轉矩對方絲滑動摩擦力的影響

[摘要] 目的 研究不同轉矩角對正畸方絲在0.022英寸托槽系統(tǒng)內滑動摩擦力的影響。 方法 選用0.019 英寸× 0.025 英寸不銹鋼方絲，在前牙段加載0°、5°、10°、20°的轉矩，與三種托槽系統(tǒng)（DamonQ被動自鎖托槽、TOMY主動自鎖托槽、OPA-K傳統(tǒng)托槽）進行匹配檢測，使用微機伺服萬能材料實驗機測量滑動摩擦力。 結果 ①在0°、5°轉矩角時，三種托槽兩兩比較均有顯著差異；②在10°轉矩角時，除DamonQ被動自鎖托槽與其他兩組比較有統(tǒng)計學意義外（P < 0.01），其他托槽間比較差異均無統(tǒng)計學意義；③在20°轉矩角時，OPA-k傳統(tǒng)托槽與其他兩組比較有統(tǒng)計學意義（P < 0.05），而其他托槽間比較差別無統(tǒng)計學意義。 結論 隨著轉矩角度的增加，被動自鎖托槽與主動自鎖托槽的滑動摩擦力無明顯差異。

[關鍵詞] 轉矩；滑動摩擦力；方絲；自鎖托槽

[中圖分類號] R783.5 [文獻標識碼] B [文章編號] 1673-9701（2013）11-0017-03

滑動摩擦力是實現(xiàn)牙齒移動必須克服的摩擦阻力，多年來對于低摩擦力的研究一直是正畸醫(yī)生關注的重點，在正畸治療過程中，這種摩擦阻力越大，作用在牙齒上的矯治力就越小，有研究發(fā)現(xiàn)[1]，單個牙齒在移動時甚至約50%的矯治力被用于克服摩擦力，這必然會影響治療效果。影響摩擦力的因素有很多種，本實驗重點研究轉矩對滑動摩擦力的影響，采用全牙弓仿真模型，比較加載了不同轉矩角的方絲在三種不同類型的托槽系統(tǒng)中滑動時，所產(chǎn)生的滑動摩擦力的大小及變化趨勢。

1 材料與方法

1.1 本實驗所用主要材料

1.1.1 托槽 本實驗選用三種0.022英寸槽溝系統(tǒng)的上頜托槽各四副，分別為DamonQ（美國Ormco公司）被動自鎖托槽，TOMY（日本TOMY公司）主動自鎖托槽，OPA-K（日本TOMY公司）傳統(tǒng)金屬托槽，檢查自鎖裝置，確定其功能正常。托槽預置轉矩均為MBT 數(shù)據(jù)（17°）。

1.1.2 弓絲 選取美國3M公司生產(chǎn)的預成系列弓絲0.019英寸×0.025英寸不銹鋼方絲六十根，型號選用M型。

1.1.3 實驗模型 自制模擬牙周膜的上頜全牙弓仿真模型

1.1.4 實驗儀器 由太原理工大學生物力學實驗室提供的微機伺服萬能材料實驗機（英國INSTRON，型號5544）如圖1。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗模型的建立 牙槽骨、牙本質、牙周膜的彈性模量比為3 450：5 113：1，根據(jù)相似理論也便于模型的制備，直接采用超硬石膏（彈性模量約為123 MPa）制作牙槽窩模型，用環(huán)氧樹脂（彈性模量約為182MPa）制作模擬牙，按照OPA-K直絲弓型M型在Typodont模擬頜架上將分別粘結有三種托槽的模型牙齒排齊整平（從0.014英寸鎳鈦絲至0.019英寸×0.025英寸不銹鋼方絲）后，翻制藻酸鹽印模，將包繞牙根周圍20層鋁箔的模擬牙倒插入印模中，用蠟固定后翻制超硬石膏模型，取出模擬牙形成牙槽窩模型，將彈性模量為0.036 MPa的硅膠灌注到牙槽窩中，環(huán)氧樹脂牙復位即形成模擬牙周膜的實驗模型。

1.2.2 力學測試 分別將三種不同類型的托槽粘結在模型上，與0.019英寸×0.025英寸不銹鋼方絲進行匹配檢測，實驗弓絲在雙側尖牙遠中的區(qū)間范圍加載0°、5°、10°、20°的轉矩，測試均在體外干燥環(huán)境下進行，室溫保持在26℃左右。使用微機伺服萬能材料試驗機上方夾頭加緊弓絲，牽引方向與弓絲方向保持平行，夾頭速度為0.5 mm/min，當弓絲移動4 mm左右停止測試。為了避免結扎誤差OPA-K傳統(tǒng)托槽均采用彈性結扎圈結扎。實驗中每組五根弓絲，每根鋼絲在同一托槽中連續(xù)測試5次，每0.5毫米測量1次取平均值，記為滑動摩擦力，同樣的實驗在一星期后由同一個實驗者再測量1次。

1.3 統(tǒng)計學分析

采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行處理，組間差異采用單因素方差分析法，作為檢驗水準。

2 結果

2.1 不同托槽在轉矩不同的情況下滑動摩擦力的比較

見表1。三種托槽的滑動摩擦力差別均有統(tǒng)計學意義（F = 62.169，P < 0.01；F = 50.758，P < 0.01；F = 55.289，P < 0.01；F = 4.019，P < 0.05）。在0°、5°轉矩角時，三種托槽兩兩比較均有差異，DamonQ被動自鎖托槽滑動摩擦力最小，OPA-k傳統(tǒng)彈性結扎托槽滑動摩擦力最大。在10°轉矩角時，DamonQ被動自鎖托槽與TOMY主動自鎖托槽、OPA-k傳統(tǒng)結扎托槽的滑動摩擦力比較，差異有統(tǒng)計學意義（t = 8.864，P < 0.01；t = 9.332，P < 0.01），即DamonQ托槽在10°轉矩角時的滑動摩擦力小于其他兩組，而其他托槽間差異無統(tǒng)計學意義。在20°轉矩角時，OPA-k傳統(tǒng)結扎托槽與TOMY主動自鎖托槽、DamonQ被動自鎖托槽的滑動摩擦力比較有統(tǒng)計學意義（t = 2.474，P < 0.05；t = 2.436，P < 0.05），也就是說OPA-k傳統(tǒng)結扎托槽在20°轉矩角時的滑動摩擦力高于其他兩組，而其他托槽間比較差別無統(tǒng)計學意義。

2.2 隨著轉矩的增加滑動摩擦力增加趨勢的比較

如圖2。隨著轉矩角度的增加OPA-k傳統(tǒng)托槽滑動摩擦力增加的幅度最小，而DamonQ被動自鎖托槽增加的幅度最大；在0°、5°、10°轉矩角時DamonQ被動自鎖托槽的滑動摩擦力顯著低于TOMY主動自鎖托槽和OPA-k傳統(tǒng)結扎托槽，而在20°轉矩角時，DamonQ被動自鎖托槽與TOMY主動自鎖托槽的滑動摩擦力幾乎無差別。

2.3 電鏡掃描比較與DamonQ被動自鎖托槽和TOMY主動自鎖托槽匹配的弓絲表面刻痕的差異

在5°轉矩角的情況下，弓絲轉折處平滑，兩者差別不明顯。如圖3、4。轉矩增加到10°后，與DamonQ被動自鎖托槽匹配的弓絲刻痕明顯少于TOMY主動自鎖托槽。如圖5、6。當轉矩增加到20°后，DamonQ被動自鎖托槽和TOMY主動自鎖托槽的弓絲表面可以看到明顯的刻痕，兩者幾乎無差別。如圖7、8。

3討論

如今自鎖托槽的應用已經(jīng)成為正畸醫(yī)生關注的重點，它的低摩擦輕力矯治系統(tǒng)受到大家的青睞。自鎖托槽根據(jù)其槽蓋的不同分為主動式和被動式兩種[2，3]，主動自鎖托槽的彈片式槽蓋將弓絲壓入槽溝，力量溫和，而且彈片可以儲存能量，彈簧夾發(fā)生形變或位移，對弓絲施以壓力，槽溝的唇舌向深度減小，槽溝內的余隙亦相應減少，轉矩效能增加[4]；被動自鎖托槽采用閥門式的槽蓋，將槽溝轉化為管道式的結構，有效地減少了內部摩擦力，使牙齒移動得更快。但國外一些學者[5]認為，這種被動式的結構缺少向著舌側的力量，對轉矩的控制又是一個問題，目前低摩擦力和高轉矩效能兩者的共同實現(xiàn)難以完成。本實驗結果顯示，在0°、5°、10°轉矩角時，被動自鎖托槽的滑動摩擦力明顯小于主動托槽，這說明在小的轉矩角時被動自鎖托槽仍然顯示出其低摩擦力的優(yōu)越性，當轉矩角增加到20°時，被動自鎖托槽和主動托槽的最大靜摩擦力幾乎無差別，這與Michael等[6]的研究結果相一致，電鏡掃描弓絲表面刻痕也證明了這一點。

在正畸治療過程中，対前牙轉矩的控制非常重要。臨床上轉矩的表達一般在方絲上實現(xiàn)，必要條件下也可以在前牙段的方絲上加載一定的轉矩來實現(xiàn)牙齒的唇舌向控制。托槽槽溝與弓絲之間并不是完全匹配的，為了弓絲的入槽以及患者的舒適度，治療中所使用的弓絲尺寸總會小于槽溝寬度，這樣就在槽溝與弓絲之間出現(xiàn)間隙（即為余隙）[4]，轉矩余隙角的出現(xiàn)會導致轉矩的部分丟失，從而影響轉矩的表達，進而也會影響弓絲在托槽槽溝中滑動時摩擦阻力的變化。目前國內對轉矩影響摩擦力的研究大多局限于單個托槽[7]。本實驗采用上頜全牙弓仿真模型，根據(jù)彈性模量比模擬口腔真實情況，實驗在體外環(huán)境下進行，從而忽略了口內溫度、咬合力、唾液等因素對摩擦阻力的影響。

本實驗結果顯示，托槽與弓絲之間的摩擦力與方絲轉矩存在密切關系，隨著方絲轉矩角的不斷加大，三種托槽系統(tǒng)的滑動摩擦力都呈現(xiàn)上升趨勢，說明轉矩使方絲在槽溝內滑動的摩擦阻力增大。方絲轉矩角增加的早期，由于余隙角的存在，被動式托槽的槽溝與弓絲之間接觸的不規(guī)則或者不緊密，摩擦力增加的幅度小，轉矩力矩的變化不明顯，被動自鎖托槽的滑動摩擦力明顯小于主動托槽，而傳統(tǒng)托槽摩擦力最大，小轉矩角對被動式托槽摩擦阻力的影響不大，傳統(tǒng)托槽的彈性結扎增加了與弓絲的接觸面積，極大地限制了弓絲的滑動。在10°轉矩角時，被動自鎖托槽的滑動摩擦力同樣明顯小于主動托槽，而傳統(tǒng)彈性結扎托槽的滑動摩擦力與主動式托槽接近，說明當轉矩增加時，主動自鎖托槽的彈片式槽蓋和弓絲緊密接觸，摩擦力明顯增大，其效果和傳統(tǒng)托槽沒有差別，Pandis等[8]進行了一系列前瞻性的臨床實驗研究后發(fā)現(xiàn)，對于拔牙和非拔牙的病例，自鎖托槽和傳統(tǒng)的托槽在控制上頜切牙轉矩效能上相差很小。進而對轉矩的控制效果就會下降。有研究表明[9]，在0.022托槽系統(tǒng)內，0.019英寸× 0.025英寸不銹鋼方絲的余隙角為12.2°，當轉矩角超過余隙角時，被動自鎖托槽和主動托槽的滑動摩擦力幾乎無差別，方絲和兩側槽溝壁接觸非常緊密時，兩者發(fā)生的摩擦阻力都會大幅增加，隨著余隙角的消除，摩擦阻力的差異可能不依賴于結扎類別的差異，而是在于托槽結扎機制的基本設計。在正畸治療過程中，我們應盡量減小滑動摩擦力，使矯治力充分地作用于牙齒及牙周組織上，發(fā)揮自鎖托槽在小的轉矩角時低摩擦力的優(yōu)勢。

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（收稿日期：2013-02-19）