1001 tip chỉnh nha – P1

CHƯƠNG 1. LỰC VÀ PHẢN LỰC

Giới thiệu

Để đạt được thành công trong điều trị chỉnh nha, cần phải kết hợp hai yếu tố: kế hoạch điều trị tốt và cơ sinh học tốt.

Các nguyên lý cơ sinh học này nằm trong một lĩnh vực gọi là Cơ học (Mechanics), mô tả tác động của lực lên các vật thể (răng và xương), được chia thành ba nhóm:

1. Tĩnh học (Statics).
2. Động học (Kinetics).
3. Sức bền vật liệu (Materials Resistance).

Tĩnh học mô tả tác động của lực lên vật thể đứng yên hoặc chuyển động với vận tốc không đổi (theo đường thẳng).

Động học mô tả hành vi của các vật thể có sự thay đổi vận tốc (gia tốc và giảm tốc).

Cuối cùng, sức bền vật liệu mô tả quan hệ giữa lực và ứng suất của vật liệu, cho phép chúng ta lựa chọn vật liệu lý tưởng để tạo lực.

Nền tảng của điều trị chỉnh nha là việc ứng dụng lâm sàng các khái niệm cơ sinh học. Thuật ngữ Cơ sinh học (Biomechanics) đề cập đến phần của Cơ học nghiên cứu chuyển động trong mối liên hệ với các hệ thống sinh học. Các nguyên lý cơ sinh học giải thích cơ chế hoạt động của khí cụ chỉnh nha và hệ thống lực được sử dụng để di chuyển răng.

Các nguyên lý của Cơ học và Tĩnh học là chung cho mọi khí cụ chỉnh nha và không thay đổi theo thời gian. Khi hiểu được các nguyên lý vật lý của khí cụ cố định hoặc tháo lắp, chúng ta sẽ có đủ kiến thức để chế tạo và gắn một khí cụ nhất định. Bất kỳ ai hiểu được cách thức hoạt động của các nguyên lý vật lý này đều sẽ có khả năng thiết kế, lựa chọn và sử dụng khí cụ chỉnh nha mang lại lợi ích tối đa cho bệnh nhân.

Có rất nhiều thiết kế khí cụ, phương pháp và triết lý điều trị khác nhau được sử dụng, nhưng tất cả đều dựa trên lực; nếu không có lực thì chỉnh nha sẽ không tồn tại.

Các định luật của Newton

Năm 1686, Newton đã trình bày các định luật cơ bản của Cơ học, ứng dụng và kết quả của chúng. Ba định luật chuyển động ấy gồm:

1. Luật quán tính: Mọi vật sẽ tiếp tục ở trạng thái nghỉ hoặc chuyển động thẳng đều trừ khi có lực tác động lên nó (vật ở trạng thái cân bằng). Một răng sai lệch vị trí sẽ không bao giờ tự điều chỉnh được, vì vậy cần phải tạo lực để tạo ra sự di chuyển. Trong chỉnh nha, chúng ta có thể nói rằng răng có xu hướng gần như đứng yên, trừ khi có lực tác động để gây ra sự dịch chuyển răng.
2. Luật gia tốc: Sự thay đổi chuyển động tỷ lệ thuận với lực tác động và xảy ra theo hướng của đường thẳng mà lực tác dụng. Trong chỉnh nha, chúng ta có thể áp dụng nhiều mức lực khác nhau với các cường độ khác nhau phụ thuộc vào răng mà ta muốn di chuyển. Nói cách khác, có thể khẳng định răng di chuyển theo hướng của lực được áp dụng; thể tích chân răng càng lớn thì lực cần tác dụng để tạo ra sự di chuyển sinh lý càng lớn.
3. Lực và phản lực: Với mỗi lực tác động luôn tồn tại một phản lực đối nghịch và bằng về độ lớn. Bí quyết trong chỉnh nha là giảm thiểu hoặc loại bỏ các phản lực tác dụng phụ hay tác động ngoài ý muốn điều trị.

Ba định luật này mang lại những lợi ích rõ ràng cho cả bác sĩ chỉnh nha và bệnh nhân. Nếu được áp dụng thích hợp, hiệu quả điều trị có thể được cải thiện; nhờ đó có thể đạt được điều trị nhanh chóng, ít đau đớn, gây tổn hại tối thiểu cho răng và mô nâng đỡ, ít tác dụng phụ hơn cùng kết quả thẩm mỹ và độ bền lâu dài tốt hơn.

Các khí cụ chỉnh nha có chức năng tương tự như thuốc trong y học. Cả hai đều cần chẩn đoán chính xác để có thể xác định được phương pháp điều trị phù hợp.

Trong y học, bác sĩ đưa ra chẩn đoán rồi lựa chọn loại thuốc thích hợp để đạt mục tiêu điều trị. Trong chỉnh nha, bác sĩ chỉnh nha phải đưa ra chẩn đoán rồi lựa chọn khí cụ tốt nhất để đạt được mục tiêu của mình.

Trong dược học, thuốc được sử dụng để tác động lên các tế bào, mô và cơ quan đích. Trong chỉnh nha, moment và lực được sử dụng để tác động lên các tế bào, mô đặc hiệu nâng đỡ răng và xương.

Tác dụng phụ của thuốc là không thể tránh khỏi và cần được quản lý tốt. Các tác dụng thứ phát được tạo ra trong quá trình di chuyển răng, cũng cần được nhận biết và kiểm soát cẩn thận. Khi biết trước các tác dụng này, có thể áp dụng biện pháp phòng ngừa để chống lại những ảnh hưởng có hại đó; trong một số trường hợp, chúng thậm chí còn có thể được khai thác nhằm một số lợi ích.

Cuối cùng, cũng như trong y học, hiệu quả của khí cụ chỉnh nha cũng phụ thuộc vào mức độ hợp tác của bệnh nhân.

Lực là gì?

Lực là một tác động được tạo ra bởi một vật thể (dây cung, lò xo, thun đàn hồi, v.v.) lên một vật thể khác (răng hoặc xương). Lực được biểu thị bằng tích của khối lượng và gia tốc (khối lượng × gia tốc) và là một vectơ có các đặc điểm sau:

1. Cường độ (đo bằng g).
2. Chiều/Hướng (thẳng hoặc góc). Hướng góc được xác định giữa đường thẳng tác dụng lực và một trục tham chiếu.
3. Môđun (chiều hoặc hướng của lực).

Lực cũng được định nghĩa là một vectơ có độ lớn và hướng.

Đơn vị chính xác để biểu thị lực là Newton (N). Tuy nhiên, trong chỉnh nha, lực thường được biểu thị bằng gam (g). Hệ số chuyển đổi từ gam sang Newton là:

1 g = 0,00981 N

hoặc

1 N = 101,937 g

Vectơ này được biểu diễn bằng một mũi tên, cho biết hướng của lực (ngoài–trong, gần–xa, v.v.) và phương tác dụng lực (nơi lực đang hướng tới). Hướng của lực (từ ngoài vào trong, từ gần ra xa, v.v.) được xác định bởi đầu mũi tên. Vectơ cũng cho biết độ lớn của lực, tỷ lệ với chiều dài thân mũi tên; điểm đặt lực được biểu thị bởi gốc hoặc đuôi của mũi tên.

Các đơn vị được sử dụng trong chỉnh nha là lực và khoảng cách.

Như vậy, lực được định nghĩa là tác động của một vật thể (dây cung) lên một vật thể khác (răng), làm thay đổi hoặc có xu hướng làm thay đổi chuyển động của vật thể thứ hai do lực đẩy hoặc lực kéo.

Trong chỉnh nha, không phải lúc nào ta cũng làm việc với một lực đơn lẻ mà thường xuyên có hai hay nhiều lực cùng tác động.

Trong những trường hợp này, chúng ta có thể sử dụng quy tắc hình bình hành để xác định hợp lực của hai lực cùng tác dụng lên một điểm.

Tâm cản là gì?

Tâm cản là điểm mà một lực phải đi qua để làm cho vật thể chuyển động tịnh tiến tự do theo đường thẳng.

Răng trong miệng không phải là một vật thể tự do vì mô nha chu không cho phép nó di chuyển tự do. Tâm cản tương đương với trọng tâm của các vật thể tự do. Bất kỳ lực nào tác động qua tâm cản của răng đều làm cho răng di chuyển tịnh tiến (bodily movement).

Tâm cản của một răng phụ thuộc vào chiều dài và hình thái chân răng, số lượng chân răng và mức độ nâng đỡ của xương ổ răng.

Ở răng một chân với mức xương ổ bình thường, tâm cản nằm giữa một phần ba cổ và một phần ba giữa của chân răng; trong khi đó ở răng nhiều chân, tâm cản nằm cách vùng chẽ chân răng khoảng một đến hai milimét về phía chóp.

Do mắc cài chỉ có thể được gắn trên thân răng nên có rất ít cơ hội để tạo lực đi qua tâm cản của răng nhằm tạo ra chuyển động tịnh tiến thuần túy (ngoại trừ khi sử dụng power arm; xem chương Đóng khoảng).

Tâm xoay là gì?

Tâm xoay của răng là một điểm quy ước nằm cách tâm cản một khoảng mà quanh đó răng sẽ xoay khi có lực tác dụng.

Tâm xoay có thể nằm rất gần nhưng sẽ không bao giờ trùng với tâm cản. Trong chỉnh nha, khi quá trình xoay xảy ra quanh trục dài của răng thì được gọi là xoay răng (rotation) hay chuyển động bậc một (first-order movement; in-out movement).

Khi sự xoay xảy ra quanh trục gần-xa thì gọi là nghiêng thân răng (angulation) hay chuyển động bậc hai (tip).

Nếu sự xoay xảy ra quanh trục ngoài-trong thì gọi là torque hay chuyển động bậc ba.

Moment là gì?