种植义齿下部结构生物力学研究进展

    摘要种植义齿的生物力学相容性是影响种植义齿的远期成功率的主要因素之一。本文从种植材料、种植体形态、种植体表面结构、种植数量、种植体在颌骨内的排列与分布、受植区颌骨的形态结构等方面对种植义齿下部结构的生物力学特性作一综述。自Branemarkr提出骨结合理论以来，种植义齿已成功地应用于临床，解决了以往传统义齿……

自Branemarkr提出骨结合理论以来，种植义齿已成功地应用于临床，解决了以往传统义齿的固位、舒适等问题，取得较好的修复效果。但临床上仍常出现种植体周围骨组织吸收、种值体断裂、松动、脱落等问题[1，2].许多学者认为种植义齿的生物力学相容性是影响种植义齿远期成功率的主要因素之一。本文对种植义齿下部结构生物力学研究概况作一综述。

1 种植材料对种植义齿生物力学的影响

　  Nishihara等[5]通过动物实验研究表明种植体周围骨内的应力分布与种植材料的性质、材料的弹性模量关系不大，而是多的与种植体的形态、颌骨的形态及结构有关。Rieger等用三维有限元法（finite element method，FEM）分析，也得出相类似的结果。但从生物力学的观点来看，不同材料和不同弹性模量的种植体对应力在种植体骨界面的分布是有影响的。邹敬才等[4]用有限元法在5种不同弹性模量、相同的负荷条件下，对单螺旋形种植体骨界面的应力分布规律作比较，结果表明种植体的弹性模量越高，种植体颈周骨内应力越小，而根端骨内应力越大；种植体弹性模量越低，种植体与骨界面的相对位移运动就越大。适宜的种植体的弹性模量在70000MPa以上。

由于金属及金属合金材料具有优良的生物力学性能而被广泛应用于种植体的制作，其中钛与钛合金等被认为是最合适的种植材料。近年来许多学者研究了用生物陶瓷作为种植材料[5]，认为生物陶瓷种植体在植入后的始阶段可以获得较钛及其合金更好的生物相容性，但在行使功能后终因生物陶瓷本身力学上的易碎性导致生物陶瓷种植体生物力学的相容性较差，Glantz等[6]通过实验也证实了陶瓷种植体和陶瓷涂层的种植体因生物力学上有较差的相容性导致种植后较高的失败率。

2　种植体的形态对种植义齿生物力学的影响

Victor[7]用三维有限元法对3种不同种植体系统（Branemark系统、Bud系统、IMZ系统）的不同形态的种植体，在不同的加载条件下，种植体周围骨内的应力分布情况进行了研究。结果表明3种不同种植体周围骨内最大应力均位于种植体颈部周围和种植体翼的下方，且越近种植体根尖部，骨内应力越小。种植体的翼可以减少应力在种植体及其周围骨内的分布，去掉翼不但增大种植体颈部骨的应力，而且将改变整个应力分布的情况。在其他因素不变的情况下，增大种植体颈部直径，种植体周围皮质骨内应力大大降低，故认为种植体颈部的直径对种植体周围的应力分布水平影响最大，两者呈负相关。岑远坤等[8]对叶状与柱状种植体支持的全下颌种植覆盖义齿在不同牙位下应力分布的情况进行了研究，结果表明叶状种植体与柱状种植体应力分布的基本规律相似，种植体颈部以及其周围的骨皮质界面均为应力集中区。但叶状种植体在其颊舌面与近远中面交界的尖锐线角处，应力集中更明显，其骨界面的应力峰值均大于柱状种植体。Holmgren等[9]研究认为圆锥形种植体比圆椎状种植体更有利于种植体骨界面的应力分布，黄辉等[10]研究认为螺旋形种植体螺旋顶角的改变可以导致种植体在支持组织内应力分布水平的变化，并指出螺旋顶角为60o的种植体应力分布最合理。

3　种植体的表面结构对种植义齿生物力学的影响

有学者从生物力学角度研究认为表面有微孔的种植体会形成更好的种植体-骨界面结合，当孔径为50-200μm时可获得最佳的结合强度。陈安玉[11]研究表明由于表面微孔的存在，可在种植体骨界面形成机械的锁结作用，从而改变微界面应力的作用方式，使得在大界面上每一个区域均有小界面的压应力存在，使拉应力和剪应力转变为压应力；另一方面微孔增加了界面的接触面积，降低了平均应力水平，从而更有利于应力的合理分布。

近年来许多学者提出种植体表面的生物活性涂层可以诱导骨性结合。Michael等[12]经临床观察报告HA涂层种植体成功率（7-8年）达97.5%，Adell认为HA涂层种植体有利于早期愈合。有学者研究表明BTG钛基复合种植体植入颌骨内后，早期固位优于钛种植体，具有较高的界面结合强度，并且在界面上可产生化学结合、金属结合、机械结合3种方式。但也有资料提示随着种植体接受功能负荷时间的延长，成功率下降，临床上亦出现涂层与钛芯结合强度不足导致涂层剥落者。

4　种植体的数量以及在颌骨内的排列与分布对种植义齿生物力学的影响

种植义齿由多个种植体支持时，应力分布情况由种植体的数量，种植体在颌骨内的方向、排列所决定。一般认为种植体的数目越多，每个种植体上承担的应力就越小。Skalak研究认为多个种植体支持的种植义齿当受到水平方向力作用时，力量可以较均匀地分散到各个种植体，且分散到每个种植体上的力量要小于总作用力。当垂直方向力作用于种植义齿时，力量不会均匀地分散到每个种植体，越靠近作用力点的种植体受力越大。

对于全口种植义齿，Skalak认为4-6枚种植体即可支持全口固定种植义齿。Bschwartzman研究表明4个或5个种植体支持的全颌种植义齿在应力分布规律上无差异，并认为当垂直负荷作用于全颌种植义齿远端悬臂梁时，最靠近悬臂梁端的种植体产生的应力最大。Davis通过实验研究得出相似的结果。Osier[13]用静态工程原理分析进一步指出最靠近悬臂梁的种植体所承受的负荷通常是总负荷的2.5-5倍，是非悬臂梁状态的1.75-3.5倍，主要承受的是压应力，而远离悬臂梁端的种植体主要承受张应力。悬臂梁越长，末端种植体所受的应力越大，故认为在种植义齿设计时，应尽量避免使用悬臂梁，如一定要使用悬臂梁时，种植体应尽量离散，且悬臂梁的长度不能超过种植所能承受的范围。

Federick等[14]用光弹法研究了由2个种植体支持的全颌种植义齿的应力分布，结果表明种植体在颌骨内应垂直于牙平面并平行放置，以利于牙力通过种植体垂直传递，减少种植体的力矩和界面过大应力。但临床上为取得共同的就位道，往往使种植体之间形成一定角度，Naert等[15]指出在同一牙弓中种植体之间的相互偏差角度不宜超过20o，以使负荷没种植体长轴传导。Hertey等[16]研究表明，种植体在颌骨内的分布呈曲线型排列较直线型排列者界面的应力要小，种植体为直线型排列缩小了其后方向的分散程度，导致游离臂和抗力臂比例增大。

5　受植区颌骨的形态结构对种植义齿生物力学的影响

从生物力学观点看，颌骨是多相的、各向异性的、非均质性的、多孔的复合体。人类的颌骨是具有一定屈曲性的弹性体[17]，可以承受一定的压力，但其皮质骨与松质骨都有一定的抗张力和抗压力的极限，当颌骨受力水平高于其极限值时，就会产生微骨析，最后导致骨质吸收破坏。

Lundgrens[18]指出种植体的成败与颌骨骨皮质的密度、厚度、颌骨的宽度以及受植床血供等直接相关。Jensen指出受植区的颌骨形态与结构较整个颌骨的形态与结构对种植义齿的应力分布影响更大，一个理想的受植区颌骨至少要能提供10 mm的骨性结合区，其水平宽度至少为6mm.Victor等[7]用三维有限元法研究了由3种不同厚度皮质骨的颌骨支持的种植体在不同的负荷下，种植体及其周围骨内的应力分布，结果表明3种情况下种植及骨界面应力分布的规律基本相同，最大拉应力、压应力均位于种植体的颈部周围。但最大拉应力、最大压应力的值却有显著差异。皮质骨越厚，种植体及其周围皮质骨内的应力越小。但在垂直瞬间加载时，最大拉应力位于种植体颈部，最大压应力位于种植体底部，当种植体的颈部与底部同时位于皮质骨内时，可以明显降低种植及其周围骨内的应力。Papavasilion[19]也指出当皮质骨缺乏时，可导致种植体骨界面的应力增高，从而导致种植体周围骨的微骨折。

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