Functional Improvement of the Mandibular Neuromuscular Guidance by Orthodontic-Surgical Treatment

Abstract

The primary aim of the study was to reveal whether adult patients with skeletal mandibular retrognathism combined with a dental Class II relationship without craniomandibular pain show a characteristic pattern of free mandibular movements compared to patients with a Class I skeletal and dental morphology. The secondary aim was to investigate whether these characteristic structures are subject to change following combined orthodontic-surgical treatment.

Free mandibular movements were measured with an ultrasound device and analyzed with computer software developed by the authors. In all patients examined, 2 maxillarily and mandibularly fixed axes were found. These axes have no direct relation to the temporomandibular joints, are positioned above and anterior to the joints and maintain a constant distance. This gear system is referred to as a neuromuscularly determined dimeric link chain. The position of the mandible is defined by the rotational angle μ and the inclination angle α around the axes of the dimeric link chain.

This dimeric link chain of free movements of patients with Class I skeletal and dental relationship functions according to the principle of least action: The angular velocities around the 2 axes show a constant ratio within the different segments of motion, and in the μ-α-diagrams the segments of mandibular movements are represented by straight lines, the shortes paths between 2 positions.

Individual cases and statistical data show that the structure of mandibular movements of patients with skeletal mandibular retrognathism combined with a dental Class II relationship without craniomandibular pain differs significantly from that of patients with Class I alignment. Mandibular retrognathism and a Class II relationship are accompanied by marked coordination disturbances in the rotary movements around the maxillary and mandibular neuromuscular axes.

Following orthodontic-surgical treatment to restore ideal alignment of the occlusal, articular, and skeletal structures, the patients showed a similar pattern in the structure of mandibular movements to that of patients with Class I skeletal and dental relationships.

Thus, combined orthodontic-surgical treatment leads to measurable functional harmonization not only of the skeletal and dental structures but also of the neuromuscular guidance system.

Zusammenfassung

Das erste Ziel der vorliegenden Studie war es, zu untersuchen, ob erwachsene Patienten mit einer mandibulären Retrognathie kombiniert mit einem Distalbiss ohne Beschwerden im kraniomandibulären System eine charakteristische Struktur freier Unterkieferbewegungen aufweisen. Als Vergleichsgruppe dienten Patienten mit neutraler skelettaler und dentaler Relation. Das zweite Ziel war es, zu analysieren, ob und wie sich diese charakteristische Bewegungsstruktur im Verlauf einer kombiniert kieferorthopädisch-chirurgischen Behandlung veränderte.

Freie Unterkieferbewegungen wurden mit Hilfe eines Ultraschallmesssystems aufgezeichnet und mit Hilfe eigens entwickelter Computer-Software analysiert. Bei allen untersuchten Patienten wurden zwei Achsen gefunden, die jeweils maxillär und mandibulär fixiert waren. Diese Achsen sind nicht direkt anatomischen Strukturen zuzuordnen, sie liegen oberhalb und anterior des jeweiligen Kiefergelenkes und haben einen konstanten Abstand voneinander. Das durch diese Achsen erzeugte Führungssystem wird als neuromuskulär gesteuerte dimere Gelenkkette bezeichnet. Die jeweilige Position des Unterkiefers wird durch die Drehungen um die Achsen der Gelenkkette mit dem Schwingwinkel μ und dem Neigungswinkel α beschrieben.

Die dimere Gelenkkette arbeitet bei freien Unterkieferbewegungen von Patienten mit neutraler skelettaler und dentaler Relation nach dem Prinzip des geringst möglichen Aufwandes: Die Winkelgeschwindigkeiten der Drehungen um die beiden Achsen zeigen ein konstantes Verhältnis innerhalb eines Bewegungsabschnitts. Dies wird im zugehörigen μ-α-Diagramm als Gerade sichtbar, dem kürzesten Weg zwischen zwei Positionen.

Die Einzelbeispiele und die statistischen Daten zeigen, dass sich die Struktur der Unterkieferbewegung von Patienten mit einer mandibulären Retrognathie und einem Distalbiss ohne Beschwerden im kraniomandibulären System signifikant von der Struktur bei Patienten mit neutraler Anordnung unterscheidet. Mandibuläre Retrognathie und Distalbiss sind verbunden mit einer ausgeprägten Dyskoordination der Drehungen um die maxilläre und mandibuläre neuromuskuläre Achse.

Nach Abschluss einer kieferorthopädisch-chirurgischen Behandlung, die zu einer idealen Anordnung der okklusalen, artikulären und skelettalen Strukturen führte, zeigten die untersuchten Patienten eine ähnliche Struktur der Unterkieferbewegung wie Patienten mit neutraler skelettaler und dentaler Zuordnung.

Somit führt eine kombinierte kieferorthopädisch-chirurgische Behandlung zu einer messbaren funktionellen Harmonisierung nicht nur der skelettalen und dentalen Strukturen, sondern auch der neuromuskulären Führung.