Finite Elemente Simulation des menschlichen Unterkiefers: die Rolle der Bezahnung

Einleitung: Diese Arbeit ist Teil eines interdisziplinären Forschungsprojektes über die Biomechanik des menschlichen Unterkiefers. Im Rahmen des Projektes wird das Simulationsmodell schrittweise der anatomischen Realität angenähert. Gegenstand dieses Artikels ist der Einfluss des Parodontalligaments (PDL) auf die Biomechanik des gesamten Unterkiefers. Dieses Ligament von 0,1 - 0,35 mm Dicke befindet sich zwischen Zahn und Alveolarknochen und spielt hierdurch eine entscheidende Rolle bei der Übertragung der Bisskräfte auf den Kieferknochen. Material und Methoden: Voraussetzung der Simulation sind (1) Rekonstruktion und Vernetzung der individuellen Anatomie des Patienten, (2) Implementierung des inhomogenen and anisotropen Materialgesetzes des Knochens und (3) Umsetzung des Lastfalls, hier der Kräfte durch die Kaumuskulatur, der Verhältnisse im Kiefergelenk und der Kraftübertragung an den Zähnen. Wegen seiner geringen Dicke (0,1 - 0,35 mm) wurde das PDL der in die Simulation einbezogenen Zähne über eine spezielle Prozedur im Nachhinein in das Gesamtkiefermodell eingebracht. Über eine Simulation "mit" und "ohne" PDL wurde dessen Einfluss auf die Biomechanik des Kiefers untersucht. Bei der "Simulation ohne PDL" wurde an dem Ort des PDL Knochen angenommen. Ergebnisse: Die Simulationen zeigten deutlich den dämpfenden Einfluss des PDL. In der direkten Umgebung der Zähne wurden bei der "Simulation ohne PDL" starke Kompressionen beobachtet, die in dieser Form bei der "Simulation mit PDL" nicht auftraten. Diese Kompressionen korrespondierten mit klinisch beobachteten Regionen bukkalen Knochenverlusts. Schlussfolgerung: Das PDL spielt eine wesentliche Rolle für die Biomechanik des menschlichen Unterkiefers. Der Vergleich der "Simulation mit und ohne PDL" leistet einen Beitrag bei der Erklärung der Veränderungen des Kieferknochens im Alveolarbereich. Schlagwörter: Unterkiefer, Biomechanik, Simulation mit der Methode der Finiten Elemente, Parodontalligament, Adaption des Knochens, dentale Implantate