牙周夾板的生物力學(xué)研究進(jìn)展

歐陽少波，王 軍，廖 嵐*

(1南昌大學(xué)附屬口腔醫(yī)院，南昌330006;2南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院)

牙周病是人類牙齒缺失的主要原因，其治療目的是固定松動牙，分散牙合力，減輕牙周支持組織的負(fù)擔(dān)，為牙周組織的愈合創(chuàng)造有利條件。牙周夾板的應(yīng)用，除可以達(dá)到上述治療目的外，還可改善并提高牙周病患牙的咀嚼效能，減少食物嵌塞，延長患牙的使用壽命等?，F(xiàn)將牙周夾板的生物力學(xué)原理、有限元分析技術(shù)在牙周夾板生物力學(xué)研究中的應(yīng)用以及牙周夾板的材料、形態(tài)、類型對應(yīng)力分布影響等方面的研究進(jìn)展情況綜述如下。

1 牙周夾板的生物力學(xué)原理

牙周夾板可將松動牙連接并固定在健康穩(wěn)固的鄰牙上而成為一個剛性整體。當(dāng)牙齒受力時可由多個牙的牙周膜纖維共同承擔(dān)咬合力，以減輕患牙的負(fù)擔(dān)，達(dá)到牙周組織恢復(fù)健康的目的。當(dāng)松動牙出現(xiàn)明顯咀嚼不適或影響菌斑控制時，牙周夾板能連接松動牙，建立一個新的咀嚼單位，形成一個“多根巨牙”，當(dāng)牙齒受到不同方向咬合力時，咬合力傳遞到被固定的牙周組織而被分散，使牙周組織得到生理性休息。牙周夾板固定的多個單根患牙在承受外力時，牙體的旋轉(zhuǎn)中心已經(jīng)改變，近于垂直向作用于牙周組織，從而能抵抗較大的咀嚼力，并且每個牙齒的牙根都不能單獨(dú)運(yùn)動而必須作為一個整體，可有效防止近遠(yuǎn)中向及頰舌向的傾斜，防止嚴(yán)重牙周病患者的牙齒移位、伸長或旋轉(zhuǎn)，咀嚼效率大幅提升［1］。劉洪臣等［2］研究發(fā)現(xiàn)，牙槽骨高度的變化會改變牙齒的抗力中心和旋轉(zhuǎn)中心。牙槽骨高度降低1/3時，在水平外力作用下，牙槽嵴頂?shù)闹鲏簯?yīng)力值和根尖的主拉應(yīng)力值均大于正常牙槽骨的受力值;牙槽骨高度降低2/3時，其主應(yīng)力值分布規(guī)律與牙槽骨降低1/3時相似，但應(yīng)力梯度變化更大，根尖部最明顯，牙槽骨上的應(yīng)力值大于牙周膜上的應(yīng)力值［3］。上述研究均表明牙槽骨高度的變化能直接或間接影響牙周應(yīng)力分布，造成繼發(fā)性咬合創(chuàng)傷(正常或異常的咬合力造成牙周支持組織高度降低)，引起牙齒松動。

2 有限元分析在牙周夾板生物力學(xué)研究中的應(yīng)用

以往常用的應(yīng)力分析方法有經(jīng)典的理論力學(xué)方法和電測、光彈、激光全息等實(shí)驗力學(xué)方法，它們雖然有各自的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)應(yīng)用于形態(tài)復(fù)雜的牙齒、頜骨、關(guān)節(jié)時，又都存在明顯的不足。有限元軟件可以逼真地建立多種口腔結(jié)構(gòu)的模型，能繪出牙齒模型任意部位的應(yīng)力和位移情況，還能通過計算機(jī)繪制直觀的應(yīng)力分布圖像。近年來國內(nèi)開始應(yīng)用有限元分析法，從生物力學(xué)角度對牙周組織內(nèi)的應(yīng)力分布、使用牙周夾板后的牙周膜應(yīng)力變化和治療效果進(jìn)行研究，認(rèn)為戴用牙周夾板后不僅能降低牙周膜內(nèi)的應(yīng)力，而且可以改善應(yīng)力分布，減少應(yīng)力集中［4］。

3 牙周夾板的材料對其生物力學(xué)性能的影響

目前，一種復(fù)合樹脂與合成纖維束結(jié)合的材料業(yè)已問世，并以其獨(dú)特的性能成功運(yùn)用于口腔臨床。纖維加強(qiáng)復(fù)合樹脂具有輕、薄、高強(qiáng)度、黏結(jié)性、生物相容性好、美觀、易操作等優(yōu)點(diǎn)。用這類材料制成的牙周夾板，具備良好的剛性和密合性，能有效傳導(dǎo)分散牙合力，減輕牙周組織的創(chuàng)傷。Christensen［5］對纖維加強(qiáng)復(fù)合樹脂夾板的臨床表現(xiàn)和物理學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有纖維材料均顯著提高了復(fù)合樹脂的抗彎曲強(qiáng)度和彈性模量。Ramols等［6］發(fā)現(xiàn)，纖維加強(qiáng)復(fù)合樹脂的抗折強(qiáng)度明顯比一般的復(fù)合樹脂材料大，所以他認(rèn)為在臨床應(yīng)用中，用纖維加強(qiáng)的丙烯酸樹脂修復(fù)體的折裂失敗率低于未加強(qiáng)修復(fù)體。Goldberg等［7］應(yīng)用玻璃纖維加強(qiáng)樹脂Splint-It作為下前牙牙周夾板，效果良好。該材料具有牢固的化學(xué)結(jié)構(gòu)、極高的彎曲強(qiáng)度，制作的夾板厚度較薄，尤其是前牙夾板，使用超強(qiáng)纖維—樹脂復(fù)合夾板(FRC)，唇面無樹脂，滿足了美觀要求，是一種較理想的牙周夾板。Kleinfelder等［8］研究發(fā)現(xiàn)，使用FRC固定后牙可使最大咬合力從357 N增加到509 N，接近正常天然牙列的咬合力。玻璃纖維作為一種新型牙周夾板材料，臨床應(yīng)用的評價多是正面的，然而其真正的生物力學(xué)特性還有待進(jìn)一步研究［9，10］。

4 牙周夾板的形態(tài)對其生物力學(xué)性能的影響

周書敏［11］在對牙周夾板的生物力學(xué)作用進(jìn)行理論分析后認(rèn)為，松動牙的固定效果與夾板的設(shè)計有關(guān)，不論何種夾板，應(yīng)盡量將夾板設(shè)計成弧形，可使分散牙合力的作用更為有效。夾板傳力作用的大小與夾板的剛度有關(guān)，一副好的夾板必須具備剛性和密合性，才能有效傳導(dǎo)分散咬合力，減輕牙周組織創(chuàng)傷。直線型夾板在受到唇向咬合力時，整個夾板順作用力方向發(fā)生傾斜移動。后牙弧形夾板的共同旋轉(zhuǎn)軸心是穿過兩側(cè)最末基牙的根端1/3處，并位于各牙的舌側(cè)，當(dāng)咬合力作用于后牙牙面，頰側(cè)方向的分力因旋轉(zhuǎn)中心位于各牙的舌側(cè)，整個夾板循共同旋轉(zhuǎn)軸心運(yùn)動，力的作用方向多朝向根尖，因而也符合牙周支持組織的生理特性。為了加強(qiáng)夾板的固定效果，減少牙頰舌方向的轉(zhuǎn)軸力，夾板的弧度越大，則旋轉(zhuǎn)中心距前牙的距離越遠(yuǎn)，因而使牙的受力方向發(fā)生改變，運(yùn)動方向也發(fā)生改變，使夾板內(nèi)的牙更趨于整體地向根尖方向運(yùn)動。根據(jù)上述分析，在臨床上固定松動牙時，應(yīng)盡量將夾板設(shè)計成弧形，有利于咬合力分散，改變力的方向，減輕創(chuàng)傷，符合牙周支持組織的生理特性，獲得良好的固定松動牙的效果。

5 牙周夾板的類型對其生物力學(xué)性能的影響

牙周夾板的應(yīng)力分布直接影響到基牙及牙周膜軟硬組織的受力分布。有學(xué)者從生物力學(xué)的角度出發(fā)，應(yīng)用三維有限元方法和ANSYS Workbench軟件，分別建立分割式可摘局部義齒和緩沖圓錐型套筒冠義齒三維有限元模型，研究分析在不同載荷條件下兩種義齒缺牙區(qū)牙槽嵴黏膜、基牙牙周膜的受力情況及分布特點(diǎn)，結(jié)果顯示，在垂直、斜向及水平載荷下，分割式可摘局部義齒受力主要集中在缺牙區(qū)黏膜且所受von Mists力最大值范圍大于緩沖圓錐型套筒冠義齒缺牙區(qū)黏膜相應(yīng)的最大力值范圍(臨床應(yīng)用中，分割式可摘局部義齒義齒在設(shè)計上需多考慮增大黏膜的承受能力，例如選擇黏膜堅韌、彈性好的患者，適當(dāng)增大基托面積，選擇牙尖斜度低的人工牙等);在垂直、斜向及水平載荷下，兩種義齒的基牙von Mists力值均遠(yuǎn)小于缺牙區(qū)黏膜的力值，且分割式可摘局部義齒基牙von Mists力值接近或小于緩沖圓錐型套筒冠義齒的力值。因此，可以認(rèn)為前者在保護(hù)基牙方面接近甚至優(yōu)于后者。分割式可摘局部義齒具有減少基牙受力的功能，與緩沖型套筒冠義齒相比在制作成本上大大降低，牙體預(yù)備量也大為減少，義齒美觀度與普通可摘局部義齒相似，修復(fù)體拆除后對美觀發(fā)音咀嚼功能影響極小，易被患者接受。李德利等［12］利用三維有限元模型從生物力學(xué)角度進(jìn)行研究，固定牙周夾板通過全冠將各個基牙連接成為統(tǒng)一整體，受力后能夠限制牙齒在不同方向上的運(yùn)動，即能夠改變牙齒受力后的運(yùn)動形式，使基牙牙周膜內(nèi)的應(yīng)力重新分布，降低了單個基牙牙周膜內(nèi)的應(yīng)力，減小的應(yīng)力集中的產(chǎn)生，從而有利于基牙牙周組織的健康。張富強(qiáng)等［13］應(yīng)用有限元分析法對牙槽骨正常及三種不同牙槽骨吸收狀況下，使用圓錐套筒冠制作牙周夾板，結(jié)果顯示圓錐套筒冠可摘義齒對牙周病患牙保存與牙周修復(fù)有較好的治療作用，起到與其他牙周夾板相同的生物力學(xué)效應(yīng)，在重度牙周病修復(fù)中有較好的治療效果。閆卉［14］認(rèn)為套筒冠義齒結(jié)合了活動和固定義齒的生物力學(xué)優(yōu)點(diǎn)，使患牙牙周組織承受應(yīng)力下降，應(yīng)力較常規(guī)可摘局部義齒更均勻地分布到黏膜和基牙上。因此，生物力學(xué)的研究可優(yōu)化牙周夾板的設(shè)計，保護(hù)支持組織，提高牙周夾板的固定效果。

綜上所述，牙周夾板生物力學(xué)研究是近年來國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)，其研究結(jié)果將為牙周病患者牙周夾板治療提供科學(xué)依據(jù)。

［1］趙夢明，高平．牙周病患者松動牙齒的固定方法進(jìn)展［J］．中華老年口腔醫(yī)學(xué)雜志，2006，4(3):173-176．

［2］劉洪臣．牙周夾板的應(yīng)用［J］．中華老年口腔醫(yī)學(xué)雜志，2006，4(1):48-52．

［3］房伯君，周倩，王金山．上中切牙牙周支持組織高度降低的三維有限元分析［J］．上海口腔醫(yī)學(xué)，2006，15(3):313-317．

［4］劉才輝．夾板固定上頜前牙時牙周膜受力的有限元分析［J］．中國醫(yī)藥導(dǎo)報，2006，3(35):14-16．

［5］Christensen G．Reinforcement fibers for splinting teeth［J］．J CRA Newsletter，1997，21(1):112．

［6］Ramols V Jr，Runyan DA，Christensen LC．The effect of plasma treated polyethylene fiber on the fracture strength of polymethyl methacrylate［J］．J Prosthet Dent，2001，81(1):94．

［7］Goldberg AJ，F(xiàn)reilich MA．An innovative pre-impregnated glass fiber for reinforcing composites［J］．Dent Clin North Am，1999，43(1):127-133．

［8］Kleinfelder JW，Ludwigt K．Maximal bite force in patients with reduced periodontal tissue support with and without splinting［J］．J Periodontal，2002，73(10):1184-1187．

［9］Kumbuloglu O，Aksoy G，User A．Rehabilitation of advanced periodontal problems by using a combination of a glass fiber-reinforced composite resin bridge and splint［J］．J Adhes Dent，2008，10(1):67-70．

［10］Tokajuk G，Pawi?iska M，Stokowska W．The clinical assessment of mobile teeth stabilization with Fibre-Kor［J］．Adv Med Sci，2006，51(suppl 1):225-226．

［11］周書敏．牙周夾板生物力學(xué)作用的理論分析［J］．中華口腔醫(yī)學(xué)雜志，1984，19(2):86-89．

［12］李德利，唐雷，韓景蕓，等．下頜固定夾板用于牙周病修復(fù)治療的三維有限元模型的建立［J］．口腔頜面修復(fù)學(xué)雜志，2008，9(3):223-226．

［13］張富強(qiáng)，楊寵英，薛淼．圓錐套筒冠義齒應(yīng)用于牙周病修復(fù)治療的生物力學(xué)基礎(chǔ)研究(位移分析)［J］．口腔材料器械雜志，1997，6(4):163-167．

［14］閆卉．套筒冠義齒基本原理及其在牙周病患者中的應(yīng)用［J］．中華現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)雜志，2005，3(19):687．