咀嚼荷重、副機能荷重、外傷荷重におけるヒト歯根膜の3次元応力分布：有限要素解析

Three-dimensional stress distribution in the human periodontal ligament in masticatory, parafunctional, and trauma loads: finite element analysis.

• Isis A Venturini P Poiate
• Adalberto Bastos de Vasconcellos
• Ronaldo Barcellos de Santana
• Edgard Poiate

抄録

背景:

歯根膜（PDL）の存在は、咀嚼機能やその他の歯の接触時に生じる荷重を、歯槽骨を介して歯槽突起に吸収・分散させることを可能にする。しかし、いくつかの要因が歯周構造の完全性に影響を与え、結合マトリックスや細胞の破壊、線維性付着物の喪失、歯槽骨の吸収を引き起こす。

BACKGROUND: The presence of the periodontal ligament (PDL) makes it possible to absorb and distribute loads produced during masticatory function and other tooth contacts into the alveolar process via the alveolar bone proper. However, several factors affect the integrity of periodontal structures causing the destruction of the connective matrix and cells, the loss of fibrous attachment, and the resorption of alveolar bone.

研究方法:

本研究の目的は，上中切歯の3次元モデルのPDLにおいて，3つの異なる荷重条件での有限要素解析による応力分布の評価である。45度で100Nの咬合負荷（モデル1：咀嚼負荷），45度で切縁部に500N（モデル2：挺身性癖），90度で頬面に800N（モデル3：外傷症例）。これらのモデルは，コンピュータ断層撮影から作成した．

METHODS: The purpose of this study was to evaluate the stress distribution by finite element analysis in a PDL in three-dimensional models of the upper central incisor under three different load conditions: 100 N occlusal loading at 45 degrees (model 1: masticatory load); 500 N at the incisal edge at 45 degrees (model 2: parafunctional habit); and 800 N at the buccal surface at 90 degrees (model 3: trauma case). The models were built from computed tomography scans.

結果:

応力分布はモデル間で大きく異なっていました。引張応力と圧縮応力が最も顕著な値（有害）を示したのはモデル2と3であり，PDLに沿った応力分布のパターンも同様に異なっていた。引張り応力は、PDLの内側と外側に沿って観察され、主に頸部と中央部の3分の1に見られた。

RESULTS: The stress distribution was quite different among the models. The most significant values (harmful) of tensile and compressive stresses were observed in models 2 and 3, with similarly distinct patterns of stress distributions along the PDL. Tensile stresses were observed along the internal and external aspects of the PDL, mostly at the cervical and middle thirds.

結論:

これらのモデルで発生した応力は，歯周構造の健全性に影響を及ぼす可能性がある．生理的負荷および外傷的負荷条件下でのPDLの生体力学的挙動をより深く理解することで，健康および疾患におけるPDLの生物学的反応の理解が深まると思われる。

CONCLUSIONS: The stress generation in these models may affect the integrity of periodontal structures. A better understanding of the biomechanical behavior of the PDL under physiologic and traumatic loading conditions might enhance the understanding of the biologic reaction of the PDL in health and disease.