Inadvertent side effects of fixed lingual retainers : An in vitro study

Abstract

Purpose: To better understand the side effects of fixed lingual retainers by means of an in vitro study in a two-tooth model determining the three-dimensional (3D) force-moment components acting at adjacent teeth combined with different composite-wire interfaces.

Methods: Triple-stranded round retainer wires were embedded in cured disks of flowable composite. At one side the composite-wire interface was untreated and checked to be absolutely fix. At the other side the composite-wire interface was configured as either an isolated compound with (1) petroleum jelly coating, or an adhered compound with (2) no manipulation, (3) ethanol degreasing or (4) ethanol degreasing and rectangular bending of the wire ends. The 3D force-moment components were registered, while the intertooth distance was increased in steps of 0.01 mm leading to increasing tension of the wire. Measurements were repeated after artificially aging the specimens.

Results: Retainer wire specimens with adhered compound (2, 3, 4) showed negative vestibulo-oral moments ranging maximally each between -0.3 and -0.9 Nmm in opposite direction to positive moments of 1.9 Nmm for specimens with isolated compound 1. Significant tipping moments occurred in the group with isolated compound at lower forces than in those groups with adhered compound. Similar effects were observed after artificial aging.

Conclusion: Side effects emerge under specific circumstances: an altered adhesive compound combined with the presence of oral forces. Compounds with lost adhesion at the composite-wire interface showed rotational moments in the direction of the wire windings even during low tensile forces similar to those that may occur in clinical settings. Opposite rotational moments leading to unwinding of the wire may occur in cases with adhered compounds at higher tensile forces. Utilization of round triple-stranded retainer wires without bent ends are of higher risk to induce inadvertent side effects.

Keywords: Long-term stability; Posttreatment changes; Triple-stranded retainer wires; Unwanted tooth movement; X‑effect.

Fig. 1

Exemplary clinical cases with inadvertent tooth movements under fixed retention. A recognizable pattern of the x‑effect is shown by isolated labial tipping of the upper right lateral incisor explained by torqueing this tooth around the axis of a round triple-stranded retainer wire with right-handed windings (a). The same pattern is observable with a labial tipping of the upper left lateral incisor torqueing around the axis of a round triple-stranded retainer wire with left-handed windings (b). Severe malposition of the whole frontal segment consisting of severe lingual tipping of the lower left canine and labial tipping of the incisor segment is characteristic for the twist effect (c). Triple-stranded round retainer wires are available with right-handed windings (right) and left-handed windings (left; d) Exemplarische klinische Fälle mit nicht beabsichtigten Zahnbewegungen unter festsitzender Retention. Typisches Bewegungsmuster des X‑Effektes mit isoliertem Labialkippen des rechten seitlichen Schneidezahnes, erklärbar durch eine Torquebewegung des Zahnes um die Achse des runden, dreifach verseilten rechtsgewundenen Retainerdrahtes (a). Ähnliches Bewegungsmuster mit Labialkippen des seitlichen linken Schneidezahnes und Torquebewegung des Zahnes um die Achse des runden, dreifach verseilten linksgewundenen Retainerdrahtes (b). Ausgeprägte Fehlstellungen im gesamten Frontzahnsegment mit starker Lingualkippung des unteren linken Eckzahns und Labialkippung des Frontzahnsegmentes, charakteristisch für den Twist-Effekt (c). Dreifach verseilte runde Retainerdrähte sind rechtsgewunden („right“) und linksgewunden („left“) erhältlich (d)

Fig. 2

Group classification and treatment protocol. Groups with loose adhesive compound: Control group 0 and group 1. Groups with a fixed adhesive compound: groups 2, 3 and 4. All samples were stored in a humid environment for 24 h to reach final curing hardness of the composite. Half of the specimens of each group underwent tensile tests, while the other half was artificially aged before testing Gruppeneinteilung und Versuchsaufbau. Gruppen mit gelöstem Haftverbund: Kontrollgruppe 0 und Gruppe 1. Gruppen mit festem Haftverbund: Gruppen 2, 3 und 4. Alle Proben wurden für 24 h in feuchtem Milieu gelagert, um eine ausreichende Endhärte des Komposites zu gewährleisten. Die Hälfte der Proben jeder Gruppe wurde im Zugversuch belastet, die andere Hälfte wurde zuvor künstlich gealtert

Fig. 3

Specimen installed in the testing machine consisting of translational and rotational stages (PLS85; PI miCos, Eschbach, Germany) equipped with 3D F/M sensors (Nano 17, ATI Industrial Automation, Apex, NC, USA) Probenkörper im Messaufbau, bestehend aus Translations- und Rotationseinheiten (PLS85; PI miCos, Eschbach) sowie 3‑D F/M-Sensoren (Nano 17, ATI Industrial Automation, Apex/NC, USA)

Fig. 4

Force and moment values measured during tensile tests. Mean values of non-aged specimens (a) and mean values of artificially aged specimens (after storage in artificial saliva; 5000 cycles of thermocycling; b) Bei Zugversuchen ermittelte Kraft- und Drehmomentwerte. Mittelwerte nichtgealterter Proben (a) und Mittelwerte künstlich gealterter Proben (nach Lagerung im künstlichen Speichel; 5000 Zyklen Thermocycling; b)

Fig. 5

Column diagrams of mean moments occurring at tension force levels of 5.0 N of non-aged specimens (a) and aged specimens (b). The 95% intervals are indicated by error bars. * statistically significant differences (p < 0.05; p-values were Bonferroni-corrected) Säulendiagramme der resultierenden mittleren Drehmomente auf einem Kraftniveau von 5,0 N: nichtgealterte Proben (a) und gealterte Proben (b). Fehlerindikatoren zeigen das 95%-Konfidenzintervall. * statistisch signifikante Unterschiede (p < 0,05; p-Werte Bonferroni-korrigiert)

Fig. 6

Generation of forces and moments at the two-tooth model depending on the different conditions at the composite–wire interface. The initial position of the two-tooth model with absence of tensile forces Fx shows consequently no rotational moments Mx (a). In presence of tensile forces, an isolated composite–wire interface (group 1) enables a relative movement between the wire and the composite. As a result, the application of tensile forces Fx (black arrows) may lead to a rotation of the left model tooth around the windings of the retainer resulting in a positive moment Mx (blue arrow) (b). In presence of tensile forces an adhered composite–wire interface (groups 2–4) does not enable any relative movement between the composite and the retainer wire. During application of tensile forces (black arrows), however, the triple-stranded retainer wire may unwind. In a left-handed retainer wire this may result in a clockwise rotation of the left model tooth and a negative moment Mx (blue arrow), respectively (c) Erzeugung von Kräften und Momenten im Zweizahnmodell in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Bedingungen an der Komposit-Draht-Grenzfläche. In der Ausgangssituation des Zweizahnmodells ohne Applikation von Zugkräften Fx entstehen dementsprechend keine Drehmomente Mx (a). Bei Vorhandensein von Zugkräften ermöglicht eine isolierte Komposit-Draht-Grenzfläche (Gruppe 1) eine relative Bewegung zwischen Draht und Kunststoff. Bei der Applikation von Zugkräften (schwarze Pfeile) kann der linke Modellzahn um die Windungen des Retainerdrahtes rotieren, es entsteht ein positives Drehmoment (Mx, blauer Pfeil, b). Bei Applikation von Zugkräften ermöglicht eine feste, intakte Komposit-Draht-Grenzfläche (Gruppen 2–4) keine relativen Bewegungen zwischen Kunststoff und Retainerdraht. Bei Applikation von Zugkräften (schwarze Pfeile) kann sich der dreifach verseilte Retainerdraht entwinden. Bei einem linksgewundenen Retainerdraht kann dies zu einer Rotation des linken Modellzahns im Uhrzeigersinn und zu einem negativen Drehmoment Mx (blauer Pfeil) führen (c)