自锁托槽矫治特点的力学原理（图解）

    自锁托槽的历史可以追溯到20世纪30年代。当时设计自锁托槽的初衷是为了减少椅旁操作时间，从而出现了Russell附件。但遗憾的是，由于当时的机械加工工艺艺技术瓶颈限制，使得自锁托槽在临床使用过程中出现很多瑕疵，加上随着弹力结扎圈的出现后也可以使得结扎时间大大缩短，结果，第一代自锁托槽推出不久便退出市场。

    直到1972年，Edgelock自锁托槽重新唤起人们对自锁托槽的记忆。经过不断的完善，改进，1980年SPEED自锁托槽逐渐成为了当代自锁托槽设计开发的模板，许多目前十分流行的自锁托槽都是在SPEED自锁托槽的基础上或启发下改进而成。

    对于自锁托槽的认识，很多人存在一些误区和片面性。认为自锁托槽与传统托槽的区别仅仅是低摩擦力下牙齿移动速度的变化和结扎方式的改变。事实上自锁托槽矫治特点不仅仅如此，而是在低摩擦力特点下衍生出来一系列牙齿移动方式和治疗手段的变化。简而言之，就是使复杂的治疗程序简单化。

    为了更准确的理解自锁托槽矫治的矫治特点，我们将从自锁托槽矫治的机械和生物力学原理来逐步阐述，共同探讨其与传统托槽矫治的区别。

    一，摩擦力与牙齿移动的关系。

    我们知道弓丝在托槽槽构中滑动时产生的摩擦力包括经典摩擦力，弹性约束力和刻痕阻力。当弓丝与槽构夹角小于余隙角时弓丝与槽构产生经典摩擦力;当弓丝与槽构夹角等于余隙角时弓丝与槽构产生弹性约束力;当弓丝与槽构的夹角大于余隙角时，弓丝与槽构之间产生刻痕阻力。根据Proffit对于牙齿的最适矫治力的理论，以经典的力分析系统——远移尖牙为例，尖牙远中移动的力包括摩擦阻力和尖牙移动所需的最适矫治力。需要说明的是，此时的摩擦阻力是三位方向的，不仅包括弓丝与槽构合龈向的摩擦力，还包括弓丝与结扎丝（自锁托槽是弹簧夹或插盖）的摩擦力以及方丝对角与槽构的摩擦力。水平尖牙远中移动需要100克的力，加上需要克服的阻力50克，一共是150克。此时支抗牙包括除了尖牙以外的所有纳入矫治系统的牙齿。此时，我们需要尖牙部分无限小的摩擦力和摩擦区无限大的摩擦力。否则，前牙支抗作用将减少，后牙近中移动，支抗丢失。

    二，尖牙唇向低位拥挤，拔牙病例牙齿排齐的力学特点。

    在尖牙唇向低位，弓丝完全入槽的情况下，弓丝对于牙齿产生三个方面的应力。一，对尖牙产生合向和舌腭向以及远中向的力；二，对尖牙两侧的牙齿产生唇颊向和龈向的力；三，弓丝与槽沟间的摩擦力对尖牙近中的牙齿产生近中方向而对尖牙远中牙齿产生远中方向力。此时尖牙的移动方式为：首先尖牙在产生弹性形变弓丝的力的作用下产生远中的移动，而切牙产生近中移动的趋势。尖牙的远中移动是在弓丝与尖牙托槽间的摩擦力的作用下实现的。即此时的尖牙移动是需要摩擦力的。当尖牙远中移动至侧切牙远中位置时，尖牙发生合向及舌腭向的移动。同时，切牙会产生唇颊龈向的移动，以及前磨牙产生远中龈颊向的移动趋势。这是较高摩擦力情况下产生的牙齿移动方式的分析。事实上，在低摩擦力情况下，尖牙的移动效率较高，而前磨牙龈向及远中移动和切牙的龈向唇向移动效率较小。这是因为低摩擦力下前磨牙的龈向移动力并不是整体的，而是牙冠的近中龈向的旋转。尖牙远中移动过程中弓丝也随之发生远中滑动。此时弓丝与前磨牙托槽槽沟产生了刻痕阻力，推前磨牙向远中。同样，此时前磨牙远中向的力并不是整体移动的力，而是牙冠远中合向的旋转。从而与前磨牙近中龈向的力相互抵消。前磨牙在近远中及合龈向的位置相对静止。只发生牙冠颊向的倾斜移动。此原理同样解释了切牙在合龈向位置的移动方式，即相对静止。而事实上切牙的唇向移动也是较小的，有两方面的原因，首先，尖牙在逐渐进入正常牙弓的过程中，弓丝的工作长度相对过剩，前磨牙区在相对较高的摩擦力情况下，过剩的弓丝长度得不到舒展，产生对切牙的唇向移动力，导致切牙的唇倾。反过来前磨牙区较低的摩擦力使得弓丝过剩的工作长度向远中延伸，使切牙受到的唇向力大大减少。另外，唇组织的作用力也是限制切牙的唇倾的重要因素，Damon的矫治理念在这方面做过很好的阐述。

    三，尖牙唇向低位拥挤，非拔牙病例牙齿排齐的力学特点。

     在非拔牙拥挤的病例，尖牙不能发生远中舌腭向的移动，此时尖牙只能产生合向的移动，但仅仅使尖牙的合向移动并不能排齐牙弓。此时前磨牙及切牙发生颊侧倾斜移动产生牙弓中后段的扩弓效应。所以，在唇颊向的移动上，相对于拔牙病例，尖牙的移动效率相对较小，而切牙及前磨牙的移动效率相对较高。因为尖牙不能迅速排入牙弓，加上尖牙与前磨牙的托槽间距（尖牙至第一前磨牙）较拔牙病例小（尖牙至第二前磨牙），弓丝与前磨牙托槽槽沟成角相对较大，刻痕阻力较大，对前磨牙产生了相对较大的远中推力，前磨牙及磨牙产生相对较大的远中移动趋势，加上第二前磨牙及磨牙区段的低摩擦力和唇组织的限制力的共同作用下，前磨牙和磨牙较易产生远中的移动。同理，由于弓丝与第一前磨牙成角大产生较大远中移动力的同时也加大了前磨牙龈向的移动力，两者相互抵消。在扩弓方面，非拔牙病例由于尖牙与前磨牙产生了相对较大成角，前磨牙受到相对较大的颊向力，扩弓效应大于非拔牙病例。

     四，前牙拥挤病例矫治的力学特点。

     以侧切牙舌侧错位为例，在弓丝完全入槽的情况下，侧切牙主要受到唇侧移动的力尖牙受到在刻痕阻力的作用下产生远中移动，切牙产生近中移动。当移动的产生的间隙大于或等于侧切牙的临床冠宽度时，侧切牙发生唇侧移动。此时尖牙及中切牙也会受到舌腭向的力。此时分为两种情况：第一，当尖牙与前磨牙，以及中切牙之间的弓丝不连续，同时，前磨牙至对侧中切牙的间隙大于等于尖牙至中切牙牙冠宽度之和，那么侧切牙唇向移动的同时，尖牙和中切牙也发生舌腭向的移动。直至牙弓排齐。其次，当尖牙与前磨牙，以及中切牙之间的弓丝是连续的，前磨牙至对侧中切牙的间隙是否足够，尖牙和中切牙基本不会发生舌腭向的移动。这是因为连续弓丝下尖牙远中和中切牙近中的牙齿为它们提供了支抗。事实上，当弓丝与托槽槽构之间的摩擦力足够小时，随着侧切牙间隙的打开，弓丝与尖牙以及中切牙的成角也会逐渐减小，刻痕阻力也会迅速减小，直至消失，尖牙的远中，中切牙的近中移动将减慢直至停止，与此同时侧切牙唇向移动直至拥挤解除，尖牙至中切牙区不会产生多余间隙，同时，由于弓丝在排齐过程中向远中得到及时的延伸，相对不会对切牙产生较大的唇向力，前牙唇倾相对较小。相反，当尖牙和中切牙处弓丝与托槽槽构间摩擦力足够大时，尖牙远中和中切牙近中移动后的距离等于弓丝初始入槽时尖牙与中切牙间弓丝的工作长度。如果此段弓丝的工作长度大于侧切牙的临床冠宽度，排齐后尖牙至中切牙间就会产生多余间隙。前牙唇倾相对较大。以上两种情况都是在前磨牙及磨牙区的低摩擦力前提下的分析。如果前磨牙区的滑动阻力足够大时，尖牙的远中移动速度会降低，而且前牙会产生相对较多的唇倾。

     五，自锁托槽的低摩擦力与生物力学的关系。

     使用轻力矫治已经成为当代正畸理念的共识。Proffit对于最适矫治力的描述是“足以激活细胞活性而不至于大到将牙周膜血管压迫闭塞；过大的矫治力将使牙周膜毛细血管血流阻断，牙槽骨出现坏死的无血管的透明样变区，等到再血管化后才能移动。”。事实上正畸过程中要做到要做到给每颗牙齿施加轻力，是很难办到的，这不仅与弓丝的物理性能有关，而且弓丝施加于牙齿上的力很难精确的量化也是个难题。更重要的是，目前对于最适矫治力的量还没有一个公认的统一标准。牙齿的移动需要克服摩擦力，即牙齿产生生理性移动需要在最适矫治力的基础上加上摩擦力。如果仅仅考虑牙齿近远中向的移动，增加矫治力无疑不会对牙周产生过大的重力。但是弓丝对牙齿施加的力是三位方向的。加大矫治力可能对于牙齿在近远中向的移动是必要的，但对于合龈向合唇舌向的移动方式上可能就成为了重力。自锁托槽的低摩擦力特点使牙齿移动不需要克服不必要的摩擦力，使牙齿在三维方向所受到的矫治力更加均衡，更加适合轻力矫治的理念。

     六自锁托槽矫治器的矫治特点。

     自锁托槽的低摩擦力特点衍生出了自锁托槽矫治相对于传统托槽矫治的特点：由于自锁托槽矫治使前牙的唇倾减少，加上快速的排齐缩短后牙自然漂移时间，使后牙的自然前移也相对减少，所以，后牙的支抗得到相对好的保护，故而自锁托槽矫治使用辅助装置如横腭杆，Nance弓等的使用率降低；同时快速的排齐也可以让错位牙近远中的牙齿支抗丢失减少，排齐时为初始弓丝的完全入槽提供可能。如尖牙低位，即使弓丝完全入槽也较少引起牙弓中段的开合；由于后牙的远中移动相对增加加上相对较多的扩弓效应，使得使用自锁托槽矫治病例非拔牙比例增加；因自锁托槽的低摩擦力特点，牙齿的移动不需要克服过多的摩擦力，所以排齐时使用相对较细的弓丝就能达到相对较快的牙齿移动，从而将正畸力对牙根及牙周造成的副作用降到最低；牙齿的快速排齐使弓丝的塑性形变幅度降低，加上正畸力值的降低，使得弓丝的使用时间延长，不需要频繁更换弓丝。

     当然，自锁托槽虽然有其独特的优点，也并非完美，而且这些特点并不能在每个患者中都会表现出来。过多的，极端的相信他的优点有时只会适得其反。关于自锁托槽的缺点和不足，我会在以后的博文中阐述。

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