Сила действия/изгиб. Длина проволоки

Сила действия/изгиб. Длина проволоки

Сила действия дуги на ограниченном участке может быть
уменьшена за счет изгибания петель (т.е. увеличения длины дуги).
Иногда это необходимо, чтобы избежать деформации дуг или воз-
никновения чрезмерных сил.

Добавляя длину проволоки (за счет петель или увеличения рас-
стояния между брэкетами), можно местно влиять на зависимость
силы от изгиба.

Примерно такой же принцип работы крученых проволок. За
счет закрутки увеличивается длина проволоки между брэкетами,
и сила действия уменьшается, несмотря на то, что отдельные ни-
ти этой проволоки изготовлены из того же относительно жестко-
го сплава.

Изгиб/сила действия. Поперечное сечение

Вторым способом модификации зависимости силы действия от
изгиба является изменение размера проволоки. Начиная от ма-
леньких круглого диаметра проволок из нержавеющей стали и до
большого диаметра и/или прямоугольных проволок — такой был
первичный традиционный метод увеличения силы загрузки. Недо-
статком этого метода было то, что такое лечение должно было
проводиться ступенчато, т.е. контроль над торком не мог осуще-
ствляться до последней стадии лечения. Как и изменение длины
проволоки, изменение размера проволоки оказывает большое
влияние на зависимость силы действия от изгиба.

Сила/изгиб. Модуль эластичности

Третьим методом, дающим ортодонту возможность значитель-
но увеличить доступный выбор силовых характеристик, является
применение различных составов проволоки (структура) и разных
сплавов. Изменения размера или длины проволоки для модифика-
ции зависимости силы действия от изгиба являются внутренними
изменениями, из которых каждое имеет потенциальный компро-
мисс. Выбирая проволоки, чьи физические качества предписыва-
ются физическим составом — это внутренний фактор. Зависи-
мость силы от изгиба может быть определена как размером про-
волоки, ее длиной, типом сплава (титан) или составом (т.е. много-
ирядевые проволоки), так и сочетанием всех этих изменений.

Показатель прочности проволоки

С появлением новых типов проволоки их выбор быстро увели-
чивается. Единственной попыткой установить соотношения меж-
ду новейшими типами проволоки и нержавеющей сталью была
оценка жесткости проволоки, предложенная и проведенная док-
тором Чарльзом Бурстоном. Под относительной жесткостью про-
волоки подразумевается относительная жесткость каждой прово-
локи по отношению к стандартной нержавеющей стали, с разме-
ром произведенным в соответствии с относительным показате-
лем. Прочность проволоки (Пп) рассчитывается путем умножения
прочности материала (Мп), из которого сделана проволока, на
размер проволоки (прочность поперечного сечения, Сп), Пп = Мп
х Сп. Жесткость материала выводится из отношения между мо-
дулем эластичности проволоки к модулю нержавеющей стали.

Показатель жесткости проволоки полезен для получения гото-
вого сравнения между типами и размерами проволоки. Это отно-
сительное сравнение может сократить процесс отбора. Однако
показатель жесткости проволоки не отражает качества проволо-
ки так, как упругость, пластичность, эластичность и другие свой-
ства, которые очень важны для понимания разумного процесса
отбора проволоки.

Свойства проволоки_______________________

Знакомство с качествами проволоки является неотъемлемой
частью для понимания литературы и проведения научного отбора
проволоки.

Большинство свойств проволоки может быть представлено
графически. Диаграмма может дать ценную информацию о физи-
ческих свойствах проволок и дает относительно простые графи-
ческие средства для определения необходимой терминологии.

Предел упругости

Как только сила применена к проволоке, она начинает дефор-
мироваться. До той точки, пока приложенная сила не будет вызы-
вать внутренних металлургических изменений в проволоке, про-
волока будет действовать эластично и при прекращении действия
силы вернется к своим естественным размерам. Этот отрезок за-
висимости силы действия/растяжения (нагрузка/изгиб) будет
прямым на графике (линейная зависимость). Если же применяе-
мая сила будет достаточной, чтобы вызвать внутреннее переуст-
ройство металлических связей, то при прекращении действия си-
лы проволока получит постоянную деформацию. Эта точка, при
которой наступает такая постоянная деформация, определяется
как предел упругости. После предела упругости график уже боль-
ше не будет линейным (пропорциональным).

Движение зубов происходит из-за проявления упругих
свойств проволоки. Поэтому проволока с широким пределом эла-
стичности может быть хорошим выбором для перемещения зубов
на большие расстояния, но в то же время, быть плохим выбором
при применении межчелюстной эластической тяги. Предел упру-
гости устанавливается по двум параметрам: пределу силы и зоне
упругости.

Зона упругости

Зона упругости отражает наибольший изгиб, который проявит
проволока на своем пределе упругости. Проволока с широкой зо-
ной эластичности может быть изогнута на большие расстояния,
чем проволока с узкой зоной упругости. Зона упругости имеет
отношение к рабочему диапазону.

Широкая зона упругости всегда желаемое свойство на ранних
стадиях лечения и может быть менее желаемым качеством, когда
необходим жесткий контроль за изгибом проволоки. Поскольку
дуги, имеющие широкую зону упругости, могут считаться эла-
стичными, термины упругость, упругий включают в себя не толь-
ко зону упругости (растяжение), но также объем энергии (давле-
ния), необходимый для достижения такой деформации.

Упругость

Упругость проволоки устанавливается как сумма энергии, со-
храненной при деформации проволоки до своего предела упруго-
сти. Две проволоки могут иметь одинаковую упругость (А и В), но
разные комбинации зоны упругости и предела усилия. Упругость,
или сохраненная энергия, становится ценным качеством тогда,
когда необходимо оставаться в рамках предела упругости, напри-
мер, при выравнивании и поворачивании зубов на ранней стадии
лечения. Сила действия на пределе упругости описывается как
предел прочности.

Предел силы

Предел упругости определяется как точка, на которой даль-
нейшее воздействие на проволоку приведет к постоянной (неуп-
ругой) деформации проволоки. Предел упругости — это сочета-
ние объема силы действия и деформации. Зона упругости отра-
жает и составляет объем деформации на пределе упругости. Это
и есть предел силы, количество силы, примененной на пределе уп-
ругости, которая определяет часть силы на пределе упругости.
Отношение предела прочности к зоне упругости определяет на-
клон диаграммы нагрузка/растяжение и может применяться для
описания относительной жесткости проволоки.

Жесткость

Жесткость является относительным термином, который при-
меняется для описания отношения между нагрузкой и растяже-
нием. Проволока с большей силой и малым растяжением будет
считаться жесткой и наоборот, проволока с малой жесткостью
может больше сгибаться при применении меньшей силы. Наклон
графика давление/деформация (жесткость) может также быть
рассчитан и обозначен как модуль эластичности.

Модуль эластичности — это отношение силы действия к рас-
тяжению (давления к деформации) в рамках предела упругости.
Модуль эластичности является внутренним свойством проволоки.
Проволока с высоким модулем эластичности жестче, чем прово-
лока с низким модулем. Проволока с низким модулем может
быть отклонена на большие расстояния с меньшей силой, чем
проволока с более высоким модулем.

Степень зависимости сила/изгиб (нагрузка/растяжение) явля-
ется другим методом описания наклона диаграммы давление/де-
формация. Высокий показатель отношения силы действия к изги-
бу означает, что проволока проявляет высокую силу действия с
относительно маленьким изгибом. Поэтому высокий показатель
силы/изгиба будет означать высокий модуль эластичности, кру-
той наклон на графике давление/деформация, и проволока будет
классифицироваться как относительно жесткая.

Предельная сила

Предельная сила — это максимальная сила действия, которую
может выдержать проволока перед разрывом. Эта сила никогда
не применяется при обычных лечебных процедурах, и показатель
этот полезен только для описания максимального предела зоны
неупругой деформации. Измерение предельной силы полезно для
производителей проволоки как тест на контроль качества, но
имеет небольшое непосредственно клиническое применение.

Зона неупругой деформации

Зона неупругой деформации устанавливается как объем де-
формации проволоки, которая может привести от предела эла-
стичности до разрыва (предельная сила). Проволока с широкой
зоной упругости считается способной к формоизменению. Если
проволоку надо согнуть, чтобы сделать петлю и т.д., она должна
иметь подходящую зону неупругой деформации. Способность к
формоизменению является проявлением зоны неупругой дефор-
мации проволоки. Деформированная проволока может сохранять
в зоне неупругой деформации некоторые свои эластические каче-
ства, т.е. будет пружинить.

Пружинистость

Пружинистость определяется как выпрямление после дефор-
мации, которое сделает проволока после снятия нагрузки при
растяжении в зоне неупругой деформации. Чаще пружинистость
представляется как число градусов, на которое проволока вернет-
ся после поворота на заданный радиус, заданное количество гра-
дусов. Проволока с высокими пружинистыми качествами может
быть определена как менее способная к формоизменению. На-
пример, лигатурные проволоки из нержавеющей стали имеют вы-
сокую пластичность, расширенную зону неупругой деформации и
очень малую пружинистость. При многих применениях дуг, когда
нужно делать изгиб (поворот), необходимо равновесие между
способностью к формоизменению и пружинистостью.

Свойства некоторых проволок______________

Благодаря предшествующим определениям физических
свойств, будет возможным исследовать многие свойства прово-
лок, находящихся в нашем распоряжении, путем анализа их ин-
дивидуальных графиков зависимости силы действия/изгиб. Сле-
дующие графики зависимости силы действия/изгиб являются
графическими отображениями лабораторных данных. Все графи-
ки соотносительны друг к другу, так как эти данные были получе-
ны при применении проволок одинакового размера.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь была постоянным материалом в ортодон-
тии, начиная с 1930-х гг. Поэтому нержавеющая сталь является
стандартом, с которым сравнивают все другие классы проволок.

Изучение графиков силы действия/изгиб показывает многие
свойства материалов. Крутой наклон и узкая зона упругости по-
казывают, что проволока относительно жесткая и легко дефор-
мируется.

Широкая зона неупругих деформаций представляет проволоку
с хорошей способностью к формоизменению. Относительно к
новейшим проволокам и составам, прочная нержавеющая сталь
считается проволокой с высокой степенью силы действия/изгиб.

Дуги из нержавеющей стали будут, конечно, рекомендованы
для ситуации, когда нужны петли или другие изгибы. Нержавею-
щую сталь, имеющую относительно высокий модуль, можно ис-
пользовать для получения более жесткого контроля над другими
нежелательными силами или, чтобы выполнить движения, кото-
рые требуют больших сил.

Способность нержавеющей стали к формоизменению (широ-
кая зона пластичности) и способность легко припаиваться делает
этот материал наиболее употребляемым для большинства съем-
ных аппаратов.

Несмотря на то, что нержавеющая сталь в течение долгих лет
была единственным материалом для изготовления ортодонтиче-
ских дуг, новейшие сплавы и комбинации с нержавеющей сталью
представляют для практических врачей большой выбор.

Бета-титан-ТМА

Бета-титан, титан-молибденовый сплав (ТМА™), внедренный
фирмой Оrmсо в 1980 году, имеет наиболее уникальные свойст-
ва. Со значением жесткости 0.42 ТМА может дать 42% силы,
производимой проволокой из нержавеющей стали того же разме-
ра. Имея зону упругости и эластичности примерно в два раза
больше, чем у нержавеющей стали, и сравнимую зону неупругих
деформаций, ТМА предлагает прекрасное равновесие физических
свойств. Можно, например, поместить прямоугольную дугу пол-
ного размера, чтобы иметь преимущества в заполнении паза и
оказывать меньше силы действия, чем при проволоке меньшего
размера из нержавеющей стали.

ТМА, имеющий широкую зону пластичности, является пре-
красным материалом для изготовления изгибов. Этот материал
имеет несколько преимуществ при использовании его в качестве
конечной дуги: 1) способность к формоизменению для компенси-
рующих изгибов, 2) более легкое и менее болезненное заполне-
ние паза, 3) использование более широкой в поперечном сечении
проволоки, чтобы увеличить вращающий момент, поддерживая
или снижая уровень силы действия.

В лабораторных испытаниях ТМА показал себя прекрасным
материалом для выравнивания дуг. Применение дуги из ТМА дает

более быструю установку в окклюзионной плоскости, чем дуга
того же размера из нержавеющей стали. При подачи менее поло-
вины силы бета-титан может хорошо выполнять эту установку в
силу своей высокой эластичности. Кривая Шпее, нанесенная на
дугу ТМА, сохраняет свою форму до конца лечения, в то время
как аналогичная кривая на проволоке из нержавеющей стали
требует частой активации.

Рабочие дуги из ТМА

Имея 42% процента жесткости нержавеющей стали, ТМА со-
храняет более чем достаточную жесткость и восстановление по-
сле сгибания, чтобы быть более эффективным, как основная ра-
бочая дуга. Даже при закрытии больших постэкстракционных
пространств ТМА обеспечивает достаточные моменты силы для
предотвращения наклона зубов в сторону экстракции. Низкая
степень зависимости силы действия от изгиба делает ТМА осо-
бенно ценным в качестве главной рабочей дуги для случаев, когда
есть тенденция к открытому прикусу или признаки вертикально-
го типа роста.

Никель-Титан

NiTi™, никель-титановый сплав проявляет действительно уни-
кальные свойства. График силы действия/изгиб отражает некото-
рые необычные свойства никель-титановой проволоки. Первое —
нелинейный график NiTi не представляет предел прочности или
предел эластичности, а является отклонением переходной фазы в
сплаве. Фактически, весь график представляет собой только упру-
гие свойства проволоки. Для более практического применения
зона упругости проволоки NiTi настолько велика, что предел эла-
стичности редко может быть достигнут. На графике также пред-
ставлены две кривые — кривая с силой действия и после снятия
силы.

Все эти предыдущие диаграммы зависимости силы дейст-
вия/изгиба представлены на одном графике. Причиной этого яв-
ляется то, что за исключением сплавов типа NiTi, между поведе-
нием этих проволок нет большого отличия, когда прилагается
давление или когда давление снимается.

Среди имеющихся в наличии проволок, NiTi является уникаль-
ной в том, что высвобождение сохраненной энергии (кривая по-
сле снятия силы действия или действующие на зубы силы) значи-
тельно отличается от сил, необходимых для создания этой сохра-
ненной энергии. Проволоки, демонстрирующие такой тип двой-
ного действия, имеют свойства суперупругости.

Суперупругость —• уникальное качество, которым обладают
некоторые никель-титановые сплавы (NiTi) [6]. Будучи способны-
ми выдерживать значительные неоднократные деформации, они
не проявляют при этом изменения свойств и постоянных струк-
турных изменений. По сравнению с другими, проволока NiTi про-
являет значительно большие эластические свойства. Она имеет
большую упругость, низкую степень зависимости силы действия
от изгиба, что подходит для ранних стадий движения зубов и
многих других целей. У NiTi практически отсутствует усталость
металла, даже после лечения случаев с сильно выраженной ску-
ченностью.

Сравнительное тестирования ____________

Не все никель-титановые сплавы обладают этим свойством су-
перэластичности. Например, сила действия при сгибании и кри-
вые после прекращения действия силы для нержавеющей стали,
нитинола (никель-титан) и NiTi показывают большую разницу [5].
Эти три кривые сравнивают жесткость и свойство упругого по-
следействия этих разных проволок (0.016 дюйма). Когда пяти-
миллиметровый участок проволоки был отклонен на 80 градусов,
нержавеющая сталь восстановилась (упругое последствие) только
на 20%, нитинол на 65% и NiTi вернулась на 91% к своей исход-
ной форме.

Испытание NiTi на сгибание

Если дальше смотреть на качества активации/деактивации
NiTi, то тогда обнаружатся дополнительные уникальные свойства.
При отклонении на 20, 40, 60 и 80 градусов NiTi проявляет раз-
личные разгрузочные свойства [5]. Нелинейная разгрузка Нити,
являющаяся результатом силы, приложенной к зубам, показыва-
ет, что при большем отклонении имеется сначала быстрое сниже-
ние силы, и как только проволока возвращается к своей первона-
чальной форме (полная деактивация), жесткость быстро увеличи-
вается. В такой необычной расстановке есть большой смысл. В
сущности, чем больше отклонение, тем меньше относительная си-
ла, оказываемая NiTi. Это означает, что для сильно неправильно
расположенных зубов будет приложена меньшая сила. Как толь-
ко NiTi достигнет своего инактивированного состояния, ее отно-
сительная жесткость увеличится, и поэтому эта проволока будет
также эффективно работать на заключительном этапе первой
стадии лечения. Во время инактивации (разгрузки) действие NiTi
похоже на магнитные силы, когда увеличивается относительная
сила при возвращении проволоки к своему естественному пассив-
ному состоянию.

Относительная жесткость проволоки

NiTi при больших отклонениях имеет жесткость проволоки,
составляющую 7% от нержавеющей стали, а при меньших откло-
нениях эта относительная жесткость увеличивается до 2 8% от не-
ржавеющей стали [5].

Нужны ли изгибы и петли?

Если решено сделать регулировочные изгибы, петли или ком-
пенсирующие изгибы, тогда выбор проволок резко сужается до
тех материалов, которые имеют хорошую способность к формо-
изменению и широкую зону неупругих деформаций. Несмотря на
то, что NiTi с трудом, но можно изогнуть, выбор этой проволоки
для изготовления петель и компенсирующих изгибов нецелесооб-
разен. Для таких целей лучше выбрать нержавеющую сталь или
ТМА.

5. Сколько времени выбранные дуги будут оставаться на
месте? Будут ли новейшие дорогостоящие проволоки по своим
преимуществам оправдывать затраченные на них средства?

Так как применение новейших проволок намного реже требу-
ет их замены и активации, то дополнительные деньги, затрачен-
ные вами на их приобретение вернутся к вам за счет экономии
труда.

Выводы________________________________

В настоящее время имеются в наличии прямоугольные прово-
локи полного размера, которые дают меньшую силу, чем меньше-
го диаметра круглые проволоки из нержавеющей стали. Являют-
ся ли новейшие титановые сплавы действенными и эффективны-
ми? Этот вопрос поднимался во многих больших публикациях.
Имеется фундаментальное исследование об оптимальных уровнях
силы действия для эффективного и биологически приемлемого
движения зубов.

Появилась и продолжается главная тенденция к снижению
уровней силы действия. Силы, применяемые к отдельным зубам в
1920-х годах, были примерно в пределах сотен граммов. Сила,
измеряемая при отклонении проволоки из титанового сплава к
наиболее неправильно расположенным зубам в дуге, достигает
десятка граммов. Однако, зубы довольно быстро двигаются. Мно-
гие считают, по крайней мере интуитивно, что легкие, продолжи-
тельные силы физиологически более приемлемы, чем тяжелые,
прерывистые. Если в этом есть некоторая правда, то почему бы
не применять самые легкие силы, какие возможны, которые по-
зволят сделать работу в течение разумного периода времени? Для
большинства пациентов следующее чередование в выборе прово-
локи является наиболее успешным и, кажется, отвечает приведен-
ному выше положению (размер паза 0.22):

-.0175 Респонд — Первоначально дуга применялась сразу
после установки брэкетов. Обычно заменялась через 2 не-
дели.

-.018 NiTi — Применялась примерно первые три месяца
для выравнивания, коррекции ротаций и придания пра-
вильного положения зубам.

-.019 х.025 NiTi — Использовалась для завершения вы-
равнивания зубов и придания правильной формы зубным
рядам. Если был необходим ранний контроль над горком,
то проволока применялась как можно раньше. Может ос-
таваться на месте 6 месяцев.

-.019 х.025 ТМА — Основная рабочая проволока для из-
готовления деталей дуги, дуг, основных дуг.

-.021 х.025 ТМА — Применялась при случаях, когда нуж-
но было использовать весь потенциал брэкета.

-.021 х.025 Ди-Рект — Применялась как завершающая.
Остается на месте примерно на 3-6 месяцев.

Процесс выбора правильной проволоки в настоящее время на-
много сложнее, чем это было всего несколько лет назад. Типы
проволок распространяются при отсутствии нового понимания
фундаментальных исследований биологии движения зуба и вели-
чины давления. По крайней мере, эмпирически, проволоки из но-
вейших сплавов предлагают практикующим врачам возможность
дальнейшего сокращения времени, которое пациент проводит в
кресле, увеличение интервала между заменой проволок и приме-
нение значительно меньших уровней силы действия, и, соответ-
ственно, возможность меньше разрушать корни зубов. При необ-
ходимости, можно осуществлять на ранних стадиях лечения трех-
плоскостной контроль.

Чтобы достичь этих преимуществ, современный ортодонт дол-
жен понимать физические свойства проволок, их возможности и
ограничения применения.

Ссылки:

l.Drescher, et ah Prictional forces between bracket and archwire,
AmJ.Odhod Dentofac.Orthop. 1989; 96: 397-404.

2, Tidy, D.C., Frictional forces in fixed appliances. Am.J.Orthod
Dentofac.Orthop. 1989; 96: 249-254.

З.Кар ilа, S., Sachdeva, R,, Mechanical properties and clinical
applications of orthodontic wires. AmJ.Orthod Denlofac.Orthop. 1989;
96: 100-109.

4.Goldberg AJ, Burstone CJ. An evaluation of beta titanium alloys for
use in orthodontic appliances, J Dent Res 1979; 58: 593-600.

5.Burstone CJ, Qin B, Morton JY Chinese NiTi wire — A new
orthodontic alloy. Am J Orthod 1985; 87: 445-452.

6.Mima F, Mogi M, Ohura Y, Hamanaka H. The super-elastic property
of Japanese NiTi alloy for use in orthodontics. AmJ.Orthod
Dentofac.Orthop. 1986; 90: 1-10.