Chapitre 5 Orthodontie
Principes : biomécanique et réactions tissulaires
Réactions tissulaires au cours du déplacement orthodontique1
À la fin du xixe siècle, Farrar écrivait : « Les dents peuvent se déplacer selon deux types de changements tissulaires, soit par absorption de l’alvéole d’un côté et croissance d’un nouveau support de l’autre, soit par déformation de l’alvéole. » À partir de cette dernière hypothèse, Farrar élabore une technique avec des appareillages susceptibles de déplacer les dents par déformation du procès alvéolaire. Un peu plus tard, Angle développe, à partir des travaux d’Oppenhein, une nouvelle technique bannissant « les forces qui font ployer l’os », basée sur le déplacement dentaire par apposition-résorption osseuse. Contrairement aux autres auteurs, l’école d’Angle déclare employer des forces légères.
Cette notion de force légère va, elle aussi, évoluer en fonction des techniques, des connaissances histologiques et de l’observation des effets iatrogènes des traitements orthodontiques (résorption radiculaire, perte d’attache et d’os marginal).
Ces effets et l’observation de déplacements physiologiques au cours du vieillissement ou lors de pertes dentaires prématurées, ont amené les orthodontistes à rechercher des systèmes mécaniques permettant de réaliser des déplacements dentaires les plus proches possibles des déplacements physiologiques.
Tout l’art de l’orthodontiste est de mettre en place un système mécanique remplissant deux nécessités contradictoires :
C’est le plan de traitement initial qui va établir les déplacements souhaités, ou non, des différentes dents de l’arcade.
Remaniement physiologique
Ce sont les phénomènes de remodelage des éléments du parodonte qui vont, suite à l’application d’une force, s’adapter et permettre le déplacement dentaire.
Comme de nombreux autres tissus, les tissus péridentaires ont, à l’état sain, un rythme de renouvellement à la fois cellulaire et extracellulaire. Ce turn-over concerne les cellules, les fibres et la substance fondamentale du desmodonte, de l’os alvéolaire et, dans une moindre mesure, du cément.
Ce sont tous ces remaniements qu’il convient de comprendre, car c’est en fait la perturbation de ces phénomènes qui permet le déplacement orthodontique des dents.
Remaniement du desmodonte
Le ligament alvéolodentaire a une double responsabilité au niveau du remodelage :
Remodelage ligamentaire
Les fibres de collagène sont détruites et remplacées de façon continue.
Le collagène est produit par les fibroblastes et sa synthèse est directement liée au nombre et à l’activité de ces cellules.
L’activité de dégradation du collagène serait en relation avec des propriétés de catabolisme des fibroblastes eux-mêmes.
En effet, selon Ten Cate et al. [6], les fibroblastes ont des propriétés communes avec les macrophages, notamment de phagocytose.
Selon cet auteur, l’ensemble de ces opérations, produites par le fibroblaste, se déroule en présence de vitamine C.
Il a également montré que ces opérations pouvaient être réalisées simultanément par le fibroblaste.
Contrôle de l’activité osseuse
Lorsque le ligament alvéolodentaire est atteint, la dent s’ankylose.
Cela correspond, au niveau de la zone lésée, à l’envahissement du ligament, puis de la racine, par les processus de remodelage osseux.
Donc, pour assurer la protection de la racine le ligament met en place un contrôle des phénomènes de remodelage osseux.
D’après Andreasen [1], ce sont les fibroblastes, les cémentoblastes et les cellules périvasculaires qui permettent cette protection radiculaire.
Melcher [5], quant à lui, a montré, sans pouvoir en expliquer le mécanisme, que le ligament contrôle l’ostéogenèse, en empêchant les cellules progénitrices des ostéoblastes d’envahir la zone ligamentaire.
Ce sont les éléments cellulaires fibroblastiques qui empêchent la fusion de l’os et de la dent (c’est-à-dire l’ankylose).
Les fibroblastes inhibent la différenciation des ostéoblastes par la libération de différents facteurs solubles tels que les prostaglandines.
Remodelage de l’os alvéolaire
L’os alvéolaire est un tissu conjonctif dont la substance intercellulaire, fabriquée par ses cellules, se minéralise.
Il est constitué de cellules osseuses et d’une matrice fibreuse (90 % collagène, 10 % glycoprotéines) qui est secondairement minéralisée.
Pour assurer ses fonctions d’homéostasie, d’hématopoïèse, de support et de protection, l’os alvéolaire, comme l’ensemble des os de l’organisme, est soumis à un remodelage assuré par les ostéoblastes (d’origine mésenchymateuse) et les ostéoclastes (d’origine hématopoïétique).
Ces remaniements ont lieu dans des foyers bien localisés appelés basic multicellular unit (BMU), et selon la séquence activation–résorption–inversion–formation (ARIF) :
Cette séquence ARIF est suivie par une phase dite de quiescence durant laquelle l’os nouveau est tapissé par des cellules bordantes.
La différence de constitution entre l’os cortical et l’os trabéculaire (moins de cellules, plus de substance minéralisée dans l’os cortical) entraîne des différences de comportement.
Le remodelage est soumis à une régulation par des facteurs généraux (hormones calciotropes) et des facteurs locaux (facteurs de croissance, cytokines, interleukines…).
L’activation du cycle cellulaire est déclenchée sous l’effet d’un message général, régional ou local, entraînant les phénomènes de résorption au niveau d’une surface osseuse déterminée.
Remaniement thérapeutique
L’application continue d’une force sur une dent va entraîner des réactions biologiques afin de diminuer les contraintes subies.
Il y a mise en jeu et orientation des phénomènes de remodelage avec, pour conséquence, le déplacement dentaire.
Effets immédiats
On observe après l’application d’une force sur une dent, des effets immédiats :
Effets à plus long terme
Un certain temps de latence va être nécessaire pour que le déplacement se poursuive. Il correspond à la mise en jeu des phénomènes histologiques de remodelage. Cependant, ce temps de latence est très variable (de un à une dizaine de jours). Cette différence s’explique par le niveau de pression qu’entraîne le système mécanique :
La dent se déplace, mais reste maintenue à l’os. Du côté en pression, il existe des zones en résorption et d’autres en apposition, mais avec, en valeur absolue, plus de résorption. C’est l’inverse du côté tension (figures 5.1 et 5.2).
Mise en jeu de ces phénomènes
L’application de la force entraîne plusieurs phénomènes pouvant participer à la mise en jeu du remodelage :
Force idéale
De nombreux auteurs ont essayé de définir une force idéale ou optimale pour le déplacement dentaire. Cette force doit permettre un déplacement le plus rapide possible. Ainsi, Storey et Smith ont observé un déplacement plus rapide lors d’un recul canin avec des forces de l’ordre de 150–200 g.
La force idéale ne doit pas être iatrogène. Cependant, l’observation de cas cliniques montre certains effets iatrogènes :
Plusieurs éléments peuvent expliquer ces phénomènes :
Au vu de ces éléments, idéalement, la force optimale est celle qui permet le déplacement le plus rapide sans phénomènes de hyalinisation tout en contrôlant l’inflammation. Cela est vrai pour la dent à déplacer, mais, pour les dents d’ancrage, le niveau de force doit être suffisamment faible pour se situer sous le seuil d’enclenchement des réactions histologiques afin de limiter le déplacement de ces dents (figure 5.3).
Principes mécaniques généraux2
Les principes de mécanique s’appliquent à tout appareil orthodontique, fixe ou amovible, à action orthodontique ou orthopédique. La bonne connaissance de ces principes permet de choisir le système de forces, le dispositif le plus adapté aux mouvements que l’on souhaite provoquer et d’en maîtriser l’action et les effets parasites éventuels.
Notion de force et de couple de forces
Une force se définit comme une action mécanique capable de déformer un corps ou de modifier la quantité de mouvement de ce corps, c’est-à-dire de le déplacer.
Une force est représentée par un vecteur, déterminé par :
Rythme d’application de la force
C’est un élément d’étude complémentaire en biomécanique orthodontique mais qui n’intervient pas dans l’étude mécanique. Néanmoins on peut distinguer :
Intensité des forces
Selon l’intensité, on distingue des forces orthodontiques (80 à 160 g) applicables à la région alvéolodentaire et des forces orthopédiques (à partir de 400 g) à action plus squelettique et réservées au sujet en croissance.
La force optimale que l’on peut développer lors d’un déplacement dentaire provoqué est celle qui a le meilleur rendement en vitesse de déplacement dentaire, qui permet donc d’obtenir le rapport vitesse/force maximal. Cliniquement, l’intensité de la force est optimale quand, appliquée sur la dent à mobiliser et sur les dents d’ancrage, elle permet de respecter leurs déplacements prévus dans le plan de traitement. La difficulté est d’obtenir et surtout de maintenir constante cette force optimale au cours du déplacement que l’on veut réaliser.
Le choix du principe du mécanisme et celui du fil participant à l’action sont primordiaux et étroitement liés.
Notion de couple de forces
Dans certaines situations (torque, version, dérotation…) (figure 5.4), deux forces sont réunies pour réaliser un mouvement. Elles constituent un couple de forces, lorsqu’elles sont de :
Centre de résistance
Le centre de gravité d’une dent est le point d’application de son poids. La notion de centre de résistance (Cr) apparaît au moment où la dent est placée dans le milieu osseux. Cr est alors le point par lequel doit passer la ligne d’action d’une force appliquée à une dent pour obtenir un mouvement de translation pure de cette dent.
La localisation du centre de résistance, indépendante du système de forces, dépend alors :
Le Cr se situe approximativement au niveau du premier tiers radiculaire (en partant de la crête alvéolaire) pour une dent monoradiculée, au niveau de la furcation pour une dent pluriradiculée.
Centre de rotation
C’est le point autour duquel tourne un solide si on lui applique une force qui ne passe pas par son centre de résistance. Il est dépendant du système de forces et, à la différence du centre de résistance, n’est pas obligatoirement situé sur la dent. Il s’agit en réalité d’un centre instantané de rotation car il varie avec le déplacement de la dent et la désactivation du dispositif orthodontique.
Moment d’une force, d’un couple
Lorsque la ligne d’action ne passe pas par le centre de résistance, le corps effectue une translation associée à une rotation.
Le moment de la force M(f) caractérise cette rotation et correspond au produit de l’intensité de la force (F) par la distance orthogonale de sa ligne d’action au centre de résistance (d) :
Le moment d’un couple M(c), dont les forces sont d’intensité égale, correspond au produit de l’intensité d’une des deux forces (Fc) par la distance orthogonale entre les deux lignes d’action (dc) :
Le rapport moment/force est l’élément essentiel de la gestion mécanique du dispositif orthodontique. Il détermine le mouvement que l’on va réaliser et la position du centre de rotation :

Fig. 5.6 Rétraction incisive sur fil rond, le centre de rotation (Co) est proche du centre de résistance.

Fig. 5.7 Rétraction incisive sur fil rond ou sous-dimensionné avec courbure de tip forward (courbure antérieure à direction apicale).
Cette dernière assure un moment (Mft) de distoversion apicale qui atténue le moment (Mfr) généré par la force de recul (Fr).

Le torque radiculopalatin incisif assure le couple de forces générant un moment (Mc) opposé à celui (Mfr) produit par la force de recul (Fr).

La courbure de tip forward assure le couple de forces générant un moment (Mc) opposé à celui (Mfr) produit par la force de recul (Fr, chaînette élastomérique).

Fig. 5.10 Torque radiculopalatin incisif sur arc continu.
L’oméga ligaturé en postérieur permet de limiter la vestibuloversion coronaire des incisives et permet l’expression du mouvement de racine. Toutefois, un renfort d’ancrage peut être nécessaire pour une éviter une mésioversion molaire qui peut apparaître en tant qu’effet parasite.
Les dispositifs orthodontiques permettent aussi la réalisation de trois déplacements complémentaires :
Situations d’équilibre
Les déplacements orthodontiques sont très lents. Ainsi à un instant t, le système dento-alvéolaire est en équilibre. La somme des forces et des moments est alors nulle. Dans ce contexte, il est possible de mieux appréhender les effets recherchés ou parasites des dispositifs orthodontiques. Trois principales situations d’équilibre sont classiquement commentées.
Situation en V symétrique (encadré 5.1)
Encadré 5.1 Situation en V symétrique : exemple clinique
Dérotation molaire par Gosh-Garian ou courbure esthétique entre 11 et 21 en Edgewise standard (figure 5.11). Les moments des couples de forces sont égaux et opposés.
Situation en V asymétrique (encadré 5.2)
La courbure du fil est décentrée entre les attaches nivelées (figure 5.12). L’effort d’insertion du fil est plus important du côté décentré, le couple de forces apparaissant à l’entrée et à la sortie de cette attache sera plus important, générant un moment (et donc une rotation) plus fort et de sens inverse à celui apparaissant au niveau de l’attache opposée. La somme des forces mises en jeu est nulle, celle des moments ne l’est pas.
Encadré 5.2 Situation en V asymétique : exemple clinique
Courbure d’inclinaison antérieure (tip forward) d’une canine avant sa rétraction (figure 5.12). L’asymétrie des couples de forces mis en place est compensée par un couple d’arcade provoquant une égression canine et une ingression prémolaire associées dans une bascule anti-horaire du plan d’occlusion.

Fig. 5.12 Situations en V asymétrique : courbure d’inclinaison mésiale d’une canine mandibulaire.
A. Courbure de version mésiale sur une canine mandibulaire.
B. Situation équivalente lors de l’insertion d’un fil droit en technique pré-informée lors du nivellement de dents inclinées asymétriquement.
McfA (moment couple de forces A) ; Mcf B (moment couple de forces B) ; Meq (moment d’équilibre) ; McfA= – (McfB + Meq).
Le système doit donc être complété par un moment global, équilibrant, qui provoquera une force égressive du côté décentré et ingressive du côté opposé.
Situation en V très asymétrique et situation en escalier (encadré 5.3)
Ces deux situations produisent des actions et réactions similaires.
Encadré 5.3 Situation en V très asymétrique et en escalier : exemple clinique
Courbures de tip back (inclinaison postérieure type préparation d’ancrage) dans la région prémolaire en Edgewise standard.
Une situation équivalente est rencontrée lors de l’insertion d’un arc de base d’ingression incisive : tip back molaire très accentué et torque radiculo-vestibulaire incisif. Le moment d’équilibre favorise l’ingression incisive, l’égression molaire, une bascule horaire du plan d’occlusion, phénomènes d’autant plus marqués que les forces occlusales sont faibles (cf. figure 5.14c).

Fig. 5.14 Situations en escalier.
A. Courbures de version distale sur les prémolaires.
B. Situation équivalente lors de l’insertion d’un fil droit durant le nivellement.
c. Situation équivalente lors de l’insertion d’un arc de base d’ingression incisive.
La bonne connaissance et la maîtrise de ces principes simples de biomécanique sont indispensables à la gestion du déplacement dentaire. Trois idées fortes ressortent :
Appareils multi-attaches
Principes3
Même si certains déplacements dentaires peuvent être effectués avec des appareils amovibles et malgré les progrès des gouttières d’alignement, seuls les appareils multi-attaches permettent d’assurer un contrôle rigoureux des déplacements dentaires dans les trois dimensions de l’espace. Ce chapitre sur l’orthodontie se limite donc aux principes des techniques multi-attaches.
Dans ce type d’appareils, l’attache et le fil forment un couple indissociable qui assure le déplacement de la dent et son contrôle. Selon les phases et les techniques, l’arc peut, par son élasticité, assurer le déplacement d’une dent ou d’un groupe de dents (alignement, rétraction par arc ou sectionnel à boucle) ou guider le déplacement des dents mobilisées par un accessoire à la manière d’un rail (recul canin ou incisif en glissement).
La force exercée par l’arc sur la dent et le moment éventuel induit dépendent des caractéristiques mécaniques de l’arc et de sa déformation lors de l’insertion dans l’attache. En effet, par son élasticité, l’arc tend à retourner à sa forme initiale en délivrant sur la dent une force responsable de son déplacement.
Informations
La position finale recherchée pour la dent est contrôlée par les informations contenues dans l’arc (techniques non informées) ou dans l’attache (techniques pré-informées). Dans les deux cas, la lecture de l’information est assurée par la déformation de l’arc pour rentrer dans la gorge de l’attache.
Ces informations concernent les trois dimensions de l’espace (encadré 5.4).



Fig. 5.15 Informations de 1er ordre en techniques non informées et en techniques pré-informées.
A. Compensation des différences d’épaisseur de la partie vestibulaire des dents.
B. Information anti-rotation sur la molaire.
C. Courbures de 1er ordre sur l’arc en techniques non informées.

Fig. 5.16 Informations de 2e ordre (angulation) en techniques non informées et en techniques pré-informées.

Fig. 5.17 Informations de 3e ordre (inclinaison) en techniques non informées et en techniques pré-informées.
La lecture de l’information dépend aussi du remplissage de la gorge par l’arc. L’information ne peut être lue en totalité par le couple « arc-attache » que s’ils sont de même dimension. L’utilisation d’arcs sous-dimensionnés induit un jeu entre l’arc et la gorge de l’attache d’où résulte une perte des informations de deuxième ordre et surtout de troisième ordre (figure 5.18).
De plus, en raison de la convexité des faces vestibulaires des dents, les informations de troisième ordre contenues dans l’attache dépendent de la position de l’attache sur la dent et de la régularité de l’épaisseur de colle sous l’attache (figure 5.19).
L’intensité de la force délivrée dépend des caractéristiques du fil utilisé : section, longueur et module d’élasticité.
De plus, le déplacement dentaire obtenu, surtout dans les phases de glissement, est aussi fonction des phénomènes de friction entre l’arc et la gorge de l’attache. Plus cette friction est importante, plus la force utilisée pour un même déplacement devra être importante.
La friction dépend principalement :
Choix des différentes attaches
Chaque type d’attaches présente des avantages et des inconvénients qui, selon les diverses techniques, sont plus ou moins compensés par d’autres éléments de l’appareil. Sans entrer dans le détail de chaque technique, on peut retenir les principaux éléments suivants.
Attaches étroites ou attaches larges
Selon les techniques, les attaches peuvent présenter deux ou quatre plots (attaches simples ou doubles). L’augmentation de la largeur de l’attache et de sa gorge diminue la distance de travail interattache de l’arc réduisant par là même l’élasticité de ce segment. À l’opposé, elle améliore le contrôle de la dent en particulier dans le sens mésiodistal limitant les versions qui peuvent freiner le glissement de l’attache sur l’arc et facilite la correction des rotations.
Gorge .018×.025 ou gorge .022×.028
Même s’il existe d’autres dimensions de gorge, ce sont les dimensions les plus courantes.
La sélection de gorges .022×.028 permet :
Mais elle rend le remplissage de la gorge plus difficile avec, par conséquent, présence d’un jeu important entre l’attache et l’arc, le plus souvent sous-dimensionné.
Les niveaux des forces délivrées peuvent être plus importants.
L’utilisation de gorges de dimensions différentes au niveau du secteur antérieur et des secteurs latéraux vise à optimiser le contrôle du secteur antérieur, particulièrement de l’inclinaison vestibulopalatine des incisives, tout en facilitant le glissement de l’arc au niveau des secteurs latéraux.
Attaches non informées ou attaches pré-informées (figure 5.20)
Lors de l’utilisation d’attaches non informées (technique de Tweed-Merrifield ou Edgewise standard), la réalisation des informations sur l’arc :
De plus, ces courbures sont difficiles à réaliser de manière strictement identique d’un arc à l’autre et peuvent ainsi imposer aux dents de très légers mouvements de va-et-vient non souhaitables.
En échange, les arcs façonnables permettent tout au long du traitement une individualisation des informations en fonction :
Ces arcs assurent aussi un meilleur contrôle et un meilleur respect de la forme d’arcade.
À l’opposé, les attaches pré-informées :
En revanche, ces arcs préfabriqués modifient le plus souvent, dans les premières phases de traitement la forme d’arcade.
Ce type d’attaches nécessite une individualisation des informations en fin de traitement.
Attaches autoligaturantes ou non
Les attaches autoligaturantes limitent les phénomènes de friction liés aux ligatures élastomériques et métalliques. Elles assurent ainsi le glissement des dents sur l’arc avec des forces légères compatibles avec les conditions histologiques optimales du déplacement dentaire. Leurs avantages biomécaniques et ceux des arcs auxquels elles sont couplées seront développés lors de la présentation des techniques autoligaturantes (cf. p. 188).
Baguage et collage4
Position des attaches
Classiquement, en technique Edgewise non informée (Edgewise standard ou technique de Tweed-Merrifield), l’attachement est centré sur la face vestibulaire dans le sens mésiodistal, selon le grand axe de la dent, sa gorge étant parallèle au bord occlusal de la dent à une distance donnée de celui-ci (tableau 5.1).
Le positionnement plus occlusal de la gorge sur les molaires favorise la désocclusion postérieure. Celui sur l’incisive latérale permet de respecter la différence de hauteur des bords libres des incisives centrales et latérales. Le positionnement plus gingival de l’attachement sur la canine maxillaire facilite l’établissement de la protection canine.
Ces critères de placement peuvent être modulés pour anticiper la correction de la malocclusion mais toujours de façon très limitée. Ainsi, par exemple, en cas d’infraclusion incisive, les incisives pourront être collées légèrement plus gingivalement et inversement en cas de supraclusion.
En techniques pré-informées, les informations transmises à la dent dépendent de la position de l’attachement. Il convient donc de respecter les critères de positionnement recommandés par les différents auteurs. Ainsi, pour Andrews, l’attachement doit être positionné sur le point FA (point médian de l’axe de la couronne clinique).
Collage
Principes et systèmes de collage
L’application des progrès des techniques de collage en orthodontie permet d’assurer la stabilité des attachements sans utilisation de bagues, facilitant ainsi la prophylaxie.
L’émail est un substrat essentiellement minéral (86 à 98 %). Le mécanisme d’adhésion à l’émail repose sur un ancrage micromécanique. Les substrats non amélaires, rares chez l’enfant, ne sont pas envisagés ici.
Le collage s’effectue en quatre étapes dont la qualité conditionne le succès de l’assemblage.
1. Le nettoyage et l’activation de la surface : le nettoyage de la surface amélaire avec une brossette enduite de ponce est préconisé pour éliminer les glycoprotéines salivaires et les résidus de plaque dentaire. Il entraîne une activation de cette surface améliorant sa mouillabilité.
2. La déminéralisation de l’émail : selon le système utilisé, la déminéralisation de l’émail suit et complète le nettoyage de la surface amélaire ou s’effectue simultanément avec la pénétration de la colle dans les zones déminéralisées (colles auto-mordançantes). Le traitement de l’émail est adapté au matériau de collage utilisé :
Il est suivi dans tous les cas d’un rinçage soigneux et d’un séchage.
Dans les colles auto-mordançantes, la déminéralisation est obtenue grâce au monomère acide contenu dans l’adhésif.
En cas de collage sur une reconstitution partielle au composite, la déminéralisation est effectuée en deux temps. Le traitement de la partie reconstituée est réalisé à l’acide fluorhydrique pendant environ 2 min. La partie amélaire est préparée à l’acide orthophosphorique comme le reste de l’arcade.
3. La pénétration de la colle dans les zones déminéralisées.
4. La polymérisation de la colle.
Selon le mécanisme initiateur de la réaction de polymérisation, on distingue :
Le collage de l’attachement sur la dent constitue un assemblage présentant deux interfaces :
Cahier des charges des systèmes de collage orthodontique
Les systèmes de collage utilisés en orthodontie doivent répondre à un certain nombre d’impératifs :
Actuellement, aucun système de collage ne peut remplir toutes ces conditions imposant une sélection en fonction des propriétés des colles utilisées et de la situation clinique (tableaux 5.2 et 5.3).

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