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  • 种植义齿生物力学的研究进展

    2014年02月16日 作者:会员投稿 点击: 【字体:

    作者:陈新 侯军 综述 刘洪臣 审校

    单位:陈新 侯军(空军总医院口腔科 北京100037);刘洪臣(解放军总医院口腔科 北京100853)

      关键词: 种植义齿;生物力学

      中图号:R783  文献标识码:A  文章编号:1009-3761(2000)01-0054-04

      生物力学效应是种植义齿获得长期成功的关键性因素之一。从六十年代开始,各种不同的实验应力分析法和理论应力分析法相继对种植体及周围骨组织加载后的应力分布状况进行了多方面的研究。特别是自1976年,Weinstein等将二维有限方法(FEM)引入口腔种植领域以来,使有关种植义齿的生物力学研究进入了一个新的阶段。目前,种植义齿的应力分析已从简单的二维FEM分析发展到三维FEM分析.现将有关的研究结果综述如下:

      1 单个种植体的应力分布

      1.1 直接加载后种植体及周围骨组织的应力分布状况

      许多学者[1,2,3]采用FEM对单个种植体直接加载后种植体及周围骨组织的应力分布进行了研究,结果发现应力通常集中在加载种植体颈部及周围骨皮质中,种植体中间部分及周围骨松质应力分布最小,斜向加载或水平加载时应力高于垂直加载者,压应力通常位于种植体颈部上部,而拉应力位于其下部。Holmes等[4]还应用FEM考察了骨量对种植体应力分布的影响。结果发现,皮质骨越厚,密度越高,种植体的力度就越小,就越能减少应力集中。

      1.2 种植体表面形态及大小对应力分布的影响

      Ritger等[5]对11种不同形态和大小的种植体进行了FEM分析。结果发现,种植体越小,骨内应力值越高,但并非种植体越大越好,超过一定限度后,对应力改变的意义不大,而且过大的根面可致骨内应力过小,而过大和过小对骨组织都是不利的。Del-Valle[6]也证实,应力的改变与种植体周围骨量及种植体颈部直接有关。Siegele等发现曲率半径小(圆锥状)或表面形态不连续(台阶状)种植体周围骨组织中的应力比表面光滑(圆柱状,螺旋状)种植体大。可见种植体表面形态是影响其应力分布的重要因素。Tsutsum等发现,钛种植体最佳形态是圆柱形,羟基磷灰石种植体应该呈柱状,而氧化铝种植体应该有翼。关于种植体大小与种植体骨周围应力的关系,目前多数学者认为种植体大小与应力关系极大。但是Lum[7]借助二维FEM发现应力主要集中在种植体颈部周围,因此推论使用短种植体可能对骨界面应力集中影响不大。

      1.3 生物涂层对应力分布的影响

      关于生物活性涂层是否具有更好的生物力学效应,目前国外报告的观点不一致。Rieger等[8]用轴对称FEM分析了三种不同形态的种植体,每种形态分别采用骨结合性界面有涂层和骨整合界面无涂层,结果显示骨内应力分布无明显改变。故认为生物活性涂层不能改善种植体的生物力学预后。但Baroud[9]采用FEM分析了完全羟基磷灰石(HA)涂层、部分HA涂层和无HA涂层三种种植体,发现有HA涂层种植体生物力学效应优于无HA涂层者,而部分HA涂层者又优于完全HA涂层者。这一结果与Weinans[10]应用骨改建理论结合计算机模拟的方法研究结果相吻合。

      2 种植体与天然牙混合支持的固定义齿的应力分布

      2.1 加载方式对应力分布的影响

      Merouech等的二维FEM研究表明,垂直加载时,牙槽嵴顶和牙周膜内的应力较大,天然牙周围的软硬组织为压应力,而种植体周围为拉应力,粘膜应力分布较少,种植体颈1/3处骨皮质界面为拉应力,而根尖1/3处骨皮质界面为大的正应力和剪应力,天然牙牙周膜颈1/3处应变最大。鲜苏琴等和巢永烈等[11]采用三维FEM分析天然牙末端种植牙固定桥的受载情况,发现基牙颈部为应力集中区,斜向加载应力值比垂直加载者大。

      2.2 连接方式对应力分布的影响

      Ismail等和Melo等[12]分别采用三维FEM和二维FEM法分析了混合支持固定义齿的天然牙与种植体间硬性连接和非硬性连接的骨内应力分布状况,结果显示无论水平加载还是垂直加载,骨内相同区域的应力大小无明显差异,因此不提倡天然牙与种植体之间非硬性连接。但是Weinberg等的研究结果发现多牙支持修复体与种植体支持式修复体上的压力分布明显不同,负荷部位弯曲程度与修复体上的压力分布有直接关系,并建议在同一修复体内联合采用天然牙和种植体共同支持修复体时,最好采用非牢固性连接装置以降低分布于种植体上的压力,避免种植体超负荷损坏。混合支持的固定义齿采用何种连接方式,目前尚有争议。

      3 全口种植固定义齿的应力分布

      3.1 种植体数量及分布对应力分布的影响

      从理论上讲,只要有足够数量的愈合良好的种植体即可以固定方式支持全口义齿。Davis等的三维FEM研究指出,3-5个支持的全口种植义齿种植体数量发生改变时,支架的应力分布趋势基本相同。但是仅2个种植体支持时,支架的应力分布变化较大。故认为临床上最好使用4个或是5个种植体支持全口固定义齿,才能提高其成功率。目前认为,至少需要4-6个种植体方能对总义齿提供足够的支持。

      由于上颌窦、下齿槽神经管以及牙槽骨质与量的限制,临床上的种植部位多位于上颌窦侧壁的近中或下颌孔的近中,即大约相当于第一双尖牙之间的区域。然而这就产生了悬臂梁结构。Osier[13]利用静态工程原理分析了分别由两个和三个骨整合种植体支持的两种悬臂梁系统,结果发现末端种植体及周围骨界面应力最大,远中游离臂不利于种植体及周围骨界面应力分布,如果必须采用悬臂梁结构,种植体排列应尽量离散且悬臂梁长度不能超过种植体所承受的范围。这一结论与夏荣等的FEM研究结果相吻合:认为游离臂长度以不超过14mm较为安全。许多学者的研究结果均表明种植体界面的应力主要集中在其颈部的骨皮质界面,骨松质的界面的应力很小,骨皮质弹性模量高,是造成种植体颈部骨界面应力集中的主要原因。

      3.2 加载方式及部位对应力分布的影响

      加载方式是影响种植义齿应力分布的重要因素。毛祥彦等[14]采用三维FEM研究全下颌固定义齿在正中合均匀加载、集中加载和前伸合加载下,其种植体-支架、人工牙、皮质骨、松质骨的应力分布变化规律。结果显示:3种加载方式的种植体颈部及周围皮质骨界面应力增高,以叶状种植体最明显,但是种植体-支架的支持骨应力分布趋于均匀,分布规律近似,提示临床设计具有力学可行性。这一结论与White[15]的研究结果相吻合。张少峰等[16]采用三维FEM,对合力作用点由中切牙逐渐移至第二磨牙远中时应力变化进行了分析,结果发现骨界面的最大应力值出现在远中种植体内,基托应力则高度集中于距加载点最近的种植体处。后牙加载的游离距越长,骨界面和基托的应力越大。

      4 全口种植覆盖义齿的应力分布

      4.1 种植体数目及加载条件对应力分布的影响

      全口种植覆盖义齿,一般需要2-4个种植体,许多学者[17,18]证实,最大应力位于种植颈部及周围的骨皮质中,加载方向是影响应力分布的重要因素,斜向加载时应力值高于垂直加载者。后牙游离端加载时,距加载点最近的远中种植体骨界面应力最大,距加载点最远的平衡侧远中种植体骨界面拉应力最大,且应力均高度集中于颈部皮质骨层,这就提示了临床上远中种植体较易发生周围骨组织吸收致松动的力学机制。岑远坤等(采用FEM对无牙下颌骨分别植入2个和4个种植体作覆盖义齿,并考察在正中、前伸和侧方合3种加载条件下的应力分布规律,结果发现:正中合和侧方合加载时,增加种植体的数目,可减小种植体及周围骨界面应力峰值,有利于应力的分散和对剩余牙槽嵴的保护。但是前伸合时,4个种植体的应力值反而略高于2个种植体者,这一结果与Meijer等[19]1994年采用部分下颌骨三维FEM分析结果相似,说明种植体数量的增加并不能绝对地使种植体应力相应下降。张少峰等[16]采用三维FEM对合力作用点由中切牙逐渐移至第二磨牙远中种植全口义齿的应力变化情况进行了分析,结果发现,后牙加载的游离距越长,种植全口固定义齿的骨界面和基托应力越大,而种植全口覆盖义齿的骨界面和基托应力越小,粘膜应力增大。因此作者建议,为减少种植体周围骨组织吸收,降低义齿基托折裂的危险,维护粘膜和牙槽嵴健康,临床上应常规不排列第二磨牙。

      4.2 种植体类型及大小对应力分布的影响

      临床上常用的种植体类型有柱状和叶状两种。岑远坤等采用三维FEM分别考察了由柱状和叶状种植体支持的全下颌种植覆盖义齿在正中、侧方、前伸3种情况下的应力分布情况,结果发现,叶状种植体及其骨界面的应力较高,不利于应力分布。对于种植体大小与其周围骨界面的应力关系,目前国内外报告的观点不一致。Meijer等[20]采用二维FEM对两个种植体支持的下颌覆盖义齿的应力分布进行研究,发现种植体的长度对种植体周围骨组织的应力影响不大,下颌骨高度降低,受载时下颌骨发生弯曲变形,对界面应力影响较大。但是张少峰等采用三维FEM比较种植体长度和直径对全口种植义齿的应力影响时发现,无论是种植固定义齿还是覆盖义齿,骨界面应力与种植体长度呈负相关,而与种植体直径关系不大。

      4.3 种植体上部结构及连接方式对应力分布的影响

      Meijer等[20]采用三维FEM考察了直杆连接(杆卡式连接),曲杆连接(改良杆卡式连接)和独立的种植体三种连接方式的应力分布情况,结果发现曲杆连接时的应力值比无杆连接和直杆连接者大,因此建议种植覆盖义齿不宜采用曲杆连接种植体。这一结论与何佳凝等研究结果相似。徐世同等采用三维FEM比较磁固位与杆固位两种连接形式全口种植覆盖义齿,在垂直和水平加载条件下的生物力学效应。结果发现当杆固位义齿承受水平载荷以及其前牙区(杆上)承受垂直荷载时,可在种植体上产生扭距力而使其周围骨内有高应力集中,而磁固位义齿则能基本上消除这种扭矩力,使种植体周围的骨内应力集中降低,因此认为磁固位方式较杆固位方式具有更好的生物力学效应。

      4.4 粘膜厚度及桥架高度对应力分布的影响

      全口种植覆盖义齿是由种植基牙和粘膜共同支持的。关于粘膜厚度对其应力分布的影响,国外尚未见到报道。国内张少峰等研究发现牙槽嵴粘膜较厚者比较薄者其种植全口覆盖义齿的基托应力和种植体周围骨界面应力明显增大,而粘膜承担的合力有所减少,采用不同的桥架高度设计,没有引起种植全口覆盖义齿及支持组织状况发生明显变化。这一结果与Lum所述“应力大小与加载距牙槽嵴的高度直接有关”不相一致,有待于今后进一步的研究证明。

      综上所述,种植义齿的生物力学研究近些年发展迅速,为临床提供了可靠的理论依据。但是迄今为止,仍有许多的问题亟待解决,如种植体骨界面应力传导机制是什么?界面对应力的生物力学反应如何?怎样在机体中测量界面的应力状态等仍是我们面临的问题,是否能用三维FEM解决,尚无答案。

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