生物力学在牙体牙髓病中的应用

牙体牙髓病的发生、发展及治疗将造成牙体组织的缺损和丧失部分解剖形态和生理功能,其治疗的最终目的是利用修复技术恢复和重建牙体缺损或缺损牙体组织的解剖形态与生理功能。

修复体作为恢复缺损或缺失组织和器官的机械结构,与机体有着密切的关系。当机械外力作用与修复体时,由于机体的生物性反应使得机械或物理性的外力转变为生理功能。因此,对于修复体的要求,既应符合生物学原则,又必须应用机械力学和工程学的基本规律,使其建立在生物力学的基础上。

将生物力学的研究手段用于研究牙体牙髓病的发生、发展及治疗,对牙体组织力学或修复材料内的应力进行测定分析,了解受力的大小、方向、作用力的传导和分布方式,可指导和改进牙体牙髓病的治疗和修复设计。

牙体牙髓病对牙体组织生物力学性能的影响

口腔牙体硬组织疾病,如酸蚀症、龋发生的初期往往最先累及天然牙的微观结构,从微观力学角度研究该疾病对牙体组织生物力学性能的影响及评价相应临床处理的效果,有助于为疾病的诊断、治疗、预防提供理论依据。

龋病

龋病(caries)是一种以细菌为主,多因素影响下牙体组织发生的慢性进行性破坏性疾病,该机制已经阐明了致病菌产酸、牙体硬组织脱矿及再矿化在此过程中的作用。

硬度(hardness)不仅是力学性能的重要参数,而且还能反映矿物质的含量、获得和丢失情况,是表征屈服应力、抗拉强度等机械特征量的综合性能。大量基础研究发现,早期釉质龋不仅造成矿物质的丢失,而且其显微硬度及纳米压痕硬度也随之下降。通过再矿化药物的处理,不仅维持牙体组织矿物质丢失与获得的平衡,还可促进龋损不同程度的修复或愈合,同时,其硬度、弹性模量等力学性能也得到恢复。

由于咬合功能的需求和口颌系统的生理病理因素,牙齿磨损是进行性的、不可逆的。龋病引起了牙体硬组织矿物质的丢失甚至缺损,必然会影响牙齿的摩擦学特性;再矿化能使早期龋恢复其矿物质含量同时表现为显微硬度等机械性能的恢复,再矿化后耐磨损性能有无改善对于咀嚼功能的恢复至关重要。作者采用纳米划痕系统研究了氟处理早期釉质龋后其微观摩擦磨损学性能,结果提示早期釉质龋再矿化后,其纳米划痕的摩擦系数增加,耐磨损性能降低。损伤机制由矿化前的塑性变形和黏着磨损转变为了裂纹的萌生和扩展,以及组织的剥层。这提示传统的再矿化药物治疗早期龋有待于进一步提高和更新,新的矿化治疗方法,如仿生矿化或许会带来意想不到的效果。

酸蚀

酸蚀(erosion)是指非细菌作用下的化学过程所导致的牙体组织丧失。引起酸蚀的根本原因是牙齿暴露于外源性或内源性的多种酸。口腔内的酸性环境不仅会降低牙齿表面机械强度,加速磨耗,而且会导致牙体硬组织永久性丧失。大量临床和基础研究发现,不同碳酸饮料以及临床酸蚀处理技术不仅引起牙体组织的化学成分和微观结构的改变,同时也降低了显微、纳米压痕硬度,弹性模量以及摩擦磨损等力学性能。因此,通过生物力学的研究手段和方法对牙的酸蚀机制了解越多,就越有可能准确地采用各种临床治疗和修复措施,有效地防治牙齿过度磨耗,保证人们正常的生理需求。同时能为临床防治人体天然牙在口腔内的酸蚀损伤提供理论指导,并有助于饮食习惯的合理优化。

氟斑牙

氟斑牙(fluorosed teeth)又称氟牙症(dental fluorosis,DF),是牙在发育矿化期摄入过量的氟化物而导致的牙齿畸形,表现为釉质失去正常的光泽,出现白垩色、凹陷或片状剥脱缺损样病变而影响牙的美观和功能。

目前国内外对氟斑牙的研究多为流行病学调查和分析,而对氟斑牙本身的力学性能研究较少。有学者通过对不同严重程度、不同深度层次人氟斑牙显微硬度的测试,分析氟斑牙的严重程度、力学性能及微观结构之间的关系,结果发现随着氟斑牙严重程度的增加,釉质的显微硬度随之降低,微孔数目随之增加,故牙齿抵抗咀嚼的能力也相应降低。氟斑牙的釉质的力学性能与微观结构之间存在一定的相关性,硬度低的釉质,其多孔性区域也越多。牙本质的显微硬度改变不显著,主要表现为球间牙本质增加、生长线加重以及小管形态的改变。

牙体充填修复治疗中的生物力学

牙体组织缺损的修复,最常采用的是充填修复的方法,只有当修复难以获得适当的固位与抗力形,才可采用嵌体或冠进行修复。

充填修复与嵌体修复皆是在缺损牙上制备一定的洞形,应用人工材料恢复缺损牙的解剖形态与生理功能。其不同之处在于充填体是在口内直接制作,而嵌体则是口外制作,应用粘接剂粘固于预备的窝洞内。

无论采用充填修复还是嵌体修复的方法,其修复体在修复缺损牙的同时,均应维持或促进剩余牙体组织的健康。在修复牙承受 “牙合”力载荷时,能均匀地分布,避免应力集中。总之,良好的修复体,不但要有正确的解剖外形,还要能长久保持功能的同时不发生破裂、脱位、患牙也不发生折裂,即修复体、牙预备体及二者联合体都应有合理的抗力形和固位形。

抗力形

抗力形(resistance form)是修复体和余留牙结构获得足够抗力,在承受咬合力时不折裂的形状。

1.修复材料应具备良好的生物力学性能

在保证足够使用强度下要求修复材料的密度小,有利于加工固位和增加自然感。同时要求修复的诸材料之间和牙体材料之间的膨胀系数尽量一致,否则相互结合面容易出现间隙,导致修复治疗的失败。

活髓牙修复时,接近牙髓的部位应选择导热率低的材料,否则会对牙髓造成损害。避免材料的导电性,以免对牙髓产生刺激作用。要求材料具有良好的耐腐蚀、耐老化性能。具有较强的抗拉、抗压、抗冲击强度、耐磨损、耐疲劳、适当的弹性刚性和塑性,尽量与所替代牙体组织力学性能相匹配等良好的力学性能。

2.增加修复体抗力的措施

在牙预备体有足够抗力的前提下尽量保证修复恰当的体积和厚度以承受 “牙合”力。合理控制修复体的外形,其内外表面应避免尖、薄、锐的结构形式——防止应力集中而出现折裂。

根据牙预备体的条件和设计要求,选择理化性能优良的修复材料,充分考虑到不同部位、不同要求;不同材料、不同要求;不同设计、不同要求。保证修复体的质量,避免缺陷。控制“牙合”面形态和方向,避免应力集中。

3.增加牙体预备抗力的措施

修复体的设计应考虑患牙组织结构和缺损情况,避免牙体预备后形成薄壁弱尖;修复尽可能保护薄弱部位,防止“牙合”力作用在牙体薄弱部位及牙体修复体的界面上。

牙体预备时去除易折断的薄壁;降低高尖陡坡,修整尖锐的边缘嵴及轴面角;固位体预备时,不要过宽过深。牙体缺损过大时,应采取辅助增强措施。

4.增加修复体与牙体抗力的措施

修复材料与牙体组织的生物力学性质相匹配。处理牙预备外形-抗力形-固位形三者的关系,达到固位力-抗力-“牙合”力相协调。修复体与牙预备体界面结合良好,不产生破坏性应力集中现象。

固位形

固位形(retention form)就是防止修复体侧向或垂直方向力量作用下移位、脱落的形状。修复体的固位力,主要依靠摩擦力、约束力和粘接力。固位力是指修复体在行使功能时,能抵御各种作用力而不致松动、移位和脱落的能力。要获得这种固位力,需在患牙上制备一定的形状。

1.摩擦力

摩擦力(frictional force)是两个相互接触又相对运动的物体间所产生的作用力。其大小与相对运动物体间的法向压力及接触面积成正比。修复体与预备牙吻合面之间,产生法向压力,两者之间越吻合,接触面积越大,其摩擦力也越大,修复体的固位就越好。因此,为了增强修复体的固位力,修复体与预备牙间应非常密合,并尽可能增加两者的接触面积,如增加窝洞深度、保持窝洞各轴壁平行等。

由于充填修复直接在口内完成,在预备牙上制备一定程度的倒凹,可使修复体获得较强的固位力;为防止侧向移位,可在预备牙的“牙合”面制备鸠尾形,同时还可以应用固位钉增强其固位。

2.约束力

约束是指物体位移受到一定条件限制的现象。约束加给被约束物体的力称为约束力(binding force)或约束反力。约束力是通过约束和被约束物体之间的相互接触而产生的,其特征与接触面的物理性能和约束的结构几何形式有关。为增加充填修复体的固位力,常将患牙窝洞预备成一定的几何形状,限制修复体的移位和脱落。

3.粘接力

粘接力(adhesion)是指粘接剂与被粘接物体界面上的分子间的结合力。粘接的意义是相互接触的物体表面的机械锁合。由于物体表面不是绝对平整,粘接剂在未凝固前,渗入物体表面上微小孔隙或倒凹内,使修复获得一定的粘接力。粘接力的大小受到粘接面积、粘接剂厚度即粘接介质间污染程度的影响。由于目前常用粘接剂的抗压强度高,而抗张强度低,因此,为了保证粘接剂的固位与封闭作用,修复体的设计尽可能减小功能运动中粘接剂层内产生的张应力或剪应力。

牙体组织切割时的应力

为了获得一定的固位形和抗力形,牙体充填修复前必须对缺损牙进行一定程度的切割和预备。对于牙体组织的切割,一方面可由于切割产热,造成牙髓组织损伤。另一方面,切削减少了剩余牙体组织的量,使其承受“牙合”力载荷的能力下降。因此,在充填修复牙体预备前,对于牙体组织的切割应当保守而谨慎。

1.牙科牙钻、砂针的切割力学

牙科的切割工具是牙钻或砂针,是将棱边或刀锋做成某种角度的切割工具。其一般为顺时针旋转,转到接触牙体组织时,棱边或刀锋压入牙体组织,产生压应力和切割作用。棱边或刀锋折裂或剪切牙体表面,过渡到牙体表面平行,且将切出的牙体组织沿锯齿或砂针面推出而形成牙体削屑。此时推出的牙体削屑受到压应力,刀锋或砂针下的组织受到张力,在形成断裂时张力又转变为剪应力。牙钻接触到牙体时,产生的应力足够,且超过牙体组织的弹性限度,产生永久变形,发生断裂,如小于弹性限度,则只发生弹性变形,不产生切割。牙体组织的切割实际上是牙钻、负载、转速、牙体组织相互作用的结果。牙钻刀锋薄、负荷大,由施加于牙体组织局部应力大,辅之以适当转速,可获得较多的牙体组织切割;负载越大,切割牙体组织越多;但负载过大,切割摩擦力增大,热量大量产生,切割牙钻边缘钝化或者破坏,或力矩不足而停滞;负载一定时,切割速率可因转速增加而增加。在临床操作时,应使用刀锋短而锋利的牙钻,高转速100000~400000r/min之间,一定的牙钻加载(60~120g),可获得最佳的切割速率。

2.切割产热

釉质与牙本质的各向异性性质,使其能承受与釉柱、牙本质小管平行的较大载荷,承受垂直于釉柱及牙本质小管载荷的能力较差,这种力学性能方便牙体组织的切割。牙体组织的切割,实际上是一系列局部的釉质与牙本质折裂。高速钻头产生应力-应变-折裂的快速循环,循环内发生的变形可看作釉质、牙本质内能量的储存,此能量的部分以热能形式存在。当釉质、牙本质发热时,其物理、机械性能将发生改变。

当牙体组织内产生应力而折裂时,会因形变折裂而导致在各个切割界面产生摩擦作用产生表面热,此表面热传导至牙体组织中,接近切割表面的热可引起牙本质膨胀,而在其中产生压应力,此压应力须通过一张应力层与之相平衡,这种压力与张应力层的并存,可引起牙体组织深部的折裂。

产生的热可以经由牙钻传导、牙体传导,牙体切割碎屑去除和冷却剂来分散。冷却剂有空气、水、喷水,其中冷却效果好又不影响切割效率者,以水蒸气最有效,其次为喷水,第三为空气。因此,在牙体组织切割手术中,必须用冷却剂冷却,以防止牙髓损害,并去除切割残渣。

3.牙体组织的保存

与完整的活髓牙相比,修复牙总是较脆弱的。应力分析结果提示,剩余牙本质越小,在载荷作用下牙本质的应力值越高,其折裂的可能性越大。因此,在治疗过程中,牙体预备应尽可能保存牙体组织,以增强修复牙抵抗“牙合”力载荷的能力。在进行牙体组织切割手术时,必须考虑剩余釉质是否有适当的牙本质支持,牙体预备后是否仍有适当的牙本质。

充填修复的生物力学设计

充填修复的目的在于恢复缺损牙的解剖形态与生理功能,效果须依赖于正常组织的反应来维持,如果修复后,剩余牙体硬组织应力增加,最终导致牙体折裂,修复失败。修复牙在承受“牙合”力时的应力与充填修复材料的性能、洞形设计和修复体设计有关。

1.充填修复材料的选择

对于直接充填材料,要求具有足够的强度以及耐磨耗性能。为了避免充填材料和牙体之间的微渗漏,也要求材料有良好的尺寸稳定性。目前,口腔最常用的内科充填材料有银汞合金以及复合树脂。

(1)银汞合金:

银汞合金(amalgam)的压缩力学性质与牙相似,弹性模量也较大,但其韧性低,属于脆性材料,在破坏应力作用时,多发生断裂而少变形。

银汞合金固化时,皆有一定程度的膨胀,一般达1%左右,适当的膨胀可增强边缘封闭,而过度的膨胀则易在牙体组织内产生张应力。这种张应力的存在,增加了牙体组织折裂的可能性。因此大面积的牙体缺损在银汞充填修复后,最好用全冠修复,以防止牙体组织的折裂。

许多因素可影响银汞合金的尺寸变化。汞与合金比例,研磨、压紧、合金颗粒大小、污染等。修复体内银汞含量越高,其膨胀越大;研磨时间越长,充填压力越大,合金颗粒越小时,其膨胀越小。如有水气污染,则其膨胀明显增加。

银汞合金的强度受到许多因素的影响。如研磨时间、汞与合金比例、充填压力、气孔等。延长研磨时间、增加合金含量、加大充填压力,均可使银汞合金的强度增加;相反,若银汞合金中含有气孔,则其强度明显降低。

银汞合金充填后,其强度随着时间的延长而增加。充填修复初期强度较差,充填20分钟后抗压强度仅为一周后60%,即使充填6个月后,银汞合金的强度仍有增加。充填后8小时,其强度可达到最高强度的70%~90%,因此在充填8小时以内,不能让充填修复体承受较高的咬合应力。

(2)复合树脂:

复合树脂(composite resins)种类繁多,性能不一,应用广泛。由于复合树脂是牙色材料,因此很受患者欢迎。如何针对特定的牙体缺损选择应用合适的复合树脂是牙科医生需解决的难题。建议以其物理性能为基础,进行生物力学的选择。

复合树脂的物理性能决定其充填修复的精度。充填修复体精度是指它的尺寸精度,几何形态精度和表面光洁度及致密度,直接影响充填修复的固位、稳定、密合和抗力。复合树脂吸水率在0.22%~1.53%之间,体积收缩率在0.5%~1.7%之间,线性收缩率约为0.2%,热膨胀系数在11×10-6~45×10-6℃,优良的复合树脂应有合理的膨胀量和适当的收缩量。能够利用自身的膨胀来补偿固有的收缩,达到膨胀与收缩的动态平衡,获得良好的精度。

目前复合树脂的主要力学性能如抗压强度、抗压强度、弹性模量、硬度、耐磨性、断裂韧性,皆与牙体组织有一定差距,远期临床效果欠佳。因此在临床充填修复时,尽量选择力学性能接近牙体组织者。

化学固化或光固化的复合树脂对牙髓皆有一定的刺激性。共聚合不完全、材料内部存在多余的单体,不仅影响其机械强度,同时也刺激牙髓。需保证牙本质有效厚度大于1.5mm,才可保证牙髓免受刺激。如有效牙本质厚度小于1.5mm,需要氢氧化钙或氧化锌丁香油粘固剂或窝洞衬里剂垫底或衬里,方可避免复合树脂对牙髓的不良作用。

在充填修复操作时,工作时间与固化时间应保证修复体充填、完成的情况下尽可能短,避免外来因素对固化的影响。要求工作时间大于1.5分钟,固化时间小于8分钟,固化后所达到的力学性能,随时间的推移,性能不会降低。

2.洞形设计

牙齿的特殊解剖结构使得牙尖受外力,在附近牙颈部出现应力集中,超过牙体组织抵抗力时,则造成牙尖折裂。牙体充填修复前,必须进行牙体窝洞预备。窝洞的形状取决于牙冠的形态,受到牙结构的限制。窝洞的制备会加剧原有应力集中现象和增加新的应力集中点。考虑到固位与抗力等因素,以往对于洞形的设计,一直要求底平壁直,点线角清晰,并具有一定的窝洞深度,以增强修复体的固位。修复牙应力分析的结果对这种要求提出了疑问。

应力分析结果提示,修复体承受载荷时,尖锐的点线角可在牙本质内产生应力集中,而圆钝的点线角可明显地减轻这种应力集中。

在一个正常的牙中,承受轴向载荷时,其应力主要为压缩应力,而对于窝洞宽而深的修复牙,在其髓壁可产生张应力,这种张应力对剩余牙体组织产生损伤作用,造成牙体折裂。窝洞越深,牙本质中的应力值越高,折裂的可能性越大。由此可见,窝洞深度是影响剩余牙体组织中应力水平的一个重要因素。在进行牙体预备设计时,保护剩余牙体组织是首先应考虑的问题。修复体固位力差,造成的后果是修复体的脱落,而剩余牙体组织因高应力而造成的折裂是无法挽回的。

3.固位钉的使用

牙体缺损修复时,若固位不足,可在牙本质内置入固位钉以增强固位。然而许多应用固位钉的方法可引起牙本质内的应力集中,造成了剩余牙体组织的折裂及修复体的破坏。因此,在选择使用固位钉时,必须同时考虑固位与剩余牙体组织保存这两方面的问题。

临床上常用的固位钉有:①粘着型固位钉,一般用金属卡环丝制作而成。应用粘接剂将其粘固于预备针道内。②螺纹型固位钉,固位钉上备有螺纹,制备特殊的针道,将螺纹固位钉拧入牙本质内。③楔入型固位钉,由于牙本质中含有微量有机成分,具有一定的弹性。因此可将稍粗于针道的固位钉槌击进入针道,以产生较大的摩擦力,获得固位。

影响固位钉固位与应力分布的因素是多样的。固位钉的类型,由于螺纹型固位钉采用螺纹固位,其固位能力最强,楔入型固位钉次之,而粘着型固位钉的固位能力最弱。

不同类型的固位钉,其使用后牙本质内产生的应力不等。粘着型固位钉,由于其针道大于固位钉,主要依靠粘接剂获得固位,因此其戴入时牙本质内基本无应力产生;而楔入型固位钉,在固位钉槌击进入针道时,在牙本质内产生侧向应力;螺纹型固位钉在戴入时,应力集中于螺纹及固位钉的尖端,其应力强度取决于固位钉旋入的力量,如果螺纹型固位钉就位后倒旋1/4转,则可有效地降低牙本质内的应力,防止其折裂。

“牙合”力通过修复体及固位钉传导至剩余牙体组织,因此产生的应力须叠加于固位钉在戴入时所产生的应力,才是牙本质内的实际应力水平。在“牙合”力作用下,粘着型固位钉最有利于应力的传导,其粘接剂层起到应力缓冲器的作用,改变了牙本质内功能应力的分布,使其应力分布均匀。而螺纹型固位钉主要将应力传导至螺纹及固位钉的尖端,产生应力集中,不利于剩余牙体组织的保护。

增大固位钉的直径,增加了粘接面积和因 “牙合”力而导致变形的耐受力,可使其固位力增强,同时在一定程度上也改善了应力分布能力。直径0.55mm的钉其固位力为12.9kg,0.75mm的钉的固位力可达到19.7kg。然而,固位钉直径的增大,使剩余牙本质量减少,从而削弱了其抵抗载荷的能力,因此在针道周围至少应有1.0mm厚的健康牙本质。

固位钉的长度越长,其固位能力增加,在载荷作用下,牙本质内部的应力分布也越均匀。

固位钉数目增多,增加了粘接面积而使固位力增强,二者大体成比例关系。如果固位钉不平行,其固位力进一步增强。但钉的数目过多,牙本质组织减少,牙易发生折裂。

由于固位钉的应用仅能增强修复体的固位力,并不能增加修复牙的强度,相反,固位钉的应用可能会削弱剩余牙体组织承受载荷的能力,因此在应用固位钉固位时,最好结合冠修复体。

嵌体修复的生物力学设计

利用粘接和固位钉修复牙体严重缺损,不能耐受长期咀嚼活动加在修复体上的负荷。可采用嵌体修复方法。

嵌体是一种潜入牙体内部,用以恢复牙体形态和功能的修复体或冠内固位体。与银汞合金充填相比,铸造嵌体的优点是机械性能优良,复合树脂嵌体、瓷嵌体则较为美观。

为了降低剩余牙体组织内的应力,保护剩余牙体组织防止折裂,嵌体洞形制备的要求与充填修复洞形的要求基本相似:点线角圆钝,在可能的情况下,尽量减小窝洞的深度和宽度。

在 “牙合”力作用下,嵌体最重要的特征就是产生楔效应。楔效应的存在,使剩余牙体组织内产生张应力而易于折裂,窝洞越深,轴壁聚合度越大,嵌体的楔效应越明显。对于 面嵌体或邻“牙合”嵌体,由于保存有部分完整的边缘嵴,对这种楔效应有一定的抵抗作用。但在邻“牙合”邻嵌体中,由于楔效应,在剩余牙体组织内产生张应力,易于造成剩余牙体组织的折裂。

应力分析结果发现,当邻“牙合”邻嵌体受正中“牙合”力作用时,颊髓轴线角及舌髓轴线角处产生高应力集中,鸠尾峡处可见应力集中。如果采用高嵌体,则可有效地降低其应力。由于高嵌体覆盖了剩余牙体组织的“牙合”面,因而能有效地分布“牙合”力至剩余牙体组织,避免应力集中而减少其折裂的可能性。

根管治疗中的生物力学

根管治疗术是治疗牙髓病和根尖周炎的首选方法,包括根管预备、根管消毒和根管充填。在根管治疗的过程中涉及诸多的生物力学问题:根管器械应力疲劳断裂、根管预备方法对牙体组织应力影响以及根管充填后牙体组织应力分布等。应用生物力学的手段和方法研究根管治疗中的生物力学现象和问题,为有效的根管治疗提供生物力学分析和优化设计,这对进一步提高临床根管治疗水平有重要的现实意义。

根管预备中器械分离的生物力学分析

近年来,随着根管预备器械种类的不断增多和技术的不断完善,许多复杂根管的治疗得以顺利完成,大大提高了根管治疗的质量和医疗水平,但治疗过程中发生的器械分离却很难避免。器械分离后,根管堵塞,严重影响了根管充填的质量且存在治疗失败的可能,也使得根管再治疗时因断针不易取出使难度大大增加,因此器械分离被列为根管治疗并发症之一。

器械分离的原因与根管的解剖形态(如根管弯曲度、弯曲半径),术者的经验、操作以及器械本身的物理机械性能密切相关。此部分将结合生物力学的手段和方法,主要介绍器械本身因素对根管治疗中器械分离的影响。

1.器械种类与质量

根管预备器械按材质可分为碳钢、不锈钢、镍钛三大类,其中碳钢由于极易腐蚀已较为少用,临床上以后两者为主。镍钛器械弹性模量小,在中度弯曲根管的预备中表现出较强的优势,但在极度弯曲根管中极易超过弹性极限而发生器械分离。

除不同材质外,器械中存在质量缺陷将降低其抗扭力性能。质量缺陷主要包括空洞、脆性夹杂物、化学成分偏析或进行过某种表面处理,这些脆弱部分受到应力导致了裂纹的快速传播而发生塑性断裂。

2.器械的直径和锥度

器械的直径一般是指器械刃部起始处的直径。器械的直径大小在折断过程中起关键作用。随着直径的增大,器械分离时需要的扭力增加,相对而言不容易折断。

器械的锥度是指器械刃部末端到尖端的直径差,直径越大,锥度也越大。研究者发现器械锥度与折断时间呈负相关,锥度大者,操作过程中经历较短的时间即可导致器械分离。因此在临床操作过程中,应当选择合适直径和锥度的器械,同时注意操作时间,才能有效避免器械的折断。

3.器械的疲劳

在根管预备时,器械的旋转会使其弯曲,而器械的连续运动会引起其反复的压缩和身材,导致器械产生金属疲劳。长期使用同一器械会使其抵抗旋转疲劳的性能明显下降而发生器械分离。临床医生建议每个新器械的最大安全使用次数应控制在10次以内。所以,临床上即使没有发现肉眼明显可见的器械拉长或变形,也应定期更换以尽量减少器械分离的发生。

4.机用器械的转速

不同的机用器械被推荐用不同的旋转速度。较高的转速会使器械磨耗明显高于低转速,因而低转速将会提供器械较长的临床寿命,降低折断频率。

根管预备生物力学分析

根管预备(root canal preparation)是根管治疗术中的关键步骤,主要目的在于清除根管内的感染物质,根管成形,便于充填。根管治疗时由于牙髓的去除,牙体组织失去养分,牙本质脱水变脆,再加上根管预备需要切削一定量的根管内壁,导致根管抗折性降低。

1.根管预备程度对根管抗折性的影响

根管预备中切削根管内壁的牙本质致使根管壁的厚度的减小会引起根管壁应力增高。有研究者发现根管扩大程度与牙根纵裂密切相关,当实验牙的根管扩大程度超过根管直径20%~30%时,无根裂发生,当扩大至根管直径40% 时,则出现牙根纵裂。因此,剩余牙本质厚度是影响牙抗折能力的重要因素。

2.不同锥度根管预备器械对根管抗折性的影响

大量临床研究表明,使用大锥度根管预备器械可以比较有效地进行根管预备和充填,但往往会过度切削根管中上1/3牙本质内壁,造成牙根纵裂。三维有限元分析显示根管锥度增大会引起根管壁应力升高,而且侧方加载比垂直加载时根管产生的应力大。

3.不同预备方法对根管抗折性的影响

标准法和逐步后退法是临床常用的根管预备方法。实验研究发现,无论是用标准法还是逐步后退法预备的根管,行使正常咬合功能时力对根管壁产生的应力都不会发生明显的改变。这说明两种根管预备方法在根管治疗过程中不仅有效而且安全。临床医生在应用过程中可以根据根管的实际情况,选择不同的预备方法。

根管冲洗的生物力学分析

根管冲洗在根管清理中起着关键的作用。临床上,一般有传统的化学冲洗和超声冲洗。不同冲洗方法对根管生物力学性能的影响受到广大临床医生的关注和重视。

1.化学冲洗

化学冲洗过程中引起牙体组织生物力学性能改变的主要是不同冲洗液作用。有研究表明,化学性根管冲洗液可以明显降低牙本质釉质微硬度以及矿物质水平。同时,引起牙本质有机和无机成分的改变,导致牙本质渗透性和溶解性的增大,另外可能会影响牙体修复材料和牙体组织的黏附。

2.超声冲洗

有学者通过三维有限元分析发现,超声冲洗过程中,根管壁的最大应力值在根管的中1/3段,并且根管壁的应力随着锥度的增加而减少;但应力的最大值在牙本质的最大承受范围内,不会引起牙本质不可逆的形变。

根管充填中的生物力学分析

1.根管充填方法对根管抗折性的影响

侧方加压充填(lateral condensation technique)和垂直加压充填(vertical condensation technique)是两种比较常用的根管充填方法。这两种充填方法都要求在充填过程中施加一定的压力以便将根管封闭剂压入根管及其细小的侧支根管中。据以往研究显示,由于侧方加压时产生的高应力,侧方加压充填牙胶尖是造成无髓牙牙根纵裂的最主要原因。但近十年来的研究发现,侧方加压对根管壁产生的应力小于垂直加压的应力。

2.根管充填材料对根管抗折性的影响

根充材料根据其有无粘接性分为3类:①非粘接型体系如牙胶-氧化锌类封闭剂体系;②半粘接型体系如牙胶-树脂根管封闭剂体系;③全粘接型体系如树脂胶,甲基丙烯酸酯类封闭剂体系。大量研究发现根管充填后,充填后牙发生根折的压力值明显高于根管预备后未充填牙,而且选择粘接型体系的封闭剂能使得根管内牙本质-封闭剂-充填材料三者结合,其抗根折能力得到了显著提高。

牙体牙髓病治疗的生物力学原则

(一)以力学性质为第一位

把牙体修复的力学性质放在第一位,是因为其机械强度是临床应用的前提条件,是其临床修复效果能否满足功能需要的基础,而其他特性的要求是在此基础上提出来的。所以在进行牙体修复时,首先考虑的是牙体组织的力学性质、修复材料的力学性能、牙预备体的力学性质以及充填修复体——牙预备联合体的力学性质。以不降低力学性质为基本标准,提高生物强度为目的,引入力学评价指标进行生物力学设计。

(二)保护牙髓组织

牙体预备及窝洞制备时,切割牙体组织对牙髓牙本质复合体可产生机械、压力和温度等刺激,该临床过程中尽量减少对牙髓的刺激,以避免造成不可逆的牙髓损伤。

(三)尽量保留健康牙体组织

保存健康牙体组织不仅对修复材料的固位很重要,而且使剩余的牙体组织有足够强度,以承担咀嚼功能。

(四)具备良好的生物相容性和生物力学相容性

修复体的根本目的是永久恢复缺损牙体的解剖形态和生理功能。修复体进入口腔生理环境后,就与牙体融为一体,行使牙体的解剖生理功能,具备了部分的生命特性,受到机体生理环境、代谢诸多因素的影响。有生命的组织与无生命的工程材料在结构、环境、功能等方面有根本的区别。修复体要适应牙体的环境,在受力状态下适应不同层次,不同水平的生命变化,适应宏观、微观以及超微观的力学效应、物理效应、生理效应及相关的偶联效应,必须具有良好的生物相容性和生物力学相容性。

(高姗姗 于海洋)

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