Journal of Orofacial Orthopedics Fortschritte der Kieferorthopaumldie Original article
The influence of simulated aging on the mechanical properties of orthodontic elastomeric chains without an intermodular link
Der Einfluss simulierter Alterung auf die mechanischen Eigenschaften orthodontischer elastomerer Ketten ohne intermodularen Steg
AbstractObjectiveemsp Orthodontic elastomeric chains are a main compo-nent in orthodontic therapy with fixed vestibular or lingual appli-ances The objective of this study was to investigate the influence of artificial aging on the mechanical properties of orthodontic elastomeric chains (power chains PCs) without an intermodular link using a test setup according to DIN EN ISO 216062007Materialemspandemspmethodsemsp In this study 11 types of PCs supplied by seven manufacturers were investigated Four groups with 10 specimens each were randomly generated for each type Samples were separately mounted in a universal testing machine and ex-tended by 300 (four times their initial length) at a crosshead rate of 100 mmmin and were held at this position for five seconds The chain length was then reduced to three times the initial length (extension by 200) and kept for 30 s Then within the control group (t = 0) and the force Fmin was recorded before extension until failure was performed and force (Fmax) and length (Lmax) at failure were determined After prestretching specimens of the three other groups were stored in water at 37degC with its three times initial length for one day (t = 1) 14 days (t = 2) and 28 days (t = 3) respectively The specimens were then placed in the univer-sal testing machine and the residual force (Fmin) measured so as to subsequently extend them until failure at Fmax and Lmax Data were statistically analyzed by one-way analysis of variance the level of significance was set at p = 005Resultsemsp Statistical analysis revealed significant differences in Fmax Fmin and Lmax in each group (t = 0 to t = 3) between the
ZusammenfassungZielemsp In der Therapie mit festsitzenden vestibulaumlren und lingua-len Apparaturen sind orthodontische elastomere Ketten ein fester Bestandteil Ziel dieser Studie war es den Einfluss einer simulier-ten Alterung in Wasser auf die elastomeren Eigenschaften ver-schiedener aktuell auf dem Markt befindlicher Ketten ohne inter-modularen Steg (Powerchain PC) in einem an DIN EN ISO 216062007 angelehnten Zugversuch zu untersuchenMaterialemspundemspMethodikemsp Es wurden 11 unterschiedliche PC-Ty-pen von insgesamt 7 verschiedenen Herstellern getestet Pro PC-Typ wurden vier Gruppen mit jeweils 10 Pruumlfkoumlrpern vorbereitet Die Probekoumlrper wurden auf individuellen Halterungen in einer Universalpruumlfmaschine platziert mit einer Vorschubgeschwindig-keit von 100 mmmin um 300 (4-fache Ausgangslaumlnge) vorge-dehnt und nach 5-sekuumlndigem Halten dieser Laumlnge auf die drei-fache Laumlnge (Dehnung um 200) reduziert Nach 30-sekuumlndigem Halten dieses Zustands wurde in der Kontrollgruppe (t = 0) die Kraft Fmin ermittelt und anschlieszligend sofort bis zum Versagen getestet wobei zum Zeitpunkt des Versagens die Kraft Fmax und die Laumlnge Lmax ermittelt wurden Die Probekoumlrper der anderen drei Gruppen wurden nach der Vordehnung um 200 mit dieser Laumlnge einen Tag (t = 1) 14 Tage (t = 2) und 28 Tage (t = 3) in einem 37degC warmen Wasserbad gelagert Dann wurden die Pruumlfkoumlrper erneut in der Pruumlfmaschine platziert und die noch verbliebene Kraft Fmin ermittelt um sie anschlieszligend bis zum Versagen bei Fmax und Lmax zu dehnen Die erhobenen Daten wurden statis-tisch mittels einer einfaktoriellen Varianzanalyse ausgewertet wobei das Signifikanzniveau auf p = 005 festgelegt wurdeErgebnisseemsp Sowohl Fmin und Fmax als auch Lmax unterschie-den sich zu den verschiedenen Zeitpunkten in Abhaumlngigkeit vom
Marc Philipp Dittmer1 Anton Phillip Demling1 Lothar Borchers2 Meike Stiesch2 Philipp Kohorst2 Rainer Schwestka-Polly1
1Department of Orthodontics Medical School Hanover Germany2 Department of Prosthetic Dentistry and Biomedical Materials Sci-ence Medical School Hanover Germany
Received 1 June 2011 Accepted 28 February 2012 published online 11 July 2012
Marc Philipp Dittmer and Anton Phillip Demling contributed equally to this research
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various manufacturers (p lt 0001) Moreover artificial aging sig-nificantly influenced Fmax Fmin and Lmax (p lt 0001)Conclusionemsp The orthodontist should consider both the me-chanical properties of PCs and the duration of these appliances application when treating patients Artificial aging had a signifi-cant influence on the parameters we determined (p lt 0001)
Elastomeric materials were first used in orthodontic therapy during the 1930s in the form of elastic ligatures [2] In the 1960s elastomeric orthodontic chains expanded the applica-tion of this type of therapeutic accessory Today power chains (PCs) find wide application in the straight-wire technique as well as in lingual orthodontics Examples of their widespread use include the derotation of individual teeth the closing of small gaps or en masse retraction in extraction cases [18] be-cause they can be applied easily and are quite affordable Fur-thermore they can remain in the mouth over a long period making them compliance-independent However these ad-vantages are accompanied by certain disadvantages oral hy-giene is affected by additional plaque-retention niches leading to biofilm colonization on teeth and chains [7 24] Moreover the variable mechanical properties during wear need to be considered in the clinical application of PCs
In general a 50ndash70 drop in the initial force level can be ex-pected within the first day after chain extension [1] After 28 days the force decreases by an average of 30ndash40 of the initial force level depending on the manufacturer this decrease can vary greatly [11 19 21] Moreover the oral cavitys moist envi-ronment exerts an influence on the PCs force levels [9] and PCs in the mouth are subjected to pH variations during the ingestion of liquid and solid foods Teixeira et al [23] observed no influ-ence of Coke Light phosphoric acid citric acid or artificial sa-liva on the force level In contrast in a study by Ferriter et al [8] a slightly alkaline environment (pH = 726) during a 4-week ob-servation period led to a greater drop in force than the pH value found in plaque (pH = 495)
Because of the various factors influencing the complex mate-rial properties of PCs it is often difficult for orthodontists to estimate the force levels applied at the beginning and during the application period With DIN EN ISO 216062007 [10] an in-ternational standard for testing orthodontic elastomeric auxilia-ries exists for the first time In accordance with the DIN EN ISO standard the objective of our study was to investigate the influ-ence of aging (simulated by water storage) on the material-relat-ed properties of elastomeric orthodontic chains without an in-termodular link
Hersteller signifikant voneinander (p lt 0001) Die kuumlnstliche Alte-rung hatte einen signifikanten Einfluss auf alle ermittelten Kenn-werte (p lt 0001)Schlussfolgerungenemsp Der klinisch taumltige Kieferorthopaumlde soll-te die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften der ver-wendeten PCs und deren Applikationsdauer in seine Therapie-uumlberlegungen einbeziehen
EinleitungIn der kieferorthopaumldischen Therapie kamen elastomere Werkstoffe in den 30er-Jahren des letzten Jahrhunderts erst-mals in Form von Gummiligaturen zur Anwendung [2] Elas-tomere orthodontische Ketten erweiterten in den 1960er-Jah-ren das Einsatzspektrum dieser Art von therapeutischem Hilfsmittel Heutzutage finden die Ketten (bdquopower chainsldquo PC) in der Straight-wire-Technik sowie in der lingualen Orthodon-tie umfassend Anwendung Sie werden standardmaumlszligig bei-spielsweise zur Derotation einzelner Zaumlhne zum Schluss klei-nerer Luumlcken oder zur En-masse-Retraktion bei Extraktions-faumlllen eingesetzt [18] da sie relativ kostenguumlnstig und einfach applizierbar sind Zudem koumlnnen sie Compliance-unabhaumlngig uumlber einen laumlngeren Zeitraum im Mund verbleiben Doch die-sen Vorteilen stehen auch dezidierte Nachteile gegenuumlber So wird die Hygienefaumlhigkeit durch zusaumltzliche Plaqueretentions-nischen reduziert In der Folge kann eine Besiedlung der Zaumlhne und der Ketten mit Biofilm beobachtet werden [7 24] Auszligerdem muumlssen bei der klinischen Anwendung von PCs die uumlber den Anwendungszeitraum veraumlnderlichen mechani-schen Eigenschaften beruumlcksichtigt werden
Grundsaumltzlich ist nach der Dehnung von Ketten mit einem Kraftabfall von 50minus70 des initialen Kraftniveaus innerhalb des ersten Tages zu rechnen [1] Nach 28 Tagen faumlllt die Kraft im Durchschnitt auf 30minus40 des initialen Kraftniveaus ab wobei eine relativ starke Schwankung in Abhaumlngigkeit vom Hersteller zu beobachten ist [11 19 21] Uumlberdies ist ein Einfluss des feuchten Milieus der Mundhoumlhle auf die Kraftniveaus der PCs festzustellen [9] Zusaumltzlich sind die Ketten in der Mundhoumlhle waumlhrend der Aufnahme von fluumlssiger oder fester Nahrung pH-Wert-Schwankungen ausgesetzt Teixeira et al [23] konnten keinen Einfluss von Light Coke Phosphorsaumlure Zitronensaumlure und kuumlnstlichem Speichel auf die erzielte Kraft feststellen Im Gegensatz dazu fuumlhrte in einer von Ferriter et al [8] durchge-fuumlhrten Studie ein leicht basisches Milieu (pH = 726) waumlhrend eines Betrachtungszeitraumes von vier Wochen zu einem staumlr-keren Kraftabfall als ein pH-Wert wie er in Plaque zu finden ist (pH = 495)
Auf Grund der diversen Einflussfaktoren auf die insgesamt komplexen Materialeigenschaften von PCs faumlllt es dem klinisch taumltigen Kieferorthopaumlden haumlufig schwer die applizierten Kraft-niveaus initial und uumlber den Anwendungszeitraum hinweg ab-
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Material and methods
In the present study eleven different types of PC from a total of seven different manufacturers were investigated (Table 1) For each PC type four groups with ten specimens each were prepared The specimens were collected from commercially delivered rolls or strips by cutting off a chain segment with nine modules using sharp ligature cutters (Figure 1a)
Before performing the tensile testing devices for the simula-tion of artificial aging were prepared For each type of PC three times the initial length (3 times L0) of the distance between the cent-ers of the third and seventh modules (L0) and between the sec-ond and the eighth modules (L1) were first calculated (Figure 1a) In the 3 times L1 distance a 12-mm thick spring-tempered wire (Remanium Dentaurum Ispringen Germany) was bent forming two 90deg angles and then embedded in light-curing polymethylmethacrylate for stabilization (Palatray Heraeus Kulzer Hanau Germany Figure 1b)
To individually fix the specimens in the tensioning appliance of a universal testing machine (type 20 K UTS Test Systems UlmEinsingen Germany) a corresponding device had to be
zuschaumltzen Mit der DIN EN ISO 216062007 [10] liegt nun erst-mals ein internationaler Standard zur materialkundlichen Untersuchung elastomerer orthodontischer Hilfsmittel vor In Anlehnung an die DIN EN ISO-Norm sollte in der vorliegenden Untersuchung der Einfluss von durch Wasserlagerung simulier-ter Alterung auf die werkstoffkundlichen Eigenschaften elast-omerer orthodontischer Ketten ohne intermodularen Steg untersucht werden
Material und Methodik
In der vorliegenden Studie wurden elf unterschiedliche PC-Typen von sieben verschiedenen Herstellern untersucht (Ta-belle 1) Pro PC-Typ wurden vier Gruppen mit jeweils zehn Pruumlfkoumlrpern vorbereitet Die Probekoumlrper wurden von han-delsuumlblich bezogenen Rollen bzw Streifen entnommen indem ein neunmoduliger Kettenanteil mit einem scharfen Ligatu-renschneider abgeschnitten wurde (Abbildung 1a)
Vor der Durchfuumlhrung des Zugversuchs wurden Vorrichtun-gen fuumlr die Simulation der kuumlnstlichen Alterung angefertigt Je PC-Typ wurde zunaumlchst die dreifache Laumlnge (3timesL0) des Abstan-
Table 1 Manufacturers and item numbers of the PCs used in this study
Tabelle 1 Hersteller und Artikelnummern der in dieser Studie verwendeten PCs
Manufacturerdistributor Itememspno Tradeemspname Group
B + W Dental Service Seeheim-Jugenheim Germany CE 428 Elastic chain without spacer clear 1
Figure 1 a Sample illustration of the L0 and L1 lengths in one test specimen b Sample illustration of a test specimen in the chuck for water storage
Abbildung 1 a Exemplarische Darstellung der Laumlngen L0 und L1 anhand eines Probekoumlrpers b Exemplarische Darstellung eines Pro-bekoumlrpers in der Haltevorrichtung fuumlr die Wasserlagerung
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built first For this purpose two 12 mm-thick spring-tempered wires (Remanium Dentaurum Ispringen Germany) were bent at 90deg and fixed in the testing machine The ends were rounded using a rubber polishing wheel to prevent mechanical damage of the test specimens during attachment The rest of the experi-ment was performed in accordance with DIN EN ISO 216062007 [10] All the test specimens were clamped into the universal testing machine with the initial length L0 and were stretched to 300 (up to four times their initial length) at a crosshead rate of 100 mmmin The test specimens were kept in this extended state for five seconds The extension was then re-duced to three times the original length (extension by 200) and maintained in this condition for 30 s the Fmin force was then determined Subsequently extension was continued until failure of the test specimens in the control groups (t = 0) the Fmax force and Lmax (the length at failure) were then deter-mined
After reducing the extension to three times the initial length the samples intended for artificial aging were fixed in the holder and stored in 37degC water (water grade 3 according to ISO 36961987) After 1 day (t = 1) 14 days (t = 2) and 28 days (t = 3) of water storage the test specimens were again clamped in the testing machine and the Fmin force measured they were then extended according to the aforementioned procedure until they failed whereupon Fmax and Lmax were measured
The data were statistically analyzed using the SPSSreg Statistics 170 software (SPSS Software Corp Chicago IL USA) Both
des der Zentren des dritten und siebten Moduls (L0) und des zweiten und achten Moduls (L1) errechnet (Abbildung 1a) Im Abstand 3timesL1 wurde ein 12 mm starker federharter Draht (Re-manium Dentaurum Ispringen) mit zwei 90deg-Biegungen ab-gewinkelt und zur Stabilisierung in ein lichthaumlrtendes Polyme-thylmethacrylat (Palatray Heraeus Kulzer Hanau) eingebettet (Abbildung 1b)
Um die Probekoumlrper einzeln in der Spannvorrichtung einer Universalpruumlfmaschine (Typ 20 K UTS Testsysteme Ulm-Ein-singen) zu befestigen musste zunaumlchst eine entsprechende Vor-richtung gebaut werden Dazu wurden zwei 12 mm starke fe-derharte Draumlhte (Remanium Dentaurum Ispringen) um 90deg abgewinkelt und in der Pruumlfmaschine befestigt Die Enden wur-den mit Hilfe eines Gummipolierers abgerundet um eine me-chanische Vorschaumldigung der Pruumlfkoumlrper beim Aufschieben zu vermeiden Die weitere Versuchsdurchfuumlhrung erfolgte in An-lehnung an DIN EN ISO 216062007 [10] Saumlmtliche Pruumlfkoumlrper wurden in die Universalpruumlfmaschine mit der Anfangslaumlnge L0 eingespannt und mit einer Traversengeschwindigkeit von 100 mmmin um 300 (bis zum 4-fachen ihrer Anfangslaumlnge) ge-dehnt In diesem gedehnten Zustand wurden die Pruumlfkoumlrper fuumlr fuumlnf Sekunden gehalten Nach Reduktion der Dehnung auf 3-fache Ausgangslaumlnge (Dehnung um 200) und 30-sekuumlndi-gem Halten dieses Zustands wurde die Kraft Fmin ermittelt Anschlieszligend erfolgte die Extension bis zum Versagen des Pruumlf-koumlrpers in den Kontrollgruppen (t = 0) wobei die Kraft Fmax und die Laumlnge beim Versagen Lmax bestimmt wurden
Figure 3 Line graph showing each groups mean Lmax value in reference to the storage period
Abbildung 3 Liniendiagramm zur Darstellung des Mittelwertes Lmax fuumlr die einzelnen Gruppen in Abhaumlngigkeit von der Lagerungsdauer
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the influence of the brand on the Fmin Fmax and Lmax values and the water-storage effect on the corresponding value within a brand were investigated using one-way analysis of variance the significance level was specified as p = 005 A group-by-group comparison was performed in the presence of homoge-neity of the variances using the post hoc Scheffeacute test the post hoc Tamhane test was applied for variance inhomogeneity
Results
In Figure 2 Figure 3 and Figure 4 the influence of artificial aging due to water storage is illustrated and the mean values of Fmin Lmax and Fmax are shown as a line graph for each manufacturer at time points t = 0 to t = 3 The Fmin values (Figure 2) revealed a significant decrease in force after one day in water storage which weakened after 14 and 28 days A simi-lar situation in the Lmax length was observed at the time of failure (Figure 3) After one day of water storage the chains failed at much lower extension already In contrast to Fmin and Lmax the control groups Fmax values were at approxi-mately the same level after one day and after 14 and 28 days in water storage (Figure 4) Nevertheless the duration of water storage significantly affected the force at the time of failure (Fmax) for nearly every manufacturer (Table 2)
The Fmin values at t = 0 t = 1 t = 2 and t = 3 are listed in Table 3 Within the respective aging conditions Fmin values differed significantly depending on the manufacturer (p lt 0001) rang-
Die fuumlr die kuumlnstliche Alterung vorgesehenen Proben wurden nach Reduktion der Dehnung auf die dreifache Ausgangslaumlnge auf die Haltevorrichtung gespannt und in 37degC warmem Wasser (Qualitaumlt 3 nach ISO 36961987) gelagert Nach ein- (t = 1) 14- (t = 2) und 28-taumlgiger (t =3) Wasserlagerung wurden die Probe-koumlrper erneut in die Pruumlfmaschine gespannt die Kraft (Fmin) gemessen und anschlieszligend gemaumlszlig dem oben beschriebenen Vorgehen bis zum Versagen gedehnt wobei wiederum Fmax und Lmax bestimmt wurden
Die statistische Analyse der ermittelten Daten erfolgte an-hand der Software SPSSreg Statistics 170 (SPSS Software Corp Chicago IL USA) Sowohl der Einfluss des Fabrikats auf die Werte Fmin Fmax und Lmax als auch der Einfluss der Wasser-lagerung auf den jeweiligen Wert innerhalb eines Fabrikats wur-den mittels einer einfaktoriellen Varianzanalyse untersucht wobei das Signifikanzniveau auf p = 005 festgelegt wurde Ein gruppenweiser Vergleich erfolgte bei Homogenitaumlt der Varian-zen mit Hilfe des post-hoc Scheffeacute-Tests bei Inhomogenitaumlt der Varianzen wurde der post hoc Tamhane-Test angewendet
Ergebnisse
In den Abbildungen 2 3 und 4 ist der Einfluss der kuumlnstlichen Alterung durch Wasserlagerung dargestellt Dazu wurden die Mittelwerte von Fmin Lmax und Fmax als Liniendiagramm fuumlr jeden Hersteller zu den Zeitpunkten t = 0 bis t = 3 ausgege-ben Betrachtet man die Werte fuumlr Fmin (Abbildung 2) so war ein deutlicher Abfall der Kraft nach eintaumlgiger Wasserlagerung zu erkennen der sich jedoch nach 14 und 28 Tagen ab-schwaumlchte Aumlhnlich verhielt es sich bei der Laumlnge Lmax zum Zeitpunkt des Versagens (Abbildung 3) Nach eintaumlgiger Was-serlagerung versagten die Ketten bereits bei deutlich geringerer Dehnung Im Gegensatz zu Fmin und Lmax befinden sich so-wohl die Werte Fmax der Kontrollgruppe als auch die nach einem Tag 14 Tagen und 28 Tagen Wasserlagerung auf annauml-hernd gleichem Niveau (Abbildung 4) Dennoch beeinflusst die Dauer der Wasserlagerung die Kraft zum Zeitpunkt des Versa-gens (Fmax) bei fast allen Herstellern signifikant (Tabelle 2)
In Tabelle 3 sind die Werte fuumlr Fmin zum Zeitpunkt t = 0 t = 1 t = 2 und t = 3 aufgelistet Innerhalb der jeweiligen Alterungszu-staumlnde unterschieden sich die Werte fuumlr Fmin in Abhaumlngigkeit vom Hersteller signifikant voneinander (p lt 0001) Die Kraumlfte lagen zwischen 18 N (Gruppe 9) und 30 N (Gruppe 2) zum Zeitpunkt t = 0 und zwischen 02 N (Gruppe 4) und 13 N (Gruppe 5) zum Zeitpunkt t = 3 Die Lagerung im feuchten Mi-lieu hatte in jeder Gruppe einen signifikanten Einfluss auf Fmin (p lt 0001) Der staumlrkste Abfall von Fmin (von 21 N zum Zeit-punkt t = 0 um 95 auf 02 N zum Zeitpunkt t = 3) konnte in Gruppe 4 beobachtet werden
Ein sehr aumlhnliches Verhalten zeigten die Werte von Lmax (Ta-belle 4) Sowohl der Typ der Ketten als auch die Wasserlagerung hatten einen signifikanten Einfluss auf die Laumlnge beim Versagen (p lt 0001) In der Kontrollgruppe (t = 0) konnten die Ketten um bis zu 325 (Gruppe 10) bzw 529 (Gruppe 2) gedehnt wer-den wohingegen die kuumlnstlich gealterten Ketten bereits bei
3500
3000
2500
2000
1500
1000
control 1 day 14 days 28 days
Mea
n Fm
ax v
alue
[N]
Storage time
Group(B+W)1(DV 2000)2(DV 2000)3
(Ormco)4(Ormco)5(Smile)6(RMO)7
(AO)8(AO)9(Dentaurum)10
11 (Dentaurum)
Figure 4 Line graph showing each groups mean Fmax value in reference to the storage period
Abbildung 4 Liniendiagramm zur Darstellung des Mittelwertes Fmax fuumlr die einzelnen Gruppen in Abhaumlngigkeit von der Lagerungsdauer
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ing from 18 N (Group 9) to 30 N (Group 2) at t = 0 and from 02 N (Group 4) to 13 N (Group 5) at t = 3 Storage in water had a significant influence on Fmin in each group (p lt 0001) Group 4 displayed the greatest decrease in Fmin (by 95 from 21 N at t = 0 to 02 N at t = 3)
The Lmax values revealed very similar behavior (Table 4) Both the chain type and water storage had a significant influ-ence on length at failure (p lt 0001) In the control group (t = 0) the chains were extendable by up to 325 (Group 10) and 529 (Group 2) whereas the artificially aged chains already failed at extensions of 243 (Group 10 t = 2) and 311 (Group 2 t = 3)
From t = 0 to t = 3 a significant group effect (p = 0001) on Fmax values was observed (Table 2) Except for groups 3 and 10 water storage also had a significant effect on Fmax within the groups However we failed to observe a sharp drop in Fmax val-uesmdashas was the case for Fmin and Lmax Due to the influence of water storage Fmax decreased by a maximum of 15 (Group 8 t = 0 and t = 1) from the original value In some cases water stor-age caused a slight increase in the force necessary to induce fail-ure compared to the control group (Groups 1 3 5 6 7 9 10)
Discussion
Due to the recent introduction of DIN EN ISO 216062007 an internationally uniform approach to standardizing the exami-nation of elastomeric elements is available It describes in de-tail the preparation of test specimens minimum accuracy standards for testing machines and the experimental setup [10] The standard conditions specified in the DIN EN ISO 216062007 have been taken into account as far as possible in
Dehnungen um 243 (Gruppe 10 t = 2) und 311 (Gruppe 2 t = 3) versagten
Die Gruppe hatte zu den Zeitpunkten t = 0 bis t = 3 einen sig-nifikanten Einfluss (p lt 0001) auf die Werte von Fmax (Tabelle 2) Die Wasserlagerung hatte mit Ausnahme der Gruppen 3 und 10 ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf Fmax innerhalb der Gruppen Allerdings konnte kein so starker Abfall der Werte wie bei Fmin und Lmax beobachtet werden Fmax fiel durch den Einfluss der Wasserlagerung maximal um 15 (Gruppe 8 t = 0 und t = 1) vom Ursprungswert ab Teilweise konnte durch die Wasserlagerung ein minimaler Anstieg der fuumlr das Versagen notwendigen Kraft im Vergleich zur Kontrollgruppe beobachtet werden (Gruppen 1 3 5 6 7 9 10)
Diskussion
Erst seit kurzer Zeit ist durch die Einfuumlhrung der DIN EN ISO-Norm 216062007 ein international einheitliches Vorge-hen zur standardisierten Vorgehensweise im Rahmen der Pruuml-fung elastomerer Elemente gewaumlhrleistet Neben der Herstel-lung der Pruumlfkoumlrper sind auch die Mindestgenauigkeiten der Pruumlfmaschine und der Versuchsaufbau detailliert beschrieben [10] In der vorliegenden Studie wurde versucht die durch die Norm vorgegebenen Rahmenbedingungen weitestgehend zu beruumlcksichtigen Die Herstellung der Probekoumlrper sowie die kuumlnstliche Alterung erfolgten ISO-konform Das anschlie-szligende Testprogramm der Pruumlfmaschine zur Aufzeichnung der Kraft-Weg-Diagramme beruumlcksichtigte die Normvorgaben die besagen dass vor dem Versagenstest die Vordehnung von der 4- auf die 3-fache Laumlnge erfolgen muss Zur Ermittlung der
Table 2 Fmin force values in Newton (N) when extended by 200 (3 times the initial length) at t = 0 (control group) t = 1 (one day of water storage) t = 2 (14 days of water storage) and t = 3 (28 days of water storage) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 2 Werte der Kraft Fmin in Newton (N) bei Dehnung um 200 (3-fache Ausgangslaumlnge) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasser-lagerung) t= 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung) (jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
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this study the test specimens were prepared and artificial aging carried out in an ISO-compliant manner The subse-quent test program in the test machine for generating the forcendashdisplacement diagrams considered the standard specifi-cations stating that after initial extension to four times the test lengths the samples must be extended to three times their test length before the failure test To determine forces and exten-sions we used a calibrated universal testing machine already applied in previous studies [4 5 15]
The international literature on this subject contains mostly studies that compared PCs from just one or a few manufacturers [3 6 12 13] Although their results may help practicing ortho-dontists they do not allow them to compare the chains from different manufacturers currently on the market Thus the aim of the current study was to include elastomeric orthodontic chains from as many manufacturers as possible
As shown in Figure 2 and Figure 3 artificial aging led to a significant decrease in Fmin and Lmax values compared to the control group This phenomenon was most pronounced be-tween t = 0 and t = 1 (Fmin by 52 Lmax by 36) These reduc-tions in force correlate quite well with the 50ndash80 residual force values within the first 24 h reported in the literature [1 20] On the other hand the force at the time of failure (Fmax Figure 3) remained approximately the same in some cases Fmax even increased The reduced elasticity in association with nearly con-stant forces during failure suggests that the elastomeric material begins to become brittle and lose elasticity after only a short time
On the other hand if the influence of artificial aging is not examined according to chain type rather according to the spe-
Kraumlfte und Dehnungen kam eine kalibrierte bereits in fruumlhe-ren Untersuchungen verwendete Universalpruumlfmaschine zum Einsatz [4 5 15]
In der internationalen Literatur finden sich hauptsaumlchlich Studien in denen PCs einzelner oder weniger Hersteller ver-gleichend untersucht wurden [3 6 12 13] Die dort gefundenen Ergebnisse lassen zwar Schlussfolgerungen fuumlr den praktisch taumltigen Kieferorthopaumlden zu ermoumlglichen ihm jedoch keinen Vergleich von den zurzeit auf dem Markt befindlichen Ketten unterschiedlicher Hersteller Daher sollten in die vorliegende Studie elastomere orthodontische Ketten moumlglichst vieler Her-steller einbezogen werden
Wie in Abbildung 2 und Abbildung 3 zu erkennen ist hatte die kuumlnstliche Alterung im Vergleich zur Kontrollgruppe einen deutlichen Abfall der Werte sowohl fuumlr Fmin als auch fuumlr Lmax zur Folge Insbesondere zwischen den Zeitpunkten t = 0 und t = 1 war dieses Phaumlnomen am staumlrksten ausgepraumlgt (Fmin um 52 Lmax um 36) Der beobachtete Kraftabfall korreliert recht gut mit den in der Literatur fuumlr die verbleibende Kraft an-gegebenen Werten von 50minus80 des initialen Kraftniveaus in-nerhalb der ersten 24 Stunden [1 20] Die Kraft zum Zeitpunkt des Versagens (Fmax Abbildung 3) blieb hingegen auf annauml-hernd gleichem Niveau und teilweise stiegen die Werte sogar an Die verringerte Elastizitaumlt in Zusammenhang mit annaumlhernd konstanten Kraumlften waumlhrend des Versagens legen den Schluss nahe dass schon nach kurzer Zeit eine Versproumldung des elast-omeren Materials einsetzt und die elastischen Eigenschaften ab-nehmen
Wird der Einfluss der kuumlnstlichen Alterung nicht uumlber alle Typen hinweg sondern herstellerspezifisch betrachtet so lassen
Table 3 Lmax values (extension at breakage) in percent () at t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of water storage) and t = 3 (28 days of water storage mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same super-scripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 3 Werte der Bruchdehnung in Prozent () Lmax zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlf-gruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
Dittmer MP Demling AP et al Mechanische Eigenschaften orthodontischer Ketten
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cific manufacturer marked differences become apparent The control groups Fmin values at t = 0 and those of the group after one days water storage at t = 1 differ significantly without excep-tion Several studies have shown that the decrease in force is es-pecially pronounced at the beginning [11 16] Furthermore Kim et al [13] and Josell et al [11] found that the strongest drop in force occurs within the first hour regardless of the surround-ing medium (37degC water or air) When our t = 1 t = 2 and t = 3 values are compared a rather inhomogeneous manufacturer-dependent distribution of significances is observed which makes it impossible to draw conclusions as to long-term behav-ior Assuming that there is increased resistance to the archwires sliding in the slot eg as in en masse retraction with nearly slot-filling archwires and that PCs with forces of approx 15 N are bilaterally applied [14 22] it would make sense to replace sev-eral manufacturers chains for mechanical reasons after just one day (eg Group 4) Chains from other manufacturers should be replaced after 2 weeks of application because a further drop in force is probable (such as Groups 8 10 and 11) In some chains force levels barely differed after water storage for 1 day and for 4 weeks they could perhaps be worn for longer durations (Groups 1 2 5 6 and 7) However both the magnitude of the decrease in force over time is decisive as are the initial and long-term force levels themselves Unlike the aforementioned forces of approx 15 N for the en masse retraction of nearly slot-filling archwires lower forces are desirable for single tooth movements to prevent ischemia in the periodontal ligament and subsequent indirect resorption with hyalinization [17] For example while chains of Group 5 exert force at approximately the same degree (13 N and 12 N) the chain forces of Group 4 maintained a level that was relatively low and irregular
sich deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen erkennen Die Werte Fmin der Kontrollgruppe (t = 0) und der Gruppe nach eintaumlgiger Wasserlagerung (t = 1) unterscheiden sich ausnahmslos signifikant voneinander Dass der Kraftabfall initial besonders ausgepraumlgt ist konnten verschiedene Studien bereits belegen [11 16] Kim et al [13] und Josell et al [11] fan-den zudem heraus dass der staumlrkste Kraftabfall bereits inner-halb der ersten Stunde stattfindet unabhaumlngig des umgebenen Mediums (37degC warmes WasserRaumluft) Vergleicht man die Werte zu den Zeitpunkten t = 1 t = 2 und t = 3 erkennt man eine eher inhomogene herstellerabhaumlngige Verteilung der Signifi-kanzen sodass eine grundsaumltzliche Aussage uumlber das Langzeit-verhalten nicht zulaumlssig ist Geht man davon aus dass bei ver-mehrtem Gleitwiderstand des Bogens im Slot z B bei einer En-masse-Retraktion auf annaumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen PCs mit Kraumlften von etwa 15 N beidseits appliziert werden sollten [14 22] so erscheint bei einigen Herstellern ein Austausch der Ketten aus mechanischen Gruumlnden bereits nach einem Tag als sinnvoll (z B Gruppe 4) Die Ketten anderer Hersteller sollten nach zweiwoumlchiger Applikationsdauer ausgetauscht werden da danach mit einem weiteren Kraftabfall zu rechnen ist (so z B Gruppe 8 10 und 11) Teilweise unterscheiden sich die Kraft-niveaus nach eintaumlgiger Lagerung und vierwoumlchiger Lagerung in feuchtem Milieu kaum sodass bei einigen Typen eine laumlngere Applikationsdauer moumlglich erscheint (Gruppen 1 2 5 6 und 7) Allerdings ist nicht nur das Ausmaszlig des Kraftabfalls uumlber die Zeit entscheidend sondern auch das initiale und langfristige Kraftniveau selbst Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Kraumlften von etwa 15 N bei einer En-masse-Retraktion auf an-naumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen sind bei Einzelzahnbewegungen geringere Kraumlfte gewuumlnscht um eine Ischaumlmie im Parodontalli-
Table 4 Values of the breaking strength Fmax in Newton (N) at times t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of storage in water) and t = 3 (28 days of storage in water) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 4 Werte der Bruchkraft Fmax in Newton (N) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
1 332(plusmn 11)a b 319(plusmn 14)a 339(plusmn 27)a b 342(plusmn 12)b 0018
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Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
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Conclusion
Our study results reveal that initial force levels exceed desired orthodontic forces However a significant drop in force occurs within a relatively short time The forces of PCs from almost all the manufacturers were within the target range for thera-peutic tooth movement after just one day However as chains from various manufacturers differ significantly practicing or-thodontists should take the manufacturer and application times into consideration when making therapeutic decisions
Conflict of interestOn behalf of all authors the corresponding author states that there are no conflicts of interest
gament und in der Folge eine indirekte Resorption mit Hyalini-sierung zu vermeiden [17] Waumlhrend zum Beispiel die Ketten der Gruppe 5 die Kraft auf annaumlhernd gleichem Niveau von 13minus12 N abgeben liegt das Kraftniveau der Ketten von Gruppe 4 auf relativ niedrigem inkonstanten Niveau
Schlussfolgerung
Anhand der Ergebnisse der vorliegenden Studie laumlsst sich fest-stellen dass das initiale Kraftniveau oberhalb der gewuumlnschten orthodontischen Kraumlfte liegt Es ist jedoch davon auszugehen dass bereits nach relativ kurzer Zeit ein deutlicher Kraftabfall stattfindet Nach einem Tag liegen die Kraumlfte der PCs fast aller Hersteller in dem fuumlr die therapeutische Zahnbewegung ge-wuumlnschten Bereich Dabei unterscheiden sich die Ketten der verschiedenen Hersteller jedoch signifikant sodass der kli-nisch taumltige Kieferorthopaumlde die Auswahl des Herstellers und die Applikationsdauer in seine Therapieuumlberlegungen einbe-ziehen sollte
InteressenkonfliktDer korrespondierende Autor gibt fuumlr sich und seine Koauto-ren an dass kein Interessenkonflikt besteht
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Correspondence AddressPD Dr Marc Philipp DittmerDepartment of OrthodonticsMedical School HanoverCarl-Neuberg-Str 130625 HanoverGermanye-mail marcdrdittmerde
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various manufacturers (p lt 0001) Moreover artificial aging sig-nificantly influenced Fmax Fmin and Lmax (p lt 0001)Conclusionemsp The orthodontist should consider both the me-chanical properties of PCs and the duration of these appliances application when treating patients Artificial aging had a signifi-cant influence on the parameters we determined (p lt 0001)
Elastomeric materials were first used in orthodontic therapy during the 1930s in the form of elastic ligatures [2] In the 1960s elastomeric orthodontic chains expanded the applica-tion of this type of therapeutic accessory Today power chains (PCs) find wide application in the straight-wire technique as well as in lingual orthodontics Examples of their widespread use include the derotation of individual teeth the closing of small gaps or en masse retraction in extraction cases [18] be-cause they can be applied easily and are quite affordable Fur-thermore they can remain in the mouth over a long period making them compliance-independent However these ad-vantages are accompanied by certain disadvantages oral hy-giene is affected by additional plaque-retention niches leading to biofilm colonization on teeth and chains [7 24] Moreover the variable mechanical properties during wear need to be considered in the clinical application of PCs
In general a 50ndash70 drop in the initial force level can be ex-pected within the first day after chain extension [1] After 28 days the force decreases by an average of 30ndash40 of the initial force level depending on the manufacturer this decrease can vary greatly [11 19 21] Moreover the oral cavitys moist envi-ronment exerts an influence on the PCs force levels [9] and PCs in the mouth are subjected to pH variations during the ingestion of liquid and solid foods Teixeira et al [23] observed no influ-ence of Coke Light phosphoric acid citric acid or artificial sa-liva on the force level In contrast in a study by Ferriter et al [8] a slightly alkaline environment (pH = 726) during a 4-week ob-servation period led to a greater drop in force than the pH value found in plaque (pH = 495)
Because of the various factors influencing the complex mate-rial properties of PCs it is often difficult for orthodontists to estimate the force levels applied at the beginning and during the application period With DIN EN ISO 216062007 [10] an in-ternational standard for testing orthodontic elastomeric auxilia-ries exists for the first time In accordance with the DIN EN ISO standard the objective of our study was to investigate the influ-ence of aging (simulated by water storage) on the material-relat-ed properties of elastomeric orthodontic chains without an in-termodular link
Hersteller signifikant voneinander (p lt 0001) Die kuumlnstliche Alte-rung hatte einen signifikanten Einfluss auf alle ermittelten Kenn-werte (p lt 0001)Schlussfolgerungenemsp Der klinisch taumltige Kieferorthopaumlde soll-te die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften der ver-wendeten PCs und deren Applikationsdauer in seine Therapie-uumlberlegungen einbeziehen
EinleitungIn der kieferorthopaumldischen Therapie kamen elastomere Werkstoffe in den 30er-Jahren des letzten Jahrhunderts erst-mals in Form von Gummiligaturen zur Anwendung [2] Elas-tomere orthodontische Ketten erweiterten in den 1960er-Jah-ren das Einsatzspektrum dieser Art von therapeutischem Hilfsmittel Heutzutage finden die Ketten (bdquopower chainsldquo PC) in der Straight-wire-Technik sowie in der lingualen Orthodon-tie umfassend Anwendung Sie werden standardmaumlszligig bei-spielsweise zur Derotation einzelner Zaumlhne zum Schluss klei-nerer Luumlcken oder zur En-masse-Retraktion bei Extraktions-faumlllen eingesetzt [18] da sie relativ kostenguumlnstig und einfach applizierbar sind Zudem koumlnnen sie Compliance-unabhaumlngig uumlber einen laumlngeren Zeitraum im Mund verbleiben Doch die-sen Vorteilen stehen auch dezidierte Nachteile gegenuumlber So wird die Hygienefaumlhigkeit durch zusaumltzliche Plaqueretentions-nischen reduziert In der Folge kann eine Besiedlung der Zaumlhne und der Ketten mit Biofilm beobachtet werden [7 24] Auszligerdem muumlssen bei der klinischen Anwendung von PCs die uumlber den Anwendungszeitraum veraumlnderlichen mechani-schen Eigenschaften beruumlcksichtigt werden
Grundsaumltzlich ist nach der Dehnung von Ketten mit einem Kraftabfall von 50minus70 des initialen Kraftniveaus innerhalb des ersten Tages zu rechnen [1] Nach 28 Tagen faumlllt die Kraft im Durchschnitt auf 30minus40 des initialen Kraftniveaus ab wobei eine relativ starke Schwankung in Abhaumlngigkeit vom Hersteller zu beobachten ist [11 19 21] Uumlberdies ist ein Einfluss des feuchten Milieus der Mundhoumlhle auf die Kraftniveaus der PCs festzustellen [9] Zusaumltzlich sind die Ketten in der Mundhoumlhle waumlhrend der Aufnahme von fluumlssiger oder fester Nahrung pH-Wert-Schwankungen ausgesetzt Teixeira et al [23] konnten keinen Einfluss von Light Coke Phosphorsaumlure Zitronensaumlure und kuumlnstlichem Speichel auf die erzielte Kraft feststellen Im Gegensatz dazu fuumlhrte in einer von Ferriter et al [8] durchge-fuumlhrten Studie ein leicht basisches Milieu (pH = 726) waumlhrend eines Betrachtungszeitraumes von vier Wochen zu einem staumlr-keren Kraftabfall als ein pH-Wert wie er in Plaque zu finden ist (pH = 495)
Auf Grund der diversen Einflussfaktoren auf die insgesamt komplexen Materialeigenschaften von PCs faumlllt es dem klinisch taumltigen Kieferorthopaumlden haumlufig schwer die applizierten Kraft-niveaus initial und uumlber den Anwendungszeitraum hinweg ab-
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291
Material and methods
In the present study eleven different types of PC from a total of seven different manufacturers were investigated (Table 1) For each PC type four groups with ten specimens each were prepared The specimens were collected from commercially delivered rolls or strips by cutting off a chain segment with nine modules using sharp ligature cutters (Figure 1a)
Before performing the tensile testing devices for the simula-tion of artificial aging were prepared For each type of PC three times the initial length (3 times L0) of the distance between the cent-ers of the third and seventh modules (L0) and between the sec-ond and the eighth modules (L1) were first calculated (Figure 1a) In the 3 times L1 distance a 12-mm thick spring-tempered wire (Remanium Dentaurum Ispringen Germany) was bent forming two 90deg angles and then embedded in light-curing polymethylmethacrylate for stabilization (Palatray Heraeus Kulzer Hanau Germany Figure 1b)
To individually fix the specimens in the tensioning appliance of a universal testing machine (type 20 K UTS Test Systems UlmEinsingen Germany) a corresponding device had to be
zuschaumltzen Mit der DIN EN ISO 216062007 [10] liegt nun erst-mals ein internationaler Standard zur materialkundlichen Untersuchung elastomerer orthodontischer Hilfsmittel vor In Anlehnung an die DIN EN ISO-Norm sollte in der vorliegenden Untersuchung der Einfluss von durch Wasserlagerung simulier-ter Alterung auf die werkstoffkundlichen Eigenschaften elast-omerer orthodontischer Ketten ohne intermodularen Steg untersucht werden
Material und Methodik
In der vorliegenden Studie wurden elf unterschiedliche PC-Typen von sieben verschiedenen Herstellern untersucht (Ta-belle 1) Pro PC-Typ wurden vier Gruppen mit jeweils zehn Pruumlfkoumlrpern vorbereitet Die Probekoumlrper wurden von han-delsuumlblich bezogenen Rollen bzw Streifen entnommen indem ein neunmoduliger Kettenanteil mit einem scharfen Ligatu-renschneider abgeschnitten wurde (Abbildung 1a)
Vor der Durchfuumlhrung des Zugversuchs wurden Vorrichtun-gen fuumlr die Simulation der kuumlnstlichen Alterung angefertigt Je PC-Typ wurde zunaumlchst die dreifache Laumlnge (3timesL0) des Abstan-
Table 1 Manufacturers and item numbers of the PCs used in this study
Tabelle 1 Hersteller und Artikelnummern der in dieser Studie verwendeten PCs
Manufacturerdistributor Itememspno Tradeemspname Group
B + W Dental Service Seeheim-Jugenheim Germany CE 428 Elastic chain without spacer clear 1
Figure 1 a Sample illustration of the L0 and L1 lengths in one test specimen b Sample illustration of a test specimen in the chuck for water storage
Abbildung 1 a Exemplarische Darstellung der Laumlngen L0 und L1 anhand eines Probekoumlrpers b Exemplarische Darstellung eines Pro-bekoumlrpers in der Haltevorrichtung fuumlr die Wasserlagerung
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built first For this purpose two 12 mm-thick spring-tempered wires (Remanium Dentaurum Ispringen Germany) were bent at 90deg and fixed in the testing machine The ends were rounded using a rubber polishing wheel to prevent mechanical damage of the test specimens during attachment The rest of the experi-ment was performed in accordance with DIN EN ISO 216062007 [10] All the test specimens were clamped into the universal testing machine with the initial length L0 and were stretched to 300 (up to four times their initial length) at a crosshead rate of 100 mmmin The test specimens were kept in this extended state for five seconds The extension was then re-duced to three times the original length (extension by 200) and maintained in this condition for 30 s the Fmin force was then determined Subsequently extension was continued until failure of the test specimens in the control groups (t = 0) the Fmax force and Lmax (the length at failure) were then deter-mined
After reducing the extension to three times the initial length the samples intended for artificial aging were fixed in the holder and stored in 37degC water (water grade 3 according to ISO 36961987) After 1 day (t = 1) 14 days (t = 2) and 28 days (t = 3) of water storage the test specimens were again clamped in the testing machine and the Fmin force measured they were then extended according to the aforementioned procedure until they failed whereupon Fmax and Lmax were measured
The data were statistically analyzed using the SPSSreg Statistics 170 software (SPSS Software Corp Chicago IL USA) Both
des der Zentren des dritten und siebten Moduls (L0) und des zweiten und achten Moduls (L1) errechnet (Abbildung 1a) Im Abstand 3timesL1 wurde ein 12 mm starker federharter Draht (Re-manium Dentaurum Ispringen) mit zwei 90deg-Biegungen ab-gewinkelt und zur Stabilisierung in ein lichthaumlrtendes Polyme-thylmethacrylat (Palatray Heraeus Kulzer Hanau) eingebettet (Abbildung 1b)
Um die Probekoumlrper einzeln in der Spannvorrichtung einer Universalpruumlfmaschine (Typ 20 K UTS Testsysteme Ulm-Ein-singen) zu befestigen musste zunaumlchst eine entsprechende Vor-richtung gebaut werden Dazu wurden zwei 12 mm starke fe-derharte Draumlhte (Remanium Dentaurum Ispringen) um 90deg abgewinkelt und in der Pruumlfmaschine befestigt Die Enden wur-den mit Hilfe eines Gummipolierers abgerundet um eine me-chanische Vorschaumldigung der Pruumlfkoumlrper beim Aufschieben zu vermeiden Die weitere Versuchsdurchfuumlhrung erfolgte in An-lehnung an DIN EN ISO 216062007 [10] Saumlmtliche Pruumlfkoumlrper wurden in die Universalpruumlfmaschine mit der Anfangslaumlnge L0 eingespannt und mit einer Traversengeschwindigkeit von 100 mmmin um 300 (bis zum 4-fachen ihrer Anfangslaumlnge) ge-dehnt In diesem gedehnten Zustand wurden die Pruumlfkoumlrper fuumlr fuumlnf Sekunden gehalten Nach Reduktion der Dehnung auf 3-fache Ausgangslaumlnge (Dehnung um 200) und 30-sekuumlndi-gem Halten dieses Zustands wurde die Kraft Fmin ermittelt Anschlieszligend erfolgte die Extension bis zum Versagen des Pruumlf-koumlrpers in den Kontrollgruppen (t = 0) wobei die Kraft Fmax und die Laumlnge beim Versagen Lmax bestimmt wurden
Figure 3 Line graph showing each groups mean Lmax value in reference to the storage period
Abbildung 3 Liniendiagramm zur Darstellung des Mittelwertes Lmax fuumlr die einzelnen Gruppen in Abhaumlngigkeit von der Lagerungsdauer
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the influence of the brand on the Fmin Fmax and Lmax values and the water-storage effect on the corresponding value within a brand were investigated using one-way analysis of variance the significance level was specified as p = 005 A group-by-group comparison was performed in the presence of homoge-neity of the variances using the post hoc Scheffeacute test the post hoc Tamhane test was applied for variance inhomogeneity
Results
In Figure 2 Figure 3 and Figure 4 the influence of artificial aging due to water storage is illustrated and the mean values of Fmin Lmax and Fmax are shown as a line graph for each manufacturer at time points t = 0 to t = 3 The Fmin values (Figure 2) revealed a significant decrease in force after one day in water storage which weakened after 14 and 28 days A simi-lar situation in the Lmax length was observed at the time of failure (Figure 3) After one day of water storage the chains failed at much lower extension already In contrast to Fmin and Lmax the control groups Fmax values were at approxi-mately the same level after one day and after 14 and 28 days in water storage (Figure 4) Nevertheless the duration of water storage significantly affected the force at the time of failure (Fmax) for nearly every manufacturer (Table 2)
The Fmin values at t = 0 t = 1 t = 2 and t = 3 are listed in Table 3 Within the respective aging conditions Fmin values differed significantly depending on the manufacturer (p lt 0001) rang-
Die fuumlr die kuumlnstliche Alterung vorgesehenen Proben wurden nach Reduktion der Dehnung auf die dreifache Ausgangslaumlnge auf die Haltevorrichtung gespannt und in 37degC warmem Wasser (Qualitaumlt 3 nach ISO 36961987) gelagert Nach ein- (t = 1) 14- (t = 2) und 28-taumlgiger (t =3) Wasserlagerung wurden die Probe-koumlrper erneut in die Pruumlfmaschine gespannt die Kraft (Fmin) gemessen und anschlieszligend gemaumlszlig dem oben beschriebenen Vorgehen bis zum Versagen gedehnt wobei wiederum Fmax und Lmax bestimmt wurden
Die statistische Analyse der ermittelten Daten erfolgte an-hand der Software SPSSreg Statistics 170 (SPSS Software Corp Chicago IL USA) Sowohl der Einfluss des Fabrikats auf die Werte Fmin Fmax und Lmax als auch der Einfluss der Wasser-lagerung auf den jeweiligen Wert innerhalb eines Fabrikats wur-den mittels einer einfaktoriellen Varianzanalyse untersucht wobei das Signifikanzniveau auf p = 005 festgelegt wurde Ein gruppenweiser Vergleich erfolgte bei Homogenitaumlt der Varian-zen mit Hilfe des post-hoc Scheffeacute-Tests bei Inhomogenitaumlt der Varianzen wurde der post hoc Tamhane-Test angewendet
Ergebnisse
In den Abbildungen 2 3 und 4 ist der Einfluss der kuumlnstlichen Alterung durch Wasserlagerung dargestellt Dazu wurden die Mittelwerte von Fmin Lmax und Fmax als Liniendiagramm fuumlr jeden Hersteller zu den Zeitpunkten t = 0 bis t = 3 ausgege-ben Betrachtet man die Werte fuumlr Fmin (Abbildung 2) so war ein deutlicher Abfall der Kraft nach eintaumlgiger Wasserlagerung zu erkennen der sich jedoch nach 14 und 28 Tagen ab-schwaumlchte Aumlhnlich verhielt es sich bei der Laumlnge Lmax zum Zeitpunkt des Versagens (Abbildung 3) Nach eintaumlgiger Was-serlagerung versagten die Ketten bereits bei deutlich geringerer Dehnung Im Gegensatz zu Fmin und Lmax befinden sich so-wohl die Werte Fmax der Kontrollgruppe als auch die nach einem Tag 14 Tagen und 28 Tagen Wasserlagerung auf annauml-hernd gleichem Niveau (Abbildung 4) Dennoch beeinflusst die Dauer der Wasserlagerung die Kraft zum Zeitpunkt des Versa-gens (Fmax) bei fast allen Herstellern signifikant (Tabelle 2)
In Tabelle 3 sind die Werte fuumlr Fmin zum Zeitpunkt t = 0 t = 1 t = 2 und t = 3 aufgelistet Innerhalb der jeweiligen Alterungszu-staumlnde unterschieden sich die Werte fuumlr Fmin in Abhaumlngigkeit vom Hersteller signifikant voneinander (p lt 0001) Die Kraumlfte lagen zwischen 18 N (Gruppe 9) und 30 N (Gruppe 2) zum Zeitpunkt t = 0 und zwischen 02 N (Gruppe 4) und 13 N (Gruppe 5) zum Zeitpunkt t = 3 Die Lagerung im feuchten Mi-lieu hatte in jeder Gruppe einen signifikanten Einfluss auf Fmin (p lt 0001) Der staumlrkste Abfall von Fmin (von 21 N zum Zeit-punkt t = 0 um 95 auf 02 N zum Zeitpunkt t = 3) konnte in Gruppe 4 beobachtet werden
Ein sehr aumlhnliches Verhalten zeigten die Werte von Lmax (Ta-belle 4) Sowohl der Typ der Ketten als auch die Wasserlagerung hatten einen signifikanten Einfluss auf die Laumlnge beim Versagen (p lt 0001) In der Kontrollgruppe (t = 0) konnten die Ketten um bis zu 325 (Gruppe 10) bzw 529 (Gruppe 2) gedehnt wer-den wohingegen die kuumlnstlich gealterten Ketten bereits bei
3500
3000
2500
2000
1500
1000
control 1 day 14 days 28 days
Mea
n Fm
ax v
alue
[N]
Storage time
Group(B+W)1(DV 2000)2(DV 2000)3
(Ormco)4(Ormco)5(Smile)6(RMO)7
(AO)8(AO)9(Dentaurum)10
11 (Dentaurum)
Figure 4 Line graph showing each groups mean Fmax value in reference to the storage period
Abbildung 4 Liniendiagramm zur Darstellung des Mittelwertes Fmax fuumlr die einzelnen Gruppen in Abhaumlngigkeit von der Lagerungsdauer
Dittmer MP Demling AP et al Mechanische Eigenschaften orthodontischer Ketten
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ing from 18 N (Group 9) to 30 N (Group 2) at t = 0 and from 02 N (Group 4) to 13 N (Group 5) at t = 3 Storage in water had a significant influence on Fmin in each group (p lt 0001) Group 4 displayed the greatest decrease in Fmin (by 95 from 21 N at t = 0 to 02 N at t = 3)
The Lmax values revealed very similar behavior (Table 4) Both the chain type and water storage had a significant influ-ence on length at failure (p lt 0001) In the control group (t = 0) the chains were extendable by up to 325 (Group 10) and 529 (Group 2) whereas the artificially aged chains already failed at extensions of 243 (Group 10 t = 2) and 311 (Group 2 t = 3)
From t = 0 to t = 3 a significant group effect (p = 0001) on Fmax values was observed (Table 2) Except for groups 3 and 10 water storage also had a significant effect on Fmax within the groups However we failed to observe a sharp drop in Fmax val-uesmdashas was the case for Fmin and Lmax Due to the influence of water storage Fmax decreased by a maximum of 15 (Group 8 t = 0 and t = 1) from the original value In some cases water stor-age caused a slight increase in the force necessary to induce fail-ure compared to the control group (Groups 1 3 5 6 7 9 10)
Discussion
Due to the recent introduction of DIN EN ISO 216062007 an internationally uniform approach to standardizing the exami-nation of elastomeric elements is available It describes in de-tail the preparation of test specimens minimum accuracy standards for testing machines and the experimental setup [10] The standard conditions specified in the DIN EN ISO 216062007 have been taken into account as far as possible in
Dehnungen um 243 (Gruppe 10 t = 2) und 311 (Gruppe 2 t = 3) versagten
Die Gruppe hatte zu den Zeitpunkten t = 0 bis t = 3 einen sig-nifikanten Einfluss (p lt 0001) auf die Werte von Fmax (Tabelle 2) Die Wasserlagerung hatte mit Ausnahme der Gruppen 3 und 10 ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf Fmax innerhalb der Gruppen Allerdings konnte kein so starker Abfall der Werte wie bei Fmin und Lmax beobachtet werden Fmax fiel durch den Einfluss der Wasserlagerung maximal um 15 (Gruppe 8 t = 0 und t = 1) vom Ursprungswert ab Teilweise konnte durch die Wasserlagerung ein minimaler Anstieg der fuumlr das Versagen notwendigen Kraft im Vergleich zur Kontrollgruppe beobachtet werden (Gruppen 1 3 5 6 7 9 10)
Diskussion
Erst seit kurzer Zeit ist durch die Einfuumlhrung der DIN EN ISO-Norm 216062007 ein international einheitliches Vorge-hen zur standardisierten Vorgehensweise im Rahmen der Pruuml-fung elastomerer Elemente gewaumlhrleistet Neben der Herstel-lung der Pruumlfkoumlrper sind auch die Mindestgenauigkeiten der Pruumlfmaschine und der Versuchsaufbau detailliert beschrieben [10] In der vorliegenden Studie wurde versucht die durch die Norm vorgegebenen Rahmenbedingungen weitestgehend zu beruumlcksichtigen Die Herstellung der Probekoumlrper sowie die kuumlnstliche Alterung erfolgten ISO-konform Das anschlie-szligende Testprogramm der Pruumlfmaschine zur Aufzeichnung der Kraft-Weg-Diagramme beruumlcksichtigte die Normvorgaben die besagen dass vor dem Versagenstest die Vordehnung von der 4- auf die 3-fache Laumlnge erfolgen muss Zur Ermittlung der
Table 2 Fmin force values in Newton (N) when extended by 200 (3 times the initial length) at t = 0 (control group) t = 1 (one day of water storage) t = 2 (14 days of water storage) and t = 3 (28 days of water storage) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 2 Werte der Kraft Fmin in Newton (N) bei Dehnung um 200 (3-fache Ausgangslaumlnge) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasser-lagerung) t= 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung) (jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
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Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
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this study the test specimens were prepared and artificial aging carried out in an ISO-compliant manner The subse-quent test program in the test machine for generating the forcendashdisplacement diagrams considered the standard specifi-cations stating that after initial extension to four times the test lengths the samples must be extended to three times their test length before the failure test To determine forces and exten-sions we used a calibrated universal testing machine already applied in previous studies [4 5 15]
The international literature on this subject contains mostly studies that compared PCs from just one or a few manufacturers [3 6 12 13] Although their results may help practicing ortho-dontists they do not allow them to compare the chains from different manufacturers currently on the market Thus the aim of the current study was to include elastomeric orthodontic chains from as many manufacturers as possible
As shown in Figure 2 and Figure 3 artificial aging led to a significant decrease in Fmin and Lmax values compared to the control group This phenomenon was most pronounced be-tween t = 0 and t = 1 (Fmin by 52 Lmax by 36) These reduc-tions in force correlate quite well with the 50ndash80 residual force values within the first 24 h reported in the literature [1 20] On the other hand the force at the time of failure (Fmax Figure 3) remained approximately the same in some cases Fmax even increased The reduced elasticity in association with nearly con-stant forces during failure suggests that the elastomeric material begins to become brittle and lose elasticity after only a short time
On the other hand if the influence of artificial aging is not examined according to chain type rather according to the spe-
Kraumlfte und Dehnungen kam eine kalibrierte bereits in fruumlhe-ren Untersuchungen verwendete Universalpruumlfmaschine zum Einsatz [4 5 15]
In der internationalen Literatur finden sich hauptsaumlchlich Studien in denen PCs einzelner oder weniger Hersteller ver-gleichend untersucht wurden [3 6 12 13] Die dort gefundenen Ergebnisse lassen zwar Schlussfolgerungen fuumlr den praktisch taumltigen Kieferorthopaumlden zu ermoumlglichen ihm jedoch keinen Vergleich von den zurzeit auf dem Markt befindlichen Ketten unterschiedlicher Hersteller Daher sollten in die vorliegende Studie elastomere orthodontische Ketten moumlglichst vieler Her-steller einbezogen werden
Wie in Abbildung 2 und Abbildung 3 zu erkennen ist hatte die kuumlnstliche Alterung im Vergleich zur Kontrollgruppe einen deutlichen Abfall der Werte sowohl fuumlr Fmin als auch fuumlr Lmax zur Folge Insbesondere zwischen den Zeitpunkten t = 0 und t = 1 war dieses Phaumlnomen am staumlrksten ausgepraumlgt (Fmin um 52 Lmax um 36) Der beobachtete Kraftabfall korreliert recht gut mit den in der Literatur fuumlr die verbleibende Kraft an-gegebenen Werten von 50minus80 des initialen Kraftniveaus in-nerhalb der ersten 24 Stunden [1 20] Die Kraft zum Zeitpunkt des Versagens (Fmax Abbildung 3) blieb hingegen auf annauml-hernd gleichem Niveau und teilweise stiegen die Werte sogar an Die verringerte Elastizitaumlt in Zusammenhang mit annaumlhernd konstanten Kraumlften waumlhrend des Versagens legen den Schluss nahe dass schon nach kurzer Zeit eine Versproumldung des elast-omeren Materials einsetzt und die elastischen Eigenschaften ab-nehmen
Wird der Einfluss der kuumlnstlichen Alterung nicht uumlber alle Typen hinweg sondern herstellerspezifisch betrachtet so lassen
Table 3 Lmax values (extension at breakage) in percent () at t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of water storage) and t = 3 (28 days of water storage mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same super-scripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 3 Werte der Bruchdehnung in Prozent () Lmax zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlf-gruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
Dittmer MP Demling AP et al Mechanische Eigenschaften orthodontischer Ketten
296 J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
cific manufacturer marked differences become apparent The control groups Fmin values at t = 0 and those of the group after one days water storage at t = 1 differ significantly without excep-tion Several studies have shown that the decrease in force is es-pecially pronounced at the beginning [11 16] Furthermore Kim et al [13] and Josell et al [11] found that the strongest drop in force occurs within the first hour regardless of the surround-ing medium (37degC water or air) When our t = 1 t = 2 and t = 3 values are compared a rather inhomogeneous manufacturer-dependent distribution of significances is observed which makes it impossible to draw conclusions as to long-term behav-ior Assuming that there is increased resistance to the archwires sliding in the slot eg as in en masse retraction with nearly slot-filling archwires and that PCs with forces of approx 15 N are bilaterally applied [14 22] it would make sense to replace sev-eral manufacturers chains for mechanical reasons after just one day (eg Group 4) Chains from other manufacturers should be replaced after 2 weeks of application because a further drop in force is probable (such as Groups 8 10 and 11) In some chains force levels barely differed after water storage for 1 day and for 4 weeks they could perhaps be worn for longer durations (Groups 1 2 5 6 and 7) However both the magnitude of the decrease in force over time is decisive as are the initial and long-term force levels themselves Unlike the aforementioned forces of approx 15 N for the en masse retraction of nearly slot-filling archwires lower forces are desirable for single tooth movements to prevent ischemia in the periodontal ligament and subsequent indirect resorption with hyalinization [17] For example while chains of Group 5 exert force at approximately the same degree (13 N and 12 N) the chain forces of Group 4 maintained a level that was relatively low and irregular
sich deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen erkennen Die Werte Fmin der Kontrollgruppe (t = 0) und der Gruppe nach eintaumlgiger Wasserlagerung (t = 1) unterscheiden sich ausnahmslos signifikant voneinander Dass der Kraftabfall initial besonders ausgepraumlgt ist konnten verschiedene Studien bereits belegen [11 16] Kim et al [13] und Josell et al [11] fan-den zudem heraus dass der staumlrkste Kraftabfall bereits inner-halb der ersten Stunde stattfindet unabhaumlngig des umgebenen Mediums (37degC warmes WasserRaumluft) Vergleicht man die Werte zu den Zeitpunkten t = 1 t = 2 und t = 3 erkennt man eine eher inhomogene herstellerabhaumlngige Verteilung der Signifi-kanzen sodass eine grundsaumltzliche Aussage uumlber das Langzeit-verhalten nicht zulaumlssig ist Geht man davon aus dass bei ver-mehrtem Gleitwiderstand des Bogens im Slot z B bei einer En-masse-Retraktion auf annaumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen PCs mit Kraumlften von etwa 15 N beidseits appliziert werden sollten [14 22] so erscheint bei einigen Herstellern ein Austausch der Ketten aus mechanischen Gruumlnden bereits nach einem Tag als sinnvoll (z B Gruppe 4) Die Ketten anderer Hersteller sollten nach zweiwoumlchiger Applikationsdauer ausgetauscht werden da danach mit einem weiteren Kraftabfall zu rechnen ist (so z B Gruppe 8 10 und 11) Teilweise unterscheiden sich die Kraft-niveaus nach eintaumlgiger Lagerung und vierwoumlchiger Lagerung in feuchtem Milieu kaum sodass bei einigen Typen eine laumlngere Applikationsdauer moumlglich erscheint (Gruppen 1 2 5 6 und 7) Allerdings ist nicht nur das Ausmaszlig des Kraftabfalls uumlber die Zeit entscheidend sondern auch das initiale und langfristige Kraftniveau selbst Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Kraumlften von etwa 15 N bei einer En-masse-Retraktion auf an-naumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen sind bei Einzelzahnbewegungen geringere Kraumlfte gewuumlnscht um eine Ischaumlmie im Parodontalli-
Table 4 Values of the breaking strength Fmax in Newton (N) at times t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of storage in water) and t = 3 (28 days of storage in water) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 4 Werte der Bruchkraft Fmax in Newton (N) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
1 332(plusmn 11)a b 319(plusmn 14)a 339(plusmn 27)a b 342(plusmn 12)b 0018
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Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
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Conclusion
Our study results reveal that initial force levels exceed desired orthodontic forces However a significant drop in force occurs within a relatively short time The forces of PCs from almost all the manufacturers were within the target range for thera-peutic tooth movement after just one day However as chains from various manufacturers differ significantly practicing or-thodontists should take the manufacturer and application times into consideration when making therapeutic decisions
Conflict of interestOn behalf of all authors the corresponding author states that there are no conflicts of interest
gament und in der Folge eine indirekte Resorption mit Hyalini-sierung zu vermeiden [17] Waumlhrend zum Beispiel die Ketten der Gruppe 5 die Kraft auf annaumlhernd gleichem Niveau von 13minus12 N abgeben liegt das Kraftniveau der Ketten von Gruppe 4 auf relativ niedrigem inkonstanten Niveau
Schlussfolgerung
Anhand der Ergebnisse der vorliegenden Studie laumlsst sich fest-stellen dass das initiale Kraftniveau oberhalb der gewuumlnschten orthodontischen Kraumlfte liegt Es ist jedoch davon auszugehen dass bereits nach relativ kurzer Zeit ein deutlicher Kraftabfall stattfindet Nach einem Tag liegen die Kraumlfte der PCs fast aller Hersteller in dem fuumlr die therapeutische Zahnbewegung ge-wuumlnschten Bereich Dabei unterscheiden sich die Ketten der verschiedenen Hersteller jedoch signifikant sodass der kli-nisch taumltige Kieferorthopaumlde die Auswahl des Herstellers und die Applikationsdauer in seine Therapieuumlberlegungen einbe-ziehen sollte
InteressenkonfliktDer korrespondierende Autor gibt fuumlr sich und seine Koauto-ren an dass kein Interessenkonflikt besteht
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Correspondence AddressPD Dr Marc Philipp DittmerDepartment of OrthodonticsMedical School HanoverCarl-Neuberg-Str 130625 HanoverGermanye-mail marcdrdittmerde
291J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
291
Material and methods
In the present study eleven different types of PC from a total of seven different manufacturers were investigated (Table 1) For each PC type four groups with ten specimens each were prepared The specimens were collected from commercially delivered rolls or strips by cutting off a chain segment with nine modules using sharp ligature cutters (Figure 1a)
Before performing the tensile testing devices for the simula-tion of artificial aging were prepared For each type of PC three times the initial length (3 times L0) of the distance between the cent-ers of the third and seventh modules (L0) and between the sec-ond and the eighth modules (L1) were first calculated (Figure 1a) In the 3 times L1 distance a 12-mm thick spring-tempered wire (Remanium Dentaurum Ispringen Germany) was bent forming two 90deg angles and then embedded in light-curing polymethylmethacrylate for stabilization (Palatray Heraeus Kulzer Hanau Germany Figure 1b)
To individually fix the specimens in the tensioning appliance of a universal testing machine (type 20 K UTS Test Systems UlmEinsingen Germany) a corresponding device had to be
zuschaumltzen Mit der DIN EN ISO 216062007 [10] liegt nun erst-mals ein internationaler Standard zur materialkundlichen Untersuchung elastomerer orthodontischer Hilfsmittel vor In Anlehnung an die DIN EN ISO-Norm sollte in der vorliegenden Untersuchung der Einfluss von durch Wasserlagerung simulier-ter Alterung auf die werkstoffkundlichen Eigenschaften elast-omerer orthodontischer Ketten ohne intermodularen Steg untersucht werden
Material und Methodik
In der vorliegenden Studie wurden elf unterschiedliche PC-Typen von sieben verschiedenen Herstellern untersucht (Ta-belle 1) Pro PC-Typ wurden vier Gruppen mit jeweils zehn Pruumlfkoumlrpern vorbereitet Die Probekoumlrper wurden von han-delsuumlblich bezogenen Rollen bzw Streifen entnommen indem ein neunmoduliger Kettenanteil mit einem scharfen Ligatu-renschneider abgeschnitten wurde (Abbildung 1a)
Vor der Durchfuumlhrung des Zugversuchs wurden Vorrichtun-gen fuumlr die Simulation der kuumlnstlichen Alterung angefertigt Je PC-Typ wurde zunaumlchst die dreifache Laumlnge (3timesL0) des Abstan-
Table 1 Manufacturers and item numbers of the PCs used in this study
Tabelle 1 Hersteller und Artikelnummern der in dieser Studie verwendeten PCs
Manufacturerdistributor Itememspno Tradeemspname Group
B + W Dental Service Seeheim-Jugenheim Germany CE 428 Elastic chain without spacer clear 1
Figure 1 a Sample illustration of the L0 and L1 lengths in one test specimen b Sample illustration of a test specimen in the chuck for water storage
Abbildung 1 a Exemplarische Darstellung der Laumlngen L0 und L1 anhand eines Probekoumlrpers b Exemplarische Darstellung eines Pro-bekoumlrpers in der Haltevorrichtung fuumlr die Wasserlagerung
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292 J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
built first For this purpose two 12 mm-thick spring-tempered wires (Remanium Dentaurum Ispringen Germany) were bent at 90deg and fixed in the testing machine The ends were rounded using a rubber polishing wheel to prevent mechanical damage of the test specimens during attachment The rest of the experi-ment was performed in accordance with DIN EN ISO 216062007 [10] All the test specimens were clamped into the universal testing machine with the initial length L0 and were stretched to 300 (up to four times their initial length) at a crosshead rate of 100 mmmin The test specimens were kept in this extended state for five seconds The extension was then re-duced to three times the original length (extension by 200) and maintained in this condition for 30 s the Fmin force was then determined Subsequently extension was continued until failure of the test specimens in the control groups (t = 0) the Fmax force and Lmax (the length at failure) were then deter-mined
After reducing the extension to three times the initial length the samples intended for artificial aging were fixed in the holder and stored in 37degC water (water grade 3 according to ISO 36961987) After 1 day (t = 1) 14 days (t = 2) and 28 days (t = 3) of water storage the test specimens were again clamped in the testing machine and the Fmin force measured they were then extended according to the aforementioned procedure until they failed whereupon Fmax and Lmax were measured
The data were statistically analyzed using the SPSSreg Statistics 170 software (SPSS Software Corp Chicago IL USA) Both
des der Zentren des dritten und siebten Moduls (L0) und des zweiten und achten Moduls (L1) errechnet (Abbildung 1a) Im Abstand 3timesL1 wurde ein 12 mm starker federharter Draht (Re-manium Dentaurum Ispringen) mit zwei 90deg-Biegungen ab-gewinkelt und zur Stabilisierung in ein lichthaumlrtendes Polyme-thylmethacrylat (Palatray Heraeus Kulzer Hanau) eingebettet (Abbildung 1b)
Um die Probekoumlrper einzeln in der Spannvorrichtung einer Universalpruumlfmaschine (Typ 20 K UTS Testsysteme Ulm-Ein-singen) zu befestigen musste zunaumlchst eine entsprechende Vor-richtung gebaut werden Dazu wurden zwei 12 mm starke fe-derharte Draumlhte (Remanium Dentaurum Ispringen) um 90deg abgewinkelt und in der Pruumlfmaschine befestigt Die Enden wur-den mit Hilfe eines Gummipolierers abgerundet um eine me-chanische Vorschaumldigung der Pruumlfkoumlrper beim Aufschieben zu vermeiden Die weitere Versuchsdurchfuumlhrung erfolgte in An-lehnung an DIN EN ISO 216062007 [10] Saumlmtliche Pruumlfkoumlrper wurden in die Universalpruumlfmaschine mit der Anfangslaumlnge L0 eingespannt und mit einer Traversengeschwindigkeit von 100 mmmin um 300 (bis zum 4-fachen ihrer Anfangslaumlnge) ge-dehnt In diesem gedehnten Zustand wurden die Pruumlfkoumlrper fuumlr fuumlnf Sekunden gehalten Nach Reduktion der Dehnung auf 3-fache Ausgangslaumlnge (Dehnung um 200) und 30-sekuumlndi-gem Halten dieses Zustands wurde die Kraft Fmin ermittelt Anschlieszligend erfolgte die Extension bis zum Versagen des Pruumlf-koumlrpers in den Kontrollgruppen (t = 0) wobei die Kraft Fmax und die Laumlnge beim Versagen Lmax bestimmt wurden
Figure 3 Line graph showing each groups mean Lmax value in reference to the storage period
Abbildung 3 Liniendiagramm zur Darstellung des Mittelwertes Lmax fuumlr die einzelnen Gruppen in Abhaumlngigkeit von der Lagerungsdauer
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Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
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the influence of the brand on the Fmin Fmax and Lmax values and the water-storage effect on the corresponding value within a brand were investigated using one-way analysis of variance the significance level was specified as p = 005 A group-by-group comparison was performed in the presence of homoge-neity of the variances using the post hoc Scheffeacute test the post hoc Tamhane test was applied for variance inhomogeneity
Results
In Figure 2 Figure 3 and Figure 4 the influence of artificial aging due to water storage is illustrated and the mean values of Fmin Lmax and Fmax are shown as a line graph for each manufacturer at time points t = 0 to t = 3 The Fmin values (Figure 2) revealed a significant decrease in force after one day in water storage which weakened after 14 and 28 days A simi-lar situation in the Lmax length was observed at the time of failure (Figure 3) After one day of water storage the chains failed at much lower extension already In contrast to Fmin and Lmax the control groups Fmax values were at approxi-mately the same level after one day and after 14 and 28 days in water storage (Figure 4) Nevertheless the duration of water storage significantly affected the force at the time of failure (Fmax) for nearly every manufacturer (Table 2)
The Fmin values at t = 0 t = 1 t = 2 and t = 3 are listed in Table 3 Within the respective aging conditions Fmin values differed significantly depending on the manufacturer (p lt 0001) rang-
Die fuumlr die kuumlnstliche Alterung vorgesehenen Proben wurden nach Reduktion der Dehnung auf die dreifache Ausgangslaumlnge auf die Haltevorrichtung gespannt und in 37degC warmem Wasser (Qualitaumlt 3 nach ISO 36961987) gelagert Nach ein- (t = 1) 14- (t = 2) und 28-taumlgiger (t =3) Wasserlagerung wurden die Probe-koumlrper erneut in die Pruumlfmaschine gespannt die Kraft (Fmin) gemessen und anschlieszligend gemaumlszlig dem oben beschriebenen Vorgehen bis zum Versagen gedehnt wobei wiederum Fmax und Lmax bestimmt wurden
Die statistische Analyse der ermittelten Daten erfolgte an-hand der Software SPSSreg Statistics 170 (SPSS Software Corp Chicago IL USA) Sowohl der Einfluss des Fabrikats auf die Werte Fmin Fmax und Lmax als auch der Einfluss der Wasser-lagerung auf den jeweiligen Wert innerhalb eines Fabrikats wur-den mittels einer einfaktoriellen Varianzanalyse untersucht wobei das Signifikanzniveau auf p = 005 festgelegt wurde Ein gruppenweiser Vergleich erfolgte bei Homogenitaumlt der Varian-zen mit Hilfe des post-hoc Scheffeacute-Tests bei Inhomogenitaumlt der Varianzen wurde der post hoc Tamhane-Test angewendet
Ergebnisse
In den Abbildungen 2 3 und 4 ist der Einfluss der kuumlnstlichen Alterung durch Wasserlagerung dargestellt Dazu wurden die Mittelwerte von Fmin Lmax und Fmax als Liniendiagramm fuumlr jeden Hersteller zu den Zeitpunkten t = 0 bis t = 3 ausgege-ben Betrachtet man die Werte fuumlr Fmin (Abbildung 2) so war ein deutlicher Abfall der Kraft nach eintaumlgiger Wasserlagerung zu erkennen der sich jedoch nach 14 und 28 Tagen ab-schwaumlchte Aumlhnlich verhielt es sich bei der Laumlnge Lmax zum Zeitpunkt des Versagens (Abbildung 3) Nach eintaumlgiger Was-serlagerung versagten die Ketten bereits bei deutlich geringerer Dehnung Im Gegensatz zu Fmin und Lmax befinden sich so-wohl die Werte Fmax der Kontrollgruppe als auch die nach einem Tag 14 Tagen und 28 Tagen Wasserlagerung auf annauml-hernd gleichem Niveau (Abbildung 4) Dennoch beeinflusst die Dauer der Wasserlagerung die Kraft zum Zeitpunkt des Versa-gens (Fmax) bei fast allen Herstellern signifikant (Tabelle 2)
In Tabelle 3 sind die Werte fuumlr Fmin zum Zeitpunkt t = 0 t = 1 t = 2 und t = 3 aufgelistet Innerhalb der jeweiligen Alterungszu-staumlnde unterschieden sich die Werte fuumlr Fmin in Abhaumlngigkeit vom Hersteller signifikant voneinander (p lt 0001) Die Kraumlfte lagen zwischen 18 N (Gruppe 9) und 30 N (Gruppe 2) zum Zeitpunkt t = 0 und zwischen 02 N (Gruppe 4) und 13 N (Gruppe 5) zum Zeitpunkt t = 3 Die Lagerung im feuchten Mi-lieu hatte in jeder Gruppe einen signifikanten Einfluss auf Fmin (p lt 0001) Der staumlrkste Abfall von Fmin (von 21 N zum Zeit-punkt t = 0 um 95 auf 02 N zum Zeitpunkt t = 3) konnte in Gruppe 4 beobachtet werden
Ein sehr aumlhnliches Verhalten zeigten die Werte von Lmax (Ta-belle 4) Sowohl der Typ der Ketten als auch die Wasserlagerung hatten einen signifikanten Einfluss auf die Laumlnge beim Versagen (p lt 0001) In der Kontrollgruppe (t = 0) konnten die Ketten um bis zu 325 (Gruppe 10) bzw 529 (Gruppe 2) gedehnt wer-den wohingegen die kuumlnstlich gealterten Ketten bereits bei
3500
3000
2500
2000
1500
1000
control 1 day 14 days 28 days
Mea
n Fm
ax v
alue
[N]
Storage time
Group(B+W)1(DV 2000)2(DV 2000)3
(Ormco)4(Ormco)5(Smile)6(RMO)7
(AO)8(AO)9(Dentaurum)10
11 (Dentaurum)
Figure 4 Line graph showing each groups mean Fmax value in reference to the storage period
Abbildung 4 Liniendiagramm zur Darstellung des Mittelwertes Fmax fuumlr die einzelnen Gruppen in Abhaumlngigkeit von der Lagerungsdauer
Dittmer MP Demling AP et al Mechanische Eigenschaften orthodontischer Ketten
294 J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
ing from 18 N (Group 9) to 30 N (Group 2) at t = 0 and from 02 N (Group 4) to 13 N (Group 5) at t = 3 Storage in water had a significant influence on Fmin in each group (p lt 0001) Group 4 displayed the greatest decrease in Fmin (by 95 from 21 N at t = 0 to 02 N at t = 3)
The Lmax values revealed very similar behavior (Table 4) Both the chain type and water storage had a significant influ-ence on length at failure (p lt 0001) In the control group (t = 0) the chains were extendable by up to 325 (Group 10) and 529 (Group 2) whereas the artificially aged chains already failed at extensions of 243 (Group 10 t = 2) and 311 (Group 2 t = 3)
From t = 0 to t = 3 a significant group effect (p = 0001) on Fmax values was observed (Table 2) Except for groups 3 and 10 water storage also had a significant effect on Fmax within the groups However we failed to observe a sharp drop in Fmax val-uesmdashas was the case for Fmin and Lmax Due to the influence of water storage Fmax decreased by a maximum of 15 (Group 8 t = 0 and t = 1) from the original value In some cases water stor-age caused a slight increase in the force necessary to induce fail-ure compared to the control group (Groups 1 3 5 6 7 9 10)
Discussion
Due to the recent introduction of DIN EN ISO 216062007 an internationally uniform approach to standardizing the exami-nation of elastomeric elements is available It describes in de-tail the preparation of test specimens minimum accuracy standards for testing machines and the experimental setup [10] The standard conditions specified in the DIN EN ISO 216062007 have been taken into account as far as possible in
Dehnungen um 243 (Gruppe 10 t = 2) und 311 (Gruppe 2 t = 3) versagten
Die Gruppe hatte zu den Zeitpunkten t = 0 bis t = 3 einen sig-nifikanten Einfluss (p lt 0001) auf die Werte von Fmax (Tabelle 2) Die Wasserlagerung hatte mit Ausnahme der Gruppen 3 und 10 ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf Fmax innerhalb der Gruppen Allerdings konnte kein so starker Abfall der Werte wie bei Fmin und Lmax beobachtet werden Fmax fiel durch den Einfluss der Wasserlagerung maximal um 15 (Gruppe 8 t = 0 und t = 1) vom Ursprungswert ab Teilweise konnte durch die Wasserlagerung ein minimaler Anstieg der fuumlr das Versagen notwendigen Kraft im Vergleich zur Kontrollgruppe beobachtet werden (Gruppen 1 3 5 6 7 9 10)
Diskussion
Erst seit kurzer Zeit ist durch die Einfuumlhrung der DIN EN ISO-Norm 216062007 ein international einheitliches Vorge-hen zur standardisierten Vorgehensweise im Rahmen der Pruuml-fung elastomerer Elemente gewaumlhrleistet Neben der Herstel-lung der Pruumlfkoumlrper sind auch die Mindestgenauigkeiten der Pruumlfmaschine und der Versuchsaufbau detailliert beschrieben [10] In der vorliegenden Studie wurde versucht die durch die Norm vorgegebenen Rahmenbedingungen weitestgehend zu beruumlcksichtigen Die Herstellung der Probekoumlrper sowie die kuumlnstliche Alterung erfolgten ISO-konform Das anschlie-szligende Testprogramm der Pruumlfmaschine zur Aufzeichnung der Kraft-Weg-Diagramme beruumlcksichtigte die Normvorgaben die besagen dass vor dem Versagenstest die Vordehnung von der 4- auf die 3-fache Laumlnge erfolgen muss Zur Ermittlung der
Table 2 Fmin force values in Newton (N) when extended by 200 (3 times the initial length) at t = 0 (control group) t = 1 (one day of water storage) t = 2 (14 days of water storage) and t = 3 (28 days of water storage) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 2 Werte der Kraft Fmin in Newton (N) bei Dehnung um 200 (3-fache Ausgangslaumlnge) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasser-lagerung) t= 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung) (jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
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Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
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this study the test specimens were prepared and artificial aging carried out in an ISO-compliant manner The subse-quent test program in the test machine for generating the forcendashdisplacement diagrams considered the standard specifi-cations stating that after initial extension to four times the test lengths the samples must be extended to three times their test length before the failure test To determine forces and exten-sions we used a calibrated universal testing machine already applied in previous studies [4 5 15]
The international literature on this subject contains mostly studies that compared PCs from just one or a few manufacturers [3 6 12 13] Although their results may help practicing ortho-dontists they do not allow them to compare the chains from different manufacturers currently on the market Thus the aim of the current study was to include elastomeric orthodontic chains from as many manufacturers as possible
As shown in Figure 2 and Figure 3 artificial aging led to a significant decrease in Fmin and Lmax values compared to the control group This phenomenon was most pronounced be-tween t = 0 and t = 1 (Fmin by 52 Lmax by 36) These reduc-tions in force correlate quite well with the 50ndash80 residual force values within the first 24 h reported in the literature [1 20] On the other hand the force at the time of failure (Fmax Figure 3) remained approximately the same in some cases Fmax even increased The reduced elasticity in association with nearly con-stant forces during failure suggests that the elastomeric material begins to become brittle and lose elasticity after only a short time
On the other hand if the influence of artificial aging is not examined according to chain type rather according to the spe-
Kraumlfte und Dehnungen kam eine kalibrierte bereits in fruumlhe-ren Untersuchungen verwendete Universalpruumlfmaschine zum Einsatz [4 5 15]
In der internationalen Literatur finden sich hauptsaumlchlich Studien in denen PCs einzelner oder weniger Hersteller ver-gleichend untersucht wurden [3 6 12 13] Die dort gefundenen Ergebnisse lassen zwar Schlussfolgerungen fuumlr den praktisch taumltigen Kieferorthopaumlden zu ermoumlglichen ihm jedoch keinen Vergleich von den zurzeit auf dem Markt befindlichen Ketten unterschiedlicher Hersteller Daher sollten in die vorliegende Studie elastomere orthodontische Ketten moumlglichst vieler Her-steller einbezogen werden
Wie in Abbildung 2 und Abbildung 3 zu erkennen ist hatte die kuumlnstliche Alterung im Vergleich zur Kontrollgruppe einen deutlichen Abfall der Werte sowohl fuumlr Fmin als auch fuumlr Lmax zur Folge Insbesondere zwischen den Zeitpunkten t = 0 und t = 1 war dieses Phaumlnomen am staumlrksten ausgepraumlgt (Fmin um 52 Lmax um 36) Der beobachtete Kraftabfall korreliert recht gut mit den in der Literatur fuumlr die verbleibende Kraft an-gegebenen Werten von 50minus80 des initialen Kraftniveaus in-nerhalb der ersten 24 Stunden [1 20] Die Kraft zum Zeitpunkt des Versagens (Fmax Abbildung 3) blieb hingegen auf annauml-hernd gleichem Niveau und teilweise stiegen die Werte sogar an Die verringerte Elastizitaumlt in Zusammenhang mit annaumlhernd konstanten Kraumlften waumlhrend des Versagens legen den Schluss nahe dass schon nach kurzer Zeit eine Versproumldung des elast-omeren Materials einsetzt und die elastischen Eigenschaften ab-nehmen
Wird der Einfluss der kuumlnstlichen Alterung nicht uumlber alle Typen hinweg sondern herstellerspezifisch betrachtet so lassen
Table 3 Lmax values (extension at breakage) in percent () at t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of water storage) and t = 3 (28 days of water storage mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same super-scripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 3 Werte der Bruchdehnung in Prozent () Lmax zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlf-gruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
Dittmer MP Demling AP et al Mechanische Eigenschaften orthodontischer Ketten
296 J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
cific manufacturer marked differences become apparent The control groups Fmin values at t = 0 and those of the group after one days water storage at t = 1 differ significantly without excep-tion Several studies have shown that the decrease in force is es-pecially pronounced at the beginning [11 16] Furthermore Kim et al [13] and Josell et al [11] found that the strongest drop in force occurs within the first hour regardless of the surround-ing medium (37degC water or air) When our t = 1 t = 2 and t = 3 values are compared a rather inhomogeneous manufacturer-dependent distribution of significances is observed which makes it impossible to draw conclusions as to long-term behav-ior Assuming that there is increased resistance to the archwires sliding in the slot eg as in en masse retraction with nearly slot-filling archwires and that PCs with forces of approx 15 N are bilaterally applied [14 22] it would make sense to replace sev-eral manufacturers chains for mechanical reasons after just one day (eg Group 4) Chains from other manufacturers should be replaced after 2 weeks of application because a further drop in force is probable (such as Groups 8 10 and 11) In some chains force levels barely differed after water storage for 1 day and for 4 weeks they could perhaps be worn for longer durations (Groups 1 2 5 6 and 7) However both the magnitude of the decrease in force over time is decisive as are the initial and long-term force levels themselves Unlike the aforementioned forces of approx 15 N for the en masse retraction of nearly slot-filling archwires lower forces are desirable for single tooth movements to prevent ischemia in the periodontal ligament and subsequent indirect resorption with hyalinization [17] For example while chains of Group 5 exert force at approximately the same degree (13 N and 12 N) the chain forces of Group 4 maintained a level that was relatively low and irregular
sich deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen erkennen Die Werte Fmin der Kontrollgruppe (t = 0) und der Gruppe nach eintaumlgiger Wasserlagerung (t = 1) unterscheiden sich ausnahmslos signifikant voneinander Dass der Kraftabfall initial besonders ausgepraumlgt ist konnten verschiedene Studien bereits belegen [11 16] Kim et al [13] und Josell et al [11] fan-den zudem heraus dass der staumlrkste Kraftabfall bereits inner-halb der ersten Stunde stattfindet unabhaumlngig des umgebenen Mediums (37degC warmes WasserRaumluft) Vergleicht man die Werte zu den Zeitpunkten t = 1 t = 2 und t = 3 erkennt man eine eher inhomogene herstellerabhaumlngige Verteilung der Signifi-kanzen sodass eine grundsaumltzliche Aussage uumlber das Langzeit-verhalten nicht zulaumlssig ist Geht man davon aus dass bei ver-mehrtem Gleitwiderstand des Bogens im Slot z B bei einer En-masse-Retraktion auf annaumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen PCs mit Kraumlften von etwa 15 N beidseits appliziert werden sollten [14 22] so erscheint bei einigen Herstellern ein Austausch der Ketten aus mechanischen Gruumlnden bereits nach einem Tag als sinnvoll (z B Gruppe 4) Die Ketten anderer Hersteller sollten nach zweiwoumlchiger Applikationsdauer ausgetauscht werden da danach mit einem weiteren Kraftabfall zu rechnen ist (so z B Gruppe 8 10 und 11) Teilweise unterscheiden sich die Kraft-niveaus nach eintaumlgiger Lagerung und vierwoumlchiger Lagerung in feuchtem Milieu kaum sodass bei einigen Typen eine laumlngere Applikationsdauer moumlglich erscheint (Gruppen 1 2 5 6 und 7) Allerdings ist nicht nur das Ausmaszlig des Kraftabfalls uumlber die Zeit entscheidend sondern auch das initiale und langfristige Kraftniveau selbst Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Kraumlften von etwa 15 N bei einer En-masse-Retraktion auf an-naumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen sind bei Einzelzahnbewegungen geringere Kraumlfte gewuumlnscht um eine Ischaumlmie im Parodontalli-
Table 4 Values of the breaking strength Fmax in Newton (N) at times t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of storage in water) and t = 3 (28 days of storage in water) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 4 Werte der Bruchkraft Fmax in Newton (N) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
1 332(plusmn 11)a b 319(plusmn 14)a 339(plusmn 27)a b 342(plusmn 12)b 0018
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Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
297
Conclusion
Our study results reveal that initial force levels exceed desired orthodontic forces However a significant drop in force occurs within a relatively short time The forces of PCs from almost all the manufacturers were within the target range for thera-peutic tooth movement after just one day However as chains from various manufacturers differ significantly practicing or-thodontists should take the manufacturer and application times into consideration when making therapeutic decisions
Conflict of interestOn behalf of all authors the corresponding author states that there are no conflicts of interest
gament und in der Folge eine indirekte Resorption mit Hyalini-sierung zu vermeiden [17] Waumlhrend zum Beispiel die Ketten der Gruppe 5 die Kraft auf annaumlhernd gleichem Niveau von 13minus12 N abgeben liegt das Kraftniveau der Ketten von Gruppe 4 auf relativ niedrigem inkonstanten Niveau
Schlussfolgerung
Anhand der Ergebnisse der vorliegenden Studie laumlsst sich fest-stellen dass das initiale Kraftniveau oberhalb der gewuumlnschten orthodontischen Kraumlfte liegt Es ist jedoch davon auszugehen dass bereits nach relativ kurzer Zeit ein deutlicher Kraftabfall stattfindet Nach einem Tag liegen die Kraumlfte der PCs fast aller Hersteller in dem fuumlr die therapeutische Zahnbewegung ge-wuumlnschten Bereich Dabei unterscheiden sich die Ketten der verschiedenen Hersteller jedoch signifikant sodass der kli-nisch taumltige Kieferorthopaumlde die Auswahl des Herstellers und die Applikationsdauer in seine Therapieuumlberlegungen einbe-ziehen sollte
InteressenkonfliktDer korrespondierende Autor gibt fuumlr sich und seine Koauto-ren an dass kein Interessenkonflikt besteht
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Correspondence AddressPD Dr Marc Philipp DittmerDepartment of OrthodonticsMedical School HanoverCarl-Neuberg-Str 130625 HanoverGermanye-mail marcdrdittmerde
Dittmer MP Demling AP et al Mechanische Eigenschaften orthodontischer Ketten
292 J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
built first For this purpose two 12 mm-thick spring-tempered wires (Remanium Dentaurum Ispringen Germany) were bent at 90deg and fixed in the testing machine The ends were rounded using a rubber polishing wheel to prevent mechanical damage of the test specimens during attachment The rest of the experi-ment was performed in accordance with DIN EN ISO 216062007 [10] All the test specimens were clamped into the universal testing machine with the initial length L0 and were stretched to 300 (up to four times their initial length) at a crosshead rate of 100 mmmin The test specimens were kept in this extended state for five seconds The extension was then re-duced to three times the original length (extension by 200) and maintained in this condition for 30 s the Fmin force was then determined Subsequently extension was continued until failure of the test specimens in the control groups (t = 0) the Fmax force and Lmax (the length at failure) were then deter-mined
After reducing the extension to three times the initial length the samples intended for artificial aging were fixed in the holder and stored in 37degC water (water grade 3 according to ISO 36961987) After 1 day (t = 1) 14 days (t = 2) and 28 days (t = 3) of water storage the test specimens were again clamped in the testing machine and the Fmin force measured they were then extended according to the aforementioned procedure until they failed whereupon Fmax and Lmax were measured
The data were statistically analyzed using the SPSSreg Statistics 170 software (SPSS Software Corp Chicago IL USA) Both
des der Zentren des dritten und siebten Moduls (L0) und des zweiten und achten Moduls (L1) errechnet (Abbildung 1a) Im Abstand 3timesL1 wurde ein 12 mm starker federharter Draht (Re-manium Dentaurum Ispringen) mit zwei 90deg-Biegungen ab-gewinkelt und zur Stabilisierung in ein lichthaumlrtendes Polyme-thylmethacrylat (Palatray Heraeus Kulzer Hanau) eingebettet (Abbildung 1b)
Um die Probekoumlrper einzeln in der Spannvorrichtung einer Universalpruumlfmaschine (Typ 20 K UTS Testsysteme Ulm-Ein-singen) zu befestigen musste zunaumlchst eine entsprechende Vor-richtung gebaut werden Dazu wurden zwei 12 mm starke fe-derharte Draumlhte (Remanium Dentaurum Ispringen) um 90deg abgewinkelt und in der Pruumlfmaschine befestigt Die Enden wur-den mit Hilfe eines Gummipolierers abgerundet um eine me-chanische Vorschaumldigung der Pruumlfkoumlrper beim Aufschieben zu vermeiden Die weitere Versuchsdurchfuumlhrung erfolgte in An-lehnung an DIN EN ISO 216062007 [10] Saumlmtliche Pruumlfkoumlrper wurden in die Universalpruumlfmaschine mit der Anfangslaumlnge L0 eingespannt und mit einer Traversengeschwindigkeit von 100 mmmin um 300 (bis zum 4-fachen ihrer Anfangslaumlnge) ge-dehnt In diesem gedehnten Zustand wurden die Pruumlfkoumlrper fuumlr fuumlnf Sekunden gehalten Nach Reduktion der Dehnung auf 3-fache Ausgangslaumlnge (Dehnung um 200) und 30-sekuumlndi-gem Halten dieses Zustands wurde die Kraft Fmin ermittelt Anschlieszligend erfolgte die Extension bis zum Versagen des Pruumlf-koumlrpers in den Kontrollgruppen (t = 0) wobei die Kraft Fmax und die Laumlnge beim Versagen Lmax bestimmt wurden
Figure 3 Line graph showing each groups mean Lmax value in reference to the storage period
Abbildung 3 Liniendiagramm zur Darstellung des Mittelwertes Lmax fuumlr die einzelnen Gruppen in Abhaumlngigkeit von der Lagerungsdauer
293J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
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the influence of the brand on the Fmin Fmax and Lmax values and the water-storage effect on the corresponding value within a brand were investigated using one-way analysis of variance the significance level was specified as p = 005 A group-by-group comparison was performed in the presence of homoge-neity of the variances using the post hoc Scheffeacute test the post hoc Tamhane test was applied for variance inhomogeneity
Results
In Figure 2 Figure 3 and Figure 4 the influence of artificial aging due to water storage is illustrated and the mean values of Fmin Lmax and Fmax are shown as a line graph for each manufacturer at time points t = 0 to t = 3 The Fmin values (Figure 2) revealed a significant decrease in force after one day in water storage which weakened after 14 and 28 days A simi-lar situation in the Lmax length was observed at the time of failure (Figure 3) After one day of water storage the chains failed at much lower extension already In contrast to Fmin and Lmax the control groups Fmax values were at approxi-mately the same level after one day and after 14 and 28 days in water storage (Figure 4) Nevertheless the duration of water storage significantly affected the force at the time of failure (Fmax) for nearly every manufacturer (Table 2)
The Fmin values at t = 0 t = 1 t = 2 and t = 3 are listed in Table 3 Within the respective aging conditions Fmin values differed significantly depending on the manufacturer (p lt 0001) rang-
Die fuumlr die kuumlnstliche Alterung vorgesehenen Proben wurden nach Reduktion der Dehnung auf die dreifache Ausgangslaumlnge auf die Haltevorrichtung gespannt und in 37degC warmem Wasser (Qualitaumlt 3 nach ISO 36961987) gelagert Nach ein- (t = 1) 14- (t = 2) und 28-taumlgiger (t =3) Wasserlagerung wurden die Probe-koumlrper erneut in die Pruumlfmaschine gespannt die Kraft (Fmin) gemessen und anschlieszligend gemaumlszlig dem oben beschriebenen Vorgehen bis zum Versagen gedehnt wobei wiederum Fmax und Lmax bestimmt wurden
Die statistische Analyse der ermittelten Daten erfolgte an-hand der Software SPSSreg Statistics 170 (SPSS Software Corp Chicago IL USA) Sowohl der Einfluss des Fabrikats auf die Werte Fmin Fmax und Lmax als auch der Einfluss der Wasser-lagerung auf den jeweiligen Wert innerhalb eines Fabrikats wur-den mittels einer einfaktoriellen Varianzanalyse untersucht wobei das Signifikanzniveau auf p = 005 festgelegt wurde Ein gruppenweiser Vergleich erfolgte bei Homogenitaumlt der Varian-zen mit Hilfe des post-hoc Scheffeacute-Tests bei Inhomogenitaumlt der Varianzen wurde der post hoc Tamhane-Test angewendet
Ergebnisse
In den Abbildungen 2 3 und 4 ist der Einfluss der kuumlnstlichen Alterung durch Wasserlagerung dargestellt Dazu wurden die Mittelwerte von Fmin Lmax und Fmax als Liniendiagramm fuumlr jeden Hersteller zu den Zeitpunkten t = 0 bis t = 3 ausgege-ben Betrachtet man die Werte fuumlr Fmin (Abbildung 2) so war ein deutlicher Abfall der Kraft nach eintaumlgiger Wasserlagerung zu erkennen der sich jedoch nach 14 und 28 Tagen ab-schwaumlchte Aumlhnlich verhielt es sich bei der Laumlnge Lmax zum Zeitpunkt des Versagens (Abbildung 3) Nach eintaumlgiger Was-serlagerung versagten die Ketten bereits bei deutlich geringerer Dehnung Im Gegensatz zu Fmin und Lmax befinden sich so-wohl die Werte Fmax der Kontrollgruppe als auch die nach einem Tag 14 Tagen und 28 Tagen Wasserlagerung auf annauml-hernd gleichem Niveau (Abbildung 4) Dennoch beeinflusst die Dauer der Wasserlagerung die Kraft zum Zeitpunkt des Versa-gens (Fmax) bei fast allen Herstellern signifikant (Tabelle 2)
In Tabelle 3 sind die Werte fuumlr Fmin zum Zeitpunkt t = 0 t = 1 t = 2 und t = 3 aufgelistet Innerhalb der jeweiligen Alterungszu-staumlnde unterschieden sich die Werte fuumlr Fmin in Abhaumlngigkeit vom Hersteller signifikant voneinander (p lt 0001) Die Kraumlfte lagen zwischen 18 N (Gruppe 9) und 30 N (Gruppe 2) zum Zeitpunkt t = 0 und zwischen 02 N (Gruppe 4) und 13 N (Gruppe 5) zum Zeitpunkt t = 3 Die Lagerung im feuchten Mi-lieu hatte in jeder Gruppe einen signifikanten Einfluss auf Fmin (p lt 0001) Der staumlrkste Abfall von Fmin (von 21 N zum Zeit-punkt t = 0 um 95 auf 02 N zum Zeitpunkt t = 3) konnte in Gruppe 4 beobachtet werden
Ein sehr aumlhnliches Verhalten zeigten die Werte von Lmax (Ta-belle 4) Sowohl der Typ der Ketten als auch die Wasserlagerung hatten einen signifikanten Einfluss auf die Laumlnge beim Versagen (p lt 0001) In der Kontrollgruppe (t = 0) konnten die Ketten um bis zu 325 (Gruppe 10) bzw 529 (Gruppe 2) gedehnt wer-den wohingegen die kuumlnstlich gealterten Ketten bereits bei
3500
3000
2500
2000
1500
1000
control 1 day 14 days 28 days
Mea
n Fm
ax v
alue
[N]
Storage time
Group(B+W)1(DV 2000)2(DV 2000)3
(Ormco)4(Ormco)5(Smile)6(RMO)7
(AO)8(AO)9(Dentaurum)10
11 (Dentaurum)
Figure 4 Line graph showing each groups mean Fmax value in reference to the storage period
Abbildung 4 Liniendiagramm zur Darstellung des Mittelwertes Fmax fuumlr die einzelnen Gruppen in Abhaumlngigkeit von der Lagerungsdauer
Dittmer MP Demling AP et al Mechanische Eigenschaften orthodontischer Ketten
294 J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
ing from 18 N (Group 9) to 30 N (Group 2) at t = 0 and from 02 N (Group 4) to 13 N (Group 5) at t = 3 Storage in water had a significant influence on Fmin in each group (p lt 0001) Group 4 displayed the greatest decrease in Fmin (by 95 from 21 N at t = 0 to 02 N at t = 3)
The Lmax values revealed very similar behavior (Table 4) Both the chain type and water storage had a significant influ-ence on length at failure (p lt 0001) In the control group (t = 0) the chains were extendable by up to 325 (Group 10) and 529 (Group 2) whereas the artificially aged chains already failed at extensions of 243 (Group 10 t = 2) and 311 (Group 2 t = 3)
From t = 0 to t = 3 a significant group effect (p = 0001) on Fmax values was observed (Table 2) Except for groups 3 and 10 water storage also had a significant effect on Fmax within the groups However we failed to observe a sharp drop in Fmax val-uesmdashas was the case for Fmin and Lmax Due to the influence of water storage Fmax decreased by a maximum of 15 (Group 8 t = 0 and t = 1) from the original value In some cases water stor-age caused a slight increase in the force necessary to induce fail-ure compared to the control group (Groups 1 3 5 6 7 9 10)
Discussion
Due to the recent introduction of DIN EN ISO 216062007 an internationally uniform approach to standardizing the exami-nation of elastomeric elements is available It describes in de-tail the preparation of test specimens minimum accuracy standards for testing machines and the experimental setup [10] The standard conditions specified in the DIN EN ISO 216062007 have been taken into account as far as possible in
Dehnungen um 243 (Gruppe 10 t = 2) und 311 (Gruppe 2 t = 3) versagten
Die Gruppe hatte zu den Zeitpunkten t = 0 bis t = 3 einen sig-nifikanten Einfluss (p lt 0001) auf die Werte von Fmax (Tabelle 2) Die Wasserlagerung hatte mit Ausnahme der Gruppen 3 und 10 ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf Fmax innerhalb der Gruppen Allerdings konnte kein so starker Abfall der Werte wie bei Fmin und Lmax beobachtet werden Fmax fiel durch den Einfluss der Wasserlagerung maximal um 15 (Gruppe 8 t = 0 und t = 1) vom Ursprungswert ab Teilweise konnte durch die Wasserlagerung ein minimaler Anstieg der fuumlr das Versagen notwendigen Kraft im Vergleich zur Kontrollgruppe beobachtet werden (Gruppen 1 3 5 6 7 9 10)
Diskussion
Erst seit kurzer Zeit ist durch die Einfuumlhrung der DIN EN ISO-Norm 216062007 ein international einheitliches Vorge-hen zur standardisierten Vorgehensweise im Rahmen der Pruuml-fung elastomerer Elemente gewaumlhrleistet Neben der Herstel-lung der Pruumlfkoumlrper sind auch die Mindestgenauigkeiten der Pruumlfmaschine und der Versuchsaufbau detailliert beschrieben [10] In der vorliegenden Studie wurde versucht die durch die Norm vorgegebenen Rahmenbedingungen weitestgehend zu beruumlcksichtigen Die Herstellung der Probekoumlrper sowie die kuumlnstliche Alterung erfolgten ISO-konform Das anschlie-szligende Testprogramm der Pruumlfmaschine zur Aufzeichnung der Kraft-Weg-Diagramme beruumlcksichtigte die Normvorgaben die besagen dass vor dem Versagenstest die Vordehnung von der 4- auf die 3-fache Laumlnge erfolgen muss Zur Ermittlung der
Table 2 Fmin force values in Newton (N) when extended by 200 (3 times the initial length) at t = 0 (control group) t = 1 (one day of water storage) t = 2 (14 days of water storage) and t = 3 (28 days of water storage) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 2 Werte der Kraft Fmin in Newton (N) bei Dehnung um 200 (3-fache Ausgangslaumlnge) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasser-lagerung) t= 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung) (jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
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Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
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this study the test specimens were prepared and artificial aging carried out in an ISO-compliant manner The subse-quent test program in the test machine for generating the forcendashdisplacement diagrams considered the standard specifi-cations stating that after initial extension to four times the test lengths the samples must be extended to three times their test length before the failure test To determine forces and exten-sions we used a calibrated universal testing machine already applied in previous studies [4 5 15]
The international literature on this subject contains mostly studies that compared PCs from just one or a few manufacturers [3 6 12 13] Although their results may help practicing ortho-dontists they do not allow them to compare the chains from different manufacturers currently on the market Thus the aim of the current study was to include elastomeric orthodontic chains from as many manufacturers as possible
As shown in Figure 2 and Figure 3 artificial aging led to a significant decrease in Fmin and Lmax values compared to the control group This phenomenon was most pronounced be-tween t = 0 and t = 1 (Fmin by 52 Lmax by 36) These reduc-tions in force correlate quite well with the 50ndash80 residual force values within the first 24 h reported in the literature [1 20] On the other hand the force at the time of failure (Fmax Figure 3) remained approximately the same in some cases Fmax even increased The reduced elasticity in association with nearly con-stant forces during failure suggests that the elastomeric material begins to become brittle and lose elasticity after only a short time
On the other hand if the influence of artificial aging is not examined according to chain type rather according to the spe-
Kraumlfte und Dehnungen kam eine kalibrierte bereits in fruumlhe-ren Untersuchungen verwendete Universalpruumlfmaschine zum Einsatz [4 5 15]
In der internationalen Literatur finden sich hauptsaumlchlich Studien in denen PCs einzelner oder weniger Hersteller ver-gleichend untersucht wurden [3 6 12 13] Die dort gefundenen Ergebnisse lassen zwar Schlussfolgerungen fuumlr den praktisch taumltigen Kieferorthopaumlden zu ermoumlglichen ihm jedoch keinen Vergleich von den zurzeit auf dem Markt befindlichen Ketten unterschiedlicher Hersteller Daher sollten in die vorliegende Studie elastomere orthodontische Ketten moumlglichst vieler Her-steller einbezogen werden
Wie in Abbildung 2 und Abbildung 3 zu erkennen ist hatte die kuumlnstliche Alterung im Vergleich zur Kontrollgruppe einen deutlichen Abfall der Werte sowohl fuumlr Fmin als auch fuumlr Lmax zur Folge Insbesondere zwischen den Zeitpunkten t = 0 und t = 1 war dieses Phaumlnomen am staumlrksten ausgepraumlgt (Fmin um 52 Lmax um 36) Der beobachtete Kraftabfall korreliert recht gut mit den in der Literatur fuumlr die verbleibende Kraft an-gegebenen Werten von 50minus80 des initialen Kraftniveaus in-nerhalb der ersten 24 Stunden [1 20] Die Kraft zum Zeitpunkt des Versagens (Fmax Abbildung 3) blieb hingegen auf annauml-hernd gleichem Niveau und teilweise stiegen die Werte sogar an Die verringerte Elastizitaumlt in Zusammenhang mit annaumlhernd konstanten Kraumlften waumlhrend des Versagens legen den Schluss nahe dass schon nach kurzer Zeit eine Versproumldung des elast-omeren Materials einsetzt und die elastischen Eigenschaften ab-nehmen
Wird der Einfluss der kuumlnstlichen Alterung nicht uumlber alle Typen hinweg sondern herstellerspezifisch betrachtet so lassen
Table 3 Lmax values (extension at breakage) in percent () at t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of water storage) and t = 3 (28 days of water storage mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same super-scripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 3 Werte der Bruchdehnung in Prozent () Lmax zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlf-gruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
Dittmer MP Demling AP et al Mechanische Eigenschaften orthodontischer Ketten
296 J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
cific manufacturer marked differences become apparent The control groups Fmin values at t = 0 and those of the group after one days water storage at t = 1 differ significantly without excep-tion Several studies have shown that the decrease in force is es-pecially pronounced at the beginning [11 16] Furthermore Kim et al [13] and Josell et al [11] found that the strongest drop in force occurs within the first hour regardless of the surround-ing medium (37degC water or air) When our t = 1 t = 2 and t = 3 values are compared a rather inhomogeneous manufacturer-dependent distribution of significances is observed which makes it impossible to draw conclusions as to long-term behav-ior Assuming that there is increased resistance to the archwires sliding in the slot eg as in en masse retraction with nearly slot-filling archwires and that PCs with forces of approx 15 N are bilaterally applied [14 22] it would make sense to replace sev-eral manufacturers chains for mechanical reasons after just one day (eg Group 4) Chains from other manufacturers should be replaced after 2 weeks of application because a further drop in force is probable (such as Groups 8 10 and 11) In some chains force levels barely differed after water storage for 1 day and for 4 weeks they could perhaps be worn for longer durations (Groups 1 2 5 6 and 7) However both the magnitude of the decrease in force over time is decisive as are the initial and long-term force levels themselves Unlike the aforementioned forces of approx 15 N for the en masse retraction of nearly slot-filling archwires lower forces are desirable for single tooth movements to prevent ischemia in the periodontal ligament and subsequent indirect resorption with hyalinization [17] For example while chains of Group 5 exert force at approximately the same degree (13 N and 12 N) the chain forces of Group 4 maintained a level that was relatively low and irregular
sich deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen erkennen Die Werte Fmin der Kontrollgruppe (t = 0) und der Gruppe nach eintaumlgiger Wasserlagerung (t = 1) unterscheiden sich ausnahmslos signifikant voneinander Dass der Kraftabfall initial besonders ausgepraumlgt ist konnten verschiedene Studien bereits belegen [11 16] Kim et al [13] und Josell et al [11] fan-den zudem heraus dass der staumlrkste Kraftabfall bereits inner-halb der ersten Stunde stattfindet unabhaumlngig des umgebenen Mediums (37degC warmes WasserRaumluft) Vergleicht man die Werte zu den Zeitpunkten t = 1 t = 2 und t = 3 erkennt man eine eher inhomogene herstellerabhaumlngige Verteilung der Signifi-kanzen sodass eine grundsaumltzliche Aussage uumlber das Langzeit-verhalten nicht zulaumlssig ist Geht man davon aus dass bei ver-mehrtem Gleitwiderstand des Bogens im Slot z B bei einer En-masse-Retraktion auf annaumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen PCs mit Kraumlften von etwa 15 N beidseits appliziert werden sollten [14 22] so erscheint bei einigen Herstellern ein Austausch der Ketten aus mechanischen Gruumlnden bereits nach einem Tag als sinnvoll (z B Gruppe 4) Die Ketten anderer Hersteller sollten nach zweiwoumlchiger Applikationsdauer ausgetauscht werden da danach mit einem weiteren Kraftabfall zu rechnen ist (so z B Gruppe 8 10 und 11) Teilweise unterscheiden sich die Kraft-niveaus nach eintaumlgiger Lagerung und vierwoumlchiger Lagerung in feuchtem Milieu kaum sodass bei einigen Typen eine laumlngere Applikationsdauer moumlglich erscheint (Gruppen 1 2 5 6 und 7) Allerdings ist nicht nur das Ausmaszlig des Kraftabfalls uumlber die Zeit entscheidend sondern auch das initiale und langfristige Kraftniveau selbst Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Kraumlften von etwa 15 N bei einer En-masse-Retraktion auf an-naumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen sind bei Einzelzahnbewegungen geringere Kraumlfte gewuumlnscht um eine Ischaumlmie im Parodontalli-
Table 4 Values of the breaking strength Fmax in Newton (N) at times t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of storage in water) and t = 3 (28 days of storage in water) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 4 Werte der Bruchkraft Fmax in Newton (N) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
1 332(plusmn 11)a b 319(plusmn 14)a 339(plusmn 27)a b 342(plusmn 12)b 0018
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Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
297
Conclusion
Our study results reveal that initial force levels exceed desired orthodontic forces However a significant drop in force occurs within a relatively short time The forces of PCs from almost all the manufacturers were within the target range for thera-peutic tooth movement after just one day However as chains from various manufacturers differ significantly practicing or-thodontists should take the manufacturer and application times into consideration when making therapeutic decisions
Conflict of interestOn behalf of all authors the corresponding author states that there are no conflicts of interest
gament und in der Folge eine indirekte Resorption mit Hyalini-sierung zu vermeiden [17] Waumlhrend zum Beispiel die Ketten der Gruppe 5 die Kraft auf annaumlhernd gleichem Niveau von 13minus12 N abgeben liegt das Kraftniveau der Ketten von Gruppe 4 auf relativ niedrigem inkonstanten Niveau
Schlussfolgerung
Anhand der Ergebnisse der vorliegenden Studie laumlsst sich fest-stellen dass das initiale Kraftniveau oberhalb der gewuumlnschten orthodontischen Kraumlfte liegt Es ist jedoch davon auszugehen dass bereits nach relativ kurzer Zeit ein deutlicher Kraftabfall stattfindet Nach einem Tag liegen die Kraumlfte der PCs fast aller Hersteller in dem fuumlr die therapeutische Zahnbewegung ge-wuumlnschten Bereich Dabei unterscheiden sich die Ketten der verschiedenen Hersteller jedoch signifikant sodass der kli-nisch taumltige Kieferorthopaumlde die Auswahl des Herstellers und die Applikationsdauer in seine Therapieuumlberlegungen einbe-ziehen sollte
InteressenkonfliktDer korrespondierende Autor gibt fuumlr sich und seine Koauto-ren an dass kein Interessenkonflikt besteht
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Correspondence AddressPD Dr Marc Philipp DittmerDepartment of OrthodonticsMedical School HanoverCarl-Neuberg-Str 130625 HanoverGermanye-mail marcdrdittmerde
293J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
293
the influence of the brand on the Fmin Fmax and Lmax values and the water-storage effect on the corresponding value within a brand were investigated using one-way analysis of variance the significance level was specified as p = 005 A group-by-group comparison was performed in the presence of homoge-neity of the variances using the post hoc Scheffeacute test the post hoc Tamhane test was applied for variance inhomogeneity
Results
In Figure 2 Figure 3 and Figure 4 the influence of artificial aging due to water storage is illustrated and the mean values of Fmin Lmax and Fmax are shown as a line graph for each manufacturer at time points t = 0 to t = 3 The Fmin values (Figure 2) revealed a significant decrease in force after one day in water storage which weakened after 14 and 28 days A simi-lar situation in the Lmax length was observed at the time of failure (Figure 3) After one day of water storage the chains failed at much lower extension already In contrast to Fmin and Lmax the control groups Fmax values were at approxi-mately the same level after one day and after 14 and 28 days in water storage (Figure 4) Nevertheless the duration of water storage significantly affected the force at the time of failure (Fmax) for nearly every manufacturer (Table 2)
The Fmin values at t = 0 t = 1 t = 2 and t = 3 are listed in Table 3 Within the respective aging conditions Fmin values differed significantly depending on the manufacturer (p lt 0001) rang-
Die fuumlr die kuumlnstliche Alterung vorgesehenen Proben wurden nach Reduktion der Dehnung auf die dreifache Ausgangslaumlnge auf die Haltevorrichtung gespannt und in 37degC warmem Wasser (Qualitaumlt 3 nach ISO 36961987) gelagert Nach ein- (t = 1) 14- (t = 2) und 28-taumlgiger (t =3) Wasserlagerung wurden die Probe-koumlrper erneut in die Pruumlfmaschine gespannt die Kraft (Fmin) gemessen und anschlieszligend gemaumlszlig dem oben beschriebenen Vorgehen bis zum Versagen gedehnt wobei wiederum Fmax und Lmax bestimmt wurden
Die statistische Analyse der ermittelten Daten erfolgte an-hand der Software SPSSreg Statistics 170 (SPSS Software Corp Chicago IL USA) Sowohl der Einfluss des Fabrikats auf die Werte Fmin Fmax und Lmax als auch der Einfluss der Wasser-lagerung auf den jeweiligen Wert innerhalb eines Fabrikats wur-den mittels einer einfaktoriellen Varianzanalyse untersucht wobei das Signifikanzniveau auf p = 005 festgelegt wurde Ein gruppenweiser Vergleich erfolgte bei Homogenitaumlt der Varian-zen mit Hilfe des post-hoc Scheffeacute-Tests bei Inhomogenitaumlt der Varianzen wurde der post hoc Tamhane-Test angewendet
Ergebnisse
In den Abbildungen 2 3 und 4 ist der Einfluss der kuumlnstlichen Alterung durch Wasserlagerung dargestellt Dazu wurden die Mittelwerte von Fmin Lmax und Fmax als Liniendiagramm fuumlr jeden Hersteller zu den Zeitpunkten t = 0 bis t = 3 ausgege-ben Betrachtet man die Werte fuumlr Fmin (Abbildung 2) so war ein deutlicher Abfall der Kraft nach eintaumlgiger Wasserlagerung zu erkennen der sich jedoch nach 14 und 28 Tagen ab-schwaumlchte Aumlhnlich verhielt es sich bei der Laumlnge Lmax zum Zeitpunkt des Versagens (Abbildung 3) Nach eintaumlgiger Was-serlagerung versagten die Ketten bereits bei deutlich geringerer Dehnung Im Gegensatz zu Fmin und Lmax befinden sich so-wohl die Werte Fmax der Kontrollgruppe als auch die nach einem Tag 14 Tagen und 28 Tagen Wasserlagerung auf annauml-hernd gleichem Niveau (Abbildung 4) Dennoch beeinflusst die Dauer der Wasserlagerung die Kraft zum Zeitpunkt des Versa-gens (Fmax) bei fast allen Herstellern signifikant (Tabelle 2)
In Tabelle 3 sind die Werte fuumlr Fmin zum Zeitpunkt t = 0 t = 1 t = 2 und t = 3 aufgelistet Innerhalb der jeweiligen Alterungszu-staumlnde unterschieden sich die Werte fuumlr Fmin in Abhaumlngigkeit vom Hersteller signifikant voneinander (p lt 0001) Die Kraumlfte lagen zwischen 18 N (Gruppe 9) und 30 N (Gruppe 2) zum Zeitpunkt t = 0 und zwischen 02 N (Gruppe 4) und 13 N (Gruppe 5) zum Zeitpunkt t = 3 Die Lagerung im feuchten Mi-lieu hatte in jeder Gruppe einen signifikanten Einfluss auf Fmin (p lt 0001) Der staumlrkste Abfall von Fmin (von 21 N zum Zeit-punkt t = 0 um 95 auf 02 N zum Zeitpunkt t = 3) konnte in Gruppe 4 beobachtet werden
Ein sehr aumlhnliches Verhalten zeigten die Werte von Lmax (Ta-belle 4) Sowohl der Typ der Ketten als auch die Wasserlagerung hatten einen signifikanten Einfluss auf die Laumlnge beim Versagen (p lt 0001) In der Kontrollgruppe (t = 0) konnten die Ketten um bis zu 325 (Gruppe 10) bzw 529 (Gruppe 2) gedehnt wer-den wohingegen die kuumlnstlich gealterten Ketten bereits bei
3500
3000
2500
2000
1500
1000
control 1 day 14 days 28 days
Mea
n Fm
ax v
alue
[N]
Storage time
Group(B+W)1(DV 2000)2(DV 2000)3
(Ormco)4(Ormco)5(Smile)6(RMO)7
(AO)8(AO)9(Dentaurum)10
11 (Dentaurum)
Figure 4 Line graph showing each groups mean Fmax value in reference to the storage period
Abbildung 4 Liniendiagramm zur Darstellung des Mittelwertes Fmax fuumlr die einzelnen Gruppen in Abhaumlngigkeit von der Lagerungsdauer
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ing from 18 N (Group 9) to 30 N (Group 2) at t = 0 and from 02 N (Group 4) to 13 N (Group 5) at t = 3 Storage in water had a significant influence on Fmin in each group (p lt 0001) Group 4 displayed the greatest decrease in Fmin (by 95 from 21 N at t = 0 to 02 N at t = 3)
The Lmax values revealed very similar behavior (Table 4) Both the chain type and water storage had a significant influ-ence on length at failure (p lt 0001) In the control group (t = 0) the chains were extendable by up to 325 (Group 10) and 529 (Group 2) whereas the artificially aged chains already failed at extensions of 243 (Group 10 t = 2) and 311 (Group 2 t = 3)
From t = 0 to t = 3 a significant group effect (p = 0001) on Fmax values was observed (Table 2) Except for groups 3 and 10 water storage also had a significant effect on Fmax within the groups However we failed to observe a sharp drop in Fmax val-uesmdashas was the case for Fmin and Lmax Due to the influence of water storage Fmax decreased by a maximum of 15 (Group 8 t = 0 and t = 1) from the original value In some cases water stor-age caused a slight increase in the force necessary to induce fail-ure compared to the control group (Groups 1 3 5 6 7 9 10)
Discussion
Due to the recent introduction of DIN EN ISO 216062007 an internationally uniform approach to standardizing the exami-nation of elastomeric elements is available It describes in de-tail the preparation of test specimens minimum accuracy standards for testing machines and the experimental setup [10] The standard conditions specified in the DIN EN ISO 216062007 have been taken into account as far as possible in
Dehnungen um 243 (Gruppe 10 t = 2) und 311 (Gruppe 2 t = 3) versagten
Die Gruppe hatte zu den Zeitpunkten t = 0 bis t = 3 einen sig-nifikanten Einfluss (p lt 0001) auf die Werte von Fmax (Tabelle 2) Die Wasserlagerung hatte mit Ausnahme der Gruppen 3 und 10 ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf Fmax innerhalb der Gruppen Allerdings konnte kein so starker Abfall der Werte wie bei Fmin und Lmax beobachtet werden Fmax fiel durch den Einfluss der Wasserlagerung maximal um 15 (Gruppe 8 t = 0 und t = 1) vom Ursprungswert ab Teilweise konnte durch die Wasserlagerung ein minimaler Anstieg der fuumlr das Versagen notwendigen Kraft im Vergleich zur Kontrollgruppe beobachtet werden (Gruppen 1 3 5 6 7 9 10)
Diskussion
Erst seit kurzer Zeit ist durch die Einfuumlhrung der DIN EN ISO-Norm 216062007 ein international einheitliches Vorge-hen zur standardisierten Vorgehensweise im Rahmen der Pruuml-fung elastomerer Elemente gewaumlhrleistet Neben der Herstel-lung der Pruumlfkoumlrper sind auch die Mindestgenauigkeiten der Pruumlfmaschine und der Versuchsaufbau detailliert beschrieben [10] In der vorliegenden Studie wurde versucht die durch die Norm vorgegebenen Rahmenbedingungen weitestgehend zu beruumlcksichtigen Die Herstellung der Probekoumlrper sowie die kuumlnstliche Alterung erfolgten ISO-konform Das anschlie-szligende Testprogramm der Pruumlfmaschine zur Aufzeichnung der Kraft-Weg-Diagramme beruumlcksichtigte die Normvorgaben die besagen dass vor dem Versagenstest die Vordehnung von der 4- auf die 3-fache Laumlnge erfolgen muss Zur Ermittlung der
Table 2 Fmin force values in Newton (N) when extended by 200 (3 times the initial length) at t = 0 (control group) t = 1 (one day of water storage) t = 2 (14 days of water storage) and t = 3 (28 days of water storage) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 2 Werte der Kraft Fmin in Newton (N) bei Dehnung um 200 (3-fache Ausgangslaumlnge) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasser-lagerung) t= 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung) (jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
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Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
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this study the test specimens were prepared and artificial aging carried out in an ISO-compliant manner The subse-quent test program in the test machine for generating the forcendashdisplacement diagrams considered the standard specifi-cations stating that after initial extension to four times the test lengths the samples must be extended to three times their test length before the failure test To determine forces and exten-sions we used a calibrated universal testing machine already applied in previous studies [4 5 15]
The international literature on this subject contains mostly studies that compared PCs from just one or a few manufacturers [3 6 12 13] Although their results may help practicing ortho-dontists they do not allow them to compare the chains from different manufacturers currently on the market Thus the aim of the current study was to include elastomeric orthodontic chains from as many manufacturers as possible
As shown in Figure 2 and Figure 3 artificial aging led to a significant decrease in Fmin and Lmax values compared to the control group This phenomenon was most pronounced be-tween t = 0 and t = 1 (Fmin by 52 Lmax by 36) These reduc-tions in force correlate quite well with the 50ndash80 residual force values within the first 24 h reported in the literature [1 20] On the other hand the force at the time of failure (Fmax Figure 3) remained approximately the same in some cases Fmax even increased The reduced elasticity in association with nearly con-stant forces during failure suggests that the elastomeric material begins to become brittle and lose elasticity after only a short time
On the other hand if the influence of artificial aging is not examined according to chain type rather according to the spe-
Kraumlfte und Dehnungen kam eine kalibrierte bereits in fruumlhe-ren Untersuchungen verwendete Universalpruumlfmaschine zum Einsatz [4 5 15]
In der internationalen Literatur finden sich hauptsaumlchlich Studien in denen PCs einzelner oder weniger Hersteller ver-gleichend untersucht wurden [3 6 12 13] Die dort gefundenen Ergebnisse lassen zwar Schlussfolgerungen fuumlr den praktisch taumltigen Kieferorthopaumlden zu ermoumlglichen ihm jedoch keinen Vergleich von den zurzeit auf dem Markt befindlichen Ketten unterschiedlicher Hersteller Daher sollten in die vorliegende Studie elastomere orthodontische Ketten moumlglichst vieler Her-steller einbezogen werden
Wie in Abbildung 2 und Abbildung 3 zu erkennen ist hatte die kuumlnstliche Alterung im Vergleich zur Kontrollgruppe einen deutlichen Abfall der Werte sowohl fuumlr Fmin als auch fuumlr Lmax zur Folge Insbesondere zwischen den Zeitpunkten t = 0 und t = 1 war dieses Phaumlnomen am staumlrksten ausgepraumlgt (Fmin um 52 Lmax um 36) Der beobachtete Kraftabfall korreliert recht gut mit den in der Literatur fuumlr die verbleibende Kraft an-gegebenen Werten von 50minus80 des initialen Kraftniveaus in-nerhalb der ersten 24 Stunden [1 20] Die Kraft zum Zeitpunkt des Versagens (Fmax Abbildung 3) blieb hingegen auf annauml-hernd gleichem Niveau und teilweise stiegen die Werte sogar an Die verringerte Elastizitaumlt in Zusammenhang mit annaumlhernd konstanten Kraumlften waumlhrend des Versagens legen den Schluss nahe dass schon nach kurzer Zeit eine Versproumldung des elast-omeren Materials einsetzt und die elastischen Eigenschaften ab-nehmen
Wird der Einfluss der kuumlnstlichen Alterung nicht uumlber alle Typen hinweg sondern herstellerspezifisch betrachtet so lassen
Table 3 Lmax values (extension at breakage) in percent () at t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of water storage) and t = 3 (28 days of water storage mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same super-scripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 3 Werte der Bruchdehnung in Prozent () Lmax zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlf-gruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
Dittmer MP Demling AP et al Mechanische Eigenschaften orthodontischer Ketten
296 J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
cific manufacturer marked differences become apparent The control groups Fmin values at t = 0 and those of the group after one days water storage at t = 1 differ significantly without excep-tion Several studies have shown that the decrease in force is es-pecially pronounced at the beginning [11 16] Furthermore Kim et al [13] and Josell et al [11] found that the strongest drop in force occurs within the first hour regardless of the surround-ing medium (37degC water or air) When our t = 1 t = 2 and t = 3 values are compared a rather inhomogeneous manufacturer-dependent distribution of significances is observed which makes it impossible to draw conclusions as to long-term behav-ior Assuming that there is increased resistance to the archwires sliding in the slot eg as in en masse retraction with nearly slot-filling archwires and that PCs with forces of approx 15 N are bilaterally applied [14 22] it would make sense to replace sev-eral manufacturers chains for mechanical reasons after just one day (eg Group 4) Chains from other manufacturers should be replaced after 2 weeks of application because a further drop in force is probable (such as Groups 8 10 and 11) In some chains force levels barely differed after water storage for 1 day and for 4 weeks they could perhaps be worn for longer durations (Groups 1 2 5 6 and 7) However both the magnitude of the decrease in force over time is decisive as are the initial and long-term force levels themselves Unlike the aforementioned forces of approx 15 N for the en masse retraction of nearly slot-filling archwires lower forces are desirable for single tooth movements to prevent ischemia in the periodontal ligament and subsequent indirect resorption with hyalinization [17] For example while chains of Group 5 exert force at approximately the same degree (13 N and 12 N) the chain forces of Group 4 maintained a level that was relatively low and irregular
sich deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen erkennen Die Werte Fmin der Kontrollgruppe (t = 0) und der Gruppe nach eintaumlgiger Wasserlagerung (t = 1) unterscheiden sich ausnahmslos signifikant voneinander Dass der Kraftabfall initial besonders ausgepraumlgt ist konnten verschiedene Studien bereits belegen [11 16] Kim et al [13] und Josell et al [11] fan-den zudem heraus dass der staumlrkste Kraftabfall bereits inner-halb der ersten Stunde stattfindet unabhaumlngig des umgebenen Mediums (37degC warmes WasserRaumluft) Vergleicht man die Werte zu den Zeitpunkten t = 1 t = 2 und t = 3 erkennt man eine eher inhomogene herstellerabhaumlngige Verteilung der Signifi-kanzen sodass eine grundsaumltzliche Aussage uumlber das Langzeit-verhalten nicht zulaumlssig ist Geht man davon aus dass bei ver-mehrtem Gleitwiderstand des Bogens im Slot z B bei einer En-masse-Retraktion auf annaumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen PCs mit Kraumlften von etwa 15 N beidseits appliziert werden sollten [14 22] so erscheint bei einigen Herstellern ein Austausch der Ketten aus mechanischen Gruumlnden bereits nach einem Tag als sinnvoll (z B Gruppe 4) Die Ketten anderer Hersteller sollten nach zweiwoumlchiger Applikationsdauer ausgetauscht werden da danach mit einem weiteren Kraftabfall zu rechnen ist (so z B Gruppe 8 10 und 11) Teilweise unterscheiden sich die Kraft-niveaus nach eintaumlgiger Lagerung und vierwoumlchiger Lagerung in feuchtem Milieu kaum sodass bei einigen Typen eine laumlngere Applikationsdauer moumlglich erscheint (Gruppen 1 2 5 6 und 7) Allerdings ist nicht nur das Ausmaszlig des Kraftabfalls uumlber die Zeit entscheidend sondern auch das initiale und langfristige Kraftniveau selbst Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Kraumlften von etwa 15 N bei einer En-masse-Retraktion auf an-naumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen sind bei Einzelzahnbewegungen geringere Kraumlfte gewuumlnscht um eine Ischaumlmie im Parodontalli-
Table 4 Values of the breaking strength Fmax in Newton (N) at times t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of storage in water) and t = 3 (28 days of storage in water) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 4 Werte der Bruchkraft Fmax in Newton (N) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
1 332(plusmn 11)a b 319(plusmn 14)a 339(plusmn 27)a b 342(plusmn 12)b 0018
297J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
297
Conclusion
Our study results reveal that initial force levels exceed desired orthodontic forces However a significant drop in force occurs within a relatively short time The forces of PCs from almost all the manufacturers were within the target range for thera-peutic tooth movement after just one day However as chains from various manufacturers differ significantly practicing or-thodontists should take the manufacturer and application times into consideration when making therapeutic decisions
Conflict of interestOn behalf of all authors the corresponding author states that there are no conflicts of interest
gament und in der Folge eine indirekte Resorption mit Hyalini-sierung zu vermeiden [17] Waumlhrend zum Beispiel die Ketten der Gruppe 5 die Kraft auf annaumlhernd gleichem Niveau von 13minus12 N abgeben liegt das Kraftniveau der Ketten von Gruppe 4 auf relativ niedrigem inkonstanten Niveau
Schlussfolgerung
Anhand der Ergebnisse der vorliegenden Studie laumlsst sich fest-stellen dass das initiale Kraftniveau oberhalb der gewuumlnschten orthodontischen Kraumlfte liegt Es ist jedoch davon auszugehen dass bereits nach relativ kurzer Zeit ein deutlicher Kraftabfall stattfindet Nach einem Tag liegen die Kraumlfte der PCs fast aller Hersteller in dem fuumlr die therapeutische Zahnbewegung ge-wuumlnschten Bereich Dabei unterscheiden sich die Ketten der verschiedenen Hersteller jedoch signifikant sodass der kli-nisch taumltige Kieferorthopaumlde die Auswahl des Herstellers und die Applikationsdauer in seine Therapieuumlberlegungen einbe-ziehen sollte
InteressenkonfliktDer korrespondierende Autor gibt fuumlr sich und seine Koauto-ren an dass kein Interessenkonflikt besteht
References 1 Baty DL Storie DJ von Fraunhofer JA (1994) Synthetic elastomeric chains a lite-
rature review Am J Orthod Dentofacial Orthop 105536ndash542 2 Bertram C (1931) Die Kraumlfte der orthodontischen Gummiligatur Fortschr Kiefer-
orthop 1605ndash609 3 De Genova DC McInnes-Ledoux P Weinberg R et al (1985) Force degradation of
orthodontic elastomeric chains-a product comparison study Am J Orthod 87377ndash384
4 Dittmer MP Demling AP Borchers L et al (2010) Tensile properties of orthodon-tic elastomeric chains J Orofac Orthop 71330ndash338
5 Dittmer MP Kohorst P Borchers L et al (2008) Finite element analysis of a four-unit all-ceramic fixed partial denture Acta Biomater 51349ndash1355
6 Eliades T Eliades G Silikas N et al (2004) Tensile properties of orthodontic elast-omeric chains Eur J Orthod 26157ndash162
7 Eliades T Eliades G Watts DC (1999) Structural conformation of in vitro and in vivo aged orthodontic elastomeric modules Eur J Orthod 21649ndash658
8 Ferriter JP Meyers CE Jr Lorton L (1990) The effect of hydrogen ion concentrati-on on the force-degradation rate of orthodontic polyurethane chain elastics Am J Orthod Dentofacial Orthop 98404ndash410
9 Fraunhofer von JA Coffelt MT Orbell GM (1992) The effects of artificial saliva and topical fluoride treatments on the degradation of the elastic properties of orthodontic chains Angle Orthod 62265ndash274
10 Deutsches Institut fuumlr Normung (Hrsg) (2007) Zahnheilkunde ndash Elastomere Ele-mente fuumlr die Kieferorthopaumldie (ISO 216062007) Deutsche Fassung EN ISO 216062007 Beuth Berlin
11 Josell SD Leiss JB Rekow ED (1997) Force degradation in elastomeric chains Semin Orthod 3189ndash197
13 Kim KH Chung CH Choy K et al (2005) Effects of prestretching on force degrada-tion of synthetic elastomeric chains Am J Orthod Dentofacial Orthop 128477ndash482
14 Kim T Suh J Kim N et al (2010) Optimum conditions for parallel translation of maxillary anterior teeth under retraction force determined with the finite ele-ment method Am J Orthod Dentofacial Orthop 137639ndash647
15 Kohorst P Dittmer MP Borchers L et al (2008) Influence of cyclic fatigue in water on the load-bearing capacity of dental bridges made of zirconia Acta Biomater 41440ndash1447
16 Lu TC Wang WN Tarng TH et al (1993) Force decay of elastomeric chain ndash a serial study Part II Am J Orthod Dentofacial Orthop 104373ndash377
17 Melsen B (2001) Tissue reaction to orthodontic tooth movement ndash a new para-digm Eur J Orthod 23671ndash681
18 Park YC Choi YJ Choi NC et al (2007) Esthetic segmental retraction of maxillary anterior teeth with a palatal appliance and orthodontic mini-implants Am J Orthod Dentofacial Orthop 131537ndash544
19 Rock WP Wilson HJ Fisher SE (1986) Force reduction of orthodontic elastomeric chains after one month in the mouth Br J Orthod 13147ndash150
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21 Santos AC Tortamano A Naccarato SR et al (2007) An in vitro comparison of the force decay generated by different commercially available elastomeric chains and NiTi closed coil springs Braz Oral Res 2151ndash57
22 Sia S Shibazaki T Koga Y et al (2009) Experimental determination of optimal force system required for control of anterior tooth movement in sliding mecha-nics Am J Orthod Dentofacial Orthop 13536ndash41
23 Teixeira L Pereira Bdo R Bortoly TG et al (2008) The environmental influence of Light Coke phosphoric acid and citric acid on elastomeric chains J Contemp Dent Pract 917ndash24
24 Turkkahraman H Sayin MO Bozkurt FY et al (2005) Archwire ligation techni-ques microbial colonization and periodontal status in orthodontically treated patients Angle Orthod 75231ndash236
Correspondence AddressPD Dr Marc Philipp DittmerDepartment of OrthodonticsMedical School HanoverCarl-Neuberg-Str 130625 HanoverGermanye-mail marcdrdittmerde
Dittmer MP Demling AP et al Mechanische Eigenschaften orthodontischer Ketten
294 J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
ing from 18 N (Group 9) to 30 N (Group 2) at t = 0 and from 02 N (Group 4) to 13 N (Group 5) at t = 3 Storage in water had a significant influence on Fmin in each group (p lt 0001) Group 4 displayed the greatest decrease in Fmin (by 95 from 21 N at t = 0 to 02 N at t = 3)
The Lmax values revealed very similar behavior (Table 4) Both the chain type and water storage had a significant influ-ence on length at failure (p lt 0001) In the control group (t = 0) the chains were extendable by up to 325 (Group 10) and 529 (Group 2) whereas the artificially aged chains already failed at extensions of 243 (Group 10 t = 2) and 311 (Group 2 t = 3)
From t = 0 to t = 3 a significant group effect (p = 0001) on Fmax values was observed (Table 2) Except for groups 3 and 10 water storage also had a significant effect on Fmax within the groups However we failed to observe a sharp drop in Fmax val-uesmdashas was the case for Fmin and Lmax Due to the influence of water storage Fmax decreased by a maximum of 15 (Group 8 t = 0 and t = 1) from the original value In some cases water stor-age caused a slight increase in the force necessary to induce fail-ure compared to the control group (Groups 1 3 5 6 7 9 10)
Discussion
Due to the recent introduction of DIN EN ISO 216062007 an internationally uniform approach to standardizing the exami-nation of elastomeric elements is available It describes in de-tail the preparation of test specimens minimum accuracy standards for testing machines and the experimental setup [10] The standard conditions specified in the DIN EN ISO 216062007 have been taken into account as far as possible in
Dehnungen um 243 (Gruppe 10 t = 2) und 311 (Gruppe 2 t = 3) versagten
Die Gruppe hatte zu den Zeitpunkten t = 0 bis t = 3 einen sig-nifikanten Einfluss (p lt 0001) auf die Werte von Fmax (Tabelle 2) Die Wasserlagerung hatte mit Ausnahme der Gruppen 3 und 10 ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf Fmax innerhalb der Gruppen Allerdings konnte kein so starker Abfall der Werte wie bei Fmin und Lmax beobachtet werden Fmax fiel durch den Einfluss der Wasserlagerung maximal um 15 (Gruppe 8 t = 0 und t = 1) vom Ursprungswert ab Teilweise konnte durch die Wasserlagerung ein minimaler Anstieg der fuumlr das Versagen notwendigen Kraft im Vergleich zur Kontrollgruppe beobachtet werden (Gruppen 1 3 5 6 7 9 10)
Diskussion
Erst seit kurzer Zeit ist durch die Einfuumlhrung der DIN EN ISO-Norm 216062007 ein international einheitliches Vorge-hen zur standardisierten Vorgehensweise im Rahmen der Pruuml-fung elastomerer Elemente gewaumlhrleistet Neben der Herstel-lung der Pruumlfkoumlrper sind auch die Mindestgenauigkeiten der Pruumlfmaschine und der Versuchsaufbau detailliert beschrieben [10] In der vorliegenden Studie wurde versucht die durch die Norm vorgegebenen Rahmenbedingungen weitestgehend zu beruumlcksichtigen Die Herstellung der Probekoumlrper sowie die kuumlnstliche Alterung erfolgten ISO-konform Das anschlie-szligende Testprogramm der Pruumlfmaschine zur Aufzeichnung der Kraft-Weg-Diagramme beruumlcksichtigte die Normvorgaben die besagen dass vor dem Versagenstest die Vordehnung von der 4- auf die 3-fache Laumlnge erfolgen muss Zur Ermittlung der
Table 2 Fmin force values in Newton (N) when extended by 200 (3 times the initial length) at t = 0 (control group) t = 1 (one day of water storage) t = 2 (14 days of water storage) and t = 3 (28 days of water storage) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 2 Werte der Kraft Fmin in Newton (N) bei Dehnung um 200 (3-fache Ausgangslaumlnge) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasser-lagerung) t= 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung) (jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
295J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
295
this study the test specimens were prepared and artificial aging carried out in an ISO-compliant manner The subse-quent test program in the test machine for generating the forcendashdisplacement diagrams considered the standard specifi-cations stating that after initial extension to four times the test lengths the samples must be extended to three times their test length before the failure test To determine forces and exten-sions we used a calibrated universal testing machine already applied in previous studies [4 5 15]
The international literature on this subject contains mostly studies that compared PCs from just one or a few manufacturers [3 6 12 13] Although their results may help practicing ortho-dontists they do not allow them to compare the chains from different manufacturers currently on the market Thus the aim of the current study was to include elastomeric orthodontic chains from as many manufacturers as possible
As shown in Figure 2 and Figure 3 artificial aging led to a significant decrease in Fmin and Lmax values compared to the control group This phenomenon was most pronounced be-tween t = 0 and t = 1 (Fmin by 52 Lmax by 36) These reduc-tions in force correlate quite well with the 50ndash80 residual force values within the first 24 h reported in the literature [1 20] On the other hand the force at the time of failure (Fmax Figure 3) remained approximately the same in some cases Fmax even increased The reduced elasticity in association with nearly con-stant forces during failure suggests that the elastomeric material begins to become brittle and lose elasticity after only a short time
On the other hand if the influence of artificial aging is not examined according to chain type rather according to the spe-
Kraumlfte und Dehnungen kam eine kalibrierte bereits in fruumlhe-ren Untersuchungen verwendete Universalpruumlfmaschine zum Einsatz [4 5 15]
In der internationalen Literatur finden sich hauptsaumlchlich Studien in denen PCs einzelner oder weniger Hersteller ver-gleichend untersucht wurden [3 6 12 13] Die dort gefundenen Ergebnisse lassen zwar Schlussfolgerungen fuumlr den praktisch taumltigen Kieferorthopaumlden zu ermoumlglichen ihm jedoch keinen Vergleich von den zurzeit auf dem Markt befindlichen Ketten unterschiedlicher Hersteller Daher sollten in die vorliegende Studie elastomere orthodontische Ketten moumlglichst vieler Her-steller einbezogen werden
Wie in Abbildung 2 und Abbildung 3 zu erkennen ist hatte die kuumlnstliche Alterung im Vergleich zur Kontrollgruppe einen deutlichen Abfall der Werte sowohl fuumlr Fmin als auch fuumlr Lmax zur Folge Insbesondere zwischen den Zeitpunkten t = 0 und t = 1 war dieses Phaumlnomen am staumlrksten ausgepraumlgt (Fmin um 52 Lmax um 36) Der beobachtete Kraftabfall korreliert recht gut mit den in der Literatur fuumlr die verbleibende Kraft an-gegebenen Werten von 50minus80 des initialen Kraftniveaus in-nerhalb der ersten 24 Stunden [1 20] Die Kraft zum Zeitpunkt des Versagens (Fmax Abbildung 3) blieb hingegen auf annauml-hernd gleichem Niveau und teilweise stiegen die Werte sogar an Die verringerte Elastizitaumlt in Zusammenhang mit annaumlhernd konstanten Kraumlften waumlhrend des Versagens legen den Schluss nahe dass schon nach kurzer Zeit eine Versproumldung des elast-omeren Materials einsetzt und die elastischen Eigenschaften ab-nehmen
Wird der Einfluss der kuumlnstlichen Alterung nicht uumlber alle Typen hinweg sondern herstellerspezifisch betrachtet so lassen
Table 3 Lmax values (extension at breakage) in percent () at t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of water storage) and t = 3 (28 days of water storage mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same super-scripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 3 Werte der Bruchdehnung in Prozent () Lmax zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlf-gruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
Dittmer MP Demling AP et al Mechanische Eigenschaften orthodontischer Ketten
296 J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
cific manufacturer marked differences become apparent The control groups Fmin values at t = 0 and those of the group after one days water storage at t = 1 differ significantly without excep-tion Several studies have shown that the decrease in force is es-pecially pronounced at the beginning [11 16] Furthermore Kim et al [13] and Josell et al [11] found that the strongest drop in force occurs within the first hour regardless of the surround-ing medium (37degC water or air) When our t = 1 t = 2 and t = 3 values are compared a rather inhomogeneous manufacturer-dependent distribution of significances is observed which makes it impossible to draw conclusions as to long-term behav-ior Assuming that there is increased resistance to the archwires sliding in the slot eg as in en masse retraction with nearly slot-filling archwires and that PCs with forces of approx 15 N are bilaterally applied [14 22] it would make sense to replace sev-eral manufacturers chains for mechanical reasons after just one day (eg Group 4) Chains from other manufacturers should be replaced after 2 weeks of application because a further drop in force is probable (such as Groups 8 10 and 11) In some chains force levels barely differed after water storage for 1 day and for 4 weeks they could perhaps be worn for longer durations (Groups 1 2 5 6 and 7) However both the magnitude of the decrease in force over time is decisive as are the initial and long-term force levels themselves Unlike the aforementioned forces of approx 15 N for the en masse retraction of nearly slot-filling archwires lower forces are desirable for single tooth movements to prevent ischemia in the periodontal ligament and subsequent indirect resorption with hyalinization [17] For example while chains of Group 5 exert force at approximately the same degree (13 N and 12 N) the chain forces of Group 4 maintained a level that was relatively low and irregular
sich deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen erkennen Die Werte Fmin der Kontrollgruppe (t = 0) und der Gruppe nach eintaumlgiger Wasserlagerung (t = 1) unterscheiden sich ausnahmslos signifikant voneinander Dass der Kraftabfall initial besonders ausgepraumlgt ist konnten verschiedene Studien bereits belegen [11 16] Kim et al [13] und Josell et al [11] fan-den zudem heraus dass der staumlrkste Kraftabfall bereits inner-halb der ersten Stunde stattfindet unabhaumlngig des umgebenen Mediums (37degC warmes WasserRaumluft) Vergleicht man die Werte zu den Zeitpunkten t = 1 t = 2 und t = 3 erkennt man eine eher inhomogene herstellerabhaumlngige Verteilung der Signifi-kanzen sodass eine grundsaumltzliche Aussage uumlber das Langzeit-verhalten nicht zulaumlssig ist Geht man davon aus dass bei ver-mehrtem Gleitwiderstand des Bogens im Slot z B bei einer En-masse-Retraktion auf annaumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen PCs mit Kraumlften von etwa 15 N beidseits appliziert werden sollten [14 22] so erscheint bei einigen Herstellern ein Austausch der Ketten aus mechanischen Gruumlnden bereits nach einem Tag als sinnvoll (z B Gruppe 4) Die Ketten anderer Hersteller sollten nach zweiwoumlchiger Applikationsdauer ausgetauscht werden da danach mit einem weiteren Kraftabfall zu rechnen ist (so z B Gruppe 8 10 und 11) Teilweise unterscheiden sich die Kraft-niveaus nach eintaumlgiger Lagerung und vierwoumlchiger Lagerung in feuchtem Milieu kaum sodass bei einigen Typen eine laumlngere Applikationsdauer moumlglich erscheint (Gruppen 1 2 5 6 und 7) Allerdings ist nicht nur das Ausmaszlig des Kraftabfalls uumlber die Zeit entscheidend sondern auch das initiale und langfristige Kraftniveau selbst Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Kraumlften von etwa 15 N bei einer En-masse-Retraktion auf an-naumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen sind bei Einzelzahnbewegungen geringere Kraumlfte gewuumlnscht um eine Ischaumlmie im Parodontalli-
Table 4 Values of the breaking strength Fmax in Newton (N) at times t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of storage in water) and t = 3 (28 days of storage in water) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 4 Werte der Bruchkraft Fmax in Newton (N) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
1 332(plusmn 11)a b 319(plusmn 14)a 339(plusmn 27)a b 342(plusmn 12)b 0018
297J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
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Conclusion
Our study results reveal that initial force levels exceed desired orthodontic forces However a significant drop in force occurs within a relatively short time The forces of PCs from almost all the manufacturers were within the target range for thera-peutic tooth movement after just one day However as chains from various manufacturers differ significantly practicing or-thodontists should take the manufacturer and application times into consideration when making therapeutic decisions
Conflict of interestOn behalf of all authors the corresponding author states that there are no conflicts of interest
gament und in der Folge eine indirekte Resorption mit Hyalini-sierung zu vermeiden [17] Waumlhrend zum Beispiel die Ketten der Gruppe 5 die Kraft auf annaumlhernd gleichem Niveau von 13minus12 N abgeben liegt das Kraftniveau der Ketten von Gruppe 4 auf relativ niedrigem inkonstanten Niveau
Schlussfolgerung
Anhand der Ergebnisse der vorliegenden Studie laumlsst sich fest-stellen dass das initiale Kraftniveau oberhalb der gewuumlnschten orthodontischen Kraumlfte liegt Es ist jedoch davon auszugehen dass bereits nach relativ kurzer Zeit ein deutlicher Kraftabfall stattfindet Nach einem Tag liegen die Kraumlfte der PCs fast aller Hersteller in dem fuumlr die therapeutische Zahnbewegung ge-wuumlnschten Bereich Dabei unterscheiden sich die Ketten der verschiedenen Hersteller jedoch signifikant sodass der kli-nisch taumltige Kieferorthopaumlde die Auswahl des Herstellers und die Applikationsdauer in seine Therapieuumlberlegungen einbe-ziehen sollte
InteressenkonfliktDer korrespondierende Autor gibt fuumlr sich und seine Koauto-ren an dass kein Interessenkonflikt besteht
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10 Deutsches Institut fuumlr Normung (Hrsg) (2007) Zahnheilkunde ndash Elastomere Ele-mente fuumlr die Kieferorthopaumldie (ISO 216062007) Deutsche Fassung EN ISO 216062007 Beuth Berlin
11 Josell SD Leiss JB Rekow ED (1997) Force degradation in elastomeric chains Semin Orthod 3189ndash197
13 Kim KH Chung CH Choy K et al (2005) Effects of prestretching on force degrada-tion of synthetic elastomeric chains Am J Orthod Dentofacial Orthop 128477ndash482
14 Kim T Suh J Kim N et al (2010) Optimum conditions for parallel translation of maxillary anterior teeth under retraction force determined with the finite ele-ment method Am J Orthod Dentofacial Orthop 137639ndash647
15 Kohorst P Dittmer MP Borchers L et al (2008) Influence of cyclic fatigue in water on the load-bearing capacity of dental bridges made of zirconia Acta Biomater 41440ndash1447
16 Lu TC Wang WN Tarng TH et al (1993) Force decay of elastomeric chain ndash a serial study Part II Am J Orthod Dentofacial Orthop 104373ndash377
17 Melsen B (2001) Tissue reaction to orthodontic tooth movement ndash a new para-digm Eur J Orthod 23671ndash681
18 Park YC Choi YJ Choi NC et al (2007) Esthetic segmental retraction of maxillary anterior teeth with a palatal appliance and orthodontic mini-implants Am J Orthod Dentofacial Orthop 131537ndash544
19 Rock WP Wilson HJ Fisher SE (1986) Force reduction of orthodontic elastomeric chains after one month in the mouth Br J Orthod 13147ndash150
20 Sang T Wu J (2008) Factors on force degradation of elastomeric chains in vitro Shanghai Kou Qiang Yi Xue 17638ndash642
21 Santos AC Tortamano A Naccarato SR et al (2007) An in vitro comparison of the force decay generated by different commercially available elastomeric chains and NiTi closed coil springs Braz Oral Res 2151ndash57
22 Sia S Shibazaki T Koga Y et al (2009) Experimental determination of optimal force system required for control of anterior tooth movement in sliding mecha-nics Am J Orthod Dentofacial Orthop 13536ndash41
23 Teixeira L Pereira Bdo R Bortoly TG et al (2008) The environmental influence of Light Coke phosphoric acid and citric acid on elastomeric chains J Contemp Dent Pract 917ndash24
24 Turkkahraman H Sayin MO Bozkurt FY et al (2005) Archwire ligation techni-ques microbial colonization and periodontal status in orthodontically treated patients Angle Orthod 75231ndash236
Correspondence AddressPD Dr Marc Philipp DittmerDepartment of OrthodonticsMedical School HanoverCarl-Neuberg-Str 130625 HanoverGermanye-mail marcdrdittmerde
295J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
295
this study the test specimens were prepared and artificial aging carried out in an ISO-compliant manner The subse-quent test program in the test machine for generating the forcendashdisplacement diagrams considered the standard specifi-cations stating that after initial extension to four times the test lengths the samples must be extended to three times their test length before the failure test To determine forces and exten-sions we used a calibrated universal testing machine already applied in previous studies [4 5 15]
The international literature on this subject contains mostly studies that compared PCs from just one or a few manufacturers [3 6 12 13] Although their results may help practicing ortho-dontists they do not allow them to compare the chains from different manufacturers currently on the market Thus the aim of the current study was to include elastomeric orthodontic chains from as many manufacturers as possible
As shown in Figure 2 and Figure 3 artificial aging led to a significant decrease in Fmin and Lmax values compared to the control group This phenomenon was most pronounced be-tween t = 0 and t = 1 (Fmin by 52 Lmax by 36) These reduc-tions in force correlate quite well with the 50ndash80 residual force values within the first 24 h reported in the literature [1 20] On the other hand the force at the time of failure (Fmax Figure 3) remained approximately the same in some cases Fmax even increased The reduced elasticity in association with nearly con-stant forces during failure suggests that the elastomeric material begins to become brittle and lose elasticity after only a short time
On the other hand if the influence of artificial aging is not examined according to chain type rather according to the spe-
Kraumlfte und Dehnungen kam eine kalibrierte bereits in fruumlhe-ren Untersuchungen verwendete Universalpruumlfmaschine zum Einsatz [4 5 15]
In der internationalen Literatur finden sich hauptsaumlchlich Studien in denen PCs einzelner oder weniger Hersteller ver-gleichend untersucht wurden [3 6 12 13] Die dort gefundenen Ergebnisse lassen zwar Schlussfolgerungen fuumlr den praktisch taumltigen Kieferorthopaumlden zu ermoumlglichen ihm jedoch keinen Vergleich von den zurzeit auf dem Markt befindlichen Ketten unterschiedlicher Hersteller Daher sollten in die vorliegende Studie elastomere orthodontische Ketten moumlglichst vieler Her-steller einbezogen werden
Wie in Abbildung 2 und Abbildung 3 zu erkennen ist hatte die kuumlnstliche Alterung im Vergleich zur Kontrollgruppe einen deutlichen Abfall der Werte sowohl fuumlr Fmin als auch fuumlr Lmax zur Folge Insbesondere zwischen den Zeitpunkten t = 0 und t = 1 war dieses Phaumlnomen am staumlrksten ausgepraumlgt (Fmin um 52 Lmax um 36) Der beobachtete Kraftabfall korreliert recht gut mit den in der Literatur fuumlr die verbleibende Kraft an-gegebenen Werten von 50minus80 des initialen Kraftniveaus in-nerhalb der ersten 24 Stunden [1 20] Die Kraft zum Zeitpunkt des Versagens (Fmax Abbildung 3) blieb hingegen auf annauml-hernd gleichem Niveau und teilweise stiegen die Werte sogar an Die verringerte Elastizitaumlt in Zusammenhang mit annaumlhernd konstanten Kraumlften waumlhrend des Versagens legen den Schluss nahe dass schon nach kurzer Zeit eine Versproumldung des elast-omeren Materials einsetzt und die elastischen Eigenschaften ab-nehmen
Wird der Einfluss der kuumlnstlichen Alterung nicht uumlber alle Typen hinweg sondern herstellerspezifisch betrachtet so lassen
Table 3 Lmax values (extension at breakage) in percent () at t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of water storage) and t = 3 (28 days of water storage mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same super-scripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 3 Werte der Bruchdehnung in Prozent () Lmax zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlf-gruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
Dittmer MP Demling AP et al Mechanische Eigenschaften orthodontischer Ketten
296 J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
cific manufacturer marked differences become apparent The control groups Fmin values at t = 0 and those of the group after one days water storage at t = 1 differ significantly without excep-tion Several studies have shown that the decrease in force is es-pecially pronounced at the beginning [11 16] Furthermore Kim et al [13] and Josell et al [11] found that the strongest drop in force occurs within the first hour regardless of the surround-ing medium (37degC water or air) When our t = 1 t = 2 and t = 3 values are compared a rather inhomogeneous manufacturer-dependent distribution of significances is observed which makes it impossible to draw conclusions as to long-term behav-ior Assuming that there is increased resistance to the archwires sliding in the slot eg as in en masse retraction with nearly slot-filling archwires and that PCs with forces of approx 15 N are bilaterally applied [14 22] it would make sense to replace sev-eral manufacturers chains for mechanical reasons after just one day (eg Group 4) Chains from other manufacturers should be replaced after 2 weeks of application because a further drop in force is probable (such as Groups 8 10 and 11) In some chains force levels barely differed after water storage for 1 day and for 4 weeks they could perhaps be worn for longer durations (Groups 1 2 5 6 and 7) However both the magnitude of the decrease in force over time is decisive as are the initial and long-term force levels themselves Unlike the aforementioned forces of approx 15 N for the en masse retraction of nearly slot-filling archwires lower forces are desirable for single tooth movements to prevent ischemia in the periodontal ligament and subsequent indirect resorption with hyalinization [17] For example while chains of Group 5 exert force at approximately the same degree (13 N and 12 N) the chain forces of Group 4 maintained a level that was relatively low and irregular
sich deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen erkennen Die Werte Fmin der Kontrollgruppe (t = 0) und der Gruppe nach eintaumlgiger Wasserlagerung (t = 1) unterscheiden sich ausnahmslos signifikant voneinander Dass der Kraftabfall initial besonders ausgepraumlgt ist konnten verschiedene Studien bereits belegen [11 16] Kim et al [13] und Josell et al [11] fan-den zudem heraus dass der staumlrkste Kraftabfall bereits inner-halb der ersten Stunde stattfindet unabhaumlngig des umgebenen Mediums (37degC warmes WasserRaumluft) Vergleicht man die Werte zu den Zeitpunkten t = 1 t = 2 und t = 3 erkennt man eine eher inhomogene herstellerabhaumlngige Verteilung der Signifi-kanzen sodass eine grundsaumltzliche Aussage uumlber das Langzeit-verhalten nicht zulaumlssig ist Geht man davon aus dass bei ver-mehrtem Gleitwiderstand des Bogens im Slot z B bei einer En-masse-Retraktion auf annaumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen PCs mit Kraumlften von etwa 15 N beidseits appliziert werden sollten [14 22] so erscheint bei einigen Herstellern ein Austausch der Ketten aus mechanischen Gruumlnden bereits nach einem Tag als sinnvoll (z B Gruppe 4) Die Ketten anderer Hersteller sollten nach zweiwoumlchiger Applikationsdauer ausgetauscht werden da danach mit einem weiteren Kraftabfall zu rechnen ist (so z B Gruppe 8 10 und 11) Teilweise unterscheiden sich die Kraft-niveaus nach eintaumlgiger Lagerung und vierwoumlchiger Lagerung in feuchtem Milieu kaum sodass bei einigen Typen eine laumlngere Applikationsdauer moumlglich erscheint (Gruppen 1 2 5 6 und 7) Allerdings ist nicht nur das Ausmaszlig des Kraftabfalls uumlber die Zeit entscheidend sondern auch das initiale und langfristige Kraftniveau selbst Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Kraumlften von etwa 15 N bei einer En-masse-Retraktion auf an-naumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen sind bei Einzelzahnbewegungen geringere Kraumlfte gewuumlnscht um eine Ischaumlmie im Parodontalli-
Table 4 Values of the breaking strength Fmax in Newton (N) at times t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of storage in water) and t = 3 (28 days of storage in water) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 4 Werte der Bruchkraft Fmax in Newton (N) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
1 332(plusmn 11)a b 319(plusmn 14)a 339(plusmn 27)a b 342(plusmn 12)b 0018
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Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
297
Conclusion
Our study results reveal that initial force levels exceed desired orthodontic forces However a significant drop in force occurs within a relatively short time The forces of PCs from almost all the manufacturers were within the target range for thera-peutic tooth movement after just one day However as chains from various manufacturers differ significantly practicing or-thodontists should take the manufacturer and application times into consideration when making therapeutic decisions
Conflict of interestOn behalf of all authors the corresponding author states that there are no conflicts of interest
gament und in der Folge eine indirekte Resorption mit Hyalini-sierung zu vermeiden [17] Waumlhrend zum Beispiel die Ketten der Gruppe 5 die Kraft auf annaumlhernd gleichem Niveau von 13minus12 N abgeben liegt das Kraftniveau der Ketten von Gruppe 4 auf relativ niedrigem inkonstanten Niveau
Schlussfolgerung
Anhand der Ergebnisse der vorliegenden Studie laumlsst sich fest-stellen dass das initiale Kraftniveau oberhalb der gewuumlnschten orthodontischen Kraumlfte liegt Es ist jedoch davon auszugehen dass bereits nach relativ kurzer Zeit ein deutlicher Kraftabfall stattfindet Nach einem Tag liegen die Kraumlfte der PCs fast aller Hersteller in dem fuumlr die therapeutische Zahnbewegung ge-wuumlnschten Bereich Dabei unterscheiden sich die Ketten der verschiedenen Hersteller jedoch signifikant sodass der kli-nisch taumltige Kieferorthopaumlde die Auswahl des Herstellers und die Applikationsdauer in seine Therapieuumlberlegungen einbe-ziehen sollte
InteressenkonfliktDer korrespondierende Autor gibt fuumlr sich und seine Koauto-ren an dass kein Interessenkonflikt besteht
References 1 Baty DL Storie DJ von Fraunhofer JA (1994) Synthetic elastomeric chains a lite-
rature review Am J Orthod Dentofacial Orthop 105536ndash542 2 Bertram C (1931) Die Kraumlfte der orthodontischen Gummiligatur Fortschr Kiefer-
orthop 1605ndash609 3 De Genova DC McInnes-Ledoux P Weinberg R et al (1985) Force degradation of
orthodontic elastomeric chains-a product comparison study Am J Orthod 87377ndash384
4 Dittmer MP Demling AP Borchers L et al (2010) Tensile properties of orthodon-tic elastomeric chains J Orofac Orthop 71330ndash338
5 Dittmer MP Kohorst P Borchers L et al (2008) Finite element analysis of a four-unit all-ceramic fixed partial denture Acta Biomater 51349ndash1355
6 Eliades T Eliades G Silikas N et al (2004) Tensile properties of orthodontic elast-omeric chains Eur J Orthod 26157ndash162
7 Eliades T Eliades G Watts DC (1999) Structural conformation of in vitro and in vivo aged orthodontic elastomeric modules Eur J Orthod 21649ndash658
8 Ferriter JP Meyers CE Jr Lorton L (1990) The effect of hydrogen ion concentrati-on on the force-degradation rate of orthodontic polyurethane chain elastics Am J Orthod Dentofacial Orthop 98404ndash410
9 Fraunhofer von JA Coffelt MT Orbell GM (1992) The effects of artificial saliva and topical fluoride treatments on the degradation of the elastic properties of orthodontic chains Angle Orthod 62265ndash274
10 Deutsches Institut fuumlr Normung (Hrsg) (2007) Zahnheilkunde ndash Elastomere Ele-mente fuumlr die Kieferorthopaumldie (ISO 216062007) Deutsche Fassung EN ISO 216062007 Beuth Berlin
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19 Rock WP Wilson HJ Fisher SE (1986) Force reduction of orthodontic elastomeric chains after one month in the mouth Br J Orthod 13147ndash150
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Correspondence AddressPD Dr Marc Philipp DittmerDepartment of OrthodonticsMedical School HanoverCarl-Neuberg-Str 130625 HanoverGermanye-mail marcdrdittmerde
Dittmer MP Demling AP et al Mechanische Eigenschaften orthodontischer Ketten
296 J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
cific manufacturer marked differences become apparent The control groups Fmin values at t = 0 and those of the group after one days water storage at t = 1 differ significantly without excep-tion Several studies have shown that the decrease in force is es-pecially pronounced at the beginning [11 16] Furthermore Kim et al [13] and Josell et al [11] found that the strongest drop in force occurs within the first hour regardless of the surround-ing medium (37degC water or air) When our t = 1 t = 2 and t = 3 values are compared a rather inhomogeneous manufacturer-dependent distribution of significances is observed which makes it impossible to draw conclusions as to long-term behav-ior Assuming that there is increased resistance to the archwires sliding in the slot eg as in en masse retraction with nearly slot-filling archwires and that PCs with forces of approx 15 N are bilaterally applied [14 22] it would make sense to replace sev-eral manufacturers chains for mechanical reasons after just one day (eg Group 4) Chains from other manufacturers should be replaced after 2 weeks of application because a further drop in force is probable (such as Groups 8 10 and 11) In some chains force levels barely differed after water storage for 1 day and for 4 weeks they could perhaps be worn for longer durations (Groups 1 2 5 6 and 7) However both the magnitude of the decrease in force over time is decisive as are the initial and long-term force levels themselves Unlike the aforementioned forces of approx 15 N for the en masse retraction of nearly slot-filling archwires lower forces are desirable for single tooth movements to prevent ischemia in the periodontal ligament and subsequent indirect resorption with hyalinization [17] For example while chains of Group 5 exert force at approximately the same degree (13 N and 12 N) the chain forces of Group 4 maintained a level that was relatively low and irregular
sich deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen erkennen Die Werte Fmin der Kontrollgruppe (t = 0) und der Gruppe nach eintaumlgiger Wasserlagerung (t = 1) unterscheiden sich ausnahmslos signifikant voneinander Dass der Kraftabfall initial besonders ausgepraumlgt ist konnten verschiedene Studien bereits belegen [11 16] Kim et al [13] und Josell et al [11] fan-den zudem heraus dass der staumlrkste Kraftabfall bereits inner-halb der ersten Stunde stattfindet unabhaumlngig des umgebenen Mediums (37degC warmes WasserRaumluft) Vergleicht man die Werte zu den Zeitpunkten t = 1 t = 2 und t = 3 erkennt man eine eher inhomogene herstellerabhaumlngige Verteilung der Signifi-kanzen sodass eine grundsaumltzliche Aussage uumlber das Langzeit-verhalten nicht zulaumlssig ist Geht man davon aus dass bei ver-mehrtem Gleitwiderstand des Bogens im Slot z B bei einer En-masse-Retraktion auf annaumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen PCs mit Kraumlften von etwa 15 N beidseits appliziert werden sollten [14 22] so erscheint bei einigen Herstellern ein Austausch der Ketten aus mechanischen Gruumlnden bereits nach einem Tag als sinnvoll (z B Gruppe 4) Die Ketten anderer Hersteller sollten nach zweiwoumlchiger Applikationsdauer ausgetauscht werden da danach mit einem weiteren Kraftabfall zu rechnen ist (so z B Gruppe 8 10 und 11) Teilweise unterscheiden sich die Kraft-niveaus nach eintaumlgiger Lagerung und vierwoumlchiger Lagerung in feuchtem Milieu kaum sodass bei einigen Typen eine laumlngere Applikationsdauer moumlglich erscheint (Gruppen 1 2 5 6 und 7) Allerdings ist nicht nur das Ausmaszlig des Kraftabfalls uumlber die Zeit entscheidend sondern auch das initiale und langfristige Kraftniveau selbst Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Kraumlften von etwa 15 N bei einer En-masse-Retraktion auf an-naumlhernd Slot-fuumlllenden Boumlgen sind bei Einzelzahnbewegungen geringere Kraumlfte gewuumlnscht um eine Ischaumlmie im Parodontalli-
Table 4 Values of the breaking strength Fmax in Newton (N) at times t = 0 (control group) t = 1 (1 day of water storage) t = 2 (14 days of storage in water) and t = 3 (28 days of storage in water) (mean and standard deviation for each) The p values refer to the influence of the manufacturer (vertical) and water storage (horizontal) Same superscripts indicate values with no statistically significant difference in each test group
Tabelle 4 Werte der Bruchkraft Fmax in Newton (N) zu den Zeitpunkten t = 0 (Kontrollgruppe) t = 1 (ein Tag Wasserlagerung) t = 2 (14 Tage Wasserlagerung) t = 3 (28 Tage Wasserlagerung jeweils Mittelwert und Standardabweichung) Die p-Werte sind sowohl fuumlr den Einfluss des Herstellers (senkrecht) als auch fuumlr den Einfluss der Wasserlagerung (waagerecht) aufgefuumlhrt Mit gleichen Buchstaben gekennzeichnete Werte unterscheiden sich nicht signifikant in der jeweiligen Pruumlfgruppe
Group Dayemsp0 Dayemsp1 Dayemsp14 Dayemsp28 pemspvalue
1 332(plusmn 11)a b 319(plusmn 14)a 339(plusmn 27)a b 342(plusmn 12)b 0018
297J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
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Conclusion
Our study results reveal that initial force levels exceed desired orthodontic forces However a significant drop in force occurs within a relatively short time The forces of PCs from almost all the manufacturers were within the target range for thera-peutic tooth movement after just one day However as chains from various manufacturers differ significantly practicing or-thodontists should take the manufacturer and application times into consideration when making therapeutic decisions
Conflict of interestOn behalf of all authors the corresponding author states that there are no conflicts of interest
gament und in der Folge eine indirekte Resorption mit Hyalini-sierung zu vermeiden [17] Waumlhrend zum Beispiel die Ketten der Gruppe 5 die Kraft auf annaumlhernd gleichem Niveau von 13minus12 N abgeben liegt das Kraftniveau der Ketten von Gruppe 4 auf relativ niedrigem inkonstanten Niveau
Schlussfolgerung
Anhand der Ergebnisse der vorliegenden Studie laumlsst sich fest-stellen dass das initiale Kraftniveau oberhalb der gewuumlnschten orthodontischen Kraumlfte liegt Es ist jedoch davon auszugehen dass bereits nach relativ kurzer Zeit ein deutlicher Kraftabfall stattfindet Nach einem Tag liegen die Kraumlfte der PCs fast aller Hersteller in dem fuumlr die therapeutische Zahnbewegung ge-wuumlnschten Bereich Dabei unterscheiden sich die Ketten der verschiedenen Hersteller jedoch signifikant sodass der kli-nisch taumltige Kieferorthopaumlde die Auswahl des Herstellers und die Applikationsdauer in seine Therapieuumlberlegungen einbe-ziehen sollte
InteressenkonfliktDer korrespondierende Autor gibt fuumlr sich und seine Koauto-ren an dass kein Interessenkonflikt besteht
References 1 Baty DL Storie DJ von Fraunhofer JA (1994) Synthetic elastomeric chains a lite-
rature review Am J Orthod Dentofacial Orthop 105536ndash542 2 Bertram C (1931) Die Kraumlfte der orthodontischen Gummiligatur Fortschr Kiefer-
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8 Ferriter JP Meyers CE Jr Lorton L (1990) The effect of hydrogen ion concentrati-on on the force-degradation rate of orthodontic polyurethane chain elastics Am J Orthod Dentofacial Orthop 98404ndash410
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10 Deutsches Institut fuumlr Normung (Hrsg) (2007) Zahnheilkunde ndash Elastomere Ele-mente fuumlr die Kieferorthopaumldie (ISO 216062007) Deutsche Fassung EN ISO 216062007 Beuth Berlin
11 Josell SD Leiss JB Rekow ED (1997) Force degradation in elastomeric chains Semin Orthod 3189ndash197
13 Kim KH Chung CH Choy K et al (2005) Effects of prestretching on force degrada-tion of synthetic elastomeric chains Am J Orthod Dentofacial Orthop 128477ndash482
14 Kim T Suh J Kim N et al (2010) Optimum conditions for parallel translation of maxillary anterior teeth under retraction force determined with the finite ele-ment method Am J Orthod Dentofacial Orthop 137639ndash647
15 Kohorst P Dittmer MP Borchers L et al (2008) Influence of cyclic fatigue in water on the load-bearing capacity of dental bridges made of zirconia Acta Biomater 41440ndash1447
16 Lu TC Wang WN Tarng TH et al (1993) Force decay of elastomeric chain ndash a serial study Part II Am J Orthod Dentofacial Orthop 104373ndash377
17 Melsen B (2001) Tissue reaction to orthodontic tooth movement ndash a new para-digm Eur J Orthod 23671ndash681
18 Park YC Choi YJ Choi NC et al (2007) Esthetic segmental retraction of maxillary anterior teeth with a palatal appliance and orthodontic mini-implants Am J Orthod Dentofacial Orthop 131537ndash544
19 Rock WP Wilson HJ Fisher SE (1986) Force reduction of orthodontic elastomeric chains after one month in the mouth Br J Orthod 13147ndash150
20 Sang T Wu J (2008) Factors on force degradation of elastomeric chains in vitro Shanghai Kou Qiang Yi Xue 17638ndash642
21 Santos AC Tortamano A Naccarato SR et al (2007) An in vitro comparison of the force decay generated by different commercially available elastomeric chains and NiTi closed coil springs Braz Oral Res 2151ndash57
22 Sia S Shibazaki T Koga Y et al (2009) Experimental determination of optimal force system required for control of anterior tooth movement in sliding mecha-nics Am J Orthod Dentofacial Orthop 13536ndash41
23 Teixeira L Pereira Bdo R Bortoly TG et al (2008) The environmental influence of Light Coke phosphoric acid and citric acid on elastomeric chains J Contemp Dent Pract 917ndash24
24 Turkkahraman H Sayin MO Bozkurt FY et al (2005) Archwire ligation techni-ques microbial colonization and periodontal status in orthodontically treated patients Angle Orthod 75231ndash236
Correspondence AddressPD Dr Marc Philipp DittmerDepartment of OrthodonticsMedical School HanoverCarl-Neuberg-Str 130625 HanoverGermanye-mail marcdrdittmerde
297J Orofac Orthop 2012 middot No 4 copy Springer-Verlag
Dittmer MP Demling AP et al Mechanical properties of orthodontic chains
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Conclusion
Our study results reveal that initial force levels exceed desired orthodontic forces However a significant drop in force occurs within a relatively short time The forces of PCs from almost all the manufacturers were within the target range for thera-peutic tooth movement after just one day However as chains from various manufacturers differ significantly practicing or-thodontists should take the manufacturer and application times into consideration when making therapeutic decisions
Conflict of interestOn behalf of all authors the corresponding author states that there are no conflicts of interest
gament und in der Folge eine indirekte Resorption mit Hyalini-sierung zu vermeiden [17] Waumlhrend zum Beispiel die Ketten der Gruppe 5 die Kraft auf annaumlhernd gleichem Niveau von 13minus12 N abgeben liegt das Kraftniveau der Ketten von Gruppe 4 auf relativ niedrigem inkonstanten Niveau
Schlussfolgerung
Anhand der Ergebnisse der vorliegenden Studie laumlsst sich fest-stellen dass das initiale Kraftniveau oberhalb der gewuumlnschten orthodontischen Kraumlfte liegt Es ist jedoch davon auszugehen dass bereits nach relativ kurzer Zeit ein deutlicher Kraftabfall stattfindet Nach einem Tag liegen die Kraumlfte der PCs fast aller Hersteller in dem fuumlr die therapeutische Zahnbewegung ge-wuumlnschten Bereich Dabei unterscheiden sich die Ketten der verschiedenen Hersteller jedoch signifikant sodass der kli-nisch taumltige Kieferorthopaumlde die Auswahl des Herstellers und die Applikationsdauer in seine Therapieuumlberlegungen einbe-ziehen sollte
InteressenkonfliktDer korrespondierende Autor gibt fuumlr sich und seine Koauto-ren an dass kein Interessenkonflikt besteht
References 1 Baty DL Storie DJ von Fraunhofer JA (1994) Synthetic elastomeric chains a lite-
rature review Am J Orthod Dentofacial Orthop 105536ndash542 2 Bertram C (1931) Die Kraumlfte der orthodontischen Gummiligatur Fortschr Kiefer-
orthop 1605ndash609 3 De Genova DC McInnes-Ledoux P Weinberg R et al (1985) Force degradation of
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Correspondence AddressPD Dr Marc Philipp DittmerDepartment of OrthodonticsMedical School HanoverCarl-Neuberg-Str 130625 HanoverGermanye-mail marcdrdittmerde
