轉(zhuǎn)矩對(duì)方絲滑動(dòng)摩擦力的影響

[摘要] 目的 研究不同轉(zhuǎn)矩角對(duì)正畸方絲在0.022英寸托槽系統(tǒng)內(nèi)滑動(dòng)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(zhuǎn)矩，與三種托槽系統(tǒng)（DamonQ被動(dòng)自鎖托槽、TOMY主動(dòng)自鎖托槽、OPA-K傳統(tǒng)托槽）進(jìn)行匹配檢測(cè)，使用微機(jī)伺服萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)量滑動(dòng)摩擦力。 結(jié)果 ①在0°、5°轉(zhuǎn)矩角時(shí)，三種托槽兩兩比較均有顯著差異；②在10°轉(zhuǎn)矩角時(shí)，除DamonQ被動(dòng)自鎖托槽與其他兩組比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外（P < 0.01），其他托槽間比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；③在20°轉(zhuǎn)矩角時(shí)，OPA-k傳統(tǒng)托槽與其他兩組比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），而其他托槽間比較差別無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 結(jié)論 隨著轉(zhuǎn)矩角度的增加，被動(dòng)自鎖托槽與主動(dòng)自鎖托槽的滑動(dòng)摩擦力無明顯差異。

[關(guān)鍵詞] 轉(zhuǎn)矩；滑動(dòng)摩擦力；方絲；自鎖托槽

[中圖分類號(hào)] R783.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B [文章編號(hào)] 1673-9701（2013）11-0017-03

滑動(dòng)摩擦力是實(shí)現(xiàn)牙齒移動(dòng)必須克服的摩擦阻力，多年來對(duì)于低摩擦力的研究一直是正畸醫(yī)生關(guān)注的重點(diǎn)，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(gè)牙齒在移動(dòng)時(shí)甚至約50%的矯治力被用于克服摩擦力，這必然會(huì)影響治療效果。影響摩擦力的因素有很多種，本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究轉(zhuǎn)矩對(duì)滑動(dòng)摩擦力的影響，采用全牙弓仿真模型，比較加載了不同轉(zhuǎn)矩角的方絲在三種不同類型的托槽系統(tǒng)中滑動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力的大小及變化趨勢(shì)。

1 材料與方法

1.1 本實(shí)驗(yàn)所用主要材料

1.1.1 托槽 本實(shí)驗(yàn)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(guó)Ormco公司）被動(dòng)自鎖托槽，TOMY（日本TOMY公司）主動(dòng)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(yù)置轉(zhuǎn)矩均為MBT 數(shù)據(jù)（17°）。

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

1.1.3 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?自制模擬牙周膜的上頜全牙弓仿真模型

1.1.4 實(shí)驗(yàn)儀器 由太原理工大學(xué)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供的微機(jī)伺服萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)（英國(guó)INSTRON，型號(hào)5544）如圖1。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?牙槽骨、牙本質(zhì)、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(jié)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(fù)位即形成模擬牙周膜的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

1.2.2 力學(xué)測(cè)試 分別將三種不同類型的托槽粘結(jié)在模型上，與0.019英寸×0.025英寸不銹鋼方絲進(jìn)行匹配檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)弓絲在雙側(cè)尖牙遠(yuǎn)中的區(qū)間范圍加載0°、5°、10°、20°的轉(zhuǎn)矩，測(cè)試均在體外干燥環(huán)境下進(jìn)行，室溫保持在26℃左右。使用微機(jī)伺服萬能材料試驗(yàn)機(jī)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(dāng)弓絲移動(dòng)4 mm左右停止測(cè)試。為了避免結(jié)扎誤差OPA-K傳統(tǒng)托槽均采用彈性結(jié)扎圈結(jié)扎。實(shí)驗(yàn)中每組五根弓絲，每根鋼絲在同一托槽中連續(xù)測(cè)試5次，每0.5毫米測(cè)量1次取平均值，記為滑動(dòng)摩擦力，同樣的實(shí)驗(yàn)在一星期后由同一個(gè)實(shí)驗(yàn)者再測(cè)量1次。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，組間差異采用單因素方差分析法，作為檢驗(yàn)水準(zhǔn)。

2 結(jié)果

2.1 不同托槽在轉(zhuǎn)矩不同的情況下滑動(dòng)摩擦力的比較

見表1。三種托槽的滑動(dòng)摩擦力差別均有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(zhuǎn)矩角時(shí)，三種托槽兩兩比較均有差異，DamonQ被動(dòng)自鎖托槽滑動(dòng)摩擦力最小，OPA-k傳統(tǒng)彈性結(jié)扎托槽滑動(dòng)摩擦力最大。在10°轉(zhuǎn)矩角時(shí)，DamonQ被動(dòng)自鎖托槽與TOMY主動(dòng)自鎖托槽、OPA-k傳統(tǒng)結(jié)扎托槽的滑動(dòng)摩擦力比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t = 8.864，P < 0.01；t = 9.332，P < 0.01），即DamonQ托槽在10°轉(zhuǎn)矩角時(shí)的滑動(dòng)摩擦力小于其他兩組，而其他托槽間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在20°轉(zhuǎn)矩角時(shí)，OPA-k傳統(tǒng)結(jié)扎托槽與TOMY主動(dòng)自鎖托槽、DamonQ被動(dòng)自鎖托槽的滑動(dòng)摩擦力比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t = 2.474，P < 0.05；t = 2.436，P < 0.05），也就是說OPA-k傳統(tǒng)結(jié)扎托槽在20°轉(zhuǎn)矩角時(shí)的滑動(dòng)摩擦力高于其他兩組，而其他托槽間比較差別無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 隨著轉(zhuǎn)矩的增加滑動(dòng)摩擦力增加趨勢(shì)的比較

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

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

在5°轉(zhuǎn)矩角的情況下，弓絲轉(zhuǎn)折處平滑，兩者差別不明顯。如圖3、4。轉(zhuǎn)矩增加到10°后，與DamonQ被動(dòng)自鎖托槽匹配的弓絲刻痕明顯少于TOMY主動(dòng)自鎖托槽。如圖5、6。當(dāng)轉(zhuǎn)矩增加到20°后，DamonQ被動(dòng)自鎖托槽和TOMY主動(dòng)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(yīng)用已經(jīng)成為正畸醫(yī)生關(guān)注的重點(diǎn)，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(dòng)式和被動(dòng)式兩種[2，3]，主動(dòng)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(chǔ)存能量，彈簧夾發(fā)生形變或位移，對(duì)弓絲施以壓力，槽溝的唇舌向深度減小，槽溝內(nèi)的余隙亦相應(yīng)減少，轉(zhuǎn)矩效能增加[4]；被動(dòng)自鎖托槽采用閥門式的槽蓋，將槽溝轉(zhuǎn)化為管道式的結(jié)構(gòu)，有效地減少了內(nèi)部摩擦力，使牙齒移動(dòng)得更快。但國(guó)外一些學(xué)者[5]認(rèn)為，這種被動(dòng)式的結(jié)構(gòu)缺少向著舌側(cè)的力量，對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制又是一個(gè)問題，目前低摩擦力和高轉(zhuǎn)矩效能兩者的共同實(shí)現(xiàn)難以完成。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在0°、5°、10°轉(zhuǎn)矩角時(shí)，被動(dòng)自鎖托槽的滑動(dòng)摩擦力明顯小于主動(dòng)托槽，這說明在小的轉(zhuǎn)矩角時(shí)被動(dòng)自鎖托槽仍然顯示出其低摩擦力的優(yōu)越性，當(dāng)轉(zhuǎn)矩角增加到20°時(shí)，被動(dòng)自鎖托槽和主動(dòng)托槽的最大靜摩擦力幾乎無差別，這與Michael等[6]的研究結(jié)果相一致，電鏡掃描弓絲表面刻痕也證明了這一點(diǎn)。

在正畸治療過程中，対前牙轉(zhuǎn)矩的控制非常重要。臨床上轉(zhuǎn)矩的表達(dá)一般在方絲上實(shí)現(xiàn)，必要條件下也可以在前牙段的方絲上加載一定的轉(zhuǎn)矩來實(shí)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(huì)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(zhuǎn)矩余隙角的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的部分丟失，從而影響轉(zhuǎn)矩的表達(dá)，進(jìn)而也會(huì)影響弓絲在托槽槽溝中滑動(dòng)時(shí)摩擦阻力的變化。目前國(guó)內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)矩影響摩擦力的研究大多局限于單個(gè)托槽[7]。本實(shí)驗(yàn)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(shí)情況，實(shí)驗(yàn)在體外環(huán)境下進(jìn)行，從而忽略了口內(nèi)溫度、咬合力、唾液等因素對(duì)摩擦阻力的影響。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，托槽與弓絲之間的摩擦力與方絲轉(zhuǎn)矩存在密切關(guān)系，隨著方絲轉(zhuǎn)矩角的不斷加大，三種托槽系統(tǒng)的滑動(dòng)摩擦力都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說明轉(zhuǎn)矩使方絲在槽溝內(nèi)滑動(dòng)的摩擦阻力增大。方絲轉(zhuǎn)矩角增加的早期，由于余隙角的存在，被動(dòng)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(zhuǎn)矩力矩的變化不明顯，被動(dòng)自鎖托槽的滑動(dòng)摩擦力明顯小于主動(dòng)托槽，而傳統(tǒng)托槽摩擦力最大，小轉(zhuǎn)矩角對(duì)被動(dòng)式托槽摩擦阻力的影響不大，傳統(tǒng)托槽的彈性結(jié)扎增加了與弓絲的接觸面積，極大地限制了弓絲的滑動(dòng)。在10°轉(zhuǎn)矩角時(shí)，被動(dòng)自鎖托槽的滑動(dòng)摩擦力同樣明顯小于主動(dòng)托槽，而傳統(tǒng)彈性結(jié)扎托槽的滑動(dòng)摩擦力與主動(dòng)式托槽接近，說明當(dāng)轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，主動(dòng)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(jìn)行了一系列前瞻性的臨床實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，對(duì)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(zhuǎn)矩效能上相差很小。進(jìn)而對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制效果就會(huì)下降。有研究表明[9]，在0.022托槽系統(tǒng)內(nèi)，0.019英寸× 0.025英寸不銹鋼方絲的余隙角為12.2°，當(dāng)轉(zhuǎn)矩角超過余隙角時(shí)，被動(dòng)自鎖托槽和主動(dòng)托槽的滑動(dòng)摩擦力幾乎無差別，方絲和兩側(cè)槽溝壁接觸非常緊密時(shí)，兩者發(fā)生的摩擦阻力都會(huì)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(jié)扎類別的差異，而是在于托槽結(jié)扎機(jī)制的基本設(shè)計(jì)。在正畸治療過程中，我們應(yīng)盡量減小滑動(dòng)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(zhuǎn)矩角時(shí)低摩擦力的優(yōu)勢(shì)。

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（收稿日期：2013-02-19）