口腔種植牙生物力學影響因素的研究進展

高麗榮

作者單位：301800 天津，天津市寶坻區人民醫院口腔科

種植牙是指將人工牙根植入缺牙區的牙槽骨內并在其上制作烤瓷牙冠的缺損牙齒修復方法，與傳統修復治療相比，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需求。成功的種植牙應與骨組織接觸良好，生物力學相容性良好，咀嚼壓力在周圍骨組織上分布均勻；應力過大或過小均可能導致種植失敗[1]。本研究對可能影響口腔種植牙生物力學的因素進行概述，以期為提高種植牙成功率提供理論基礎。

1 種植牙生物力學的測量方法

種植牙生物力學的傳統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，能夠適應各種復雜的測量環境，但只能逐點測量，不能得到整個應力分布全貌，可能造成誤差。光彈法的優點是全場性和直觀性，可對不同形狀構件的力學進行分析，但無法將材料力學和彈性相關聯，對模型內任意位置應力無法進行準確評估。而隨著技術發展，有限元法已成為種植牙生物力學研究的重要工具，且經歷了從二維到三維、從靜態到動態的發展，且已經開始向非線性延伸；有限元法可滿足不同材料、不同環境及不同載荷條件下的研究需求，為種植牙生物力學研究提供了新方向。

2 種植牙的生物力學要求

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

3 種植牙生物力學的影響因素

3.1 種植牙材料 種植牙在臨床經歷了30多年的發展，目前，被普遍接受的材料只有幾種，鈦質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界面且能緊密、牢固結合而成為應用時間最長、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現種植材料對種植體周圍骨內的應力分布影響不大，但從生物力學的角度出發，種植體的彈性模量及理化性質均會對種植體骨界面應力分布產生影響。我國學者對相同負荷下5種不同彈性模量的單個種植體骨界面應力分布進行研究發現，隨著彈性模量增加種植體根端骨內應力增大，頸周骨內應力減小，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＞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合、提高長期成功率理論，有學者主張在種植體表面進行涂層，但其是否對種植牙生物力學產生影響，目仍需進一步研究；也有學者試圖使用生物陶瓷作為種植體材料，但種植后發現其易碎性的特性導致生物力學相容性差，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、把應力更好的向周圍骨組織傳導的傳導性能及其柔韌性能受到越來越多的關注，未來也可能作為更優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力反應與種植牙長度和直徑間的關系沒有定論，早在上世紀90年代就有學者發現應力分布受種植體直徑影響，直徑越大，產生的應力分布效果越好[8]；另有學者發現種植體從骨中拉出力與種植體直徑并無相關性，但受種植體長度影響[9]。我國學者研究發現，骨界面的總體應力分布與種植體直徑(3 mm，4 mm，5 mm)關系不大，但骨界面應力及骨界面相對位移運動均隨著種植體直徑增加而降低，更有利于應力分布；提示我們在臨床操作中可依據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行研究，結果顯示，種植體應力集中在根尖松質骨區和頸部皮質骨區，根尖松質骨區應力隨著直徑增加而顯著減小，根尖松質骨區應力隨著長度增加而緩慢減小；得出結論，種植體-骨界面的應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，種植體周圍骨面應力反應與種植體直徑和長度均有關，但目前仍存在爭議，需進一步進行研究。

3.3 種植牙形態及結構 種植牙形態及結構是牙種植過程中首要考慮的參數，種植牙形態經歷了葉狀、錨狀、三角架狀，到后來的圓柱狀，到現在被認為最佳形態的單個旋轉對稱形態的發展歷程，體現了人類對種植牙最佳生物力學相容性的追求。雖然有關種植體表面微觀形態對生物力學影響的看法不同，但有一點是公認的，種植體表面粗糙度與新骨間存在正相關關系，越粗糙，越有利于新骨生長[11]。Victor[12]研究發現，種植體周圍骨內應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力在骨皮質上的峰值而得到廣泛應用。從臨床考慮，長度和直徑對種植體初期穩定性具有重要影響，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]。研究發現[14]，中空螺旋種植體應力主要集中在頂點區域，實心螺旋種植體比中空螺旋種植體具有更好的應力分散和轉移能力。黃輝等[15]研究發現，柱狀螺旋根管應力分布受螺紋頂角角度影響，60°螺紋頂角的種植體其應力分布更為合理。近期研究發現，對根管表面進行修飾后對其生物力學、動力學、抗疲勞、抗折斷性能均有一定影響[16-17]。王宏遠等[18]研究發現，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力，且大直徑有利于應力分布；基臺及中央螺絲在種植體內深度的增加有利于應力的分布。

3.4 種植牙數量及排列 種植牙由多個種植體支持時會對其應力分布產生一定影響，種植牙應力分布情況受種植體的數量、排列方式及頜骨內走向等多種因素共同影響。單獨種植體上承受的應力隨著種植體數量的增加而減少[19]，但多個種植體之間的相互作用是否影響種植體應力分布仍需進一步研究。多個種植體支持的種植牙當受到水平方向力的作用時，該力將被傳導至每個種植體，且傳導至每個種植體的力相對均等；當受到垂直力作用時，該力也會向每個種植體傳導，但傳導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。研究發現[20]，種植體垂直于牙平面并平行放置時更有利于應力分布，但實際臨床應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，相較于直線排列，曲線排列的種植體界面應力更小。朱青[21]研究發現，種植體傾斜植入，所有單一載荷及復合載荷的骨界面應力分布均優于種植體垂直植入。

4 小結

口腔種植牙技術自誕生以來一直備受醫患關注，已經在臨床上得到廣泛應用，且從生理學和美學上均能滿足患者的需求，但在臨床應用中仍有很多問題有待解決和提升，如種植體選擇、生物力學分布及應力對組織效應產生的影響等。因此，口腔種植牙還有巨大的發展空間和潛力，有待進一步的研究與探討。