se halla siguiendo la línea de acción en torno del Centro de Resistencia hacia el punto de origen. La unidad del momento es gramomilímetro. Momento= Fuerza x Distancia

gr/mm

Corona=Palatino

Raíz= Vestibular

Cuando en un cuerpo actúan varias fuerzas lineales y varios momentos, como consecuencia de todas o alguna de las fuerzas, es posible determinar una fuerza resultante de todas las fuerzas y un momento resultante de todos los momentos.

Centro de Rotación: Es un punto creado o producido dependiendo de las fuerzas que apliquemos y es el punto sobre el cual se va a inclinar o va a rotar el diente, puede o no coincidir con el centro de resistencia.

El movimiento dentario desde el punto de vista biomecánico, podrá clasificarse dentro de tres categorías amplias:

•

Movimiento de rotación pura, en cuyo caso el centro de rotación está situado en el centro de resistencia.

•

Movimiento de traslación pura o movimiento en masa cuando el centro de rotación está en infinito , no existe.

•

Movimiento de inclinación que incluye traslación con rotación y el centro de rotación esta en un punto intermedio.

Movimiento de rotación Pura: La rotación pura de un diente requiere de una cupla y se produce cuando un diente rota sobre su centro de resistencia y el centro de rotación se encuentra en el eje longitudinal del diente.

Cupla: Una cupla consiste en dos fuerzas paralelas de igual magnitud que actúan en direcciones opuestas y separadas por una distancia. La magnitud de una cupla se calcula multiplicando la magnitud de una de las fuerzas por la distancia perpendicular entre ambas.

La unidad es también gramo-milímetro.

La

dirección de la rotación se determina siguiendo la dirección de una de las fuerzas en torno del Centro de Resistencia, hasta el origen de la fuerza opuesta. Las cuplas producen un movimiento rotacional puro en torno del centro de resistencia independientemente del sitio donde se aplique la cupla sobre el objeto.

Movimiento de Inclinación: Es un tipo de movimiento que contiene traslación pero también rotación. Es el tipo de movimiento dental más simple ya que se requiere sólo de una fuerza simple para este tipo de movimiento. Una fuerza horizontal a nivel de la corona origina movimientos de dirección opuesta del ápice radicular y la corona del diente. La corona se mueve más que la raiz, cuando sucede lo contrario y la raiz se mueve más que la corona se conoce con el nombre de torque El centro de rotación se localizará apical al centro de resistencia y muy cerca del mismo.

Inclinación

Torque

Movimiento en masa o traslación pura: La traslación de un diente ocurre cuando el ápice radicular y la corona se desplazan igual distancia y en la misma dirección horizontal, cuando es en dirección vertical se conoce como movimiento de intrusión o extrusión. El centro de rotación está en infinito, es decir no existe .

Para conseguir movimiento en masa de un determinado diente se necesitaría que la fuerza que se aplique sobre él pase por el centro de resistencia. Para obtener traslación con fuerzas aplicadas a nivel de la corona se requiere una cupla y una fuerza simple que sean equivalentes al sistema de fuerzas a través del centro de resistencia. Al aplicar una fuerza simple produciremos un momento o inclinación y traslación hacia la dirección en que es aplicada esta fuerza y el centro de rotación estará ubicado en algún lugar entre el ápice y el centro de resistencia, para contrarrestar esta tendencia a la rotación producida por la fuerza simple, tendremos que incluir un par de fuerzas cuyo momento sea igual magnitud pero en dirección contraria a la fuerza, entonces ambos momentos se anularán y solo quedará el movimiento de traslación.

RESPUESTA DE LOS TEJIDOS A LAS FUERZAS El tratamiento ortodóncico se basa en el principio de que, si se aplica una presión prolongada sobre un diente, se producirá una movilización del mismo al remodelarse el hueso que lo rodea. El hueso desaparece activamente de unas zonas y va añadiéndose a otras. Esencialmente, el diente se desplaza a través del hueso arrastrando consigo su aparato de anclaje, al producirse la migración del alvéolo dental. Los dientes están unidos en los maxilares por una articulación diferente de todas las del organismo, esta unión se realiza por el periodonto de inserción, representado por el cemento, el ligamento periodontal y el hueso alveolar. El cemento, probablemente por no ser vascularizado, es escasamente modificado por cargas de presión-tensión, por lo cual la atención recae sobre los otros dos componentes. El ligamento periodontal ocupa un espacio aproximado de 0,5 mm entre la pared del alveolo y el cemento y es el responsable por la articulación dentaria; está constituido principalmente por fibras insertadas de un lado del cemento radicular y del otro en el hueso alveolar, entremezcladas con vasos sanguíneos, elementos celulares, terminaciones nerviosas y líquido intersticial. Los vasos sanguíneos son responsables por la nutrición y sirven de vía de acceso para las células responsables de la remodelación del hueso y el ligamento.

Las

terminaciones que allí existen transmitirán las sensaciones de presión y la noción propioceptiva. El hueso alveolar puede dividirse en dos partes: porción fasciculada (lámina dura o hueso cortical), que reviste la superficie interna del alveolo y recibe la inserción de las fibras periodontales y porción lamelar (hueso esponjoso).

Cuando la fuerza es aplicada sobre el diente, éste se disloca en el interior del espacio alveolar, lo que provoca el estiramiento de algunas fibras periodontales y compresión de otras, simultáneamente el líquido que llena los espacios entre las fibras es comprimido contra las paredes óseas, como su drenaje hacia afuera del alveolo es lento, el líquido ejerce una resistencia hidráulica al movimiento dentario. Fibras y líquido intersticial actuarán en conjunto, contraponiendose a las cargas aplicadas sobre el diente y haciéndolo volver a la posición original. Este proceso sucederá si el periodo de aplicación de la fuerza es de corta duración, por eso no resulta en movimiento dentario, como en la masticación.

Cargas Fisiológicas: A Diente en reposo, fibras periodontales con tono normal. B Acción de fuerza intrusiva, con duración de menos de 1 min. Las fibras peridontales periféricas se distienden, mientras las apicales se comprimen. C La acción elástica de las fibras y la presión hidráulica, vuelven el diente a posición inicial.

Una fuerza prolongada, aunque sea de escasa magnitud, provoca una respuesta Fisiológica diferente, la remodelación del hueso adyacente. Son dos tipos de reacciones las que se observan al aplicar, durante un período suficiente de tiempo, una fuerza al diente. El hueso que se enfrenta y se opone al sentido del movimiento tendrá que resorverse para permitir el desplazamiento radicular. Por la presión que este lado del hueso recibe es denominado lado de presión.

El lado opuesto del hueso deberá seguir al diente tratando de mantener íntegro el espesor periodontal; nuevas capas óseas se depositarán sobre la superficie dentaria del hueso alveolar, este lado será denominado, lado de tensión. Por el estiramiento que sufren las fibras periodontales. En conclusión tendremos aposición ósea en el lado de tensión y resorción ósea en el lado de presión.

A. Diente en reposo. B. Diente se disloca en el interior del alveolo (distendido lado izquierdo, comprimido lado derecho), la carga se transfiere al hueso alveolar. C. Remodelación ósea del alveolo y consecuente migración dentaria.

Para que se produzca el movimiento dentario cuando aplicamos una fuerza a un diente, tiene que existir resorción ósea. La fuerza ortodóncica debe vencer una doble resistencia. En primer lugar, la resistencia del periodonto, tras superar esta resistencia se produce un ligero movimiento dentario en concordancia con el espesor del espacio periodontal. En una segunda fase hay que vencer la resistencia que ofrece el hueso, inicialmente se opone la elasticidad propia del alveolo y tras la deformación mecánica, viene una resorción del hueso que permite el desplazamiento dentario.

Tipos de Resorción ósea: Existen dos tipo de resorción ósea, la directa y la indirecta. Resorción directa o frontal: Al aplicar una fuerza, se reduce la circulación sanguínea en el ligamento periodontal, si la intensidad es ligera y no llega a bloquear totalmente la irrigación de la zona, se iniciará una actividad osteoclástica que destruirá y reabsorverá la pared ósea alveolar que se enfrenta al desplazamiento dentario. Resorción ósea indirecta: Cuando la fuerza aplicada es demasiado intensa , produce una oclusión vascular dejando prácticamente paralizada la actividad vital en esta zona del periodonto. La paralización y el bloqueo sanguíneo impiden la resorción del hueso alveolar directamente, por lo que tendrán que entrar en juego otros mecanismos adaptativos para resorver el hueso que se enfrenta al desplazamiento dentario. Este proceso consta de tres fases: 1.

Degeneración tisular: La aplicación de una fuerza intensa y prolongada

produce una oclusión vascular, que da lugar a cambios a nivel del periodonto, desaparece la organización fibrilar y cesa toda actividad celular. Este fenómeno se denomina hialinización y se caracteríza por la degeneración de los núcleos del tejido conectivo, la lisis celular con desaparición de los capilares y la unificación de las fibras periodontales que forman una masa de aspecto hialino. Comienza a las 36 horas de aplicar la fuerza intensa y dura tres, cuatro o cinco

semanas según la cantidad de la fuerza y la reacción biológica del individuo. No sólo se impide la diferenciación celular, sino que la fagocitosis es perturbada. 2.

Resorción ósea: Por la dificultad de reabsorverse el hueso de la pared

periodontal aparecen osteoclastos provenientes de otras zonas lejanas que si conservan su vitalidad.

Se observará entonces un fenómeno histológico de

resorción en túnel o minante, porque los osteoclastos labran verdaderamente una mina a merced de la actividad osteolítica que acaba provocando la resorción de la zona más interna de la lámina ósea; en este caso la resorción no se inicia desde el lado dentario sino que procede de la zona alveolar más profunda y lejana del periodonto. 3.

Reconstrucción de los tejidos de soporte: Tras la osteolísis de la lámina

alveolar, se inicia un proceso reparativo a nivel del periodonto. reparativo tiene dos fases:

una primera consistente en la

El proceso

eliminación del

material necrótico, constituido por las fibras y células que quedan en esta zona, y una segunda fase de reorganización fibrilar y celular del espacio periodontal. Tras la reconstrucción la raíz dentaria se mueve desplazandose hacia el lado de presión. El período de hialinización significa un detenimiento en el movimiento, por lo que se distinguen dos fases en el desplazamiento dentario. En el período inicial el diente se mueve hacia el lado de la presión comprimiendo el espacio periodontal (0,2 a 0,4 mm) hasta que aparece la hialinización. El hueso no se reabsorve durante un tiempo, que alcanza desde unos días a varias semanas y la raíz dentaria permanece inmóvil. Tras la resorción indirecta se inicia el movimiento secundario del diente. Aposición ósea: Durante el movimiento ortodóncico el hueso se forma en el denominado lado de tensión debido a que el desplazamiento dentario pone en tensión las fibras

periodontales y el hueso alveolar reacciona ante el estímulo neoformando nuevas capas de tejido óseo.

La aposición ósea debe ser considerada un

mecanismo biológico compensatorio que trata de mantener el mismo espesor de hueso que soporta el diente. La aposición ósea es un fenómeno similar a la resorción, ya que requiere un flujo sanguíneo y proliferación celular. En el cuadro general de neoformación ósea encontramos varias fases desde el punto de vista cronológico: 1. Tensión ligamentosa por la tracción de las fibras colágenas al separarse la raíz del hueso. 2. La tensión ligamentosa estimula la actividad osteoblástica y forma un tejido osteoide que dura nueve o diez días; ese tejido osteoide se comporta como un tejido poco reabsorvible y evita la recidiva al cesar la acción de la fuerza ortodóncica. 3. Se inicia más tarde la calcificación del tejido, por depósito de sales minerales, y la matríz osteoide se transforma en hueso. 4. Finalmente se lleva a cabo la reconstrucción del tejido fibrilar, en el nuevo espacio que se crea entre raíz y hueso y el diente vuelve a tener soporte periodontal. Referencias bibliográficas: 1. Canut B.,J.A.: Ortodoncia Clínica y Terapeútica. 2° edición, Barcelona, Editorial Masson. 2000 2. Marcotte, M. Biomecánica en Ortodoncia. Ediciones científicas y técnicas, S.A. Barcelona España. 1992. 3.

Nanda,

R.

Biomecánica

en

ortodoncia

Clínica.

Editoriasl

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