Введение
Провод, используемый в зубных брекетах
Дуга в ортодонтии – это провод, соответствующий форме альвеолярной или зубной дуги, который используется с брекетами в качестве источника силы для исправления неправильного положения зубов. Дуга также может применяться для удержания зубов в достигнутом положении; в этом случае она выполняет ретенционную функцию. Ортодонтические дуги могут быть изготовлены из различных сплавов, наиболее распространенными из которых являются нержавеющая сталь, сплав никеля и титана (NiTi) и бета-титановый сплав (состоящий преимущественно из титана и молибдена).
Сплав благородных металлов
Благородные металлы, такие как золото, платина, иридий, серебро и их сплавы, использовались на ранних этапах в ортодонтии благодаря их хорошей коррозионной стойкости. Среди других свойств этих сплавов были высокая пластичность, переменная жесткость (при нагревании), высокая упругость и легкость пайки. К недостаткам этих сплавов относились: меньшая эластичность, меньшая прочность на разрыв и более высокая стоимость. Введение платины и палладия в состав сплава повышало его температуру плавления и обеспечивало коррозионную стойкость. Прочность сплаву придавалась за счет меди и холодной обработки материала. Состав проволоки из благородных металлов обычно включал золото (55–65%), платину (5–10%), палладий (5–10%), медь (11–18%) и никель (1–2%). Этот состав был схож с составом золотых сплавов типа IV. Эдвард Энгл впервые применил немецкое серебро в ортодонтии в 1887 году, пытаясь заменить благородные металлы. В то время Джон Наттинг Фаррар осудил Энгла за использование материала, вызывающего изменение цвета в полости рта. В 1888 году Фаррар начал изменять состав сплава на основе немецкого серебра. Однако состав Энгла было чрезвычайно сложно воспроизвести, поэтому сплавы на основе серебра не получили широкого распространения в ортодонтии. Энгл также использовал такие материалы, как резина, вулканит, фортепианная проволока и шелковая нить.
Стройка из нержавеющей стали
В 1929 году нержавеющая сталь была внедрена для изготовления аппаратов. Это был первый материал, который по-настоящему заменил использование благородных сплавов в ортодонтии. Сплавы стальной проволоки, по сравнению с благородными металлами, были относительно дешевле. Они также обладали лучшей пластичностью и легко поддавались пайке и сварке для изготовления сложных ортодонтических аппаратов. Сплавы нержавеющей стали относятся к аустенитному типу "18 8" и содержат хром (17–25%), никель (8–25%) и углерод (1–2%). Хром в этом сплаве нержавеющей стали образует тонкий оксидный слой, который препятствует диффузии кислорода в сплав, обеспечивая его коррозионную стойкость. Эйнджел использовал нержавеющую сталь в последний год своей ортодонтической практики, применяя ее в качестве лигатурной проволоки в полости рта пациентов. В то время Эмиль Гербст был основным противником сплавов на основе нержавеющей стали, предпочитая благородные сплавы. К 1950 году сплавы нержавеющей стали серии 300 использовались большинством ортодонтов в Соединенных Штатах, в то время как европейские ортодонты отдавали предпочтение функциональным аппаратам, таким как аппарат Activator, для лечения окклюзионных аномалий. Дуги из нержавеющей стали обладают высокой жесткостью, низкой упругостью, коррозионной стойкостью, небольшим диапазоном рабочих перемещений и хорошей пластичностью. Эти дуги часто дешевле других и могут легко использоваться в качестве "рабочих" дуг в ортодонтическом лечении. Закрытие промежутков после удаления зубов часто выполняется путем установки этих дуг в полости рта.
Проволока из нержавеющей стали с множественным шлифованием
Этот тип дуги из нержавеющей стали состоит из множества скрученных вместе проволок из нержавеющей стали диаметром 0,008 дюйма. Существуют три типа: коаксиальный, плетеный и витой. Коаксиальная дуга состоит из 6 проволок диаметром 0,008 дюйма, скрученных вместе. Плетёная дуга состоит из 8 проволок, а витая – из 3. Эти дуги могут иметь круглую или прямоугольную форму из нержавеющей стали. Свойства этих проволок значительно отличаются от свойств традиционных дуг из нержавеющей стали. Они обладают низкой жесткостью и могут использоваться на начальном этапе выравнивания и согласования зубов в ортодонтии. Однако, из-за их низкого предела упругости, они легко деформируются под воздействием внешних сил, например, при жевании пищи.
Австралийская арковая проволока
Артур Уилкок вместе с Реймондом Беггом создали "австралийскую дугу" в 1940-х годах в Австралии. Он был металлургом из штата Виктория, Австралия. Эта дуга широко использовалась в так называемой технике Бегга. Бегг искал проволоку из нержавеющей стали, которая была бы легкой, гибкой и сохраняла активность в полости рта в течение длительного времени. Проволока обладала высокой упругостью и прочностью и подвергалась термообработке. Первоначально произведенная проволока имела диаметр 0,018 дюйма. Эти проволоки часто используются при лечении глубокого прикуса благодаря их повышенной устойчивости к необратимой деформации. Проволока состоит из железа (64%), хрома (17%), никеля (12%) и других элементов.
Кобальто-хромовый архпровод
В 1950-х годах кобальтохромовый сплав начал применяться в ортодонтии. Компания Rocky Mountain Orthodontics впервые начала продвигать кобальтохромовый сплав под названием Elgiloy в 1950-х годах. Этот сплав был представлен компанией Elgin National Watch Company и состоял из кобальта (40%), хрома (20%), железа (16%) и никеля (15%). Elgiloy обеспечивал повышенную упругость и прочность, однако обладал недостаточной жесткостью. Эти типы проволок до сих пор продаются в виде сплавов, известных как Remaloy, Forestaloy, Bioloy, Masel и Elgiloy. Однако их применение в ортодонтии снизилось, поскольку современные методы лечения не требуют сложных изгибов проволоки. Elgiloy доступен в четырех степенях упругости: синий Elgiloy (мягкий), желтый Elgiloy (пластичный), зеленый Elgiloy (полуупругий) и красный Elgiloy (упругий).
Никель-титан (Нити) арковая проволока
Сплав NiTi был разработан в 1960 году Уильямом Ф. Бюллером, работавшим в Лаборатории военно-морского вооружения в Сильвер-Спрингс, штат Мэриленд. Название "нитинол" произошло от никеля (Ni), титана (Ti) и Naval Ordnance Laboratory (nol). Первым ортодонтическим сплавом на основе никель-титана (NiTi) был сплав, представленный Андерсоном. Этот сплав был разработан на основе исследований, проведенных Бюллером. С момента их появления проволоки из сплавов NiTi стали важной частью ортодонтического лечения. Состав проволоки включает 55% никеля и 45% титана. Первый никель-титановый ортодонтический проволочный сплав был выпущен на рынок корпорацией Unitek, ныне известной как 3M Unitek. Эти сплавы характеризуются низкой жесткостью, суперэластичностью, высокой упругостью, широким диапазоном упругости и хрупкостью. Первые проволоки NiTi не обладали эффектом памяти формы из-за холодной обработки. Таким образом, эти проволоки были пассивными и классифицировались как сплавы мартензитной стабилизации. Псевдоэластичные дуги NiTi поступили в коммерческую продажу в 1986 году и были известны как японский NiTi и китайский NiTi. Японская дуга NiTi была впервые произведена компанией Furukawa Electric Co. в 1978 году. Первое сообщение об использовании этого сплава в ортодонтии принадлежит Миуре и соавторам. Японский сплав продавался под торговой маркой Sentalloy. Теплоактивированные сплавы NiTi стали популярными и коммерчески доступными в 1990-х годах. Китайские проволоки NiTi также были разработаны в 1978 году доктором Хуа Ченг Тянем в исследовательском институте в Пекине, Китай. Доктор Чарльз Берстон впервые упомянул об этой проволоке в ортодонтической литературе. Эти сплавы являются аустенитными активными сплавами, и переход от аустенитной фазы к мартензитной происходит при контакте проволоки с нагрузкой.
Медный никель-титановый сплав
В 1994 году корпорация Ormco представила этот сплав. Этот сплав был разработан при участии Рохита Сачдевы и Сучио Миясаки. Изначально он был доступен в трех вариантах температурного перехода: суперэластичный (CuNiTi 27 °C), активируемый нагревом (CuNiTi 35 °C) и (CuNiTi 40 °C). Этот сплав состоит из никеля, титана, меди (5%) и хрома (0,2–0,5%). Добавление меди обеспечивает более четкое определение температур перехода в этом сплаве.
Память формы
Известно, что нити из сплава никелида титана обладают уникальным свойством памяти формы. Нити из никелида титана могут существовать в двух формах, известных как аустенитная и мартензитная. Диапазон температур перехода (TTR) используется для определения этих фаз сплава никелида титана. Ниже температуры TTR кристаллы никелида титана существуют в мартензитной форме, а выше температуры TTR – в аустенитной форме. Аустенитная форма возникает при высоких температурах и низких напряжениях, а мартензитная фаза – при низких температурах и высоких напряжениях. Аустенитная форма имеет кубическую гранецентрированную (ГЦК) структуру, а мартензитная – искаженную моноклинную, триклинную или гексагональную структуру. Изготовление и обработка проволоки осуществляется при температурах выше TTR. При нагревании проволоки выше этой температуры она восстанавливает свою первоначальную форму. Поэтому это свойство проволоки называется эффектом памяти формы. Градиентные термодинамические дуги обладают различными значениями TTR в разных сегментах (фронтальном, премолярном и молярном), что соответствует соответственно фронтальной, премолярной и молярной областям зубной дуги. Фронтальные сегменты имеют самую высокую температуру перехода, за ними следуют премолярные сегменты. Наименьшие температуры перехода наблюдаются в молярных сегментах.
Супереластичность
Известно, что нитиноловые проволоки обладают еще одним уникальным свойством, известным как суперэластичность. Это "резиноподобное" поведение, характерное для нитинолового сплава с памятью формы. Суперэластичные нитиноловые проволоки демонстрируют превосходную упругость по сравнению с другими нитиноловыми проволоками. Они также способны оказывать постоянное усилие при значительном изгибе.
Бета-титановый (TMA) арковый провод
Чистый титан может существовать в двух фазах: альфа и бета. Альфа-фаза соответствует низкой температуре (ниже 885 °C), а бета-фаза – высокой температуре (выше 885 °C). Чарльз Дж. Берстон и доктор Голдберг разработали β-титан, объединив молибден с чистым титаном. Они создали этот сплав, чтобы проволока из него оказывала меньшее биомеханическое воздействие по сравнению с проволокой из нержавеющей стали и кобальт-хромо-никелевого сплава. Она обладает лучшей пластичностью и упругостью, чем проволока из нержавеющей стали. Таким образом, этот сплав получил название сплав бета-титана. Он состоит из титана (79%), молибдена (11%), циркония (6%) и олова (4%). В коммерческой практике этот сплав известен под названием TMA или титано-молибденовый сплав. Этот сплав не содержит никеля и может применяться у пациентов с аллергией на никель. Проволока TMA имеет шероховатую поверхность и демонстрирует наибольшее трение среди всех проволок, используемых в ортодонтии, что было установлено в исследовании Куси и др. в 1989 году.
Коннектикутская новая арковая проволока (CNA)
Этот тип дуги изготовлен из бета-титана.
Выровняем и выровняем
Для проволок, используемых на начальном этапе ортодонтического лечения, необходимы низкая жесткость, высокая прочность и широкий рабочий диапазон. Идеальными проволоками для использования на этом этапе лечения являются никель-титановые дуги. Низкая жесткость позволяет создавать небольшие силы при установке проволоки в замочные каналы брекетов. Высокая прочность предотвращает необратимую деформацию проволоки при ее установке на сильно скученные зубы. Имеются данные, свидетельствующие о том, что многожильные суперэластичные никель-титановые проволоки способны вызывать большее перемещение зубов, чем одножильные суперэластичные никель-титановые проволоки, при использовании в качестве первой дуги в фиксированном (ортодонтическом) аппарате. Использование многожильной нержавеющей стали по сравнению с суперэластичной NiTi не оказывает заметного влияния на болевые ощущения пациента. В настоящее время необходимы дополнительные исследования для определения оптимального материала дуги с точки зрения скорости выравнивания, времени, необходимого для выравнивания, болевых ощущений и резорбции корней.