Conceptos basicos de biomecanica

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Universidad Central de Venezuela 
Facultad e Odontología 
Cátedra de Ortodoncia 
 
 
 
 
 Conceptos Básicos de Biomecánica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Od. Adriana Agell 
 
El movimiento ortodóncico es el resultado de la aplicación de fuerzas a los 
dientes. Los dientes y sus estructuras de sostén responden a estas fuerzas con 
una reacción biológica compleja que da por resultado el movimiento del diente a 
través del hueso. Las células del periodonto que responden a las fuerzas 
aplicadas desconocen el diseño de la aparatología, alambre o aleación con la 
que está hecho, su actividad se basa exclusivamente en el estrés y la 
deformación que ocurren en su medio ambiente. A fines de obtener una 
respuesta biológica precisa, se deberían aplicar estímulos precisos para poder 
lograr esto es necesario el conocimiento de los principios mecánicos que 
gobiernan las fuerzas para el control del tratamiento ortodóncico. 
 
La base del tratamiento ortodóncico consiste en la aplicación clínica de 
conceptos biomecánicos. La mecánica es la disciplina que describe el efecto de 
las fuerzas sobre los cuerpos, el término biomecánica se refiere a la ciencia de 
la mecánica en relación con los sistemas biológicos. El tratamiento ortodóncico 
aplica fuerzas a los dientes, las cuales son generadas por una gran variedad de 
aparatos. Algo análogo hallamos en el uso de fármacos en medicina donde la 
prescripción juiciosa requiere entender los mecanismos de acción de los agentes 
terapéuticos con el objetivo de obtener los resultados clínicos deseados. Para el 
éxito del tratamiento, el ortodoncista depende de una aplicación similar de los 
sistemas mecánicos de fuerzas. La aplicación correcta de los principios 
biomecánicos aumenta la eficacia del tratamiento ya que mejora la planificación 
y la prestación que se brinda. 
 
 
 
Es necesario comprender varios conceptos fundamentales para apreciar la 
pertinencia clínica de la biomecánica para la ortodoncia: 
 
 
 
 
Centro de Resistencia: 
 
Todos los objetos tienen un centro de masa, que es el punto a través del cual 
debe pasar una fuerza aplicada para mover un objeto libre en forma lineal, sin 
rotación alguna, en otras palabras es un punto de equilibrio en el objeto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Un diente dentro de su sistema periodontal de sostén no es un cuerpo libre, 
pues está restringido por el periodonto. El centro de resistencia es análogo al 
centro de masa para cuerpos restringidos. El Centro de Resistencia es 
equivalente al Centro de Equilibrio para cuerpos restringidos, es decir es el 
punto sobre el que una fuerza única producirá traslación, es decir todos los 
puntos del diente se moverían en línea recta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La localización aproximada del Centro de Resistencia sería entre la unión del 
tercio medio y el apical para los dientes monorradiculares, y para los 
multirradiculares está aproximadamente de 1 a 2 mm. apical a la bifurcación o 
trifurcación. Es importante destacar que el centro de resistencia es individual 
para cada diente y va a depender de la longitud y morfología radicular, la 
cantidad de raíces y el nivel de soporte del hueso alveolar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fuerza: 
 
Se define como la acción de un cuerpo (el alambre) sobre otro cuerpo (el 
diente) que tiende a cambiar la forma o movimiento del segundo cuerpo. Sus 
unidades son el Newton o gramos por milímetros/segundo. La fuerza es un 
vector que posee una dirección y una magnitud y se producen a lo largo de una 
línea que llamamos línea de acción. La magnitud de un vector se representa por 
su tamaño. La dirección se describe por la línea de acción, sentido y punto de 
origen. 
 
 
Punto de aplicación 
 Dirección 
 Magnitud 
 
 
 
Ritmo de aplicación de la fuerza: 
 
Continua: 
Fuerza que se mantiene en un porcentaje apreciable del original entre una visita 
del paciente y otra. Son fuerzas características de los aparatos fijos. 
 
Interrumpida: 
El nivel de fuerza disminuye a cero entre las activaciones. 
 
Intermitente: 
La fuerza desciende bruscamente a cero de forma intermitente cuando el 
paciente se quita el aparato. Son fuerzas características de los aparatos 
removibles 
 
Magnitud de la Fuerza: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gráfico representativo de la tasa de movimiento diario, relacionada con la magnitud de la fuerza 
ortodóncica. Se observa que el diente se mueve mas rapidamente cuando esta sometido a 
fuerzas de baja intensidad (F.O.) y que bajo cargas muy pesadas se inmoviliza (I) (modificado 
por Storrey y Smith) 
 
 
 
 
Fuerzas Inocuas: 
 
Esta categoría comprende las fuerzas de magnitud tan inocua que son 
incapaces de producir el efecto electroquímico responsables del movimiento 
ortodóncico. Son representadas en el gráfico por las fuerzas de magnitud cero 
hasta el punto M (movimiento). 
 
Fuerzas Leves: 
 
Con fuerzas de un determinado valor M se inicia el proceso de movimiento 
dentario como se observa en el gráfico desarrollado por Storry y Smith, en este 
punto la tasa de movimiento dentario ( mm por día) es mínima, sin embargo con 
el aumento de intensidad de la fuerza, rápidamente se alcanza el punto F.O. ( 
Fuerza óptima). 
 
Fuerza Optima: 
 
Es cuando la magnitud de la carga ortodóncica produce el movimiento dentario 
más eficaz, es la fuerza ideal capaz de producir movimiento ortodóncico y 
Burstone la define como aquella que proporciona un movimiento dentario rápido, 
sin molestias para el paciente y sin daño tisular(pérdida ósea o resorción 
radicular). 
 
Fuerza Pesada: 
 
Son aquellas que producen gran cantidad de áreas hialinizadas ( área donde la 
circulación sanguínea se volverá lenta o casi nula ocasionando degeneración o 
necrosis estéril de las fibras periodontales) estas áreas atrasan el movimiento 
dentario, el diente se mantendrá inmóvil por un período de tiempo, por eso 
cuanto más intensa es la fuerza (más distante de la fuerza óptima), menos será 
la velocidad de movimiento dentario. Estas fuerzas pesadas son más 
patológicas y ocasionan dolor, movilidad dentaria, reacciones pulpares, 
alteraciones radiculares y alteraciones de la cresta ósea alveolar. 
 
Momento: 
 
Cuando la fuerza se aplica sobre un cuerpo, lo que determinará el efecto será la 
relación entre la línea de acción de la fuerza y el Centro de Resistencia, 
entonces podemos encontrar dos posibilidades: que la fuerza pase por el Centro 
de Resistencia o que pase por fuera de él. En el primer caso se producirá el 
movimiento en masa (traslación pura) y en el segundo, que es lo que 
generalmente sucede en ortodoncia, ya que las fuerzas son aplicadas en la 
corona del diente, la traslación irá acompañada de cierto componente de 
rotación. 
 
A esa tendencia o capacidad de una fuerza para producir rotación se le llama 
momento. El momento de una fuerza es la medida de su capacidad para 
producir rotación. Se determina multiplicando la magnitud de la fuerza por la 
distancia perpendicular entre la línea de acción de la fuerza y el Centro de 
Resistencia. En consecuencia, se modifica al modificarse alguno de estos 
factores. Su dirección se halla siguiendo la línea de acción en torno del Centro 
de Resistencia hacia el punto de origen. La unidad del momento es gramo-
milímetro. 
Momento= Fuerza x Distancia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 gr/mm Corona=Palatino Raíz= Vestibular 
Cuando en un cuerpo actúan varias fuerzas lineales y varios momentos, como 
consecuencia de todas o alguna de las fuerzas, es posible determinar una fuerza 
resultante de todas las fuerzas y un momento resultante de todos los momentos. 
 
 
Centro de Rotación: 
 
Es un punto creado o producido dependiendo de las fuerzas que apliquemos y 
es elpunto sobre el cual se va a inclinar o va a rotar el diente, puede o no 
coincidir con el centro de resistencia. 
 
 
El movimiento dentario desde el punto de vista biomecánico, podrá clasificarse 
dentro de tres categorías amplias: 
 
• Movimiento de rotación pura, en cuyo caso el centro de rotación está 
situado en el centro de resistencia. 
• Movimiento de traslación pura o movimiento en masa cuando el centro de 
rotación está en infinito , no existe. 
• Movimiento de inclinación que incluye traslación con rotación y el centro 
de rotación esta en un punto intermedio. 
 
 
Movimiento de rotación Pura: 
 
La rotación pura de un diente requiere de una cupla y se produce cuando un 
diente rota sobre su centro de resistencia y el centro de rotación se encuentra en 
el eje longitudinal del diente. 
 
 
 
 
Cupla: 
 
Una cupla consiste en dos fuerzas paralelas de igual magnitud que actúan en 
direcciones opuestas y separadas por una distancia. La magnitud de una cupla 
se calcula multiplicando la magnitud de una de las fuerzas por la distancia 
perpendicular entre ambas. La unidad es también gramo-milímetro. La 
dirección de la rotación se determina siguiendo la dirección de una de las 
fuerzas en torno del Centro de Resistencia, hasta el origen de la fuerza opuesta. 
Las cuplas producen un movimiento rotacional puro en torno del centro de 
resistencia independientemente del sitio donde se aplique la cupla sobre el 
objeto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Movimiento de Inclinación: 
 
Es un tipo de movimiento que contiene traslación pero también rotación. Es el 
tipo de movimiento dental más simple ya que se requiere sólo de una fuerza 
simple para este tipo de movimiento. Una fuerza horizontal a nivel de la corona 
origina movimientos de dirección opuesta del ápice radicular y la corona del 
diente. La corona se mueve más que la raiz, cuando sucede lo contrario y la raiz 
se mueve más que la corona se conoce con el nombre de torque El centro de 
rotación se localizará apical al centro de resistencia y muy cerca del mismo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Inclinación 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Torque 
 
Movimiento en masa o traslación pura: 
 
La traslación de un diente ocurre cuando el ápice radicular y la corona se 
desplazan igual distancia y en la misma dirección horizontal, cuando es en 
dirección vertical se conoce como movimiento de intrusión o extrusión. El centro 
de rotación está en infinito, es decir no existe . 
 
 
 
 
 
 
Para conseguir movimiento en masa de un determinado diente se necesitaría 
que la fuerza que se aplique sobre él pase por el centro de resistencia. 
 
Para obtener traslación con fuerzas aplicadas a nivel de la corona se requiere 
una cupla y una fuerza simple que sean equivalentes al sistema de fuerzas a 
través del centro de resistencia. Al aplicar una fuerza simple produciremos un 
momento o inclinación y traslación hacia la dirección en que es aplicada esta 
fuerza y el centro de rotación estará ubicado en algún lugar entre el ápice y el 
centro de resistencia, para contrarrestar esta tendencia a la rotación producida 
por la fuerza simple, tendremos que incluir un par de fuerzas cuyo momento sea 
igual magnitud pero en dirección contraria a la fuerza, entonces ambos 
momentos se anularán y solo quedará el movimiento de traslación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESPUESTA DE LOS TEJIDOS A LAS FUERZAS 
 
El tratamiento ortodóncico se basa en el principio de que, si se aplica una 
presión prolongada sobre un diente, se producirá una movilización del mismo al 
remodelarse el hueso que lo rodea. El hueso desaparece activamente de unas 
zonas y va añadiéndose a otras. Esencialmente, el diente se desplaza a través 
del hueso arrastrando consigo su aparato de anclaje, al producirse la migración 
del alvéolo dental. 
 
Los dientes están unidos en los maxilares por una articulación diferente de todas 
las del organismo, esta unión se realiza por el periodonto de inserción, 
representado por el cemento, el ligamento periodontal y el hueso alveolar. El 
cemento, probablemente por no ser vascularizado, es escasamente modificado 
por cargas de presión-tensión, por lo cual la atención recae sobre los otros dos 
componentes. 
 
El ligamento periodontal ocupa un espacio aproximado de 0,5 mm entre la pared 
del alveolo y el cemento y es el responsable por la articulación dentaria; está 
constituido principalmente por fibras insertadas de un lado del cemento radicular 
y del otro en el hueso alveolar, entremezcladas con vasos sanguíneos, 
elementos celulares, terminaciones nerviosas y líquido intersticial. Los vasos 
sanguíneos son responsables por la nutrición y sirven de vía de acceso para las 
células responsables de la remodelación del hueso y el ligamento. Las 
terminaciones que allí existen transmitirán las sensaciones de presión y la 
noción propioceptiva. 
 
El hueso alveolar puede dividirse en dos partes: porción fasciculada (lámina dura 
o hueso cortical), que reviste la superficie interna del alveolo y recibe la inserción 
de las fibras periodontales y porción lamelar (hueso esponjoso). 
 
Cuando la fuerza es aplicada sobre el diente, éste se disloca en el interior del 
espacio alveolar, lo que provoca el estiramiento de algunas fibras periodontales 
y compresión de otras, simultáneamente el líquido que llena los espacios entre 
las fibras es comprimido contra las paredes óseas, como su drenaje hacia afuera 
del alveolo es lento, el líquido ejerce una resistencia hidráulica al movimiento 
dentario. Fibras y líquido intersticial actuarán en conjunto, contraponiendose a 
las cargas aplicadas sobre el diente y haciéndolo volver a la posición original. 
Este proceso sucederá si el periodo de aplicación de la fuerza es de corta 
duración, por eso no resulta en movimiento dentario, como en la masticación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cargas Fisiológicas: 
A Diente en reposo, fibras periodontales con tono normal. 
B Acción de fuerza intrusiva, con duración de menos de 1 min. Las fibras peridontales periféricas 
se distienden, mientras las apicales se comprimen. 
C La acción elástica de las fibras y la presión hidráulica, vuelven el diente a posición inicial. 
 
Una fuerza prolongada, aunque sea de escasa magnitud, provoca una respuesta 
Fisiológica diferente, la remodelación del hueso adyacente. 
 
Son dos tipos de reacciones las que se observan al aplicar, durante un período 
suficiente de tiempo, una fuerza al diente. El hueso que se enfrenta y se opone 
al sentido del movimiento tendrá que resorverse para permitir el desplazamiento 
radicular. Por la presión que este lado del hueso recibe es denominado lado de 
presión. 
 
El lado opuesto del hueso deberá seguir al diente tratando de mantener íntegro 
el espesor periodontal; nuevas capas óseas se depositarán sobre la superficie 
dentaria del hueso alveolar, este lado será denominado, lado de tensión. Por el 
estiramiento que sufren las fibras periodontales. 
 
En conclusión tendremos aposición ósea en el lado de tensión y resorción ósea 
en el lado de presión. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A. Diente en reposo. 
B. Diente se disloca en el interior del alveolo (distendido lado izquierdo, comprimido lado 
derecho), la carga se transfiere al hueso alveolar. 
C. Remodelación ósea del alveolo y consecuente migración dentaria. 
 
Para que se produzca el movimiento dentario cuando aplicamos una fuerza a un 
diente, tiene que existir resorción ósea. La fuerza ortodóncica debe vencer una 
doble resistencia. En primer lugar, la resistencia del periodonto, tras superar 
esta resistencia se produce un ligero movimiento dentario en concordancia con 
el espesor del espacio periodontal. En una segunda fase hay que vencer la 
resistencia que ofrece el hueso, inicialmente se opone la elasticidad propia del 
alveolo y tras la deformación mecánica, viene una resorcióndel hueso que 
permite el desplazamiento dentario. 
 
Tipos de Resorción ósea: 
 
Existen dos tipo de resorción ósea, la directa y la indirecta. 
 
Resorción directa o frontal: 
 
Al aplicar una fuerza, se reduce la circulación sanguínea en 
el ligamento periodontal, si la intensidad es ligera y no llega a 
bloquear totalmente la irrigación de la zona, se iniciará una 
actividad osteoclástica que destruirá y reabsorverá la pared 
ósea alveolar que se enfrenta al desplazamiento dentario. 
 
Resorción ósea indirecta: 
 
Cuando la fuerza aplicada es demasiado intensa , produce 
una oclusión vascular dejando prácticamente paralizada la 
actividad vital en esta zona del periodonto. La paralización y 
el bloqueo sanguíneo impiden la resorción del hueso alveolar 
directamente, por lo que tendrán que entrar en juego otros 
mecanismos adaptativos para resorver el hueso que se 
enfrenta al desplazamiento dentario. 
 
Este proceso consta de tres fases: 
 
1. Degeneración tisular: La aplicación de una fuerza intensa y prolongada 
produce una oclusión vascular, que da lugar a cambios a nivel del periodonto, 
desaparece la organización fibrilar y cesa toda actividad celular. Este fenómeno 
se denomina hialinización y se caracteríza por la degeneración de los núcleos 
del tejido conectivo, la lisis celular con desaparición de los capilares y la 
unificación de las fibras periodontales que forman una masa de aspecto hialino. 
Comienza a las 36 horas de aplicar la fuerza intensa y dura tres, cuatro o cinco 
semanas según la cantidad de la fuerza y la reacción biológica del individuo. No 
sólo se impide la diferenciación celular, sino que la fagocitosis es perturbada. 
 
2. Resorción ósea: Por la dificultad de reabsorverse el hueso de la pared 
periodontal aparecen osteoclastos provenientes de otras zonas lejanas que si 
conservan su vitalidad. Se observará entonces un fenómeno histológico de 
resorción en túnel o minante, porque los osteoclastos labran verdaderamente 
una mina a merced de la actividad osteolítica que acaba provocando la resorción 
de la zona más interna de la lámina ósea; en este caso la resorción no se inicia 
desde el lado dentario sino que procede de la zona alveolar más profunda y 
lejana del periodonto. 
 
3. Reconstrucción de los tejidos de soporte: Tras la osteolísis de la lámina 
alveolar, se inicia un proceso reparativo a nivel del periodonto. El proceso 
reparativo tiene dos fases: una primera consistente en la eliminación del 
material necrótico, constituido por las fibras y células que quedan en esta zona, 
y una segunda fase de reorganización fibrilar y celular del espacio periodontal. 
Tras la reconstrucción la raíz dentaria se mueve desplazandose hacia el lado de 
presión. 
 
El período de hialinización significa un detenimiento en el movimiento, por lo que 
se distinguen dos fases en el desplazamiento dentario. En el período inicial el 
diente se mueve hacia el lado de la presión comprimiendo el espacio periodontal 
(0,2 a 0,4 mm) hasta que aparece la hialinización. El hueso no se reabsorve 
durante un tiempo, que alcanza desde unos días a varias semanas y la raíz 
dentaria permanece inmóvil. Tras la resorción indirecta se inicia el movimiento 
secundario del diente. 
 
Aposición ósea: 
 
Durante el movimiento ortodóncico el hueso se forma en el denominado lado de 
tensión debido a que el desplazamiento dentario pone en tensión las fibras 
periodontales y el hueso alveolar reacciona ante el estímulo neoformando 
nuevas capas de tejido óseo. La aposición ósea debe ser considerada un 
mecanismo biológico compensatorio que trata de mantener el mismo espesor de 
hueso que soporta el diente. 
 
La aposición ósea es un fenómeno similar a la resorción, ya que requiere un flujo 
sanguíneo y proliferación celular. En el cuadro general de neoformación ósea 
encontramos varias fases desde el punto de vista cronológico: 
 
1. Tensión ligamentosa por la tracción de las fibras colágenas al separarse 
la raíz del hueso. 
2. La tensión ligamentosa estimula la actividad osteoblástica y forma un 
tejido osteoide que dura nueve o diez días; ese tejido osteoide se 
comporta como un tejido poco reabsorvible y evita la recidiva al cesar la 
acción de la fuerza ortodóncica. 
3. Se inicia más tarde la calcificación del tejido, por depósito de sales 
minerales, y la matríz osteoide se transforma en hueso. 
4. Finalmente se lleva a cabo la reconstrucción del tejido fibrilar, en el nuevo 
espacio que se crea entre raíz y hueso y el diente vuelve a tener soporte 
periodontal. 
 
Referencias bibliográficas: 
 
1. Canut B.,J.A.: Ortodoncia Clínica y Terapeútica. 2° edición, Barcelona, 
Editorial Masson. 2000 
2. Marcotte, M. Biomecánica en Ortodoncia. Ediciones científicas y técnicas, 
S.A. Barcelona España. 1992. 
3. Nanda, R. Biomecánica en ortodoncia Clínica. Editoriasl médica 
panamericana. Agentina. 1998. 
2. Vellini, Flavio. Ortodoncia, Diagnóstico y Planificación Clínica. 2º Edición 
Editores:Artes Médicas Latinoamérica, LTDA. 2004.