PRINSIP MEKANIK DALAM KONTROL GAYA ORTHODONTIC

Biomekanika adalah studi tentang mekanika yang diterapkan pada sistem biologis

(Philips, 2000). Biomekanika itu menggunakan hukum – hukum fisika dan konsep teknik

untuk mendeskripsikan gerakan yanng dialami oleh berbagai segmen tubuh dan gaya –

gaya pada bagian tubuh selama melakukan aktivitas. (Frankel, 1980)

DESIGN FACTORS IN ORTHODONTIC APPLIANCES

A. Kontak Dua Titik (Two-Point Contact) Untuk Kontrol Posisi Akar

1. Definisi Istilah

Sebelum membahas mengenai posisi akar, penting untuk dimengerti mengenai

beberapa istilah fisika dasar:

Gaya (Force)

Gaya yang dimaksud adalah beban yang diberikan pada suatu objek yang dapat

menggerakkan objek tersebut ke posisi yang berbeda dalam suatu ruang. Gaya, walaupun

didefinisikan dalam Newton (massa x kecepatan gravitasi), seringkali diukur dalam unit

berat yaitu gram atau ons, dimana 1.0 N = 100 gram (nilai sebenarnya adalah sekitar 97

dan 98 gram).

Pusat Resistensi (Center of Resistence)

Pusat resistensi merupakan sebuah titik dimana resistensi pergerakan dapat

dipusatkan untuk analisis matematik. Sebuah objek yang berada dalam ruang bebas, pusat

resistensinya sama dengan pusat massanya. Pusat resistensi gigi adalah di perkiraan titik

tengah dari bagian akar yang tertanam, yaitu di sekitar pertengahan antara apikal akar dan

puncak tulang alveolar.

Momentum (Moment)

Merupakan sebuah ukuran dari kecenderungan untuk merotasi suatu objek

mengelilingi suatu titik. Sebuah momentum dihasilkan dari aksi gaya dalam suatu jarak.

Secara perhitungan, momentum dihasilkan dari gaya dikali jarak tegak lurus dari titik

aplikasi gaya ke pusat resistensi, diukur dalam unit gram-milimeter. Jika garis aksi dari

gaya yang teraplikasi tidak melewati pusat resistensi, momentum terjadi. Tidak hanya

gaya akan cenderung mentranslasi objek, memindahkan ke posisi yang berbeda, tapi juga

cenderung merotasi objek tersebut mengelilingi pusat resistensi. Hal inilah yang terjadi

ketika gaya diaplikasikan pada mahkota gigi. Tidak hanya gigi bergerak mengikuti arah

gaya, tapi juga terrotasi mengelilingi pusat resistensi—oleh karena inilah gigi tipping saat

bergerak.

Couple

Merupakan dua gaya yang sama besarnya, namun arahnya berlawanan. Hasil dari

pengaplikasian dua gaya dalam cara ini adalah momentum murni (F1 = -F2). Couple akan

menghasilkan rotasi murni, memutarkan objek mengitari pusat resistensinya. Kombinasi

dari gaya dan couple dapat mengubah cara sebuah objek berotasi ketika dipindahkan.

Pusat Rotasi (Center of Rotation)

Merupakan titik di sekitar rotasi terjadi ketika sebuah objek dipindahkan. Ketika

dua gaya diaplikasikan bersamaan pada sebuah objek, pusat rotasi dapat dikontrol dan

dibuat di lokasi yang diinginkan. Aplikasi dari gaya dan couple pada mahkota gigi

merupakan mekanisme dari bodily movement gigi, bahkan perpindahan yang lebih besar

pada akar dibandingkan mahkota dapat dihasilkan.

2. Gaya, Momentum, dan Couples dalam Pergerakan Gigi

Pada kasus insisivus central maksila yang protrusive, jika gaya 50 gram

diaplikasikan pada gigi tersebut dengan pegas pada alat removable, sistem gaya akan

terbentuk, termasuk momentum 750 gram-mm (seperti pada gambar 9-18). Hasilnya

mahkota akan ditarik lebih dari apikal akar, yang mungkin benar-benar berlawanan

arahnya. Gaya akan cenderung untuk memindahkan seluruh bagian dari objek, meskipun

orientasinya akan berubah lewat rotasi serentak disekitar pusat resistensi. Jika inklinasi

gigi ingin dipertahankan saat penarikan tersebut, maka momentum yang secara tidak

sengaja terbentuk ketika gaya diaplikasikan pada mahkota harus diatasi.

Satu cara untuk menurunkan besar momentum adalah dengan mengaplikasikan

gaya lebih dekat dengan pusat resistensi. Dalam orthodontics, pengaplikasian gaya

langsung pada akar tidak dilakukan dalam prakteknya, namun efek yang sama bisa

didapatkan dengan membuat perlekatan yang kaku atau rigid yang diproyeksikan ke atas

dari mahkota (gambar 9-19). Kemudian gaya dapat diaplikasikan pada perlekatan

tersebut sehingga garis kerjanya dapat mendekati atau melalui pusat resistensi. Jika

perlekatan yang dibuat benar-benar kaku, efeknya akan mengurangi bahkan

mengeliminasi lengan momentum dan, tentu saja, tipping. Sulit untuk membuat

lengannya cukup panjang untuk benar-benar mengeliminasi tipping, prosedur ini

hanyalah solusi parsial yang terbaik, namun juga menciptakan masalah dengan

kebersihan mulut.

Cara lain untuk mengontrol atau mengeliminasi tipping adalah dengan membuat

sebuah momentum kedua dengan arah berlawanan dengan momentum yang pertama. Jika

momentum penyeimbang dapat dibuat sama besarnya dengan momentum yang dihasilkan

dari alat, gigi akan tetap tegak dan bergerak seluruhnya (bodily movement).

Bagaimanapun juga, momentum hanya dapat dihasilkan dengan pengaplikasian gaya

dalam suatu jarak, sehingga gaya yang kedua harus diaplikasikan pada mahkota gigi pula.

Pada kasus insisivus central yang protrusive, kecenderungan insisivus untuk

miring atau tip saat ditarik dapat dikontrol dengan pengaplikasian gaya kedua pada

permukaan lingual dari gigi, bisa dengan penggunaan pegas alat removable yang

mendorong ke luar dari tepi lingual dekat tepi insisal (seperti pada gambar 9-18). Solusi

orthodontic biasanya adalah fixed attachment pada gigi, dibuat agar gaya bisa

diaplikasikan pada dua titik. Dengan kawat bulat di bracket slots, pegas bantu mungkin

dibutuhkan untuk menghasilkan couple yang memutar.

Kawat persegi panjang yang pas pada bracket slot persegi panjang pada gigi biasa

digunakan karena seluruh sistem gaya dapat dihasilkan dengan satu kawat. Harus

diperhatikan bahwa dengan pendekatan ini, kontak dua titik adalah tepi-tepi berlawanan

dari kawat persegi panjang. Jika kawat persegi panjang digunakan untuk menarik

insisivus central secara keseluruhan, gaya penarikannya haruslah kecil, tapi gaya

pemutarbalik pada bracket haruslah besar untuk menurunkan momentum.

3. Rasio Mc/Mf dan Kontrol Posisi Akar

Kontrol posisi akar selama pergerakan membutuhkan baik gaya untuk

memindahkan gigi dengan arah yang diharapkan dan couple untuk menghasilkan

momentum penyeimbang untuk mengontrol posisi akar. Semakin besar gaya, semakin

besar pula gerakan penyeimbang yang ada untuk mencegah tipping. Cara paling mudah

untuk mengetahui bagaimana pergerakan suatu gigi adalah dengan mempertimbangkan

perbandingan antara momentum yang dihasilkan ketika gaya diaplikasikan pada mahkota

gigi, yang disebut momentum gaya (Mf), dan momentum penyeimbang yang dibuat oleh

couple dalam bracket, yang disebut momentum couple (Mc).

Mf ditentukan dengan besarnya gaya dan jarak dari titik pengaplikasian gaya ke

pusat resistensi. Pada kebanyakan gigi, jarak ini adalah sekitar 8—10 mm, sehingga M f

merupakan 8—10 dikalikan dengan gaya. Dengan kata lain, jika 100 gram gaya

digunakan untuk menggerakkan sebuah gigi, momentum penyeimbang sekitar 800—

1000 gm-mm akan dibutuhkan untuk menghasilkan bodily movement. Hubungan antara

gaya dan couple penyeimbang tersebut sering diekspresikan sebagai perbandingan

“moment-to-force”. Perbandingan moment-to-force 1—7 menghasilkan tipping

terkontrol, 8—1 menghasilkan bodily movement, dan bila lebih besar lagi menghasilkan

gaya memutar (torque). Namun, perbandingan Mc/Mf lebih dengan tepat menggambarkan

bagaimana gigi akan bereaksi, karena jarak antara titik aplikasi gaya ke pusat resistensi

gigi dapat bervariasi tergantung panjang akar, jumlah tulang alveolar, atau titik aplikasi

gaya berbeda dengan kondisi biasanya.

Pada kasus sebelumnya, jika gaya 50 gram digunakan untuk menarik insisivus

central yang protrusive, momentum 500 gm-mm dibutuhkan untuk menjaganya dari

tipping saat mahkota bergerak ke lingual. Momentum sebesar ini dalam batasan 18 mil

(0.45 mm) dapat dihasilkan dan membutuhkan gaya kebalikan sebesar 1100 gram,

berasal dari pemutaran kawat. Gaya-gaya ini di dalam bracket hanya menghasilkan

momentum murni, sehingga ligamen periodontal tidak merasakan gaya yang besar.

B. Bracket Sempit dan Lebar dalam Sistem Alat Tetap (Fixed)

Kontrol posisi akar dengan alat orthodontic terutama dibutuhkan dalam dua

situasi, yaitu ketika akar gigi butuh diputar (torqued) ke fasial atau lingual dan ketika

pergerakan mesiodistal akar dibutuhkan untuk kesejajaran gigi yang sesuai. Kunci dari

dimensi terletak pada kawat; momentum dibuat di bracket dan lebar bracket menentukan

panjang lengan momentum. Semakin lebar bracket, semakin mudah untuk menciptakan

momentum yang dibutuhkan untuk membawa akar bersama di site ekstraksi atau untuk

mengontrol posisi mesiodistal akar.

Pada kasus penarikan akar dari gigi kaninus ke site ekstraksi premolar pertama

dengan gaya penarikan atau retraksi sebesar 100 gram dan jarak bracket ke pusat

resistensi adalam 10 gram, 1000 gm-mm momentm akan dibutuhkan. Jika bracket pada

gigi ini selebar 1 mm, 1000 gram gaya akan dibutuhkan pada tiap sudut bracket, namun

jika bracket selebar 4 mm, hanya diperlukan 250 gram gaya di tiap sudut.

Pengikatan (binding) kawat di sudut bracket dipengaruhi oleh gaya bracket yang

berkotak dengan kawat dan sudut kontak antara kawat dan bracket, seperti pada gambar

di atas.

Disamping keuntungan-keuntungannya, semakin lebar bracket pada gigi, semakin

kecil jangkauan interbracket diantara gigi yang bersebelahan, dan menyebabkan semakin

pendek panjang efektif segmen kawat. Pengurangan jangkauan segmen kawat seperti ini

menurunkan sifat pegas dari kawat dan jarak kerjanya. Oleh karena itu, penggunaan

bracket yang sangat lebar merupakan suatu kontraindikasi. Lebar maksimum wide

bracket sekitar setengah dari lebar gigi dan bracket yang lebih sempit memiliki

kentungan ketika gigi malaligned karena jangkauan intrabracket yang lebih besar

memberikan kekuatan pegas lebih untuk tiap kawat.

C. Efek Ukuran Slot Bracket pada Sistem Edgewise

Penggunaan kawat persegi panjang dalam slot bracket dicetuskan oleh Edward

Angle di akhir 1920 dengan mekanisme lengkung edgewise. Alat yang asli didesain

untuk penggunaan kawat emas, dan ukuran slot bracket 22 x 28 mil didesain untuk

memuat kawat persegi panjang dengan dimensi yang kira-kira sama. Tujuan utama dari

desain alat adalam torque yang efisien.

Setelah kawat baja menggantikan emas, kalkulasi yang digunakan Angle tidak

lagi valid karena kawat baja yang ukurannya sama, jauh lebih kaku. Alternatifnya adalah

mendesain ulang alat edgewise namun dioptimalkan ukuran slot bracketnya untuk baja.

Pengurangan ukuran slot dari 22 menjadi 18 mil didasarkan pada tujuan ini. Walaupun

ukuran slot lebih kecil, kawat baja full-dimension tetap memproduksi gaya yang sedikit

lebih besar dari sistem original edgewise. Torque yang baik juga dapat dihasilkan dengan

kawat baja dan 18 mil bracket edgewise.

Pada sisi lain, menggunakan kawat terlalu kecil di bracket edgewise dapat

menurunkan komponen friction dari resistensi untuk menggeser gigi di sepanjang kawat,

sehingga menjadi pertimbangan yang penting pula saat pergantian emas menjadi baja.

Pada prakteknya, menggeser gigi sepanjang kawat membutuhkan clearance paling tidak

2 mil untuk meminimisasi friction, semakin banyak clearance semakin baik. Kekuatan

yang lebih besar dari kawat 18 mil dibandingkan dngan kawat 16 mil merupakan salah

satu kelebihannya dalam menggeser gigi. Kawat 18 mil akan memberikan clearance yang

sempurna di dalam 22-slot bracket namun dapat fit dengan rapat di 18-slot bracket. Untuk

itu, 22-slot bracket yang asli memiliki beberapa keunggulan selama penutupan ruang

namun menjadi suatu kerugian saat torque dibutuhkan nantinya.

Pada situasi ini, dibutuhkan kawat titanium. Jika kawat baja harus digunakan,

sistem slot 18 mil mempunyai keuntungan yang banyak dibandingkan ukurang slot

bracket yang lebih besar. Kawat Ni-Yo sistem slot-nya memiliki springback yang

semurna dan resistan terhadap deformasi permanen, sehingga dapat mengatasi beberapa

keterbatasan alignment dari kawat baja dengan slot bracket selebar 22 mil. Selain itu NiTi

persegi panjang dan kawat beta-Ti menyediakan keuntungan dibandingkan baja dalam

menyelesaikan fase perawatan dan control torque. Singkatnya, kawat titanium sangatlah

membantu dalam mengatasi masalah yang berhbungan dengan penggunaan berkelanjutan

dari ukuran slot edgwewise asli yang berkelanjutan.

ANCHORAGE

Anchorage adalah suatu tempat perlawanan (resistance) dimana kekuatan

dihasilkan untuk menggerakkan gigi. Anchor berarti sauh (jangkar). Pembagian

penjangkaran :Menurut sumbernya (letaknya) dikenal dua sumber utama :

1. Intraoral anchorageIntraoral anchorage dapat berupa :

a. Tooth Borne Anchorage

Tempat perlawanan diletakkan pada gigi di dalam mulut, dibagi menjadi:

• Intramaxillary Anchorage

Tempat perlawanan diletakkan pada gigi dalam satu rahang dipakai untuk

menggerakkan gigi dalam rahang yang sama.Menurut sifatnya intramaxillary

anchorage dibagi menjadi :

← -  Simple Anchorage Gigi anchorage mempunyai

daya tahan (resistance) lebih besar dari gigi yang

digerakkan (satu gigi dipakai untuk menggerakkan

satu gigi).

← -  Compound AnchorageBeberapa gigi digabung

untuk menggerakkan satu gigi.

← -  Stationary AnchorageSama seperti simple

anchorage tetapi alat dibentuk sedemikian rupa

sehingga gigi anchorage dapat bergerak secara

bodily. Occipital anchorage dapat dipakai sebagai

alat untuk membentuk stationary anchorage, atau

suatu alat dengan pemakaian buccal tube dapat

mencegah gigi anchorage bergerak secara tilting

akan tetapi memungkinkan bergerak secara bodily.

← -  Reciprocal AnchorageBila kekuatan ortodontik

yang dikenakan pada gigi atau gigi-gigi akan

didistribusikan sama kuat pada kedua belah sisi,

sehingga gigi atau gigi-gigi akan bergerak sama pada

kedua sisi.

- Reciprokal anchorage dapat digunakan pada gigi-gigi dalam satu rahang atau

dapat pada kedua rahang yang saling berlawanan

• Intermaxillary Anchorage

Anchorage pada satu rahang dipakai untuk menggerakkan gigi pada rahang

yang berlawanan

b. Tissue Borne Anchorage

Anchorage yang diletakkan pada jaringan lunak dalam mulut, dapat pada mukosa

palatum atau pada otot-otot perioral.

2. Extraoral Anchorage

Sistem penjangkaran yang diletakkan diluar mulut. Dapat berupa :

• Occipital anchorage Anchorage diletakkan di daerah occipital

• Cervical anchorage Anchorage diletakkan pada tengkuk.

PRINSIP AKSI REAKSI

Alat orthodontik adalah suatu sistem yang menyimpan dan mengasilkan gaya

melawan gigi, otot, atau tulang, dan menciptakan reaksi didalam ligamen periodontal dan

tulang alveolar yang menyebabkan pergerakan gigi atau mengubah morfologi dan

pertumbuhan tulang. Kesimpulannya, dalam alat orthodontik terdapat 2 prinsip dasar,

yaitu yang berhubungan dengan gaya orthodontik dan pergerakan gigi sebagai akibat dari

gaya tersebut.

Sumber: Profitt, Contemporary Orthodontics,5th ed, 2013.