Cinematica Mandibolare: Rotazioni e Traslazioni Condilari
Introduzione
Nel capitolo precedente, Transverse Hinge Axis, abbiamo introdotto la cinematica mandibolare analizzandone i movimenti sul piano sagittale. Durante i movimenti di **protrusione** e **retrusione**, la mandibola non si muove esclusivamente lungo l'asse , ma ruota anche attorno all'asse . Questo genera una traiettoria curvilinea dell’incisivo mandibolare, risultato di un complesso moto spaziale che combina **rotazione e traslazione condilare**.
Uno degli aspetti chiave di questa dinamica è lo **spazio libero interincisivo**, una regione angolare che permette movimenti masticatori fluidi e senza interferenze. Tuttavia, gli strumenti di analisi come il **Sirognatograph** e i sistemi elettromagnetici convenzionali ad effetto Hall tendono a focalizzarsi sulle traslazioni condilari, trascurando la componente rotazionale. Sebbene ciò possa essere sufficiente in alcuni contesti, non è adeguato a rappresentare fedelmente i movimenti mandibolari a sei gradi di libertà.
Questo capitolo è fondamentale per la comprensione delle anomalie nascoste dietro un apparente semplificazione delle registrazioni cinematiche mandibolari. Ciò è ascrivibile ad una comune convinzione che l'elemento prìncipe del fenomeno masticatorie risieda nell'asse cerniera trasversale quello che tutti i dentisti si ostinano a ricercare attraverso metodi pantografici, assiografi o quant'altro mentre l'anomalia riesiede esclusivamente nella determinazione dell'asse cerniera verticale. Questa anomalia, tuttavia, è difficile da estrapolare se non si conoscono dettagliatamente i parametri geometrici e meccanici che vengono rappresentati, ovviamente, da modelli matematici.
E' essenziale, perciò, prima di passare ai metodi pantografici ed assiografici avere una buona conoscenza di questo fantomatico asse cerniera verticale.
Cinematica Mandibolare a Sei Gradi di Libertà
Il movimento mandibolare si sviluppa in uno **spazio tridimensionale** e può essere descritto attraverso **sei gradi di libertà**, suddivisi in **tre traslazioni** e **tre rotazioni**.
Ogni condilo si muove rispetto ai seguenti **assi principali**:
- Asse (latero-mediale):** definisce la rotazione attorno all’asse cerniera trasversale ( , transverse Hinge Axis).
- Asse (verticale):** definisce la rotazione attorno all’asse cerniera verticale ( ).
- Asse (antero-posteriore):** definisce la rotazione attorno all’asse cerniera orizzontale ( ).
A ciascun asse corrisponde un **piano di riferimento anatomico**:
- Piano sagittale: mostra il tracciato condilare prodotto dalla **rototraslazione** sull’asse trasversale ( ).
- Piano coronale: associato all’asse orizzontale ( ).
- Piano assiale: legato alla rotazione sull’asse verticale ( ).
Nota: un piano non è generato direttamente da un asse, bensì un asse può essere contenuto in un piano o definirne una direzione. Più precisamente, il movimento di un asse genera una superficie rigata, che rappresenta l’insieme delle traiettorie spaziali risultanti.
Asse Cerniera Verticale e Strumenti di Registrazione
L’**asse cerniera verticale** ( ) è particolarmente rilevante per i sistemi di registrazione cinematici, come:
- Pantografi** (analogici ed elettronici)
- Elettrongnatografi**
- Assiografi**
Strumenti di Registrazione e Precisione
- Il pantografo analogico è stato a lungo considerato un dispositivo preciso per la riproduzione dei tracciati condilari e il loro trasferimento su un articolatore regolabile.[1][2][3]
- Il pantografo elettronico, introdotto successivamente, ha dimostrato una precisione comparabile nella registrazione dei determinanti condilari.[4]
- Un parametro controverso nel movimento condilare è la **traslazione laterale immediata mandibolare** (Movimento di Bennett), il cui significato clinico è stato oggetto di dibattito.[5] Studi recenti indicano che non esistono prove sufficienti a confermare la sua rilevanza clinica.[6]
Nota sulla Precisione e Sugli Obiettivi dello Studio
Questo studio mira a fornire una comprensione concettuale dei principi cinematici coinvolti nella dinamica masticatoria, con un focus sulla biomeccanica mandibolare. Sebbene i calcoli siano stati eseguiti con rigore, potrebbero verificarsi discrepanze dovute a:
- Approssimazioni nei dati numerici: Differenze nei valori cartesiani legate a variabili operative.
- Limiti di rappresentazione: Uso di numeri approssimati per motivi pratici.
- Finalità cliniche: Lo scopo è descrivere concetti piuttosto che ottenere precisione assoluta.
Passi Successivi
In questo capitolo, analizzeremo la cinematica dell'asse verticale ( ) e il fenomeno masticatorio, rappresentandolo con tracciati estratti da lavori di riferimento come quello di Lund e Gibbs.[7](Figura 1)
Misurazioni e Conversione da Pixel a Millimetri
L’analisi dei movimenti condilari richiede misurazioni precise, ottenute tramite **calibrazione dell’immagine**. Calcolo della distanzaCalcolo della Distanza tra i Punti Le coordinate dei punti sono: e . La formula per la distanza euclidea è: . Sostituendo i valori: , , . Conversione della Scala in mm: Dato che equivale a , calcoliamo la conversione in mm/pixel: . Quindi, ogni pixel nella figura corrisponde a circa . Esempio di Applicazione: Conversione Distanza in mm Se , allora: .
Fattore di scala utilizzato: Distanze condilariCalcolo delle distanze tra i punti Le coordinate dei punti estrapolate da Geogebra dopo calibrazione, per il condilo laterotrusivo, sono: 1L: , 2L: , 3L: , 4L: , 5L: , 6L: , 7L: , 8L: . Fattore di scala: . Distanze rispetto a : , . : , . : , . : , . : , . : , . : , .
- 1 cm = 10 mm = 239.02 pixel**
- Scala in mm/pixel:**
Punti | Coordinate (x, y) | Distanza (pixel) | Distanza (mm) |
---|---|---|---|
1L → 2L | (58.3, -50.9) → (59, -92.3) | 41.41 px | 1.734 mm |
1L → 3L | (58.3, -50.9) → (46.3, -169.5) | 119.17 px | 4.99 mm |
1L → 4L | (58.3, -50.9) → (44.1, -207.7) | 157.43 px | 6.59 mm |
Movimenti Condilari: Traslazioni e Rotazioni
Vettore di Posizione del Condilo Laterotrusivo
Il condilo laterotrusivo (lato del movimento) è descritto dal vettore:
Dove:
- : spostamenti lineari.
- : rotazioni sugli assi cartesiani, secondo gli **angoli di Eulero**.
Vettore di Traslazione del Condilo Mediotrusivo
Il condilo mediotrusivo segue una **traslazione antero-mediale**, descritta dal vettore:
Conclusioni
L’analisi della cinematica mandibolare a **sei gradi di libertà** permette di ottenere dati affidabili per applicazioni cliniche e protesiche. Nei capitoli successivi approfondiremo questi argomenti non banali.
Rappresentazione spazio temporale dei markers
Condilo Laterotrusivo
Questo paragrafo descrive il calcolo delle distanze e degli angoli tra segmenti in un piano 2D, applicati alla cinematica mandibolare. In particolare, si analizzano i movimenti articolari dei condili durante il ciclo masticatorio, rappresentati nella Figura 5 e nella Tabella 1.
Tabella 1 | ||||
---|---|---|---|---|
Tracciato masticatorio | Markers | Distanza (mm) | Direzione | Direzione |
Figura 5: Markers sovrapposti in Geogebra sul tracciato del condilo laterotrusivo da modello Replicator di Lund e Gibbs. | 2 | 1.734 | Protrusiva | Parallela. |
3 | 4.99 | Protrusiva | Lateralizzazione | |
4 | 6.59 | Protrusiva | Lateralizzazione | |
5 | 3.66 | Inversione | Inversione | |
6 | 0.923 | Retrusiva | Lateralizzazione | |
7* | 0.898 | Protrusiva | Medializzazione | |
8 | 0.257 | Protrusiva | Medializzazione | |
Dalla figura e dalla tabella emerge che il punto rappresenta l'inversione del moto condilare, con il passaggio verso un percorso mediale diretto alla massima intercuspidazione. La distanza tra il punto e , pari a circa , definisce il movimento di Bennett.
La direzione angolare è stata calcolata come: e .
Per approfondire, il calcolo dettagliato è riportato di seguito: Calcolo dettagliato: distanza tra e , distanza euclidea , convertita in mm come , angolo .
Molare Laterotrusivo
Questo paragrafo analizza i movimenti articolari del molare ipsilaterale al condilo laterotrusivo, basandosi sul calcolo delle distanze tra punti e degli angoli tra vettori mediante trigonometria vettoriale (Figura 6 e Tabella 2).
Tabella 2 | ||||
---|---|---|---|---|
Tracciato masticatorio | Markers | Distanza (mm) | Direzione | Direzione dinamica |
Figura 6: Marker grafici rilevati dal 'Replicator' durante la masticazione sul lato destro | 2 | 0.39 | Indietro | Lateralizzazione |
3 | 2.18 | Indietro | Lateralizzazione | |
4 | 3.57 | Indietro | Lateralizzazione | |
5 | 5.68 | Indietro | Lateralizzazione | |
6 | 6.76 | Indietro | Inversione | |
7* | 3.93 | Indietro | Medializzazione | |
8 | 1.15 | Indietro | Medializzazione | |
Osservando la figura e la tabella, si evidenziano le distanze e le direzioni dei punti marcati. In particolare, la distanza tra il punto e il punto iniziale è stata calcolata come circa , con un angolo tra i vettori pari a . Calcolo dettagliato: 1. Definizione dei vettori: 2. Magnitudine dei vettori: 3. Prodotto scalare: 4. Calcolo dell'angolo:
Area Incisale
Questo paragrafo analizza i movimenti articolari dell’incisivo sul lato lavorante. Utilizzando le coordinate dei punti , e in uno spazio 2D, sono calcolate le distanze lineari e l’angolo tra i segmenti che collegano questi punti.(Figura 7, tabella 3)
Tabella 3 | ||||
---|---|---|---|---|
Tracciato masticatorio | Markers | Distanza (mm) | Direzione | Direzione dinamica |
Figura 7: Markers grafici rilevati dal 'Replicator' durante la masticazione nell'area incisale sul lato destro. | 2 | 0.69 | Retrusiva | Lateralizzazione |
3 | 2.30 | Retrusiva | Lateralizzazione | |
4 | 4.61 | Retrusiva | Lateralizzazione | |
5 | 7.58 | Protrusiva | Lateralizzazione | |
6 | 8.54 | Retrusiva | Inversione | |
7* | 5.12 | Retrusiva | Medializzazione | |
8 | 1.75 | Retrusiva | Medializzazione | |
Per i tracciati dell’area incisale, la distanza tra i punti e è di , con un angolo calcolato approssimativamente pari a .
Per approfondire i calcoli, ecco la spiegazione dettagliata Calcolo dettagliato: Coordinate dei punti: , , . Vettori: , . Norme: , . Prodotto scalare: . Coseno dell’angolo: . Angolo: .
Molare mediotrusivo
L’analisi del moto cinematico mandibolare nel molare mediotrusivo evidenzia un progressivo aumento dell’angolo di direzione rispetto al molare laterotrusivo ( ) e all’incisivo ( ), fino al massimo valore rilevato nel condilo ( ). Questo angolo, noto come angolo di svincolo mediotrusivo, si forma tra la cuspide centrale e quella distale del primo molare. La Tabella 4 e la figura 8 mostrano le distanze tra i punti del tracciato e il punto .
Tabella 4 | ||||
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Tracciato mediotrusivo molare | Markers | Distanza (mm) | Direzione | Direzione dinamica |
Figura 8: Markers rilevati dal 'Replicator' durante la masticazione sul lato destro. | 2 | 0.68 | Retrusiva | Medializzazione |
3 | 2.19 | Retrusiva | Medializzazione | |
4 | 3.22 | Retrusiva | Medializzazione | |
5 | 5.79 | Protrusiva | Medializzazione | |
6 | 7.22 | Protrusiva | Inversione | |
7* | 4.81 | Retrusiva | Lateralizzazione | |
8 | 1.18 | Retrusiva | Lateralizzazione | |
La distanza lineare tra il punto e è stata calcolata come , con un angolo approssimativo di . Calcolo dettagliato: Vettori: . Norme: , . Prodotto scalare: . Coseno: . Angolo: .
Condilo Mediotrusivo
Il calcolo dell’angolo tra i segmenti e è fondamentale per analizzare i movimenti articolari nel sistema masticatorio. Questa analisi consente di comprendere come si muovono i segmenti articolari rispetto a un punto di riferimento. ( Figura 9, tabella 5)
Tabella 5 | ||||
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Tracciato masticatorio | Markers | Distanza (mm) | Direzione | Direzione |
Figura 9: Markers rilevati dal 'Replicator' durante la masticazione sul lato destro nell'area incisale. | 2 | 2.13 | Protrusiva | Medializzazione |
3 | 6.19 | Protrusiva | Medializzazione | |
4 | 10.70 | Protrusiva | Medializzazione | |
5 | 11.09 | Protrusiva | Inversione | |
6 | 6.09 | Protrusiva | Lateralizzazione | |
7* | 2.61 | Protrusiva | Lateralizzazione | |
8 | 0.50 | Protrusiva | Lateralizzazione | |
La distanza tra il punto e è risultata , con un angolo calcolato di . Sottraendo da , si ottiene un angolo di , noto come Angolo di Bennett. Per il calcolo dettagliato Calcolo sintetico: Vettore: , . Prodotto scalare: . Norme: , . , .
Discussione sulla rototraslazione condilare
Il moto rototraslazionale dei condili è cruciale per comprendere la cinematica mandibolare. Se i condili ruotassero attorno a un punto fisso, i tracciati dei molari e degli incisivi sarebbero semplici archi di cerchio. Tuttavia, i movimenti reali includono sia rotazione che traslazione.[8][9]
Durante la laterotrusione, il condilo ipsilaterale combina rotazione attorno all’asse verticale e traslazione laterale, mentre il condilo mediotrusivo si muove principalmente in direzione mediale e anteriore, generando il "Tragitto orbitante".
Descrizione matematica
La rototraslazione del condilo laterotrusivo può essere rappresentata come:
Dove:
- : posizione iniziale del molare ipsilaterale.
- : traslazione laterale lungo l’asse .
- : posizione finale.
Man mano che il condilo si muove, le coordinate descrivono una traiettoria ellittica proiettata su un piano 2D. Questo avviene perché il centro di rotazione istantaneo del condilo non è fisso ma si sposta continuamente.
Un fenomeno simile si osserva per il condilo mediotrusivo e gli incisivi, le cui traiettorie sono influenzate da traslazioni mediali e anteriori e da rotazioni attorno all’asse verticale. Questi tracciati non sono ellissi perfette, ma curve più complesse a causa delle variazioni nei movimenti condilari.
I tracciati dentali sono correlati ai movimenti dei condili e offrono preziose informazioni sulla cinematica mandibolare, per cui sarebbe auspicabile spendere qualche parola in più sulla velocità del moto masticatorio e la rappresentazione di questa cinematica mandibolare in un forma geometrico/matematica chiamata 'Conica'.
Rappresentazione in una 'Conica'
Un modello basato su una conica passante per cinque punti strategici aiuta a rappresentare meglio queste traiettorie, come illustrato nella figura 10a.
In sintesi, i tracciati dei molari e degli incisivi assumono forme ellittiche complesse, poiché il centro di rotazione condilare si sposta continuamente. Questo modello aiuta a comprendere meglio la complessità dei movimenti mandibolari.
- ↑ Curtis, D.A. & Sorensen, J.A. Errors incurred in programming a fully adjustable articulator with a pantograph. J Prosthet Dent. 1986; 55:427-429.
- ↑ Clayton, J.A. ∙ Kotowicz, W.E. ∙ Zahler, J.M. Pantographic tracings of mandibular movements and occlusion ''J Prosthet Dent.'' 1971; 75:389-395
- ↑ Shields, J.M. ∙ Clayton, J.A. ∙ Sindledecker, L.D. Using pantographic tracings to detect TMJ and muscle dysfunctions ''J Prosthet Dent.'' 1978; 39:80-87
- ↑ Payne, J. Condylar determinants in a patient population: electronic pantograph assessment. J Oral Rehabil. 1997; 24:157-163.
- ↑ Bennett, N.G. A contribution to the study of the movements of the mandible. Proc R Soc Med. 1908; 1:79-98.
- ↑ Taylor, T.D., Bidra, A.S., Nazarova, E. Clinical significance of immediate mandibular lateral translation: A systematic review. J Prosthet Dent. 2016; 115:412-418.
- ↑ N A Wickwire, C H Gibbs, A P Jacobson, H C Lundeen. Chewing patterns in normal children. Angle Orthod. 1981 Jan;51(1):48-60.
- ↑ T Ogawa 1, K Koyano, T Suetsugu Correlation between inclination of occlusal plane and masticatory movement.. J Dent. 1998 Mar;26(2):105-12. doi: 10.1016/s0300-5712(97)00001-8.
- ↑ W R Scott. Application of "cusp writer" findings to practical and theoretical occlusal problems. Part I.. I Prosthet Dent. 1976 Feb;35(2):211-21. PMID: 55483, DOI: 10.1016/0022-3913(76)90282-1