咀嚼時の顎関節負荷に及ぼすボーラス特性の影響に関するインシリコ研究

An in silico investigation of the effect of bolus properties on TMJ loading during mastication.

抄録

咀嚼は、顎領域の筋活動量が最も高い運動課題であり、顎関節（TMJ）の負荷が高くなる可能性がある。顎関節への負荷の増大は顎関節症（TMD）と関連しているため、咀嚼時の顎関節力学はTMD治療における臨床的意義があると考えられる。顎関節症の自己管理ガイドラインでは、顎関節の痛みを軽減するために、食べ物を柔らかく小さく切って食べることが推奨されている。顎関節荷重は、患者の安全上の制約から生体内で測定することができないため、コンピュータモデリングは、顎関節荷重と顎関節症との潜在的な関連性を調査するための重要なツールである。本研究の目的は、顎関節症に対するより良い自己管理ガイドラインに役立てるために、顎関節の機械的負荷に対する食物ボーラスの変数の影響を調査することである。顎領域の剛体-有限要素複合モデルを用いて、ボーラスのサイズ、硬さ、および位置の影響を調査した。下顎運動と顎関節円板のフォンミーゼス応力が報告された。計算された下顎運動は、過去の文献と概ね一致した。椎間板応力は、咀嚼サイクルの閉鎖期および非作業側の椎間板でより高かった。全体的にボーラスが小さく柔らかいほど、顎関節への負荷が軽減された。この結果は、ボーラスの修正に関する現在のガイドラインを補強し、ボーラスの位置に関する新たなガイドラインの可能性を示すものであり、将来の臨床試験を通じて検証することが可能である。本論文は、異なるボーラスの特性について、詳細な顎関節応力を伴う動的咀嚼の初のインシリコ研究を提示している。この結果は、顎関節症の自己管理に関する推奨事項の信頼性を高め、患者の疼痛レベルを軽減できる可能性がある。

Mastication is the motor task with the highest muscle activations of the jaw region, potentially leading to high temporomandibular joint (TMJ) loading. Since increased loading of the TMJ is associated with temporomandibular disorders (TMD), TMJ mechanics during chewing has potential clinical relevance in TMD treatment. TMD self-management guidelines suggest eating soft and small pieces of food to reduce TMJ pain. Since TMJ loading cannot be measured in vivo, due to patient safety restrictions, computer modeling is an important tool for investigations of the potential connection between TMJ loading and TMD. The objective of this study is to investigate the effect of food bolus variables on mechanical TMJ loading to help inform better self-management guidelines for TMD. A combined rigid-body-finite-element model of the jaw region was used to investigate the effect of bolus size, stiffness, and position. Mandibular motion and TMJ disc von Mises stress were reported. Computed mandibular motion generally agrees well with previous literature. Disc stress was higher during the closing phase of the chewing cycle and for the non-working side disc. Smaller and softer food boluses overall lead to less TMJ loading. The results reinforce current guidelines regarding bolus modifications and provide new potential guidelines for bolus positioning that could be verified through a future clinical trial. The paper presents a first in silico investigation of dynamic chewing with detailed TMJ stress for different bolus properties. The results help to strengthen the confidence in TMD self-management recommendations, potentially reducing pain levels of patients.