Assessment of tooth devitalization as a risk factor for enamel and dentin functional overload using mathematical modeling

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Background: Cracks and fractures of devitalized teeth caused by functional overload are common in dental practice, necessitating an assessment of the stress-strain state of intact and devitalized tooth tissues under similar loading conditions.

Aim: An experimental comparison of the stress-strain state of intact and devitalized hard tooth tissues and the surrounding bone tissue using mathematical modeling.

Methods: A 3D mathematical modeling of the stress-strain state of a mandibular segment with an intact and devitalized tooth was performed. A vertical and oblique (45°) load of 150 N was applied; the maximum stress and its location in the enamel, dentin, cortical bone, and cancellous bone were analyzed by comparing them to the respective strength limits.

Results: Devitalized hard tissues are subjected to a higher stress than intact teeth, especially when an oblique load is applied, by 49.3, 11.0, and 13.1% (86.186, 31.371, and 5.037 MPa) for the enamel, cortical bone, and cancellous bone, respectively. When a vertical load is applied, tooth devitalization increases the stress in the enamel and cancellous bone of the socket by 33.1 and 29.2% (51.147 and 1.953 MPa), respectively. Devitalized dentin shows almost no changes in stress under a vertical load due to the deterioration of physical properties (and, thus, a decrease in the strength limit), whereas an oblique load results in a decrease of 28.1%. Functional load in a devitalized tooth results in stress values close to the strength limit in the enamel (under a vertical and oblique load) and dentin (under an oblique load). Periapical resorption and root apex resection further increase the stress.

Conclusion: Tooth devitalization increases the stress in the enamel and bone tissues, especially under an oblique load. Despite the reduced stress in devitalized dentin caused by a decrease in its mechanical strength, stress values under an oblique load are close to the dentin strength limit in the tooth neck area. Due to tooth devitalization, the stress in the enamel exceeds its strength limit under both oblique and vertical loads (in the tooth neck area and along the occlusal surface, respectively). Periapical resorption and root apex resection cause a similar increase in the stress in the enamel compared to a devitalized tooth under both loads, as well as in the cortical bone under an oblique load.

About the authors

Emilia А. Olesova

State Research Center — Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Medical Biological Agency

Author for correspondence.
Email: emma.olesova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4511-6317
SPIN-code: 5767-9158
Russian Federation, Moscow

Sergey D. Arytyunov

Russian University of Medicine

Email: sd.arutyunov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6512-8724
SPIN-code: 1052-4131

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

Ekaterina A. Nekrasova

State Research Center — Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Medical Biological Agency

Email: ekaterina233@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0380-0575
SPIN-code: 4291-2151
Russian Federation, Moscow

Makka R. Bersanova

State Research Center — Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Medical Biological Agency

Email: bersanova99@bk.ru
ORCID iD: 0009-0004-6150-148X
Russian Federation, Moscow

Egor E. Olesov

State Research Center — Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Medical Biological Agency

Email: olesov_georgiy@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9165-2554
SPIN-code: 8924-3520

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

References

  1. Therapeutic stomatology: national manual. Dmitrieva LA, Maksimovsky YM, editors. 2nd edition, revision and supplement. Moscow: GEOTAR-Media; 2021. (In Russ.) ISBN: 978-5-9704-6097-9
  2. Akulovich AV, Anisimova EN, Anisimova NU, et al. Orthopedic dentistry. National Guide. Lebedenko IY, Arutyunov SD, Ryakhovsky AN, editors. Moscow: GEOTAR-Media; 2022. (In Russ.) doi: 10.33029/9704-6367-3-OD2-2022-1-416 EDN: ULMYYK
  3. Makeeva IM, Byakova SF, Adzhiev EK. Vertical root fracture. Etiology. Clinical symptoms. Diagnostics. International Research Journal. 2016;(12-5):104–107. doi: 10.18454/IRJ.2016.54.055 EDN: XQUTYR
  4. Rozov RA, Trezubov VN, Gvetadze RS, et al. Experimental design of the lower jaw functional loading for implant-supported restoration in unfavorable clinical conditions. Stomatology. 2022;101(6):28–34. doi: 10.17116/stomat202210106128 EDN: KKPPHB
  5. Zaslavsky RS, Olesova VN, Povstyanko YuA, et al. Three-dimensional mathematical modeling of functional stresses around a dental implant in comparison with a single-root tooth. Russian Bulletin of Dental Implantology. 2022;(3-4):4–10. EDN: JHRTIG
  6. Abakarov S, Sorokin D, Lapushko V, Abakarova S. Stress-deformed state of a non-removable prosthesis on implants under mustering load depending on the angle of abutment wall tilt. Clinical Dentistry (Russia). 2025;26(1):147–157. doi: 10.37988/1811-153X_2023_1_147
  7. Zaslavsky RS, Olesova EA, Kobzev IV, Kashchenko PV. Registration of bone tissue overload in conditions of mathematical 3-D modeling of the dentoalveolar segment. In: Proceedings of the V Scientific and Practical Conference “Scientific Vanguard” and Interuniversity Olympiad of Residents and Postgraduates. Moscow: State Research Center — Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Medical Biological Agency; 2023. P. 54–57. (In Russ.) EDN: DBOTHP
  8. O’Brien WJ. Dental materials and their selection. 3th edition. Chicago: Quintessence Pub. Co.; 2002.
  9. Muslov SA, Arutyunov SD. Baldano IR, editor. Mechanical properties of teeth and peri-dental tissues. Prakticheskaya medicina; 2020. (In Russ.) ISBN: 978-5-98811-617-2

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Three-dimensional mathematical model of a single-root mandibular tooth (premolar) under inadequate biomechanical conditions: а — intact tooth, b — tooth with periapical resorption, c — tooth with root tip resection.

Download (134KB)
3. Fig. 2. Distribution of functional stresses in the tooth and bone tissue under vertical load of the tooth in adverse biomechanical conditions (devitalized tooth): а — enamel, b — dentin, c — cortical bone tissue, d — spongy bone tissue.

Download (355KB)
4. Fig. 3. Distribution of functional stresses in the tooth and bone tissue under inclined load of the tooth in unfavorable biomechanical conditions (devitalized tooth): а — enamel, b — dentin, c — cortical bone tissue, d — spongy bone tissue.

Download (295KB)

Copyright (c) 2025 Eco-Vector


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».