口腔種植牙生物力學(xué)影響因素的研究進(jìn)展

高麗榮

作者單位：301800 天津，天津市寶坻區(qū)人民醫(yī)院口腔科

種植牙是指將人工牙根植入缺牙區(qū)的牙槽骨內(nèi)并在其上制作烤瓷牙冠的缺損牙齒修復(fù)方法，與傳統(tǒng)修復(fù)治療相比，具有舒適、對鄰牙影響小、美觀等特點，可同時滿足患者的生理及美學(xué)需求。成功的種植牙應(yīng)與骨組織接觸良好，生物力學(xué)相容性良好，咀嚼壓力在周圍骨組織上分布均勻；應(yīng)力過大或過小均可能導(dǎo)致種植失敗[1]。本研究對可能影響口腔種植牙生物力學(xué)的因素進(jìn)行概述，以期為提高種植牙成功率提供理論基礎(chǔ)。

1 種植牙生物力學(xué)的測量方法

種植牙生物力學(xué)的傳統(tǒng)測量方法主要有電測法與光彈法，電測法是一種精度和靈敏度均極高的方法，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的測量環(huán)境，但只能逐點測量，不能得到整個應(yīng)力分布全貌，可能造成誤差。光彈法的優(yōu)點是全場性和直觀性，可對不同形狀構(gòu)件的力學(xué)進(jìn)行分析，但無法將材料力學(xué)和彈性相關(guān)聯(lián)，對模型內(nèi)任意位置應(yīng)力無法進(jìn)行準(zhǔn)確評估。而隨著技術(shù)發(fā)展，有限元法已成為種植牙生物力學(xué)研究的重要工具，且經(jīng)歷了從二維到三維、從靜態(tài)到動態(tài)的發(fā)展，且已經(jīng)開始向非線性延伸；有限元法可滿足不同材料、不同環(huán)境及不同載荷條件下的研究需求，為種植牙生物力學(xué)研究提供了新方向。

2 種植牙的生物力學(xué)要求

成功種植牙對其生物力學(xué)的應(yīng)力和分布有一定要求，對于單顆種植體的生物力學(xué)要求只需保證該種植體周圍應(yīng)力應(yīng)變在頜骨承受應(yīng)力值上限以內(nèi)，此方面的技術(shù)已相對成熟；而對于缺牙數(shù)量較多的患者，除了考慮每一顆種植體的生物力學(xué)要求外，還應(yīng)考慮種植牙數(shù)量及其分布情況對生物力學(xué)的影響。

3 種植牙生物力學(xué)的影響因素

3.1 種植牙材料 種植牙在臨床經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，目前，被普遍接受的材料只有幾種，鈦質(zhì)種植體因其彈性模量與骨接近、生物相容性好、與骨組織可形成動態(tài)界面且能緊密、牢固結(jié)合而成為應(yīng)用時間最長、接受度最廣的一種理想種植材料[2-3]。雖有研究通過動物實驗發(fā)現(xiàn)種植材料對種植體周圍骨內(nèi)的應(yīng)力分布影響不大，但從生物力學(xué)的角度出發(fā)，種植體的彈性模量及理化性質(zhì)均會對種植體骨界面應(yīng)力分布產(chǎn)生影響。我國學(xué)者對相同負(fù)荷下5種不同彈性模量的單個種植體骨界面應(yīng)力分布進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，隨著彈性模量增加種植體根端骨內(nèi)應(yīng)力增大，頸周骨內(nèi)應(yīng)力減小，種植體與骨界面的相對位移運動隨著種植體彈性模量降低而增大[4]。作為種植體材料，其彈性模量應(yīng)＞110 000 N/mm2。為追求完美的骨整合，基于生物活性材料涂層(羥基磷灰石)有利于改善種植體與骨結(jié)合、提高長期成功率理論，有學(xué)者主張在種植體表面進(jìn)行涂層，但其是否對種植牙生物力學(xué)產(chǎn)生影響，目仍需進(jìn)一步研究；也有學(xué)者試圖使用生物陶瓷作為種植體材料，但種植后發(fā)現(xiàn)其易碎性的特性導(dǎo)致生物力學(xué)相容性差，種植失敗率較高[5-7]。目前，高分析生物材料因其具有與天然牙相近的運動性能、把應(yīng)力更好的向周圍骨組織傳導(dǎo)的傳導(dǎo)性能及其柔韌性能受到越來越多的關(guān)注，未來也可能作為更優(yōu)的材料替代硬性種植體。

3.2 種植牙長度和直徑 目前對種植體周圍骨面應(yīng)力反應(yīng)與種植牙長度和直徑間的關(guān)系沒有定論，早在上世紀(jì)90年代就有學(xué)者發(fā)現(xiàn)應(yīng)力分布受種植體直徑影響，直徑越大，產(chǎn)生的應(yīng)力分布效果越好[8]；另有學(xué)者發(fā)現(xiàn)種植體從骨中拉出力與種植體直徑并無相關(guān)性，但受種植體長度影響[9]。我國學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，骨界面的總體應(yīng)力分布與種植體直徑(3 mm，4 mm，5 mm)關(guān)系不大，但骨界面應(yīng)力及骨界面相對位移運動均隨著種植體直徑增加而降低，更有利于應(yīng)力分布；提示我們在臨床操作中可依據(jù)患者具體情況盡量選擇直徑較粗的種植體。趙寶紅等人[10]應(yīng)用長度為8 mm、10 mm、12 mm及14 mm，直徑為3.5 mm、4.0 mm、4.5 mm及5.0 mm的不同組合種植體進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，種植體應(yīng)力集中在根尖松質(zhì)骨區(qū)和頸部皮質(zhì)骨區(qū)，根尖松質(zhì)骨區(qū)應(yīng)力隨著直徑增加而顯著減小，根尖松質(zhì)骨區(qū)應(yīng)力隨著長度增加而緩慢減??；得出結(jié)論，種植體-骨界面的應(yīng)力隨著種植體直徑和長度的增加而減小，尤其是直徑對其影響更大。總體來看，種植體周圍骨面應(yīng)力反應(yīng)與種植體直徑和長度均有關(guān)，但目前仍存在爭議，需進(jìn)一步進(jìn)行研究。

3.3 種植牙形態(tài)及結(jié)構(gòu) 種植牙形態(tài)及結(jié)構(gòu)是牙種植過程中首要考慮的參數(shù)，種植牙形態(tài)經(jīng)歷了葉狀、錨狀、三角架狀，到后來的圓柱狀，到現(xiàn)在被認(rèn)為最佳形態(tài)的單個旋轉(zhuǎn)對稱形態(tài)的發(fā)展歷程，體現(xiàn)了人類對種植牙最佳生物力學(xué)相容性的追求。雖然有關(guān)種植體表面微觀形態(tài)對生物力學(xué)影響的看法不同，但有一點是公認(rèn)的，種植體表面粗糙度與新骨間存在正相關(guān)關(guān)系，越粗糙，越有利于新骨生長[11]。Victor[12]研究發(fā)現(xiàn)，種植體周圍骨內(nèi)應(yīng)力分布的特點為根尖部較小、頸部及翼的下方較大，推測種植體翼可改變應(yīng)力分布。圓柱形因其更容易形成骨整合界面、機型強度高及可降低應(yīng)力在骨皮質(zhì)上的峰值而得到廣泛應(yīng)用。從臨床考慮，長度和直徑對種植體初期穩(wěn)定性具有重要影響，因此，保證種植體上頜植入長度＞12 mm、下頜植入長度＞10 mm、直徑＞3 mm可顯著提高種植成功率。此外，牙種植成功率還受種植體表面條件和螺紋種類等影響[13]。研究發(fā)現(xiàn)[14]，中空螺旋種植體應(yīng)力主要集中在頂點區(qū)域，實心螺旋種植體比中空螺旋種植體具有更好的應(yīng)力分散和轉(zhuǎn)移能力。黃輝等[15]研究發(fā)現(xiàn)，柱狀螺旋根管應(yīng)力分布受螺紋頂角角度影響，60°螺紋頂角的種植體其應(yīng)力分布更為合理。近期研究發(fā)現(xiàn)，對根管表面進(jìn)行修飾后對其生物力學(xué)、動力學(xué)、抗疲勞、抗折斷性能均有一定影響[16-17]。王宏遠(yuǎn)等[18]研究發(fā)現(xiàn)，與SS種植體相比，TS種植體可顯著降低種植體頸部周圍骨組織應(yīng)力，且大直徑有利于應(yīng)力分布；基臺及中央螺絲在種植體內(nèi)深度的增加有利于應(yīng)力的分布。

3.4 種植牙數(shù)量及排列 種植牙由多個種植體支持時會對其應(yīng)力分布產(chǎn)生一定影響，種植牙應(yīng)力分布情況受種植體的數(shù)量、排列方式及頜骨內(nèi)走向等多種因素共同影響。單獨種植體上承受的應(yīng)力隨著種植體數(shù)量的增加而減少[19]，但多個種植體之間的相互作用是否影響種植體應(yīng)力分布仍需進(jìn)一步研究。多個種植體支持的種植牙當(dāng)受到水平方向力的作用時，該力將被傳導(dǎo)至每個種植體，且傳導(dǎo)至每個種植體的力相對均等；當(dāng)受到垂直力作用時，該力也會向每個種植體傳導(dǎo)，但傳導(dǎo)至每個種植體的力相差較大，種植體所承受的壓力與離受力點的距離呈反比。研究發(fā)現(xiàn)[20]，種植體垂直于牙平面并平行放置時更有利于應(yīng)力分布，但實際臨床應(yīng)用中往往使種植體之間形成角度以取得共同的就位道。在骨內(nèi)，相較于直線排列，曲線排列的種植體界面應(yīng)力更小。朱青[21]研究發(fā)現(xiàn)，種植體傾斜植入，所有單一載荷及復(fù)合載荷的骨界面應(yīng)力分布均優(yōu)于種植體垂直植入。

4 小結(jié)

口腔種植牙技術(shù)自誕生以來一直備受醫(yī)患關(guān)注，已經(jīng)在臨床上得到廣泛應(yīng)用，且從生理學(xué)和美學(xué)上均能滿足患者的需求，但在臨床應(yīng)用中仍有很多問題有待解決和提升，如種植體選擇、生物力學(xué)分布及應(yīng)力對組織效應(yīng)產(chǎn)生的影響等。因此，口腔種植牙還有巨大的發(fā)展空間和潛力，有待進(jìn)一步的研究與探討。