Effect of biomechanical load factors on the stress-strain state of teeth and underlying bone tissue

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Background: The biomechanical conditions under which teeth, implants, and bone tissue function clearly determine their resistance to overloading and subsequent destruction. However, mathematical modeling has not previously been used to compare functional stress in teeth across a wide range of sensitive biomechanical load conditions.

Aim: To compare the stress-strain state parameters of tooth and socket tissues under various biomechanical load conditions.

Materials and methods: A mathematical model was used to assess the stress-strain state parameters of dental tissue and sockets under vertical and oblique load (150N) with various modeling settings, compared to reference model parameters. The following parameters were assessed: enamel attrition, bone density reduction, bone resorption by 30% and 50%, supra-occlusion, tooth cavity, composite restoration, and ceramic inlay.

Results: Enamel attrition significantly increases stress under vertical and oblique loads: 1.9 and 1.6 times for enamel, and 1.5 and 1.2 times for dentin, respectively. Tooth cavities increase stress by 1.2 and 1.8 times (enamel; vertical and oblique loads, respectively), and 1.3 times (dentin; vertical load). Increased functional load causes a proportional increase in stress in hard tooth tissues and adjacent bone tissues. Supra-occlusion causes a sharp increase in stress in the enamel, with a point stress concentration. When a tooth cavity is filled with a composite or ceramic material, the stress-strain state parameters are similar to those in intact teeth (however, the enamel still experiences a 1.5-fold increase in stress under vertical pressure).

Conclusion: 3D mathematical modeling revealed a significant difference in maximum stress in tooth and socket tissues compared to normal biomechanical conditions, as well as when comparing various sensitive load conditions. Stress in tooth and bone tissues increased in all cases of abnormal biomechanical conditions, especially when oblique load was applied.

About the authors

Emilia A. Olesova

A.I. Burnazyan State Medical Research Center of the FMBA of Russia

Author for correspondence.
Email: emma.olesova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4511-6317
SPIN-code: 5767-9158

MD

Russian Federation, Moscow

Alexander A. Ilyin

A.I. Burnazyan State Medical Research Center of the FMBA of Russia

Email: Alex2017ilyin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8021-4599
SPIN-code: 2615-2137

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

Alexandra V. Em

A.I. Burnazyan State Medical Research Center of the FMBA of Russia

Email: alexandra.em.work@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8590-5279
SPIN-code: 2057-2173

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Moscow

Maxim S. Grishkov

A.I. Burnazyan State Medical Research Center of the FMBA of Russia

Email: maxim335@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2617-8726
SPIN-code: 3167-9478

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Moscow

Dmitriy V. Martynov

A.I. Burnazyan State Medical Research Center of the FMBA of Russia

Email: mdv.dent@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0136-5621
SPIN-code: 1956-9162

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Moscow

References

  1. Dmitrieva LA, Maksimovsky YuM, editors. Therapeutic dentistry: national guidelines. 2nd ed. Moscow: GEOTAR-Media; 2021. (In Russ.)
  2. Lebedenko IYu, Arutyunov SD, Ryakhovsky AN, editors. Orthopedic dentistry. National leadership. Moscow: GEOTAR-Media; 2022. (In Russ.)
  3. Kulakov AA, editor. Dental implantation. Moscow: GEOTAR-Media; 2022. (In Russ.)
  4. Rozov RA, Trezubov VN, Gvetadze RSh. Experimental design of the lower jaw functional loading for implant-supported restoration in unfavorable clinical conditions. Stomatology. 2022;101(6):28–34. EDN: KKPPHB doi: 10.17116/stomat202210106128
  5. Zaslavsky RS, Olesova VN, Povstyanko YuA, et al. Three-dimensional mathematical modeling of functional stresses around a dental implant in comparison with a single-root tooth. Russian Bulletin of Dental Implantology. 2022;(3-4):4–10. EDN: JHRTIG
  6. Abakarov SI, Sorokin DV, Lapushko VYu, Abakarova SS. Stress-deformed state of a non-removable prosthesis on implants under mustering load depending on the angle of abutment wall tilt. Clinical Dentistry (Russia). 2023;26(1):147–157. EDN: KBFJYD doi: 10.37988/1811-153X_2023_1_147
  7. Zaslavsky RS, Olesova EA, Kobzev IV, Kashchenko PV. Registration of bone tissue overload in conditions of mathematical 3-D modeling of the dentoalveolar segment. In: Collection of articles of V Scientific and Practical Conference “Scientific Vanguard” and Interuniversity Olympiad of Residents and Postgraduates. Moscow; 2023. P. 54–57. EDN: DBOTHP

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Variants of a three-dimensional mathematical model of a single-root tooth of the lower jaw (premolar) in inadequate biomechanical conditions: a — the tooth is normal, b — bone resorption by 30%, c — a tooth with a cavity.

Download (281KB)
3. Fig. 2. Distribution of functional stress values in the tooth and bone tissue under inclined load of the tooth under unfavorable biomechanical conditions (increased enamel abrasion): a — enamel, b — dentin, c — cortical bone tissue, d — spongy bone tissue.

Download (332KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».