牙周夾板的生物力學研究進展

歐陽少波，王 軍，廖 嵐*

(1南昌大學附屬口腔醫院，南昌330006;2南昌大學第二附屬醫院)

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擔，為牙周組織的愈合創造有利條件。牙周夾板的應用，除可以達到上述治療目的外，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。現將牙周夾板的生物力學原理、有限元分析技術在牙周夾板生物力學研究中的應用以及牙周夾板的材料、形態、類型對應力分布影響等方面的研究進展情況綜述如下。

1 牙周夾板的生物力學原理

牙周夾板可將松動牙連接并固定在健康穩固的鄰牙上而成為一個剛性整體。當牙齒受力時可由多個牙的牙周膜纖維共同承擔咬合力，以減輕患牙的負擔，達到牙周組織恢復健康的目的。當松動牙出現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，牙體的旋轉中心已經改變，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運動而必須作為一個整體，可有效防止近遠中向及頰舌向的傾斜，防止嚴重牙周病患者的牙齒移位、伸長或旋轉，咀嚼效率大幅提升［1］。劉洪臣等［2］研究發現，牙槽骨高度的變化會改變牙齒的抗力中心和旋轉中心。牙槽骨高度降低1/3時，在水平外力作用下，牙槽嵴頂的主壓應力值和根尖的主拉應力值均大于正常牙槽骨的受力值;牙槽骨高度降低2/3時，其主應力值分布規律與牙槽骨降低1/3時相似，但應力梯度變化更大，根尖部最明顯，牙槽骨上的應力值大于牙周膜上的應力值［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力分布，造成繼發性咬合創傷(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研究中的應用

以往常用的應力分析方法有經典的理論力學方法和電測、光彈、激光全息等實驗力學方法，它們雖然有各自的優點，但當應用于形態復雜的牙齒、頜骨、關節時，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構的模型，能繪出牙齒模型任意部位的應力和位移情況，還能通過計算機繪制直觀的應力分布圖像。近年來國內開始應用有限元分析法，從生物力學角度對牙周組織內的應力分布、使用牙周夾板后的牙周膜應力變化和治療效果進行研究，認為戴用牙周夾板后不僅能降低牙周膜內的應力，而且可以改善應力分布，減少應力集中［4］。

3 牙周夾板的材料對其生物力學性能的影響

目前，一種復合樹脂與合成纖維束結合的材料業已問世，并以其獨特的性能成功運用于口腔臨床。纖維加強復合樹脂具有輕、薄、高強度、黏結性、生物相容性好、美觀、易操作等優點。用這類材料制成的牙周夾板，具備良好的剛性和密合性，能有效傳導分散牙合力，減輕牙周組織的創傷。Christensen［5］對纖維加強復合樹脂夾板的臨床表現和物理學性能進行了研究，結果發現，所有纖維材料均顯著提高了復合樹脂的抗彎曲強度和彈性模量。Ramols等［6］發現，纖維加強復合樹脂的抗折強度明顯比一般的復合樹脂材料大，所以他認為在臨床應用中，用纖維加強的丙烯酸樹脂修復體的折裂失敗率低于未加強修復體。Goldberg等［7］應用玻璃纖維加強樹脂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結構、極高的彎曲強度，制作的夾板厚度較薄，尤其是前牙夾板，使用超強纖維—樹脂復合夾板(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］研究發現，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，臨床應用的評價多是正面的，然而其真正的生物力學特性還有待進一步研究［9，10］。

4 牙周夾板的形態對其生物力學性能的影響

周書敏［11］在對牙周夾板的生物力學作用進行理論分析后認為，松動牙的固定效果與夾板的設計有關，不論何種夾板，應盡量將夾板設計成弧形，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，一副好的夾板必須具備剛性和密合性，才能有效傳導分散咬合力，減輕牙周組織創傷。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生傾斜移動。后牙弧形夾板的共同旋轉軸心是穿過兩側最末基牙的根端1/3處，并位于各牙的舌側，當咬合力作用于后牙牙面，頰側方向的分力因旋轉中心位于各牙的舌側，整個夾板循共同旋轉軸心運動，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。為了加強夾板的固定效果，減少牙頰舌方向的轉軸力，夾板的弧度越大，則旋轉中心距前牙的距離越遠，因而使牙的受力方向發生改變，運動方向也發生改變，使夾板內的牙更趨于整體地向根尖方向運動。根據上述分析，在臨床上固定松動牙時，應盡量將夾板設計成弧形，有利于咬合力分散，改變力的方向，減輕創傷，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性能的影響

牙周夾板的應力分布直接影響到基牙及牙周膜軟硬組織的受力分布。有學者從生物力學的角度出發，應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牙槽嵴黏膜、基牙牙周膜的受力情況及分布特點，結果顯示，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黏膜相應的最大力值范圍(臨床應用中，分割式可摘局部義齒義齒在設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力值均遠小于缺牙區黏膜的力值，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，可以認為前者在保護基牙方面接近甚至優于后者。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，修復體拆除后對美觀發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角度進行研究，固定牙周夾板通過全冠將各個基牙連接成為統一整體，受力后能夠限制牙齒在不同方向上的運動，即能夠改變牙齒受力后的運動形式，使基牙牙周膜內的應力重新分布，降低了單個基牙牙周膜內的應力，減小的應力集中的產生，從而有利于基牙牙周組織的健康。張富強等［13］應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有較好的治療作用，起到與其他牙周夾板相同的生物力學效應，在重度牙周病修復中有較好的治療效果。閆卉［14］認為套筒冠義齒結合了活動和固定義齒的生物力學優點，使患牙牙周組織承受應力下降，應力較常規可摘局部義齒更均勻地分布到黏膜和基牙上。因此，生物力學的研究可優化牙周夾板的設計，保護支持組織，提高牙周夾板的固定效果。

綜上所述，牙周夾板生物力學研究是近年來國內外學者關注的熱點，其研究結果將為牙周病患者牙周夾板治療提供科學依據。

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