Zahnmedizin up2date 2014; 8(1): 87-107
DOI: 10.1055/s-0033-1346682
Varia
Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Biomechanik in der Zahnheilkunde

Christoph Bourauel
,
Susanne Reimann
,
Istabrak Hasan
,
Ludger Keilig
Weitere Informationen

Publikationsverlauf

Publikationsdatum:
21. Januar 2014 (online)

Einleitung

Die Zahnheilkunde ist ein Paradebeispiel für Anwendungen der Prinzipien und Methoden der Biomechanik. Schon seit Jahrhunderten wird Zahnersatz angefertigt, um zerstörte oder verloren gegangene Zähne zu ersetzen. Dabei kommt es ganz wesentlich auf die Wechselwirkungen dieser Ersatzmaterialien mit den anatomischen Strukturen des Zahnhalteapparats an. Hier sind insbesondere Aspekte der Biokompatibilität zu betrachten, denn oftmals verbleiben die Versorgungen über viele Jahre im Mund des Patienten. Eine Abgabe schädlicher Substanzen würde bedeuten, dass der Werkstoff für den intraoralen Einsatz ungeeignet ist.

Aber auch die physikalischen, insbesondere mechanischen Eigenschaften der verwendeten Materialien sind von größter Wichtigkeit, denn diese bestimmen ganz wesentlich, wie die Wechselwirkung des Zahnersatzes mit den umgebenden anatomischen Strukturen unter mechanischer Belastung abläuft. Ungeeignete Materialkombinationen können schnell zu einer Überbelastung des Knochens, des Parodontalligaments oder der Restbezahnung führen. Zur Untersuchung derartiger Fragestellungen bedienen wir uns der experimentellen und theoretischen Methoden der Biomechanik. Anhand von Beispielen wird in diesem Beitrag deren Anwendung auf parodontologische, kieferorthopädische, implantologische und prothetische Aspekte vorgestellt. Dabei sollen zum einen die klinischen Fragestellungen betrachtet und zum anderen auf deren wissenschaftliche biomechanische Untersuchungsmöglichkeiten eingegangen werden.

 
  • Literatur

  • 1 Benedikt M. Biomechanische Grundfragen. Allg Wiener Med Zeitung 1911; LVI: 25-26
  • 2 Berkovitz BKB. The structure of the periodontal ligament. An update. Eur J Orthod 1990; 12: 51-76
  • 3 Synge JL. The tightness of teeth, considered as a problem concerning the equilibrium of a thin incompressible elastic membrane. Phil Trans R Soc Lond 1933; 231: 435-471
  • 4 Fill TS, Toogood RW, Major PW et al. Analytically determined mechanical properties of, and models for the periodontal ligament: critical review of literature. J Biomech 2012; 45: 9-16
  • 5 Fill TS, Carey JP, Toogood RW et al. Experimentally determined mechanical properties of, and models for, the periodontal ligament: critical review of current literature. J Dent Biomech 2011; 2011: 312980
  • 6 Pryputniewicz RJ, Burstone CJ, Bowley WW. Determination of arbitrary tooth displacements. J Dent Res 1978; 57: 663-674
  • 7 Pedersen E, Andersen K, Gjessing PE. Electronic determination of centres of rotation produced by orthodontic force systems. Eur J Orthod 1990; 12: 272-280
  • 8 Hinterkausen M, Bourauel C, Siebers G et al. In vitro analysis of the initial tooth mobility in a novel optomechanical set-up. Med Eng Phys 1998; 20: 40-49
  • 9 Poppe M, Bourauel C, Jäger 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. J Orofac Orthop 2002; 63: 358-370
  • 10 Vollmer D, Bourauel C, Maier K et al. Determination of the centre of resistance in an upper human canine and idealized tooth model. Eur J Orthod 1999; 21: 633-648
  • 11 Ziegler A, Keilig L, Kawarizadeh A et al. Numerical simulation of the biomechanical behaviour of multi-rooted teeth. Eur J Orthod 2005; 27: 333-339
  • 12 Drolshagen M, Keilig L, Hasan I et al. Development of a novel intraoral measurement device to determine the biomechanical characteristics of the human periodontal ligament. J Biomech 2011; 44: 2136-2143
  • 13 Huiskes R. On the modelling of long bones in structural analysis. J Biomech 1982; 15: 65-69
  • 14 Huiskes R, Weinans H, Groetenboer HJ et al. Adaptive bone-remodeling theory applied to prosthetic-design analysis. J Biomech 1987; 20: 1135-1150
  • 15 Jacobs CR, Simo JC, Beaupré GS et al. Adaptive bone remodeling incorporating simultaneous density and anisotropy considerations. J Biomech 1997; 30: 603-613
  • 16 Wolff J. Über die Bedeutung der Architektur der spongiösen Substanz für die Frage vom Knochenwachstum. Zentbl med Wiss 1869; VII: 849-851
  • 17 Wolff J. Das Gesetz der Transformation der Knochen. Berlin: Hirschwald; 1892
  • 18 Rietbergen van B, Huiskes R, Weinans H et al. The mechanism of bone remodeling and resorption around press-fitted THA stems. J Biomech 1993; 26: 369-382
  • 19 Bourauel C, Freudenreich D, Vollmer D et al. Simulation of orthodontic tooth movements. A comparison of numerical models. J Orofac Orthop 1999; 60: 136-151
  • 20 Bourauel C, Vollmer D, Jäger A. Application of bone remodeling theories in the simulation of orthodontic tooth movements. J Orofac Orthop 2000; 61: 266-279
  • 21 Bourauel C, Keilig L, Rahimi A et al. Computer-aided analysis of the biomechanics of tooth movements. Int J Comput Dent 2007; 10: 25-40
  • 22 Basdra EK. Biological reactions to orthodontic tooth movement. J Orofac Orthop 1997; 58: 2-15
  • 23 Taylor AR. Mechanical behavior of dental implants. Promot Dent 1971; 13: 12-14
  • 24 Duyck J, Naert IE, van Oosterwyck H et al. Biomechanics of oral implants: a review of the literature. Technol Health Care 1997; 5: 253-273
  • 25 Soltesz U, Siegele D, Riedmüller J. Stress distributions around a staged implant in a model trial and its comparison to simple basic forms. Dtsch Zahnarztl Z 1981; 3: 571-578
  • 26 van Oosterwyck H, Duyck J, van der Sloten J et al. The influence of bone mechanical properties and implant fixation upon bone loading around oral implants. Clin Oral Implants Res 1998; 9: 407-418
  • 27 Perez del Palomar A, Arruga A, Cegonino J et al. A finite element comparison between the mechanical behaviour of rigid and resilient oral implants with respect to immediate loading. Comput Methods Biomech Biomed Engin 2005; 8: 45-57
  • 28 Natali AN, Gasparetto A, Carniel EL et al. Interaction phenomena between oral implants and bone tissue in single and multiple implant frames under occlusal loads and misfit conditions: A numerical approach. J Biomed Mater Res B Appl Biomater 2007; 83: 332-339
  • 29 Rahimi A, Bourauel C, Jager A et al. Load transfer by fine threading the implant neck – a FEM study. J Physiol Pharmacol 2009; 60: 107-112
  • 30 Frost HM. Vital Biomechanics: Proposed General Concepts for Skeletal Adaptations to Mechanical Usage. Calcif Tissue Int 1988; 42: 145-156
  • 31 Ojeda J, Martínez-Reina J, García-Aznar JM et al. Numerical simulation of bone remodelling around dental implants. Proc Inst Mech Eng H 2011; 225: 897-906
  • 32 Hasan I, Rahimi A, Keilig L et al. Computational simulation of internal bone remodelling around dental implants: a sensitivity analysis. Comput Methods Biomech Biomed Engin 2012; 15: 807-814
  • 33 Brodbeck U. Die abnehmbare Teilprothetik; kombiniert festsitzende und abnehmbare Teilprothetik. Schweiz Monatsschr Zahnmed 1994; 104: 93
  • 34 Öwall B. Precision attachment retained removable partial dentures: 1. Technical long-term study. Int J Prosthodont 1991; 4: 249-257
  • 35 Öwall B, Jonsson L. Precision attachment retained removable partial dentures. Part 3. General practitioner results up to 2 years. Int J Prosthodont 1998; 11: 574-579
  • 36 Keilig L, Stark H, Bayer S et al. Numerical investigation of the mechanical loading of supporting soft tissue for partial dentures. Int J Prosthodont 2009; 22: 201-203
  • 37 Mericske-Stern R, Piotti M, Sirtes G. 3-D in vivo force measurements on mandibular implants supporting overdentures. A comparative study. Clin Oral Implants Res 1996; 7: 387-396
  • 38 Mericske-Stern R. Three-dimensional force measurements with mandibular overdentures connected to implants by ball-shaped retentive anchors. Int J Oral Maxillofac Implants 1998; 13: 36-43