Конечнозначный анализ напряжений в съемном полном нижнем протезе при вертикальных и косых окклюзионных нагрузках

Почему ломаются протезы

Люди, которые пользуются полными нижними протезами, часто сталкиваются с неприятной и затратной проблемой: протезы трескаются, особенно в передней части, хотя нагрузки при откусывании там, как считается, невысоки. В этой статье повседневную загадку исследуют с помощью компьютерного моделирования. «Пожевав» виртуальный протез в цифровой среде, авторы проверяют: достаточно ли обычных жевательных сил, чтобы сломать грамотно изготовленный нижний протез, или в деле участвуют другие скрытые факторы.

Загадочное место для трещин

Традиционное представление в стоматологии гласит, что наибольшие жевательные усилия приходятся на задние зубы, тогда как передние зубы полного нижнего протеза испытывают гораздо меньшие нагрузки. Тем не менее опросы показывают, что 20–30 % полных протезов в конечном счете дают трещины, и многие из них начинаются именно в передней области. Предыдущие попытки объяснить этот парадокс часто доводили модели до нереалистичных крайностей: использовали силы укуса значительно выше реальных, вводили чрезмерно большие дефекты или заставляли протез опираться на очень острые костные гребни. В настоящем исследовании поставлен более простой и клинически обоснованный вопрос: если нижний протез правильно поддержан мягкими тканями и изготовлен без явных дефектов, могут ли обычные жевательные нагрузки вызвать в передней зоне напряжения, достаточные для разрушения?

Создание виртуального нижнего протеза

Авторы построили детальную трёхмерную модель полного нижнего протеза с помощью программного обеспечения для дизайна зубных протезов, затем импортировали её в инженерную среду для метода конечных элементов — способа, который делит протез и поддерживающие ткани на множество мелких элементов и рассчитывает деформации каждого под нагрузкой. Основание протеза и искусственные зубы моделировались как типичный акриловый пластик, а подлежащая десна представлена как мягкий, слегка упругий слой, опирающийся на значительно более жёсткую кость. Предполагалось, что протез хорошо прилегает и прочно слипается с десной, имитируя идеально адаптированную конструкцию. Были проверены два сценария жевания: чисто вертикальные силы 100 ньютонов на задние моляры и более сильные косые силы 140 ньютонов под углом 45 градусов, чтобы смоделировать боковой компонент реального жевания. Команда также варьировала величину вычислительной «сетки», чтобы убедиться, что вычисленные напряжения надёжны и не являются численными артефактами.

Куда действительно уходят напряжения

Моделирование подтвердило, что наклонные жевательные нагрузки гораздо более требовательны, чем чисто вертикальные. При вертикальных силах напряжения по всему протезу оставались очень низкими. При приложении косых сил протез изгибался и скручивался над мягкой опорой: внутренняя (со стороны языка) поверхность передней области оказывалась в растяжении, тогда как наружная (со стороны губ) — в сжатии. Тем не менее даже в этом более жёстком сценарии наибольшие надёжно рассчитанные напряжения наблюдались в области задних моляров, а не спереди. В критической передней зоне между клыком и резцом растягивающие напряжения в цельном материале держались около 10 мегапаскалей или ниже — значительно ниже типичных прочностных характеристик современных пластмасс для протезов при растяжении и изгибе, которые в несколько раз выше. Лишь в крошечных острых желобках между зубами напряжения локально возрастали, и даже там значения оставались ниже уровней, обычно требующихся для немедленного разрушения.

Усталость, крошечные желобки и жевание в реальной жизни

Авторы сопоставили свои результаты по напряжениям с известными лабораторными данными о поведении акриловых материалов при одноразовой нагрузке и при повторяющейся усталости. Повседневное жевание подвергает протез тысячам циклов нагрузки в день, поэтому невысокие напряжения со временем, в течение многих месяцев, всё же могут привести к росту трещин. В моделях уровни напряжений в клыковой области пересекались с нижними пределами известных значений усталостной прочности, что указывает на то, что более реалистичной проблемой является длительный износ, а не единичный сильный укус. Важным выводом анализа стало то, что мелкие анатомические детали — узкие желобки и резкие переходы у шейки зубов — могут локально усиливать растяжение. Сглаживание этих особенностей на внутренней (языковой) стороне протеза, где эстетика менее критична, может существенно снизить напряжения и повысить долговечность без серьёзных компромиссов в конструкции.

Что это значит для пользователей протезов

В целом исследование показывает, что для хорошо прилегающего нижнего протеза из современного акрила, опирающегося на здоровые мягкие ткани, типичные жевательные силы в одиночном акте вряд ли создают достаточно напряжений спереди, чтобы его сломать. Это означает, что многие реальные поломки, скорее всего, развиваются под действием сочетания других факторов: незначительной непригонки, неравномерных контактов при смыкании зубов, длительной усталости или незамеченных дефектов материала. Для пациентов главный вывод — регулярные осмотры, внимательное изготовление протезов и забота о, казалось бы, мелких формах могут быть не менее важны, чем прочность самого материала. Для клиницистов и техников работа указывает на практические стратегии — например, сглаживание узких желобков и оптимизация опоры на десны — чтобы сделать повседневные протезы менее подверженными внезапным и неудобным поломкам.

Цитирование: Madoune, Y., Żmudzki, J. & Lee, H. Finite element analysis of stress in removable lower complete denture under vertical and oblique occlusal forces. Sci Rep 16, 11997 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37756-9

Ключевые слова: полный протез, поломка протеза, метод конечных элементов, жевательные силы, конструкция протеза