功能載荷下牙移動(dòng)測(cè)量方法的研究進(jìn)展

趙喆 王富 鄭秀麗 安娜 陳吉華

軍事口腔醫(yī)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 口腔疾病國(guó)家臨床醫(yī)學(xué)研究中心 陜西省口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室空軍軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科 西安 710032

功能載荷下的牙移動(dòng)，是指咀嚼過(guò)程中牙齒在牙槽窩內(nèi)發(fā)生生理性移動(dòng)的現(xiàn)象。功能載荷下的牙移動(dòng)是口腔內(nèi)存在的一種基本生理現(xiàn)象，對(duì)于分散和傳遞咬合力、減少牙齒周圍組織損害、減少牙齒磨耗、防止牙體組織折裂以及防止食物嵌塞等起著重要作用。了解功能過(guò)程中牙齒活動(dòng)的正常范圍及其對(duì)不同載荷的響應(yīng)是評(píng)估異常移動(dòng)和作出有效臨床決策的基礎(chǔ)。雖然牙移動(dòng)的相關(guān)研究已經(jīng)持續(xù)了數(shù)十年，但受到口內(nèi)環(huán)境和測(cè)量?jī)x器的影響，對(duì)咀嚼狀態(tài)下牙齒移動(dòng)過(guò)程的研究尚未得出令人滿意的答案。本文將對(duì)相關(guān)研究進(jìn)展做以介紹。

1 功能載荷下牙移動(dòng)的生理基礎(chǔ)

功能載荷下的牙齒移動(dòng)取決于力的大小、力點(diǎn)、牙根形態(tài)和周圍組織的健康狀況[1]。牙齒—牙周膜—牙槽骨作為一個(gè)復(fù)合體以協(xié)同的方式起到分散咀嚼力的作用。在復(fù)合體中，不同組織具有不同的剛性，牙周膜的彈性模量在幾十到數(shù)百M(fèi)pa之間，釉牙本質(zhì)界下200～300μm厚的軟區(qū)牙本質(zhì)為3～10 GPa，牙骨質(zhì)—牙本質(zhì)界面為2～4 GPa，牙骨質(zhì)為3～15 GPa，骨組織和管間牙本質(zhì)為10～20 GPa，管周牙本質(zhì)約為30 GPa，釉質(zhì)為75～100 GPa[2]。不同剛性的組織在壓縮載荷下表現(xiàn)出不同程度的形變，形變大小遵循多個(gè)彈簧串聯(lián)的原則。其中，未礦化的牙周膜剛性最小，因此最初的變形遠(yuǎn)大于其他組織，在低負(fù)荷誘導(dǎo)下的牙移動(dòng)中起著決定性作用。隨著載荷的增大，當(dāng)牙周膜被壓縮到一定程度后形變幾乎不再增加，此時(shí)牙體組織和頜骨的形變繼續(xù)增大。這種功能載荷下的壓縮機(jī)制不僅保證了大部分咬合力能夠被牙周膜吸收和緩沖掉，也保證了牙周膜的形變被控制在生理范圍內(nèi)，避免了因?yàn)檫^(guò)度壓縮而導(dǎo)致的牙周膜損傷。牙周膜對(duì)不同荷載的反應(yīng)主要與兩個(gè)系統(tǒng)有關(guān)。牙周膜通過(guò)膠原纖維將天然牙固定于牙槽骨中從而組成了牙周膜的彈性系統(tǒng)[3]。牙周膜中的血管和細(xì)胞外基質(zhì)等成分構(gòu)成了牙周膜的流體相系統(tǒng)[4]。在2個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同作用下，咬合過(guò)程中牙齒在咬合力作用下發(fā)生一定范圍內(nèi)的生理性移動(dòng)，在去除咬合力后則會(huì)以非線性[5]的速度恢復(fù)至初始位置。

2 功能載荷下牙移動(dòng)的影響因素

牙移動(dòng)的本質(zhì)是物體在力的作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，牙齒與牙周膜和牙槽骨作為受力整體共同承擔(dān)力的作用。在力的作用下牙齒與牙槽骨幾乎不發(fā)生形變，牙周膜則通過(guò)形變吸收大部分能量，從而降低了力對(duì)牙齒的移動(dòng)能力[6]。因此，功能載荷下的牙移動(dòng)主要受到力的大小、咬合接觸點(diǎn)和牙周膜這3個(gè)方面的影響。

2.1 力的大小

Ben-Zvi等[7]模仿生理載荷大小，對(duì)迷你豬第一磨牙施加0～120 N范圍內(nèi)的外力，觀察發(fā)現(xiàn)隨著力的增大，牙齒的移動(dòng)量也隨之增加，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制力、位移關(guān)系圖能夠得到平滑的力—位移曲線。這一發(fā)現(xiàn)與多位學(xué)者的研究結(jié)果一致，互為印證[1,8-9]。

2.2 咬合接觸位置

作用點(diǎn)是影響牙齒移動(dòng)的又一關(guān)鍵因素，對(duì)于牙齒而言作用點(diǎn)即為咬合接觸點(diǎn)。在Ishihara[10]的研究中，將金箔貼于牙面以此來(lái)獲得不同的咬合接觸，測(cè)量咬合接觸改變前后的牙齒位移路徑，結(jié)果表明不同咬合接觸下，上頜第一磨牙的移動(dòng)方向和距離均發(fā)生改變。

2.3 牙周膜的性質(zhì)與幾何形狀

牙周膜幾何形狀小范圍的變化會(huì)導(dǎo)致牙齒移動(dòng)的強(qiáng)烈變化以及牙周膜應(yīng)變和骨應(yīng)力改變[11]，在牙齒移動(dòng)測(cè)量及三維有限元分析模擬中牙周膜的性質(zhì)和形變特征是決定模型準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵因素[1-2,4]。

2.4 其他因素

其他因素如年齡、性別、測(cè)量時(shí)間、體位等也對(duì)牙移動(dòng)的距離和方向具有一定的影響。隨著年齡的增長(zhǎng)，礦化組織的積累或膠原纖維的萎縮會(huì)導(dǎo)致牙周間隙逐漸縮小[12]，牙周膜變形能力降低。此外，隨著年齡增長(zhǎng)，咀嚼力大小也將發(fā)生改變。年齡因素通過(guò)這種間接作用影響著功能載荷下的牙齒移動(dòng)。

3 功能載荷下牙移動(dòng)的測(cè)量

牙齒移動(dòng)的量化測(cè)量一直是個(gè)難點(diǎn)。在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的研究中，學(xué)者們對(duì)功能載荷下牙移動(dòng)進(jìn)行了一系列的研究，測(cè)量方法不斷優(yōu)化。尤其是近年來(lái)數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，為功能載荷下牙移動(dòng)的測(cè)量研究開辟了新的方向[13-14]。

在Picton[15]的試驗(yàn)中，通過(guò)比較近遠(yuǎn)中鄰牙上測(cè)量?jī)x的指針讀數(shù)，來(lái)判斷牙齒是否存在近遠(yuǎn)中向的傾斜。Behrend[16]設(shè)計(jì)出能夠測(cè)量牙齒移動(dòng)距離的裝置，在研究中對(duì)左上頜尖牙在垂直向和頰舌向的移動(dòng)進(jìn)行了二維方向上的測(cè)量，結(jié)果顯示，在19.6～29.4 N咬合力作用下牙齒位移最大值約為60μm。Siebert[17]通過(guò)使用非接觸式的位移傳感器，成功地獲得了自然牙列和含有修復(fù)體的牙列在咬合至牙尖交錯(cuò)位時(shí)的三維方向上的牙齒移動(dòng)大小和方向。雖然該研究可以獲得牙齒的三維移動(dòng)數(shù)據(jù)，但由于試驗(yàn)采用的非接觸式傳感器必須固定于咬合夾板中，安裝較為繁瑣，因此并不適合大樣本量的數(shù)據(jù)采集。且由于傳感器分辨率較低，所得的數(shù)據(jù)精確度有限。Parfitt[18]的研究解決了這一問題，他們使用直線式傳感器對(duì)牙移動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)電壓的線性變化來(lái)反應(yīng)對(duì)應(yīng)的牙齒位移量。這種傳感器精確度和靈敏度較高，能夠分辨0.001 mm的軸向運(yùn)動(dòng)。研究記錄了中切牙在不同大小力的作用下的位移量：0.098 N力作用下的平均位移量為0.012 mm；0.98 N力作用下為0.02 mm；9.8 N力作用下0.028 mm。該裝置不僅可以精確地記錄牙齒移動(dòng)量的大小，而且能夠記錄牙齒移動(dòng)與時(shí)間的關(guān)系。Ishihara[10]利用三維微位移計(jì)對(duì)咬合狀態(tài)下第一磨牙的移動(dòng)方向和移動(dòng)量進(jìn)行測(cè)量?？梢栽谌S方向、3個(gè)自由度下測(cè)量磨牙與前牙的相對(duì)位移。Salamati等[19]將超聲晶體植入到乳豬的上乳磨牙髓室內(nèi)，將其參照點(diǎn)黏附在頰、腭側(cè)牙槽骨板；在牙槽嵴的頰側(cè)和腭側(cè)固定應(yīng)變片；并在腭側(cè)牙槽骨內(nèi)插入面向牙周間隙的壓力換能器。通過(guò)以上3組裝置，在自由進(jìn)食和咬肌刺激的過(guò)程中同時(shí)記錄牙齒活動(dòng)、牙槽彎曲和液體壓力。

數(shù)字化技術(shù)也逐漸被應(yīng)用于牙移動(dòng)的測(cè)量。Boldt等[20]以微型發(fā)光二極管作為光源，用CCD芯片捕捉光斑變化并將數(shù)據(jù)通過(guò)采集卡進(jìn)行數(shù)字化最終輸出為牙齒位移數(shù)據(jù)。也有學(xué)者通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)中難以觀察到的生物力學(xué)響應(yīng)和應(yīng)力分布變化進(jìn)行了模擬。Yomoda等[21]將測(cè)量所得的咀嚼過(guò)程中的咬合狀況、下頜運(yùn)動(dòng)規(guī)律、食塊（口香糖）物理學(xué)特征作為輸入數(shù)據(jù)，利用有限元非線性動(dòng)力學(xué)分析方法模擬了咀嚼過(guò)程中下頜第一磨牙的位移模式和食塊破裂模式。但是利用有限元方法也有其局限性，其有效性取決于幾何表達(dá)的精度以及對(duì)應(yīng)材料特性的精確度和準(zhǔn)確性，牙骨質(zhì)、牙本質(zhì)、牙周膜等生物組織的各向異性、黏彈性等差異均會(huì)造成模擬與實(shí)際之間的差距[22]。Karimi等[23]的實(shí)驗(yàn)中，分別使用了彈塑性、超彈性和黏彈性3種材料模型來(lái)模擬牙周膜，結(jié)果表明與彈塑性和超彈性模型相比，黏彈性牙周膜模型導(dǎo)致松質(zhì)骨中的應(yīng)力降低。因此，利用有限元來(lái)模擬真實(shí)的牙齒狀態(tài)還需要更多的臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為支持。

除了單個(gè)牙齒的移動(dòng)，牙齒的相對(duì)移動(dòng)對(duì)于了解咀嚼過(guò)程中的牙齒狀態(tài)同樣重要。Kasahara[24]在其研究中對(duì)咬合狀態(tài)下的鄰面間隙大小進(jìn)行了測(cè)量，根據(jù)光強(qiáng)分布確定相應(yīng)的間隙大小。結(jié)果表明相鄰牙齒在靜止?fàn)顟B(tài)下的距離為3～21μm，在咬合過(guò)程中該距離消失。這一結(jié)論證實(shí)了相鄰兩牙之間存在間隙且間隙大小會(huì)隨著咬合過(guò)程中牙齒移動(dòng)而發(fā)生變化。李琳琳等[25]利用數(shù)字化設(shè)備設(shè)計(jì)出了更加簡(jiǎn)單便捷的測(cè)量方法。通過(guò)口腔掃描的方式采集患者牙列數(shù)據(jù)，分析咬合前后鄰面間隙的變化量和牙齒偏轉(zhuǎn)角度。雖然口腔掃描儀的精度限制[26]和軟件擬合誤差導(dǎo)致測(cè)量值存在一定誤差，但這一方法相較于復(fù)雜的傳感器設(shè)備，具有良好的臨床可操作性，為牙移動(dòng)的測(cè)量提供了一種全新的思路。

4 功能載荷下牙移動(dòng)的意義

牙齒移動(dòng)是咀嚼過(guò)程中的固有特征，也是一種內(nèi)在的保護(hù)和適應(yīng)性反應(yīng)。牙齒通過(guò)移動(dòng)將咬合力分散到整個(gè)牙列及支持組織，維持了整個(gè)牙弓的受力平衡，降低了應(yīng)力集中，最大限度地減少了不可逆性損害發(fā)生的概率[2]。同時(shí)，牙齒通過(guò)移動(dòng)將咬合力傳遞給牙周膜，緩沖了大部分的咬合力，避免了牙齒硬組織和頜骨的損傷[3]。

正畸牙移動(dòng)指的是長(zhǎng)期恒定正畸力作用下牙齒的永久性的移位過(guò)程[27-28]。正畸牙移動(dòng)與功能載荷下的牙移動(dòng)是兩種截然不同的移動(dòng)模式[29]。但在正畸的初始階段，即施力后的24～48 h內(nèi)[30]，牙齒在牙槽窩內(nèi)有一段快速移位的過(guò)程。此時(shí)的正畸牙移動(dòng)與功能載荷作用下的牙移動(dòng)一樣，都可以看作是由牙周膜受力形變而引起的牙齒移動(dòng)。正畸骨重塑的啟動(dòng)同樣涉及到功能載荷下的牙移動(dòng)。Cattaneo等[31]認(rèn)為，單純正畸力為靜態(tài)力，無(wú)法啟動(dòng)骨重塑的過(guò)程，他提出正畸牙移動(dòng)的啟動(dòng)是正畸力和咀嚼力的相互作用下的結(jié)果。因此，雖然功能載荷下的牙移動(dòng)與正畸牙移動(dòng)無(wú)論在力的特點(diǎn)還是在移動(dòng)原理上均存在著巨大差別，但二者之間卻存在著一定程度的相關(guān)性。

與天然牙相比種植體與牙槽骨的結(jié)合為剛性結(jié)合，缺乏牙周膜作為中間相。這導(dǎo)致種植體無(wú)法像天然牙一樣，具有生理性的牙移動(dòng)。研究[32]表明，天然牙在功能載荷下水平方向可觀測(cè)到56～108μm的動(dòng)度，而種植義齒僅為10～50μm。這種動(dòng)度的差異導(dǎo)致種植義齒在咀嚼狀態(tài)下無(wú)法與鄰牙保持一致性移動(dòng)，增加了種植義齒與鄰牙間出現(xiàn)食物嵌塞的概率。此外相同的載荷作用下，種植體與天然牙組相比，牙槽骨所受應(yīng)力和應(yīng)變更大[33]。這提示，臨床醫(yī)師在種植義齒的咬合接觸調(diào)整與衛(wèi)生維護(hù)等方面均需考慮移動(dòng)特征的差異性。

功能載荷下的牙移動(dòng)異常與食物嵌塞的發(fā)生也存在一定的關(guān)系。牙齒的生理性活動(dòng)在將力傳遞給鄰牙的過(guò)程中必然導(dǎo)致兩個(gè)牙面之間的相互接觸，牙齒的這種滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)不斷改變著牙齒近端接觸形態(tài)。當(dāng)近端接觸在咀嚼過(guò)程中足夠強(qiáng)時(shí)，將能夠抵抗分離作用力從而防止了食物嵌塞的發(fā)生[34]。一旦近端接觸異常無(wú)法抵抗分離作用力，食物嵌塞現(xiàn)象即會(huì)出現(xiàn)[35]。此外，還有學(xué)者[36]認(rèn)為牙齒在功能載荷下的移位不同步會(huì)引起咬合狀態(tài)鄰接區(qū)間隙增大從而導(dǎo)致食物嵌塞的發(fā)生。由此可見，功能載荷下牙齒的異常移動(dòng)可能是造成食物嵌塞發(fā)生的間接或直接原因。

牙周組織的狀態(tài)是功能載荷下牙移動(dòng)的重要影響因素，因此當(dāng)牙周組織發(fā)生病變時(shí)牙齒將表現(xiàn)出異常的活動(dòng)度。Sinescu等[6]認(rèn)為，牙周疾病將導(dǎo)致牙齒—牙周膜—牙槽骨系統(tǒng)病理性改變，這些改變會(huì)導(dǎo)致牙齒活動(dòng)性的變化。隨著牙周疾病的進(jìn)展，牙槽骨的吸收將導(dǎo)致牙齒—牙周膜—牙槽骨復(fù)合體的進(jìn)一步破壞，在臨床上則表現(xiàn)為牙松動(dòng)度的不斷增加。

利益沖突聲明：作者聲明本文無(wú)利益沖突。