Джошуа Гилберт (Joshua Gilbert), доктор стоматологии. Милуоки, штат Висконсин, август 2016 г.

Введение: Сплав никель-титана с добавлением меди (CuNiTi) является относительно новым составом никель-титановых (NiTi) дуг, изначально запатентованным в 1991 году как часть продуктовой линейки Ormco. Срок действия патента относительно недавно истек и многие другие компании производят свои собственные дуги. В рекламных материалах в основном предоставлена информация о лабораторных преимуществах добавления меди (Cu) в NiTi, однако, было проведено несколько независимых лабораторных исследований на новых дугах, чтобы проверить эту информацию. Целью данного исследования является термический анализ всех доступных на данный момент дуг CuNiTi в двух вариантах температуры окончания перехода в аустенитную фазу (Af) и двух часто используемых размерах.

Материалы и методы: Протестированы десять дуг CuNiTi 27˚C и 35˚C размером .018” и .016”×.022”. Изучались следующие дуги: Ormco Copper Nickel Titanium (Ormco, Orange, CA, США), FLI Copper Nickel Titanium (Rocky Mountain Orthodontics, Denver, CO, США), Copperloy Nickel Titanium (GAC,York, PA, США), Copper Nitanium (Henry Schein/Ortho Organizers, Carlsbad, CA, США), Truflex Copper Nickel Titanium (Ortho Technology, Tampa, FL, США) и Tanzo Copper Nickel Titanium (American Orthodontics, Sheboygan, WI, США). Части дуги исследовались методом дифференциальной сканирующей калориметрии в диапазоне температур от -100˚C до 10˚C в минуту.

Результаты: Наблюдались существенные отличия во всех значениях при сравнении различных брендов в отношении температур начала и окончания нагрева и энтальпии, а также температур начала и окончания охлаждения и энтальпии. Некоторые бренды были очень близки к заявленным ими показателям, тогда как другие отличались от заявленных ими параметров вплоть до 4˚C. Кроме того, для некоторых брендов разница между верхним и нижним значениями температуры окончания перехода в аустенитную фазу (Af) были близки к 1,5˚C при заявленных 8˚C.

Выводы: Нельзя ожидать, что дуги CuNiTi разных брендов будут работать одинаково, даже если они имеют одинаковые размеры и температуру Af. Для некоторых брендов разница между верхним и нижним значением температур Af может быть очень маленькая.

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ

Ортодонтические дуги используются в качестве основного средства приложения силы для перемещения зубов. Было показано, что оптимальной является небольшая и постоянно действующая сила (Proffit et al., 2013). В процессе развития технологий биоматериалы в ортодонтии также изменялись, приближаясь к идеальному варианту лёгких непрерывных сил воздействия. Ортодонтическое лечение может быть разбито на фазы, первая из которых заключается в начальном выравнивании и нивелировании зубов. Под этим в том числе подразумевается деротация и исправление вертикальных несоответствий. Таким образом, идеальная начальная дуга должна обладать низкой жесткостью для обеспечение небольших сил после активации, широким рабочим диапазоном, способностью оказывать силу в течение длительного времени и противостоять постоянной деформации, а также легко вставляться в брекеты при скученности зубов и быть доступной (Proffit et al., 2013). После первоначального выравнивание используются более сильные дуги для достижения более точных и сложных движений. В настоящее время самыми популярными дугами для первой фазы лечения являются дуги из никель-титанового (NiTi) сплава (Jian et al., 2013).

Никель-Титан был впервые применён в ортодонтии в 1970-х годах Андреасеном (Andreasen) и с того времени остаётся самым используемым на этапе начального выравнивания и нивелирования (Andreasen и Hilleman, 1971). Первоначальный эквиатомный сплав никеля и титана имел более низкий модуль упругости и больший упругий возврат по сравнению с дугами из нержавеющей стали (Burstone et al., 1985). Данные свойства обусловлены особыми фазовыми преобразованиями, характерными для данного сплава. Двумя вариантами фазового состояния сплава являются: мартенсит, стабильный при низких температурах и высокой нагрузке, и аустенит, стабильный при высокой температуре и низкой нагрузке. Обратимый переход между этими двумя фазовыми состояниями придаёт сплавам NiTi свойства сверхупругости и памяти формы. Первоначальный сплав, предложенный Андреасеном, был назван «Nitinol» и действительно обладал более низким модулем упругости и меньшей жесткостью по сравнению с нержавеющей сталью; в то же время он не обладал свойствами сверхупругости или памяти формы. Бёрстоун (Burstone) (1985) и Миура (Miura) (1986) выпустили новые никель-титановые сплавы, китайские NiTi и Sentalloy, которые демонстрировали истинную сверхупругость.

Самым последним улучшением сплава NiTi стало добавление меди (Cu). Новый сплав – CuNiTi - был представлен компанией Ormco (Глендора, Калифорния) в 1991 году; тогда же был оформлен патент на него. В первоначальном варианте патента, поданном Сачдевой (Sachdeva) в 1991 году, был формально представлен состав CuNiTi. В патенте также было указано, что добавление меди к стандартному сплаву улучшает его физико-механические характеристики. Речь шла как о механических, так и о термических свойствах. Улучшения механических свойств были связаны с уменьшением гистерезиса, заранее определенной силой максимальной загрузки и минимальной разгрузки, а также со снижением усталостного воздействия при циклической загрузке. Улучшенные термические свойства, в основном, были связаны с более точным контролем температуры окончания перехода в аустенитную фазу (Af), таким образом, что дуга характеризовалась истинной памятью формы. В связи с тем, что срок действия патента истек, в настоящее время наблюдается рост конкуренции среди компаний, производящих ортодонтические CuNiTi дуги. Основная причина развития производства дуг CuNiTi состоит в том, что их характеристики, продемонстрированные в лаборатории, в теории могут привести к более эффективному ортодонтическому перемещению зубов, что можно использовать в том числе в коммерческих целях.

Одной из наиболее важных тем при обсуждении и в рекламе дуг CuNiTi является снижение гистерезиса. Механически (не термически) измеренный гистерезис представляет собой разницу в силе при загрузке и разгрузке. Загрузка часто называется силой активации, а разгрузка - силой деактивации. В тексте патента отмечалось, что напряжение разгрузки может быть повышено путем увеличения количества меди в сплаве. Термические преимущества добавления меди заключались в более точном контроле температуры Af, что позволяет сплаву проявлять свойства памяти формы. Память формы проявляется в сплаве CuNiTi и других активных мартенситных сплавах благодаря фазовым превращениям, регулируемых температурой. Дуги производятся при температуре, значительно превышающей температуру Af, и, в результате, при комнатной температуре «вспоминается» первоначальная структура сплава. В клинических ситуациях при вводе дуги, дуга часто находится ниже температуры Af и, в основном, в мартенситной фазе, поэтому её проще вставлять в брекеты на неровно расположенных зубах; по мере приближения температуры полости рта к температуре Af дуга становится более жесткой и возвращается к своей первоначальной форме.

На рисунке 1 представлена термограмма, полученная при анализе дуги CuNiTi с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Целью сканирования дуги с помощью ДСК является проверка заявлений изготовителя о температуре окончания перехода в аустенитную фазу (Af); в то же время могут быть получены и оценены и другие значения. Дуги CuNiTi 35°C являются преимущественно мартенситными при комнатной температуре (21°C), переходя в аустенитную форму при нагревании в полости рта (37°C). Начало нагревания означает, что дуга находится полностью в мартенситной фазе и наблюдается начало перехода в аустенитную фазу. Во время этого фазового превращения может быть измерена энергия, необходимая для фазового превращения, или энтальпия. В некоторых случаях во время пика тепловой энергии на графике появляется второй «пик», который, как считается, характеризует присутствие R-фазы во время фазового превращения. На термограмме можно увидеть конечную точку нагрева, которая представляет завершение фазового превращения в аустенитную фазу. Процесс охлаждения на термограмме характеризует фазовое превращение из аустенитной фазы в мартенситную. Здесь наблюдается аналогичный всплеск тепловых показателей, характеризующих энергию, необходимую для фазового превращения из аустенитной фазы в мартенситную. Mf обозначает момент, когда дуга вновь полностью переходит в мартенситную фазу.

Пример термограммы ДСК

Рисунок 1. Пример термограммы ДСК

Новая формула сплава NiTi является достаточно востребованной, именно поэтому с момента истечения срока действия патента Ormco многие компании начали производство дуг CuNiTi. В настоящее время существует шесть компаний, которые производят ортодонтические дуги CuNiTi; каждая из компаний также предлагает варианты температуры Af, косвенно влияющие на прикладываемую силу. В исследовании участвовали следующие дуги: оригинальные Copper Nickel Titanium от Ormco (Ormco, Orange, CA, USA), FLI Copper Nickel Titanium (Rocky Mountain Orthodontics, Denver, CO, USA), Copperloy Nickel Titanium (GAC, York, PA, USA), Copper Nitanium (Henry Schein/Ortho Organizers, Carlsbad, CA, USA), Truflex Copper Nickel Titanium (Ortho Technology, Tampa, FL, USA) и Tanzo Copper Nickel Titanium (American Orthodontics, Sheboygan, WI, USA). До настоящего времени не проводилось исследований, описанных в литературе, посвящённых изучению диапазонов температур трансформации и проверки заявленных производителем характеристик их дуг. Некоторые исследования были проведены с небольшим размером выборки (Pompei-Reynolds & Kanavakis, 2014), другие - только с продукцией компании Ormco (McCoy, 1996; Biermann et al., 2007, Kusy & Whitley, 2007), однако, в данном исследовании было протестировано 10 дуг каждого размера.

ГЛАВА 2 ОБЗОР. ЛИТЕРАТУРЫ

История никель-титанового сплава

В 1970-х Андреасен (Andreasen) с коллегами представил новый ортодонтический сплав никеля и титана (Andreasen & Hilleman 1971). Андреасен был первым, кто осознал возможности ортодонтического применения данного сплава, который первоначально был разработан Бюлером (Buehler) для космической программы в Военно-морской лаборатории (Buehler et al., 1963). Этот сплав получил коммерческое название Nitinol для обозначения его происхождения (Ni - никель; Ti - титан; NOL - Naval Ordnance Lab, Военно-морская лаборатория). Доктор Андреасен опередил свое время, отметив, что никель-титановые дуги значительно отличаются от дуг из нержавеющей стали тем, что требуют меньше изменения дуги, меньше времени в кресле стоматолога и могут сократить время лечения за счет более эффективного выравнивания и контроля ротации, а также снизить дискомфорт пациента (Andreasen & Morrow, 1978). Данный никель-титановый сплав первого поколения являлся практически эквиатомным и был коммерчески доступен через корпорацию Unitek (Монровия, Калифорния). В то время никель-титановые дуги рекламировались как обладающие памятью формы, хотя истинный эффект памяти формы был фактически нивелирован холодной обработкой во время производства (Kusy, 1997). Холодная обработка приводила к тому, что нитинол становился пассивным в стабилизированной мартенситной структуре и терял способность к памяти формы. Несмотря на это, дуги пользовались спросом благодаря низкому модулю упругости и чрезвычайно широкому рабочему диапазону.

Улучшенная версия NiTi дуг была предложена компанией Ormco (Глендора, Калифорния). Берстоун (Burstone) (1985) отметил высокий потенциал NiTi для ортодонтического лечения, в частности, низкий коэффициент упругости, высокое упругое последействие и относительное постоянство силового воздействия во время деактивации. Примерно через год Миура (Miura) (1986) представил японский NiTi, который предлагала компания GAC (Йорк, Пенсильвания) под названием Sentalloy. Сообщалось, что сверхупругие дуги являются активными в аустенитном состоянии и претерпевают обратимое мартенситное превращение, вызванное нагрузкой, во время активации и возвращаются в аустенит при постоянной силе деактивации. Этим они отличались от не сверхупругих NiTi дуг, таких как Nitinol, которые характеризовались стабильными упрочненными мартенситными структурами.

Два «сверхупругих» сплава, основанные на нитиноле, были впервые представлены Берстоуном (1985) в форме китайского NiTi, с характерными кривыми напряжения-деформации, которые до этого момента не применялись в ортодонтии (Kusy, 2002).

Физические свойства никель-титана

Лёгкие постоянные силы, которые создаются никель-титановым сплавом, основаны на его способности быстро и обратимо переходить из одной кристаллической решетки в другую. Мартенсит имеет изогнутую моноклинную, триклинную или гексагональную структуру и более стабилен при низких температурах и повышенных нагрузках. Аустенит имеет упорядоченную объёмно-центрированную кубическую (ОЦК) структуру, которая устойчива при более высоких температурах и низкой нагрузке (Brantley & Eliades, 2001). Различные кристаллические структуры у одного сплава позволяют происходить переходу в результате изменения нагрузки или температуры (Santoro, 2001). Температура, при которой сплав переходит из одной фазы в другую, называется Температурный Диапазон Трансформации (Temperature Transition Range, TTR). Диапазон начинается с температуры начала перехода в аустенитную фазу (As), при которой мартенсит начинает превращаться в аустенит, и заканчивается температурой окончания перехода в аустенитную фазу (Af), при которой весь сплав является аустенитным. Механическая модель называется мартенситным превращением, вызванным нагрузкой (stress induced martensitic, SIM). С другой стороны, сплав NiTi может быть изготовлен в стабильной форме, без фазовых превращений. Переход между двумя фазами позволяет никель-титановым дугам проявлять два важных свойства: память формы и сверхупругость.

Сверхупругость является основной причиной, по которой никель-титан стал настолько популярным для начального выравнивания и нивелирования зубных рядов. При деактивации дуга оказывает одинаковое давление, независимо от начального отклонения. Сверхупругие дуги представляют собой аустенитные сплавы, которые в ответ на нагрузку переходят в мартенсит, и при деактивации возвращаются в аустенитную форму. Сверхупругость выражается в нелинейной форме кривой напряжения-деформации для никель-титановых дуг, демонстрирующих низкие силы деактивации (Proffit et al., 2013).

Материалы с памятью формы «помнят» свою первоначальную форму после деформации. Память формы возникает из-за того, что изначально дуги изготавливаются при температуре, значительно выше температуры Af; при охлаждении ниже уровня температуры перехода (TTR) дуги могут пластически деформироваться, но первоначальная форма восстанавливается, когда дуга нагревается до кристаллической формы аустенита. Контролируя элементы сплава, можно добиться температуры Af ниже температуры полости рта 37° C. Никель-титан уникален тем, что фазовое превращение происходит при достаточно низких температурах. Память формы - это термическая реакция, в то время как сверхупругость - это механическая реакция; в то же время, они связаны в виду полностью обратимых фазовых превращений между мартенситом и аустенитом. Кроме того, была идентифицирована промежуточная R-фаза. R-фаза имеет ромбоэдрическую кристаллическую структуру и может образовываться между обратимыми превращениями мартенсита в аустенит (Leu et al., 1990).

Медь-никель-титан

Со временем проводились эксперименты по изменению соотношения элементов в никель-титановом сплаве. Миязаки (Myazaki) (1989) исследовал температуру начала превращения в мартенсит (Ms) и обнаружил, что она была постоянной, если медь заменяла никель, и уменьшалась с увеличением замещения медью титана. Некоторые добавки, такие как Au (серебро), Pd (палладий) и Zr (цирконий), повышают температуру Ms, в то время как другие, такие как Fe (железо), Al (алюминий), Co (кобальт), V (ванадий), Mn (марганец) и Cr (хром), снижают температуру Ms. Ещё одним преимуществом добавления меди является ее способность изменять гистерезис и стабилизировать характеристики сверхупругости во время циклической деформации. В начале 1990-х годов компания Ormco представила никель-титановые дуги с добавлением меди (CuNiTi) с запатентованными характеристиками и с различными вариантами температуры в зависимости от их температур Af. Патент на новый сплав был выдан в 1991 году, и в результате до недавнего времени компания Ormco была единственной компанией, производящей дуги CuNiTi (Sachdeva 1990).

CuNiTi был доступен в различных температурных вариантах 27°С, 35°С и 40°С, соответствующих температуре окончания перехода мартенсита в аустенит. Теоретически, данные варианты влияют на количество активного аустенита в сплаве в клинических условиях. Например, можно ожидать, что сплав 27°C будет практически полностью аустенитным в полости рта, в то время как сплав 40°C - более мартенситным при температуре полости рта 37°C. Количество аустенита также будет влиять на уровень силы, таким образом можно ожидать, что вариант 40°C должен прикладывать меньше силы, чем вариант 27°C в клинических условиях. Три варианта сплава NiTi с добавлением меди имеют очень похожие составы: примерно 44% никеля, 51% титана, чуть менее 5% меди и 0,2-0,3% хрома (Brantley & Eliades, 2001). Температура трансформации в большей степени зависит от добавления атомов хрома или переменных факторов производственного процесса (Kusy, 1997). Другими факторами, влияющими на температурный диапазон трансформации, являются объём холодной обработки и упрочнения при изготовлении дуг (Brantley & Eliades, 2001).

Джил (Gil) и Планелль (Planell) (1999) сообщили о влиянии добавления меди на сверхупругость и память формы сплава CuNiTi применительно к ортодонтии. В целом они определили, что добавление меди уменьшало гистерезис и стабилизировало характеристики сверхупругости в условиях циклической деформации. Как обсуждалось ранее, гистерезис — это разница между граничными напряжениями; напряжение, вызывающее мартенситное превращение при загрузке и обратное мартенситное превращение при разгрузке. Данная кривая гистерезиса значительно ýже для сплавов CuNiTi (~ 70 МПа) по сравнению с двухкомпонентным сплавом (~ 150 МПа). Применительно к клиническим условиям это означает, что сила, приложенная к зубам при деактивации, при прочих равных условиях будет выше для варианта с медью по сравнению со сплавом NiTi. Добавление меди также обеспечивает бóльшую стабильность температуры трансформации, что, в свою очередь, может обеспечить более надёжный процесс производства, в меньшей степени зависящий от точных пропорций сплава.

Недавно Помпеи-Рейнольдс (Pompei-Reynolds) и Канавакис (Kanavakis) (2014) провели исследование, чтобы выяснить, существуют ли схожие свойства дуг разных производителей и среди разных партий одного производителя. Статистически значимые различия температуры окончания перехода в аустенитную фазу были обнаружены в категориях дуг 27°C и 35°C, и температуры начала перехода в аустенитную фазу в категориях дуг 35°C. Кроме того, были обнаружены значительные различия в силовом воздействии между производителями для дуг 27°С размером 0.016”, 35°С размером 0.016” и 35°С размером 0.016”x0.022”. Данное исследование выявляет трудности в изготовлении дуг, а также тот факт, что врач должен осознавать, что CuNiTi дуги не всегда могут обеспечить ожидаемый уровень сил, о котором заявляет производитель. Для проверки заявленных производителем характеристик может быть применён термический тест, называемый дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК).

Дифференциальная сканирующая калориметрия

ДСК является частью общего класса методов термического анализа, который включают термомеханический анализ (дилатометрия), термогравиметрический анализ и дифференциальный термический анализ (Brantley & Eliades, 2001). По данным Международной организации по стандартизации (ISO), принятым методом термического анализа определения температурного диапазона трансформации (TTR) сплавов является ДСК. Тепловая энергия действует на образцы через определенные промежутки времени и итоговые различия в тепловой энергии взаимосвязаны с изменениями удельной теплоемкости исследуемого материала. При помощи ДСК изучаются изменения в этих фазах с температурой и определяются изменения энтальпии, связанные с фазовым превращением (Brantley et al., 2003). Лью (Leu) и др. (1990) впервые использовали ДСК для анализа аустенитно-мартенситных превращений сверхупругих NiTi дуг. Были определены температуры трансформации для раннего сверхупругого никель-титана, а также промежуточная ромбовидная или R-фаза при превращении дуги из мартенсита в аустенит. Другим методом, с помощью которого возможно определить фазу аустенита/мартенсита, является рентгеновский структурный анализ (X-ray diffraction, XRD). Преимущество ДСК состоит в том, что при данном методе исследуется весь объем материала, в то время как XRD измеряет только верхние 50 мкм образца (Thayer et al., 1995).

Брэдли и соавт. в 1996 году использовали ДСК для анализа NiTi дуг (сверхупругие, не сверхупругие и с эффектом памяти формы) для определения диапазона температур перехода для аустенитной, мартенситной и ромбоэдрической фаз. Было обнаружено, что сверхупругие сплавы NiTi (Nitinol SE и NiTi) претерпевают аустенитные превращения с R-структурой, которые начинаются при температуре ниже 0°C. Дуги NiTi (Ormco/Sybron, Glenora, Calif) практически полностью являются аустенитными; Nitinol SE (Unitek/3M, Morovia, Calif) представляет собой смесь аустенита и R-структуры в условиях полости рта. Не сверхупругий сплав Nitinol, в основном, является мартенситным как при комнатной температуре, так и при температуре полости рта. Сплавы с памятью формы (NeoSentalloy и Titanal LT) при температуре полости рта являются практически полностью аустенитными. В целом результаты данного исследования с помощью ДСК соответствуют заявлениям производителей; недостатком исследования можно считать то, что были использованы дуги непосредственно после их получения, в то же время их характеристики могут отличаться от таковых в условиях in vivo.

Данный вопрос изучался Биерменном (Biermann) и со авт. в 2007 году. С помощью ДСК было установлено, что значительных различий в термической активности между новыми дугами и после их клинического использования не существовало. Единственное отличие было у дуги 27°C при клиническом использовании, которая имела значительное снижение энтальпии, связанное с переходом мартенсита в аустенит. Валери (Valeri) (2013) также использовал ДСК для сравнения новых NiTi дуг и дуг после клинического использования. В исследовании принял участие 61 пациент; они были случайным образом распределены для лечения на одном из четырёх типов NiTi дуг (n = 15). Через 4–12 недель в клинических условиях дуги сравнивались с контрольными новыми дугами. Статистически значимых различий в термических свойствах при сравнении дуг до и после клинического использования обнаружено не было. Берзинс (Berzins) и Робертс (Roberts) (2010) провели тест in vitro с использованием термоциклирования и обнаружили некоторые различия в свойствах дуг после данного процесса. Возможно, что колебания температуры в полости рта во время приёма горячих или холодных напитков могут повлиять на механические свойства дуг, но на данный момент весомых данных в пользу этого не существует.

Первым, кто использовал ДСК при исследовании дуг CuNiTi, был Маккой (McCoy) (1996). Целью исследования было определение диапазона температур трансформации, а также изучение влияния химического состава дуги или факторов производственного процесса на диапазон температур трансформации. Использовались следующие варианты дуг: дуги CuNiTi 27°C, 35°C и 40°C (Ormco, Sybron, Glendora, Calif), а также из сплава с памятью формы, активируемой при нагревании (Neo Sentalloy, GAC) и из холоднодеформированного не сверхупругого сплава (Nitinol, 3M/Unitek). Химический состав определялся с помощью энергодисперсионной спектроскопии (EDS); было определено, что все варианты CuNiTi имели идентичные составы (44% Ni, 51% Ti, 5% Cu). Результаты ДСК показали, что показатели температуры Af были в пределах 3°C от заявленного Ormco. Основываясь на этом, было сделано предположение, что различия между вариантами на этапе производства явились причиной изменения температуры Af. С помощью ДСК также было показано, что термический гистерезис для дуг CuNiTi был примерно в три раза больше, чем у NeoSentalloy.

Кьюзи (Kusy) (2007) также использовал ДСК для определения диапазона температур трансформации дуг из нержавеющей стали, TMA и NiTi. Из 5 сплавов NiTi два были стабилизированными мартенситными сплавами и их дальнейшие превращения были невозможны; три остальные были активными мартенситными сплавами CuNiTi. Как и ожидалось, ДСК не выявила температурных переходов в полости рта для стальных дуг, дуг TMA и Nitinol Classic (3M Unitek, Monrovia, Calif); в то же время дуги Orthonol (Rocky Mountain Orthodontics, Denver, Colo) показали небольшой эндотермический (или экзотермический) пик при нагревании (или охлаждении). После проведения динамического механического анализа (DMA) Кьюзи установил, что Orthonol является примерно на 20% термоупругим активным мартенситом и на 80% - стабильным пассивным мартенситом. Соответствие результатов тестов говорит о точности и надёжности ДСК исследования. В исследовании использовались три дуги CuNiTi с вариантами температур Af 27°C, 35°C и 40°C (SDS/Ormco). Как и ожидалось, дуги CuNiTi 27°C, 35°C и 40°C характеризовались температурой окончания перехода в аустенитную фазу 29.3°C, 31.4°C, и 37.3°C, соответственно, согласно ДСК и 27.4°C, 35.8°C и 39.6°C – согласно DMA. Для всех дуг CuNiTi значение ΔH возрастало по мере увеличения температуры трансформации от 27°C до 40°C, независимо от нагревания или охлаждения. Значения энтальпии для дуг 27°C, 35°C и 40°C составили 2,47 кал/г, 2,86 кал/г и 3,18 кал/г, соответственно. Полученные данные согласуются с предыдущими исследованиями (McCoy, 1996). Относительно клинического применения Кьюзи поднимает вопрос о целесообразности применения дуг 27°C и 35°C, принимая во внимание схожесть их лабораторных показателей.

Применение в клинике

Развитие технологий биоматериалов зачастую происходит быстрее и научное сообщество не всегда идет в ногу с ними. В результате многие заявления производителей остаются без доказательной базы. Главным образом, подобные утверждения основаны на лабораторных показателях, таких как более быстрое перемещение зубов или больший уровень комфорта для пациентов при применении дуг «космической эры», например, CuNiTi. Результаты in vitro требуют специальной клинической проверки, включая такие составляющие как диапазон температур, способ лигирования, расстояние между брекетами, тип брекетов и длина дуги (Santoro et al., 2001). Так, во многих случаях сверхупругие дуги не демонстрируют сверхупругих свойств in vivo в связи с чрезмерными уровнями сил на стадии плато, чего не происходит в клинических условиях (Schumacher et al., 1992). В литературе представлено много лабораторных и механических исследований, но клинических исследований данного вопроса недостаточно, включая попытку Кокрановского обзора перевести лабораторные тестирования в клинические условия.

В 2004 году Дальстра (Dalstra) и Мельсен (Melsen) изучали влияет ли температура трансформации CuNiTi на количество перемещения зубов во время выравнивания. Исследование проводилось с использованием разделения зубного ряда на правую и левую сторону, были случайным образом выбраны пациенты, находящиеся на ортодонтическом лечении. 15 пациентов со сходной патологией скученности проходили лечение на дугах CuNiTi, одна половина верхнего зубного ряда – на дугах 27°C, вторая - 40°C. Перемещение зубов было более выражено на дугах 40°C. В то же время, только в случае полного перемещения премоляров эта разница была существенной. Интересно, что большее перемещение происходило на стороне меньшего силового воздействия. Данный эффект подтверждает идею о предпочтительном использовании небольших сил при перемещении. Одновременно с этим, различия были настолько незначительными, что возникает вопрос об их клинической значимости. Предполагаемое преимущество применения термоактивных дуг заключается в том, что пациент может регулировать их активацию и деактивацию промыванием и употреблением тёплых и холодных жидкостей. Научной основой использования термочувствительных дуг является тот факт, что ремоделирование костной ткани в большей степени наблюдается под влиянием динамической нагрузки по сравнению со статичной (Lanyon, 1984). Критика данного исследования состоит в том, что использование дуг на половине зубного ряда предполагает точные технологии производства для всех дуг, что маловероятно, учитывая различия при производстве одинаковых дуг одной и той же компанией. Кроме этого, метод разделения зубного ряда может давать неточные результаты в связи с тем, что одна половина дуги оказывает влияние на другую. Решением могло бы стать увеличение выборки, а также использование одной дуги с последующим сравнением результатов у различных пациентов.
В 2009 году Пандис (Pandis) и др. провели двойное слепое исследование с произвольным распределением объектов по контрольным группам для исследования эффективности дуг NiTi и дуг CuNiTi при лечении скученности передней группы зубов нижней челюсти. В исследовании принимали участие 30 пациентов, разделённых на две группы, которым устанавливали дуги 0.016” CuNiTi (Ormco, Glendora, Calif) и 0.016” NiTi (Modern Arch, Wyomissing, Pa). Слепой эффект в исследовании достигался тем, что ни врач, ни пациенты не знали, какая дуга применялись в каждом конкретном случае; исследование продолжалось до момента полного выравнивания передней группы зубов нижней челюсти. Существенного различия в выравнивании между дугами обнаружено не было: на CuNiTi процесс занял 129.4 дня, на NiTi – 121.4 дня. Данный результат соответствует результатам исследования 1988 года Кобба (Cobb) с др., в котором не была обнаружена значимая разница между плетеными дугами из нержавеющей стали, сверхупругими NiTi дугами и дугами NiTi, имплантированными ионами.

В 2013 году Джиан (Jian) был ведущим автором Кокрановского обзора по изучению начальных дуг для выравнивания зубов вовремя ортодонтического лечения с помощью несъёмной аппаратуры. В обзор были включены девять рандомизированных контролируемых исследования; был сделан вывод, что все испытания были подвержены высокому риску систематической ошибки. Сравнивались стабилизированные мартенситные дуги NiTi, плетеные дуги из нержавеющей стали, сверхупругие дуги NiTi и NiTi с памятью формы (включая CuNiTi). Они пришли к выводу, что достоверных данных клинических испытаний о том, что какой-либо конкретный исходный материал дуги лучше или хуже другого в отношении скорости первоначального выравнивания или болевых ощущений для пациента, получено не было. В будущих исследованиях следует уделить внимание другим переменным, таким как тип брекетов и система лигирования. Кроме этого, рандомизированные контролируемые испытания должны освещать как преимущества (скорость выравнивания), так и возможные недостатки (боль и резорбция корня).

ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Ортодонтические дуги были распределены по размеру и температуре трансформации для сравнения заявленных характеристик различных компаний. В исследовании использовались все доступные в настоящее время на рынке CuNiTi дуги. Термические характеристики температуры трансформации и энтальпии измерялись с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Были протестированы следующие дуги: Ormco Copper Nickel Titanuim (Ormco, Orange, CA, USA), FLI Copper Nickel Titanium (Rocky Mountain Orthodontics, Denver, CO, USA), Copperloy Nickel Titanium (GAC, York, PA, USA), Copper Nitanium (Henry Schein/Ortho Organizers, Carlsbad, CA, USA), Truflex Copper Nickel Titanium (Ortho Technology, Tampa, FL, USA) и Tanzo Copper Nickel Titanium (American Orthodontics, Sheboygan, WI, USA). Общее количество дуг для каждого теста n = 10/компания/температурный вариант/размер. Использовались размеры 0.018” и 0.016”×0.022”. Температурные варианты: 27°С и 35°С.

В исследовании использовались новые дуги непосредственно после их получения. Образцы для анализа ДСК представляли собой 5-миллиметровые сегменты бокового отдела дуги. 5 мм дуги удалялись с концов, в тестировании использовались следующие 5 мм. Данные фрагменты были выбраны, потому что они являются прямыми и с большой вероятностью менее всего подвержены деформации на этапе производства. Дуги разрезались с использованием алмазной пилы на низких оборотах с водяным охлаждением (рисунок 2; Isomet, Buehler Ltd, Лейк-Блафф, Иллинойс) для того, чтобы избежать механических напряжений и нагревания, которые могли бы изменить микроструктуру дуги.

Алмазная пила Isomet для разрезания дуг

Рисунок 2: Алмазная пила Isomet для разрезания дуг

Фрагменты дуг были взвешены с точностью до 0,01 мг (рис. 3) и помещены в герметичный алюминиевый тигель.

Весы для взвешивания сегментов дуг

Рисунок 3: Весы для взвешивания сегментов дуг

После этого тигель подвергали термическому сканированию для получения измерений ДСК (рис.4; модель 822, Mettler-Toledo Inc, Колумбус, Огайо). Тигель сканировали при температуре от -100°С до + 100°С, используя жидкий азот в качестве охлаждающей жидкости и газообразный азот для продувки, с шагом 10°С в минуту для показателей кривой нагрева; затем охлаждали с той же скоростью от + 100°С до -100°С для показателей кривой охлаждения.

Mettler Model 822 для анализа ДСК с жидким азотом в качестве охлаждающего агента

Рисунок 4: Mettler Model 822 для анализа ДСК с жидким азотом в качестве охлаждающего агента

Пустой тигель использовался в качестве эталона при получении данных ДСК. Для качественного и количественного анализа графиков ДСК использовалось программное обеспечение производителя DSC. Были рассчитаны энтальпия, или ΔH, температуры начала и окончания фазовых превращений для всех дуг. Пример качественного анализа приведен на рисунке 5.

Пример анализа термограммы ДСК

Рисунок 5: Пример анализа термограммы ДСК

Некоторые термограммы представлены с R-фазой в части графика «нагрев». Если R-фаза присутствовала, то это учитывалось в анализе температуры окончания превращения при нагреве. Пример R-фазы в термограмме приведен на рисунке 6.

 

Рисунок 6: Пример термограммы ДСК в R-фазе

Статистическое исследование состояло из дисперсионного анализа трех факторов: бренд, вариант температуры и размер дуги. Из-за значительного взаимного влияния данных факторов, для сравнения различных брендов был проведен однофакторный дисперсионный анализ в рамках данного варианта температуры и размера. При необходимости проводился апостериорный тест Тьюки c уровнем значимости p <0,05.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ

Трёхфакторный дисперсионный анализ ANOVA показал существенные различия по температуре, бренду и размеру дуг, а также существенные различия во всех вариантах взаимодействия. Однофакторный дисперсионный анализ ANOVA среди брендов в каждой комбинации варианта температуры и размеров дуг показал существенные различия для всех термических измерений. В таблицах 1-4 представлены изменения средней температуры и энтальпии для фазовых превращений для каждой группы дуг. Результаты апостериорного теста Тьюки отмечены разными буквами и указывают на статистически значимое (p<0,05) различие между дугами для данного измерения.

Таблица 1. Изменение энтальпии и температуры для фазовых переходов, измеренной с помощью ДСК, в процессе нагрева и охлаждения дуг CuNiTi 0.018”, 35°C

Изменение энтальпии и температуры для фазовых переходов

Различные буквы указывают на статистически значимое (р <0,05) различие между дугами для данного измерения

Для вариантов 0.018” 35°C все дуги имели температуру окончания перехода в пределах 2,3°C, как и было заявлено производителями. В то же время дуги Ormco значительно отличались при выполнении апостериорного теста Тьюки, а также оказались единственными дугами с Af выше заявленного значения 35°C. Остальные дуги показали температуру Af ниже ожидаемого значения. Компании American Orthodontics и GAC не указывают конкретную температуру Af, вместо этого они сообщают ожидаемые значения силы и используют условные величины, соответственно. Было сделано предположение, что дуги компаний GAC и AO являются вариантом с температурой Af 35°C, что было подтверждено данными исследования. Значительные различия между другими переменными можно увидеть в данных при сравнении разных брендов друг с другом.

Таблица 2. Изменение энтальпии и температуры для фазовых переходов, измеренной с помощью ДСК, в процессе нагрева и охлаждения дуг CuNiTi 0.018”, 27°C

Изменение энтальпии и температуры для фазовых переходов

Различные буквы указывают на статистически значимое (р <0,05) различие между дугами для данного измерения.

Для дуг 0.018”, 27°C показатели находились в пределах 4,7°C от заявленной температуры окончания перехода при нагреве. В данной группе наблюдалась большая изменчивость температуры Af по сравнению с вариантами 35°C, при этом после апостериорного теста Тьюки были получены четыре различные категории. Дуги компаний AO и GAC, которые не рекламировались как вариант 27°C, показали результаты значительно отличающиеся от предполагаемого значения температуры Af по сравнению с другими дугами. Между температурами окончания перехода при нагреве для CuNiTi дуг С1 и С2 компании GAC наблюдалась разница в 1,2°C. Значительные различия между другими переменными можно увидеть в данных при сравнении разных брендов друг с другом.

Таблица 3. Изменение энтальпии и температуры для фазовых переходов, измеренной с помощью ДСК, в процессе нагрева и охлаждения дуг CuNiTi 0.016”×0.022”, 35°C

Изменение энтальпии и температуры для фазовых переходов

Различные буквы указывают на статистически значимое (р <0,05) различие между дугами для данного измерения.

Для вариантов дуг 0.016”×0.022”, 35°C показатели находились в пределах 4,3°C от заявленной температуры окончания перехода при нагреве. Дуги компаний AO и GAC показали результаты в пределах 3°C от предполагаемой температуры Af 35°C. За исключением компании Ortho Technology, результаты всех дуг были в пределах 3,1°C от ожидаемого значения температуры Af. В целом результаты всех дуг 0.016”×0.022”, 35°C были ниже ожидаемого значения температуры Af. Значительные различия между другими переменными можно увидеть в данных при сравнении разных брендов друг с другом.

Таблица 4. Изменение энтальпии и температуры для фазовых переходов, измеренной с помощью ДСК, в процессе нагрева и охлаждения дуг CuNiTi 0.016”×0.022”, 27°C

Изменение энтальпии и температуры для фазовых переходов

Различные буквы указывают на статистически значимое (р <0,05) различие между дугами для данного измерения.

Для дуг 0.016”×0.022”, 27°C показатели находились в пределах 5,8°C от заявленной температуры окончания перехода при нагреве. В наибольшей степени от предполагаемой температуры Af отличались дуги компании АО - на 5,8 градуса. Без учета дуг компании AO остальные дуги показали результаты в пределах 2,2°C от заявленной температуры Af. Показатели компании AO отличались на 1,5°C для соответствующих температур окончания перехода при нагреве для указанных средних и низких уровней силы. Дуги Ortho Technology, для которых производитель указал конкретные значения температуры Af, также отличались на 1,5°C между двумя температурными вариантами. Значительные различия между другими переменными можно увидеть в данных при сравнении разных брендов друг с другом.

В дополнение к первичным данным были получены термограммы для визуальной оценки различий между дугами, а также для определения наличия R-фазы. Представленные термограммы составлены на основе одной дуги для каждого сочетания температуры/варианта, которая качественно представляет группу дуг в целом.

На рисунке 7 представлены термограммы для дуг 0.018” с температурой Af 35°C. R-фазу можно обнаружить при нагреве во всех дугах, кроме дуг Ormco. Дуги Ormco также имеет менее выраженный пик при нагреве и охлаждении по сравнению с другими дугами. R-фаза отсутствовала при охлаждении во всех исследуемых дугах.

Термограмма для дуг 0.018” с температурой Af 35°C

Рисунок 7. Термограмма для дуг 0.018” с температурой Af 35°C.

На рисунке 8 представлены термограммы для всех дуг 0.018” с температурой Af 27°С. R-фаза присутствовала в трех из шести дуг при нагреве. Дуги компаний Ormco и American Orthodontics имеют менее выраженные пики при нагреве по сравнению с другими дугами.

Термограмма для дуг 0.018” с температурой Af 27°C

Рисунок 8. Термограмма для дуг 0.018” с температурой Af 27°C.

На рисунке 9 представлены термограммы для всех дуг 0.016”×0.022” с температурой Af 27°C. Три из шести дуг имели R-фазу при нагреве; R-фаза при охлаждении отсутствовала.

Термограмма для дуг 0.016”×0.022” с температурой Af 27°C

Рисунок 9. Термограмма для дуг 0.016”×0.022” с температурой Af 27°C.

На рисунке 10 представлены термограммы всех дуг 0.016”×0.022” с температурой Af 35°С. R-фаза присутствовала во всех вариантах при нагреве; R-фаза при охлаждении отсутствовала.

Термограмма для дуг 0.016”×0.022” с температурой Af 35°C

Рисунок 10. Термограмма для дуг 0.016”×0.022” с температурой Af 35°C.

На следующих шести рисунках (рисунки 11-16) представлены термограммы для дуг выбранной компании в различных размерах и вариантах дуг.

Термограмма всех вариантов CuNiTi дуг Ortho Technology

Рисунок 11. Термограмма всех вариантов CuNiTi дуг Ortho Technology.

Термограмма всех вариантов CuNiTi дуг Ortho Organizers

Рисунок 12. Термограмма всех вариантов CuNiTi дуг Ortho Organizers.

Термограмма всех вариантов CuNiTi дуг Ormco

Рисунок 13. Термограмма всех вариантов CuNiTi дуг Ormco.

Термограмма всех вариантов CuNiTi дуг GAC

Рисунок 14. Термограмма всех вариантов CuNiTi дуг GAC.

Термограмма всех вариантов CuNiTi дуг American Orthodontics

Рисунок 15. Термограмма всех вариантов CuNiTi дуг American Orthodontics.

Термограмма всех вариантов CuNiTi дуг Rocky Mountain Orthodontics

Рисунок 16. Термограмма всех вариантов CuNiTi дуг Rocky Mountain Orthodontics.

ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ

Данное исследование является одним из первых, в котором независимым лабораторным испытаниям подверглись не только CuNiTi дуги компании Ormco (Pompei-Reynolds and Kanavakis 2014, McCoy 1996, Biermann et al., 2007, Kusy & Whitley, 2007). На основе ДСК анализа была получена информация о температурном диапазоне трансформации (TTR) для шести различных компаний, представленных круглыми и прямоугольными дугами в двух температурных вариантах. Одной из причин производства дуг CuNiTi является то, что добавление меди в сплав NiTi позволяет более точно контролировать TTR и, как результат, память формы. Более точный контроль температуры Af подразумевает возможность контроля уровня мартенсита и аустенита дуги при данной температуре. Вариант температуры Af 27°C предполагает, что при комнатной температуре дуга будет представлять смесь аустенита и мартенсита, в то время как в полости рта станет полностью аустенитной. С другой стороны, вариант 35°С будет, главным образом, мартенситом при комнатной температуре, а в полости рта - сочетанием мартенсита и аустенита в зависимости от внешних воздействий, таких как употребление холодных или горячих напитков. В связи с этим можно предположить, что вариант 27°C будет развивать большее усилие в полости рта, чем вариант 35°C, так как большее количество аустенита коррелирует с более высокими показателями силы, оказываемыми дугой. Ormco была первой компанией, запатентовавшей дуги CuNiTi, поэтому она оставалась их единственным производителем в течение многих лет до момента истечения срока действия патента. В результате этого, большая часть существующей литературы посвящена именно дугам CuNiTi компании Ormco.

В 1996 году МакКой (McCoy) исследовал температуры Af для дуг CuNiTi Ormco и пришёл к выводу, что все три варианта 0.016”×0.022” были в пределах 3°C от заявленных производителем. Варианты 27°С, 35°С и 40°С показали температуру Af 29,7°C, 38,0°C и 41,2° C, соответственно. МакКой изучал дуги непосредственно после их получения. Бирманн (Biermann) и др. в 2007 году изучали как новые дуги CuNiTi от Ormco, так и после их клинического использования. Все тестируемые дуги имели размеры 0.016”×0.022” и были исследованы все три варианта температуры, однако, ДСК анализ использовался для дуг после клинического использования только для вариантов 27°С и 35°С. Температура Af для новых дуг 27°C, 35°C и 40°C была 29.2°C, 36.0°C и 36.3°C, соответственно. После клинического использования варианты 27°С и 35°С показали значения температуры Af 29,1°С и 35,9°С. Значительных различий после клинического использования отмечено не было, за исключением дуг 27°С, которые показали значительное уменьшение энтальпии при нагревании, связанное с переходом мартенсит-аустенит. Помпеи-Рейнольдс (Pompei-Reynolds) и Канавакис (Kanavakis) в 2014 году также провели ДСК анализ CuNiTi дуг Ormco и RMO, используя дуги размером 0.016”×0.022” и 0.016” для всех трех температурных вариантов. Первичное заключение этого исследования состояло в том, что существовали различия между дугами разных партий одной и той же компании; в то же время, было возможно сравнение со средним значением температуры Af. Для дуг Ormco 0.016”×0.022” 27°C, 35°C и 40°C экспериментальная температура Af составила 25,05°C, 32,17°C и 34,54°C, соответственно. Для дуг RMO 0.016”×0.022” 27°C, 35°C и 40°C экспериментальная температура Af составила 26,36°C, 30,0°C и 33,26°C, соответственно. Все предыдущие исследования ДСК для дуг CuNiTi представлены в таблице 5.

 Представление предыдущих исследований CuNiTi с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии

Таблица 5. Представление предыдущих исследований CuNiTi с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Значения температуры Af представлены дуг CuNiTi 0.016”×0.022”.

По сравнению с предыдущими исследованиями, в которых тестировались дуги Ormco 0.016”×0.022” непосредственно после их получения, данная работа показала температуру Af ближе к варианту 27°C (27,1°C), чем сообщалось ранее МакКоем, Бирменном и др., Кьюзи и Уитли, Помпеи-Рейнольдсом и Канавакисом - 29,7°C, 29,2°C, 29,3°C и 25,05°C, соответственно. Для варианта 35°C значение температуры Af составляло 33,8°C, в то время как в исследованиях МакКоя, Бирменна и др., Кьюзи и Уитли, Помпеи-Рейнольдса и Канавакиса оно составляло 38,0°C, 36,0°C, 31,4°C и 32,17°C, соответственно. Различия в приведенных значениях могут быть объяснены улучшенными технологиями изготовления: при сравнении вариантов 27°С дуги Ormco, протестированные в данном исследовании, показали несоответствие только на 0,1°С от заявленной величины. Вариант 35°C также отличался на 1,2°C, что соответствовало результатам исследований Бирменна и др., в то же время, данные результаты были ближе к заявленным по сравнению с исследованиями МакКоя и Помпея-Рейнольдса и Канавакиса. В данном случае это также может быть связано с улучшением технологии изготовления, так как исследование МакКоя производилось на начальном этапе использования CuNiTi, тогда как работы Помпеи-Рейнольдса и Канавакиса были опубликованы относительно недавно, и их результаты показали значение температуры Af 32,17°C. В своём исследовании Помпеи-Рейнольдс и Канавакис показали, что существуют статистически значимые различия между дугами разных партий одного и того же производителя. Данный феномен может также объяснить кажущиеся случайными различия между экспериментальными значениями температуры Af. Кроме этого, могут наблюдаться различия в калибровке оборудования для проведения испытаний и в процедуре анализа данных с помощью программного обеспечения производителя.

Значения температуры Af тестируемых дуг представлены в Таблице 6. В дополнение к показателям температуры Af была рассчитана разница между двумя значениями для данного варианта.

 Значения температуры Af для дуг 0.018” и 0.016”×0.022” для обоих вариантов температуры; рассчитанная разница между ними

Таблица 6. Значения температуры Af для дуг 0.018” и 0.016”×0.022” для обоих вариантов температуры; рассчитанная разница между ними.

Большинство компаний, за исключением American Orthodontics и GAC, заявляют конкретную температуру Af для каждой дуги. Одной из целей данного исследования была независимая проверка этих заявлений. В таблице 6 представлен широкий диапазон фактических значений температуры Af. Ожидаемая разница между вариантами 27°C и 35°C составляет 8°C, однако, дуги размеров 0.018” и 0.016”×0.022” ни одной из компаний не находились в пределах 1 градуса от ожидаемой разницы 8°C. Наибольшую озабоченность вызывает тот факт, что шесть из двенадцати комбинаций температура/размер находились в пределах 3°C друг от друга. Дуги компании American Orthodontics показали разницу в 1,4°С и 1,5°С между двумя уровнями силы для размеров 0.018” и 0.016”×0.022”, соответственно. Как упоминалось ранее, AO не заявляет о конкретных значениях температуры Af для своих дуг, вместо этого они указывают различные уровни силы. Было сделано предположение, что «низкая» сила соответствовала варианту 35°С, а «средняя» сила - варианту 27°С. Различные уровни силы не могли быть оценены в этом исследовании, в то же время небольшая разница между температурами Af их дуг, вероятно, приводит к близким уровням силы в клинических условиях. Дуги Ortho Organizers и Ormco на основании различий между температурами Af продемонстрировали наиболее стабильный показатель TTR и, как следствие, вероятно, имеют более высокие стандарты контроля качества в производстве по сравнению с другими протестированными брендами.

Другим важным выводом может быть сравнение постоянства показателей TTR для круглых и прямоугольных дуг. Насколько оправдано ожидать постоянства показателей TTR для дуг одного размера в сравнении с другим? Исходя из полученных данных, этот вопрос остаётся спорным; в то же время дуги определённых брендов, например, компании GAC показали бóльшие различия между значениями температуры Af в вариантах и 0.016”×0.022” по сравнению с 0.018”. Компания GAC также не указывает конкретной температуры Af для различных дуг, вместо этого они дают условные обозначения, такие как C1 и C2, где C1 соответствует более низкому значению температуры Af. Дуги компании RMO также показали разницу в круглых и прямоугольных вариантах; показатели круглых дуг RMO были ближе к заявленным значениям; различия между значениями температуры Af в круглых дугах были более выраженными. Дуги компаний AO и Ortho Technology продемонстрировали малые различия значений температуры Af среди своих вариантов как для круглых, так и для прямоугольных дуг. Причины различий при сравнении круглых и прямоугольных дуг остаются неясными, но, вероятно, для формирования дуг круглого сечения требуется другое количество холодной обработки по сравнению с прямоугольным. Возможно, перед этапом нагрева дуги могут иметь различную структуру, поэтому один и тот же протокол производства может не обеспечивать одинаковую температуру Af. Менее вероятной, но возможной причиной является несогласованность на этапе термообработки или расположения дуг во время этого процесса. Для практикующих врачей-ортодонтов это означает, что существуют различия между указанными и фактическими значениями TTR, и эти различия существуют между дугами одного и того же производителя в зависимости от размеров дуг.

В дополнение к значениям температуры Af могут быть определены другие показатели, такие как энтальпия, путем проведения ДСК. Энтальпия (Дж/г) в данной ситуации – это количество тепловой энергии, необходимой для осуществления фазового превращения. В целом, энтальпия была одинаковой для каждого отдельного набора дуг при переходе от мартенсита к аустениту при нагреве и при переходе от аустенита к мартенситу при охлаждении. Существенные различия были обнаружены при сравнении дуг одного размера разных компаний и ожидаемого значения температуры Af, а также для различных размеров и показателей температуры Af. Наблюдается общая тенденция, когда более высокая энтальпия соответствует дугам 0.016”×0.022” по сравнению с дугами 0.018” как в вариантах 27°C, так и 35°C. Более высокая энтальпия потенциально может означать, что для фазового превращения требуется больше энергии, поэтому можно ожидать, что прямоугольные дуги тяжелее демонстрируют фазовые превращения. В то же время клиническое значение энтальпии на данный момент изучено недостаточно.

При качественном анализе термограмм можно наблюдать присутствие R-фазы. При исследовании дуг R-фаза наблюдалась в 17 из 24 случаях на пике нагрева; в то же время R-фаза отсутствовала на пике охлаждения. МакКой сообщал о присутствии R-фазы в CuNiTi дугах 35°C и 40°C, но не в варианте 27°C, что соответствует результатам данного исследования. Из двенадцати дуг 35°C одиннадцать продемонстрировали присутствие R-фазы, в то время как она наблюдалась лишь в шести из двенадцати дуг 27°C. Как бы то ни было, клинический эффект присутствия R-фазы в настоящее время не изучен. Как упоминалось ранее, эти различия могут быть результатом различных технологий производства.

При сравнении всех шести брендов друг с другом было установлено, что существуют значительные различия для всех вариантов взаимодействий: температуры, бренда и размера. Это доказывает, что дуги разных компаний-производителей могут отличаться по своим характеристикам между собой. Клинически это означает, что в зависимости от бренда, температурного варианта и размера дуг значения силы воздействия на зубы могут отличаться.

Из данного исследования следует, что рекламные заявления и показатели лабораторных испытаний зачастую не являются точными. Трудно определить, как эти значения повлияют на клиническое применение. В недавнем Кокрановском обзоре Джиан (Jian) и др. (2013) сделали вывод, что исходный вариант NiTi или дуги из нержавеющей стали фактически не оказывают влияния на различия на этапе выравнивания. Этот вывод можно считать неожиданным, учитывая количество времени и усилий, которые традиционно направляются на разработку новых дуг для клинического использования. В то же время, недостатком такого рода обзора статей является то, что они настолько точны и актуальны, насколько и исследования, на которых они основаны. В условиях текущих клинических испытаний с использованием новых дуг разница при сравнении дуг CuNiTi, сверхупругих NiTi и дуг из нержавеющей сталью, в самом деле, может наблюдаться. Возможны также различия при сравнении дуг CuNiTi разных брендов.

ГЛАВА 6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Дуги всех протестированных брендов показали существенные различия между собой при сравнении по размеру, температуре и компании-производителю. В связи с этим, нельзя ожидать одинакового эффекта применения дуг CuNiTi разных брендов, даже при условии применения одного и того же размера и температуры Af. Для некоторых брендов отмечено несущественное различие между вариантами с более высокой и более низкой температурой Af.

Оригинальный текст статьи на английском языке.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Совет Американской стоматологической ассоциации по научным вопросам. Спецификация Американского национального стандарта / Американской стоматологической ассоциации № 32 для ортодонтических дуг. Совет Американской стоматологической ассоциации по научным вопросам; 2000.
Андреасен и Хиллеман (1971). Оценка 55 кобальтозамещенных нитиноловых дуг при использовании в ортодонтии. Журнал Американской Ассоциации Стоматологов 82, 1373-1375.
Андреасен и Морроу (1978). Лабораторные и клинические анализы нитиноловой дуги. Оценка 55 кобальтозамещенных нитиноловых дуг при использовании в ортодонтии. Журнал Американской Ассоциации Стоматологов, 73, 142-51.
Берзиньш и Робертс (2010). Изменения фазовых превращений в термоциклированных никель-титановых ортодонтических дугах. Dent Mater, 26, 666-674.
Биерманн, Берзиньш и Брэдли (2007). Термический анализ новых и клинически применённых полученных медь-никель-титановых ортодонтических дуг. Angle Orthod, 77, 449-503.
Брэдли, Брэнли и Калберстон (1996). Дифференциальный сканирующий калориметрический (ДСК) анализ сверхупругих и неупругих никель-титановых ортодонтических дуг. Журнал Американской Ассоциации Стоматологов 109, 589-597.
Брэдли, Берзиньш, Валери, Прушинский, Элиадес и Кацарос (2013) Исследование механических и эстетических свойств никель-титановых дуг нового поколения после изготовления и после клинического использования. Европейский Журнал Ортодонтии, 36, 290-96.
Брэнтли и Элиадес (2001). Ортодонтические материалы: научные и клинические аспекты. Нью-Йорк: Thieme.
Брэнтли, Свек, Иидзима, Пауэрс и Грентцер (2002). Дифференциально-сканирующие калориметрические исследования никель-титановых роторных эндодонтических инструментов после смоделированного клинического использования. Журнал эндодонтии, 28, 774-778.
Брэнтли, Иидзима и Грентцер (2003) Температурно-модулированный ДСК; новое понимание преобразований никель-титановых дуг. Американский Журнал ортодонтии, 124, 387-94.
Брантли, Гуо, Кларк и Иидзима (2008) Микроструктурные исследования медных дуг Ni-Ti при 35°C; подтверждение низкотемпературного мартенситного превращения. Dent Mater, 24, 204-10.
Булер, Гилфрих и Вайли (1963). Влияние низкотемпературных фазовых превращений на механические свойства сплавов вблизи состава TiNi. Журнал прикладной физики 34, 1475-1477.
Булер: Работы 7-го Научного съезда ВМФ (Управление технических служб ONR-16, Министерство торговли США, Вашингтон, округ Колумбия). Том 1, не классифицировано, 1963.
Бёрстоун, Кин и Мортон (1985). Китайская проволока NiTi - новый ортодонтический сплав. Американский Журнал ортодонтии, 87, 445-452.
Кобб, Кула, Филлипс и Проффит Phillips (1998) Эффективность многожильных стальных дуг, сверхупругих Ni-Ti и ионно-имплантированных Ni-Ti дуг для начального выравнивания. Клиническая ортодонтия, 1, 12-9.
Далстра и Мельсон (2004). Влияет ли температура перехода дуг CuNiTi на величину движения зуба во время выравнивания? Краниофациальная ортодонтия, 7, 21-5.
Джил и Планелл (1999) Влияние добавления меди на сверхупругое поведение сплавов с памятью формы Ni-Ti для ортодонтических применений. Журнал биомедицины, 48, 682-88.
Иидзима, Оно, Кавашима, Эндо, Мицогучи (2002). Механическое поведение при различных температурах и напряжениях для сверхупругого никель-титанового сплава ортодонтических дуг, с различными температурами перехода. Dent Mater, 18, 88-93.
Джиан, Лай, Фернесс, Макинтайр, Миллет, Хикман и Ван (2013) Начальные дуги для выравнивания зубов во время ортодонтического лечения несъёмной аппаратурой. Кокрановская база данных систематических обзоров, 4:CD007859.
Капила и Сачдева (1989) Механические свойства и клиническое применение ортодонтических дуг. Американский Журнал ортодонтии, 96, 100-9.
Кьюзи (1997) Обзор современных дуг: свойства и характеристики. Ортодонтия Энгля, 67, 197-208.
Кьюзи (2002) Ортодонтические биоматериалы: от прошлого к настоящему. Ортодонтия Энгля, 72, 501-12.
Кьюзи (2004) Клинический аспект аллергии у пациентов. Американский Журнал ортодонтии, 125, 544-547.
Кьюзи и Вайтли (2007) Тепловые и механические характеристики дуг из нержавеющей стали, титана-молибдена и никеля-титана. Американский Журнал ортодонтии, 131, 229-37.
Лью, Форнелль, Брэнтли и Элерт (1990). Структура R в сверхупругих дугах NiTi Журнал стоматологии, 69, 313.
Лэньон (1984) Функциональное напряжение как детерминанта ремоделирования кости. Calcified Tissue International Calcif Tissue Int, 36, S1.
Мелинг и Одегаард (1998) Влияние кратковременных изменений температуры на механические свойства прямоугольных никель-титановых дуг при скручивании. Ортодонтия Энгля, 68, 369-76.
Маккой (1996) Сравнение составов и дифференциального сканирующего калориметрического анализа новых медь-никель-титановых дуг с существующими никель-титановыми ортодонтическими дугами [Магистерская работа]. Государственный университет Огайо
Миура, Моги, Охура, Хаманака (1986). Сверхупругие свойства японского сплава NiTi для использования в ортодонтии. Американский журнал ортодонтии, 90, 1-10.
Миура, Моги, Охура, Хаманака (1991) Сверхупругие свойства японского сплава NiTi для использования в ортодонтии. Американский журнал ортодонтии, 99, 310-318.
Миядзаки, Шиота, Остука и Тамура (1989) Влияние добавления меди на механические свойства сплава Ti-Ni. Материалы Международного Совещания по передовым материалам; 31 мая - 3 июня. Том 9
Николай (1997) Ортодонтические дуги: продолжающаяся эволюция. Semin Orthod, 3, 157-65.
Пандис, Полихронопулу и Элиадес (2009) Лечение скученности зубов на нижней челюсти CuNiTi и NiTi Дугами: двойное слепое рандомизированное контрольное исследование. Американский журнал ортодонтии, 136, 152-3.
Помпеи-Рейнольдс и Канавакис (2014) Производственные вариации температур перехода и силового воздействия в CuNiTi дуг Американский журнал ортодонтии, 146, 215-26.
Проффит, Филдс, Сарвер (2013) Современная ортодонтия. 5-е изд. Сент-Луис, Миссури: Мосби, 2013.
Сачдева, Миядзаки, Фарзин-Ниа (1991). Ортодонтическая дуга и метод перемещения зубов. Патент США 5,044,947
Санторо, Николай и Кангиалоси (2001) Псевдоупругость и термоупругость никель-титановых сплавов: клинически ориентированный обзор. Часть I: Температурные переходные диапазоны. Американский журнал ортодонтии, 19, 587-93.
Санторо, Николай и Кангиалоси (2001) Псевдоупругость и термоупругость никель-титановых сплавов: клинически ориентированный обзор. Часть II: Силы дезактивации. Американский журнал ортодонтии, 119, 594-603.
Шумахер, Бураэль и Дрешер (1992). Дезактивация и эффективность различных ортодонтических нивелирующих дуг - динамический анализ силы. Fortschr Kieferorthop, 53, 273-85.
Сегал, Хэлл и Берзиньш (2009) Влияние напряжения и фазы на коррозию сверхупругих никель-титановых ортодонтических дуг. Американский Журнал ортодонтии, 135, 764-770.
Тайер, Багби, Мур и ДеАнгелис (1995). Дифракция нитиноловых ортодонтических дуг. Американский Журнал ортодонтии, 107, 604-612.
Томпсон (2010). Обзор никель-титановых сплавов, используемых в стоматологии. Международный Журнал эндодонтии, 33, 297-310.
Валери (2013) Анализ дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) эстетических никель-титановых дуг после изготовления и после клинического использования [Магистерская работа]. Милуоки, Висконсин: Университет Маркетт


Вернуться к списку материалов