Chapitre 5 Orthodontie

E. Bardinet, C. Bazert, K. El Amrani, L. Hitmi, M.-J. Boileau, J.-P. Ortial, C. Lemasson, P. Planché, A. Pujol, M. Le Gall, P.-J. Soulié, C. Dunglas, C. Philip-Alliez, A. Salvadori, A. Thillard

Principes : biomécanique et réactions tissulaires 116

Appareils multi-attaches 123

Techniques orthodontiques 169

Principes : biomécanique et réactions tissulaires

Réactions tissulaires au cours du déplacement orthodontique ¹

On sait depuis longtemps que les dents peuvent être déplacées, mais tous les mécanismes biologiques permettant ces déplacements sont encore loin d’être connus.

À la fin du xix^e 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 :

• permettre des déplacements plus ou moins importants de certaines dents au sein de l’arcade ;

• prendre appui sur une autre zone de l’arcade dentaire dont les déplacements doivent être nuls, limités ou tout au moins contrôlés.

C’est le plan de traitement initial qui va établir les déplacements souhaités, ou non, des différentes dents de l’arcade.

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.

Il a précisé que ni les fibres de collagène, ni la substance fondamentale du ligament n’ont cette propriété.

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) :

• résorption : les ostéoclastes détruisent le tissu osseux ;

• inversion :

– mise en jeu des cellules mononuclées type macrophages, qui établissent la limite os nouveau/os ancien (ligne cémentante),

– recrutement de préostéoblastes qui se différencient en ostéoblastes ;

• formation :

– apposition de tissu ostéoïde le long de la ligne cémentante,

– minéralisation.

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 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 :

• une pression faible limite la circulation sanguine qui reste cependant possible et les phénomènes de résorption vont pouvoir se mettre en place rapidement : on parle de résorption directe ;

• une pression forte dans certaines zones empêche toute vascularisation, avec pour conséquences une nécrose et une dégénérescence localisées des cellules. Cette zone avait été décrite par Reitan et appelée zone hyaline du fait de son aspect au microscope optique. Dans ces zones, le remodelage ne peut s’organiser, empêchant le déplacement. Celui-ci va être possible grâce à la mise en jeu des phénomènes de remodelage à partir des espaces médullaires ou de la zone périostée voisins. On parle de résorption indirecte. Une fois la zone hyaline résorbée, la dent peut se déplacer.

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).

Fig. 5.1 Modification du remaniement osseux lors de l’application d’une force [2].

Le déplacement initial (di, flèche) entraîne l’apparition d’une zone hyaline (H) dans le desmodonte (D). À la périphérie a lieu une résorption latérale directe (RLD) de la lame cribriforme (LC) ; dans les espaces médullaires (EM) apparaît une résorption ostéoclastique indirecte (RI) au niveau de la zone hyaline, induite par une nécrose ostéocytaire (NO). À distance, les espaces médullaires réagissent à la résorption directe par une apposition de compensation (AC).

Fig. 5.2 Correspondance entre la courbe de déplacement et les différents stades morphologiques de la réaction osseuse [2].

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 :

• des résorptions radiculaires ;

• des récessions parodontales localisées ;

• des pertes osseuses.

Plusieurs éléments peuvent expliquer ces phénomènes :

• le niveau des forces appliquées pendant le traitement, ou plus exactement le niveau de pression que le système mécanique induit. En effet, une même force responsable d’une version ou d’une égression entraîne des niveaux de pression très différents, puisque rapportée à une surface radiculaire différente. Le phénomène de hyalinisation est souvent incriminé, et pour le limiter, certains préconisent un niveau de pression inférieur à la pression sanguine pendant le traitement (moins de 20 g/cm²) ;

• le contact sur les corticales, zones plus minéralisées avec moins de cellules, qui peut entraîner des excès localisés de pression ;

• des mouvements intempestifs des dents en dehors des limites osseuses ;

• la présence d’inflammation parodontale pendant le traitement à laquelle s’ajoutent les phénomènes inflammatoires du déplacement.

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).

Fig. 5.3 Diagramme force/vitesse et niveaux de forces idéaux [3].

Principes mécaniques généraux ²

Les mouvements dentaires provoqués sont très lents et ne nécessitent pas l’application des lois de la dynamique. Une simple analyse de mécanique statique, étude de l’équilibre des forces et moments en présence, est suffisante pour évaluer les actions et réactions engendrées par les dispositifs orthodontiques.

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 :

• sa ligne d’action (direction) ;

• son sens ;

• son intensité ;

• son point d’application.

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 :

• des forces continues : l’énergie libérée par le dispositif orthodontique décroît très progressivement (vitesse faible de décharge de la force ; ex. : lors d’une phase de nivellement par un fil superélastique, alliage dont le rapport charge–flexion est faible) ;

• des forces discontinues : l’énergie libérée par le système mécanique diminue très rapidement dès que la dent commence à se déplacer (ex. : action d’une plicature sur un fil acier, alliage dont le rapport charge–flexion est élevé) ;

• des forces intermittentes : des périodes sans dispositif actif alternent avec des périodes où un dispositif actif est en place (ex. : port d’une force extra-orale 12 h/24 h).

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 :

• même direction ;

• ligne d’action non confondue ;

• sens opposé ;

• intensité égale.

Fig. 5.4 Exemple d’utilisation de couples de forces lors de certains déplacements orthodontiques.

A. Version.

B. Torque radiculopalatin incisif.

C. Rotation molaire.

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 :

• du solide (forme et propriétés), pour la dent : longueur, nombre et forme des racines ;

• du milieu (propriétés) dans lequel il se trouve, pour le parodonte : hauteur et densité de l’os alvéolaire essentiellement (figure 5.5).

Fig. 5.5 Situation du centre de résistance d’une dent en fonction de la hauteur de l’os alvéolaire.

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 :

• mouvement en version incontrôlée : Co se situe au niveau du centre de résistance (figure 5.6) ;

• mouvement en version contrôlée : Co se situe au niveau de l’apex de la dent (figure 5.7) ;

• mouvement en gression (translation) : Co se situe à l’infini (apical) (figures 5.8 et 5.9) ;

• mouvement radiculaire, de torque : Co se situe au niveau du bord libre (figure 5.10).

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).

Fig. 5.8 Rétraction incisive.

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

Fig. 5.9 Recul canin.

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 :

• mouvement de rotation selon le grand axe de la dent : action d’un couple de force ;

• mouvement d’ingression ;

• mouvement d’égression.

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 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.

• V très asymétrique (figure 5.13) : lors de l’insertion d’une courbure décentrée très accentuée, le fil subit une déformation particulière engendrant un moment important du côté décentré et moins important du côté opposé mais de même sens. Un moment global d’équilibre est donc nécessaire comportant une force égressive côté décentré et ingressive côté opposé.

• Situation en escalier ou en gradin (figure 5.14) : deux courbures en épi appliquées au fil provoquent l’apparition de moments d’intensité égale ou non, mais de même sens. Un moment global d’équilibre est donc nécessaire comportant une force égressive d’un côté et ingressive du côté opposé.

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).