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牙和种植体对咬合力的反应

种植治疗中咬合的角色

 

尽管对天然牙的咬合和咬合损伤进行了广泛的研究,但有关种植体咬合的文献有限。

牙齿和种植体之间的生理差异使得将天然牙的咬合文献应用于骨内种植体几乎是不可能的。

此外,研究种植体咬合存在一些挑战,包括在人类临床研究中研究咬合的可行性和伦理学。

因此,大多数关于种植体咬合的可用信息依赖于工程学和力学原理来理解种植体咬合。
 

牙和种植体对咬合力的反应

天然牙与骨内种植体的生物学存在差异。

了解天然牙和牙种植体的对比生物生理学对于理解咬合力如何不同地影响彼此是必要的。

最根本的区别是它们与牙槽骨的附着或连接。

天然牙悬挂在牙槽窝中,通过牙周膜(PDL)与牙槽骨相连,而骨内种植体则通过骨整合直接与骨相连(所谓的功能性nianl粘连)。

这种差异在生物学和咬合生物力学方面有一些意义。
 

 

牙周膜起着牙齿减震器的作用。

此外,牙周膜内的机械感受器向中枢神经系统发送信息,允许检测咬合负荷。

缺乏PDL的种植体显示出较少的触觉敏感性和咬合意识。

Hammerle等人表明,天然牙的触觉敏感性平均阈值是种植体的8.75倍。

因此,咬合超负荷更容易在天然牙齿中检测到,并引起保护性反射以减少负荷。
 

 

由于PDL的存在,天然牙在咬合力作用下的生理活动性增加。

自然齿可轴向位移25至100 微米,水平向56~150微米。

当施加咬合载荷时,应力沿牙根向根尖方向的分布逐渐减小。

运动支点发生在牙根的三分之一处,牙齿可以进行牙根的旋转运动。
 

 

牙种植体直接与骨相连,消除了生理活动的空间。

与牙齿相反,种植体只能轴向移动3至5微米,水平移动10至50 微米。

因此,虽然牙齿可以通过压入或轻微旋转来适应移动,但牙-种植体-骨界面则吸收所有力。

虽然力沿天然牙均匀分布,但力集中在种植体周围的牙槽嵴骨水平。
 

 

天然牙和种植体之间的差异也会影响咬合力对周围骨骼的影响。

例如,种植体缺乏纤维附着,周围的纤维平行于种植体。

相反,牙周膜的纤维垂直于牙周膜,其方向与轴向载荷相反。

这对牙齿的健康至关重要,因为垂直方向的咬合载荷不会引起活动,但是侧向咬合载荷可以。

由于纤维不朝向轴向载荷,种植体更容易受到侧向力的影响产生扭矩。
 

 

自然牙齿和种植体之间的运动阶段差异也很大,影响了周围骨骼对咬合载荷的反应。

在自然牙齿中,牙齿的运动不是线性的。

它从一个初始阶段开始,牙齿在PDL的边界内移动。

持续的受力包括第二阶段,即牙槽骨的弹性变形。

种植体的运动的缺乏初始适应阶段,直接以线性和弹性的方式移动。
 

 

牙周骨与种植体周围骨的机械负荷比较。

Wolf定律提出了骨骼能够适应机械应力的观点。

Frost进一步阐述了这一概念;他指出,骨适应可以以合成代谢或分解代谢反应的形式发生,这取决于施加的机械力的大小。
 

 

Frost的机械稳定模型使用了应力和应变的概念。

在这种骨骼模型中,应力是在给定区域施加在骨骼上的机械力并产生应变。

应变可描述为骨骼的变形,特别是其长度上的变化。

尽管应力的大小总是影响应变的大小,但变形的程度是由骨骼的固有特性决定的。

Frost以微应变为单位描述应变;1000微应变相当于0.1%的骨形成。
 

 

根据Frost的说法,少量的应变会导致分解代谢性骨反应或废用性萎缩。

然而,骨骼需要一些应变进行重塑。

在这方面“稳定状态”,骨损伤通过修复和新骨的沉积达到平衡。

然而,持续增加应变水平会导致骨吸收,最终导致骨折。
 

 

Frost以胫骨(长骨)为基础建立了他的机械稳定模型。

牙槽骨的性质与此骨不同。

因此,机械稳定理论的精确微应变水平不适用于牙槽骨;然而,这个概念可能是适用的。

建议一定程度的咬合负荷是避免废用性萎缩的必要条件,一定范围的咬合负荷可导致健康的骨重建,并且存在一个严重的咬合力阈值会引起骨吸收。
 

 

一些证据支持将Frost模型应用于种植体周围的骨。

Melsen和Lang表明,猴子种植体周围的骨沉积发生在3400到6000微应变;然而,在6700微应变阈值后出现净骨丧失。

然而,正常水平的咬合与适应性骨重塑、骨与种植体接触增加、骨整合增强有关。

骨反应似乎因所研究的负荷类型而异:静态负荷导致合成代谢反应,而循环负荷显示种植体顶部的骨吸收。
 

 

类似于牙齿和种植体之间的生物生理差异转化为周围骨对咬合负荷的不同反应,它们的物理特性影响生物力学反应。

弹性模量为物质的刚度或对弹性变形的抵抗力,由应力和应变共同决定。

当应力与应变作图时,曲线的斜率决定了弹性模量。

根据工程学原理,当两种不同的弹性模量材料之间,其中一个加载时,应力作用在两种材料接触的地方。
 

 

牙齿的弹性模量与皮质骨非常相似。

因此,当牙齿被加载时,它不会在牙槽嵴界面产生大量应力。

另一方面,钛种植体的弹性模量是皮质骨的5到10倍。

这支持了在咬合过载的情况下可能发生牙槽嵴或边缘骨丧失的理论。
 

 

咬合过载

一般来说,天然牙和种植牙都应处于生理咬合状态,即“咬合与咀嚼系统功能协调”,如果天然牙的咬合方案不协调,则可能发生咬合创伤。

这可能导致适应性反应,如咬合磨损,或创伤性反应,包括活动性或PDL增宽。

在种植体咬合的情况下,适当描述为咬合超负荷。

咬合超负荷是通过正常功能或副功能习惯对种植体施加力,导致种植体结构或生物学损伤。

咬合超负荷与种植体的修复体、基台、种植体组件或周围牙槽骨损伤有关 。
 

 

虽然对咬合超负荷的一般定义存在共识,但对“咬合超负荷”一词在文献中的使用方式的修改却大相径庭。

有些人说,只有当种植体出现问题或失败时,才适合使用“咬合超负荷”一词。

应用Frost的应变模型,咬合超负荷指的是与分解代谢骨反应相对应的微应变水平。

Melsen和Lang在狗模型中使用牙科植入物量化了这种微应变水平。

超过6700微应变,骨吸收发生。
 

 

研究中面临挑战

咬合超负荷的研究和相关文献的解释是困难的,原因有几个。

咬合力与力一样,可描述为以下4个方面:大小、持续时间、分布和方向。

Frost等研究仅考虑1个变量,即大小。

此外,咬合负荷可在修复体或基台水平上测量,机械测量无法从骨-种植体界面获得。

其他因素,如混杂因素和偏倚风险使咬合超负荷的研究复杂化。

最后,由于明显的伦理原因,临床试验应用咬合技术对人类是不道德的。

因此,种植体的咬合超负荷仍然是一个矛盾的问题。

尽管如此,咬合超负荷仍然与许多种植体并发症,包括生物学和生物力学方面的并发症有关。

事实上,咬合超负荷和种植体周围炎被认为是晚期(骨整合后)种植体失败最常见的原因。
 

 

与咬合超负荷相关的并发症

咬合超负荷已被怀疑是边缘骨丢失的因素之一。

理论上,这是可能的。

如前所述,种植体的应力分布发生在牙槽嵴骨水平。

与钛植入物相比,骨弹性模量的差异意味着力指向接触的第一个区域,在牙槽嵴骨水平。

该区域的微骨折反过来又可能产生边缘骨吸收。
 

 

Kozlovsky等人发现,动态超负荷造成边缘骨质疏松,然而,这种程度是由炎症的存在决定的。

在没有炎症的情况下,种植体颈部以下没有发生骨吸收。

牙菌斑引起的炎症导致了更大的骨丢失,达到了种植体螺纹的水平。

一些理论认为,如果咬合超负荷确实与边缘骨丢失有关,那么微小的移动可能导致种周炎的发展。
 

 

咬合超负荷已被视为生物力学并发症的主要原因,包括螺钉松动、修复体失败、螺钉、贴面材料或种植体折断。

这一点非常重要,因为这些并发症成本高、耗时长,而且有些并发症,如种植体折裂,可能导致种植体失败。
 

 

可能导致咬合过载的因素

认识可能导致咬合超负荷的因素有助于预防咬合超负荷和可疑的相关并发症。

这些因素包括:大悬臂、副功能习惯/磨牙症、牙尖斜面过陡、力分布不良(如接触点不良)、咬合干扰和骨质量差。


 

生理学种植体咬合建议

种植体咬合应力求创造一个生理上的、和谐的咬合,避免咬合超负荷,防止不必要的种植体并发症。

如前所述,咬合力和所有力一样,可以用4种方式来描述:大小、持续时间、分布和方向。

种植体咬合的许多目标都基于这4个因素。
 

 

在考虑咬合力的方向时,建议减少剪切力和增多压缩力。

在这样做时,咬合应产生轴向力,而不是侧向力或水平力。

压缩力下的骨骼比剪切力下的骨骼会更强壮。

非轴向载荷会导致牙槽嵴周围更高的应力。

事实上,Rangert等人发现颊舌方向上15度的偏差会导致咬合过载。

因此,减少剪切力将保护种植体周围骨。
 

 

如果15度的颊舌偏移就会导致超负荷,那么All-on4情况下的倾斜种植体是否会导致超负荷则是一个有趣的问题。

All-on4概念允许下颌骨出现20到30度的偏斜,或上颌出现45度的偏斜。

这并不特别指颊舌方向,可能与近远中偏斜也有关。

考虑到Browaeysde等在49.2%的患者中使用了20到30度倾斜种植发现了边缘骨丧失,这对治疗计划决策也很重要。

Ramiglia等人还发现种植体倾斜度与骨丢失之间存在关联,大约20度的偏差是可以接受的。

尽管其他比较倾斜种植体和直立种植体的研究没有报道边缘骨丢失的显著差异,但这些研究没有考虑颊骨丢失,也没有使用三维放射学技术分析。
 

 

推荐种植体咬合

单颗和局部种植体支持的固定义齿方案

与天然牙相互保护是一种和谐的种植体咬合方案。
 

 

建议在最大牙尖交错位时,邻近天然牙有正常的咬合接触,种植体的咬合面和对侧牙之间轻接触或轻微间隙。

这是因为种植体没有PDL支撑,也没有自然牙齿在牙槽内的垂直生理活动。
 

建议在侧向和前伸运动中存在天然牙的前方引导。
 

在侧方运动时,避免合干扰,减少非轴向的剪切力。
 

过早接触易导致种植体咬合过载。

建议使用大自由度(1–1.5mm)以获得最大的牙间交错位和正中关系,以防止过早接触。
 

如果尖牙也是种植体修复,则不应主要参与侧方引导,这将使种植体受到严重的横向剪切力。
 

牙周受损的肯氏Ⅳ类患者前牙或前牙固定桥不应受到严重的前伸受力。

在这种情况下,应使用组牙功能合。

如果种植体被放置在腭部位置(由于有限的颊骨),种植体很可能在咬合时承受剪切力。

在这种情况下,Misch等人建议将牙齿放在反合中以避免非轴向载荷。
 

 

修复体设计

了解修复体设计对种植体及周围骨的影响是实现种植体生理咬合的关键。
 

 

大悬臂起杠杆臂的作用,会在相邻基台上施加应力。

大悬臂与剪切力的产生、骨丢失和修复失败有关。

Shackleton等人发现,修复失败在>15mm长悬臂中更为常见。

TorrecillasMartinex等人的系统回顾和荟萃分析发现,轻微并发症,如基台螺钉松动,在悬臂修复体中比在非悬臂修复体中更常见。

有几位作者推测,悬臂式修复体的修复体并发症与非轴向受力有关。

以修复为导向的种植体植入将减少剪切力和每个植入物上的悬臂效应。

在可能的情况下,建议使用外科指南进行植入。
 

 

消除剪切力的其他方法包括增加种植体的数量,保持足够的牙冠高度空间(15mm或更大可能产生更多的微应变),减少冠根比,减小覆合和获得被动就位。
 

 

种植修复体的解剖结构在很大程度上影响着施加在牙齿上的力的方向、大小和分布。

影响因素包括牙尖斜度、咬合面的大小以及与对侧牙接触点的数量。
 

有限元分析表明,高牙尖斜度会增加齿上的力,而增加10度齿尖斜度会增加30%的弯曲力矩。

选择减小齿尖斜度可以在减小力的同时保护齿免受剪切力的影响。
 

窄咬合面可确保轴向力,防止悬臂效应和弯曲力矩,减少力的大小。

在1项研究中,将咬合面缩小30%可使侧向力的大小减少近50%。
 

控制力分布的最重要的解剖学考虑是种植体冠上接触点的数量。

后牙的本体感觉程度与前牙不同,因此可能受到咀嚼肌产生的力影响。

因此,通过在多颗牙齿上包括多个接触点来增加力的分布对于保护后牙咬合至关重要。

研究表明,当牙种植体有一个接触点而不是多个接触点时,骨上的应力会增加。

此外,接触点应集中在牙冠中央,以避免悬臂和弯曲力矩。
 

 

患者因素

患者因素会影响种植修复的咬合。

例如,副功能习惯或磨牙症会影响种植计划、修复和维护。
 

 

磨牙症与咬合过载、边缘骨丢失、机械问题、种植技术和生物失败有关。
 

 

在Zhou等人的Meta分析中,磨牙症患者与非磨牙症患者的种植失败风险比为3.83。
 

 

修复体设计是磨牙症患者的关键,从正确的植入位置到解剖学的考虑,以减少剪切力。

此外,由于磨牙症患者经历更多的并发症和失败,建议经常随访。

如果副功能性习惯包括夜磨牙,则应制作合垫保护。
 

 

患者的骨质量影响咬合的决定。

Lekholm和Zarb根据皮质骨和小梁骨的数量将骨分为4种类型。

1型骨密度最大,完全由皮质骨构成。

第4型骨主要是小梁状骨,周围只有一层薄薄的皮质层。

这对植入物的咬合有影响,因为致密的皮质骨和低密度的小梁骨之间的弹性模量不同。

当物质的弹性模量不同,并且有一种物质被加载时,应力将集中在物质相遇的地方。

钛与小梁骨之间的弹性差异大于钛与皮质骨之间的弹性差异。

在低骨密度下放置植入物会导致纯钛植入物更高程度的失败。

Jaffin和Berman发现,在5年后放置在第IV类骨上的纯钛植入物中有35%失败,但放置在第I-III类骨上的植入物中只有3%失败。

Goodacre等人51分析了7项比较不同骨类型的移植骨的研究,包括Jaffin和Berman研究。

这7项研究的结果表明,植入IV类骨的植入物中,16%的植入物丢失,而植入I型至III型骨的植入物仅丢失4%。

一种可能的解决方案是使用植入物的渐进负荷或使用表面粗糙化的种植体。

延长愈合时间,并可增加骨密度和减少牙槽嵴骨丢失。

粗糙的种植体表面可缩短骨整合所需的时间,从而将过早加载的可能性降至最低。

Turkyilmaz等人发现,计算机断层扫描(CT)成像可用于确定植入手术前的骨类型。

因此,获得CT图像可能有助于确定骨质量是否有助于避免或促进咬合过载和可能的植入失败。
 

 

种植体设计

种植体的设计可能会影响周围骨骼对咬合力的反应。

与圆柱形植入物相比,螺纹状种植体具有更高的骨-种植体接触面积,因此具有支撑作用。

锥形种植体设计比平行种植体更能减少剪切力。
 

 

关于直径,较宽的种植体比较窄直径的种植体更能抵抗应力;然而,长度这并不意味着巨大的考虑。

不建议使用光滑颈部,因为它可能会增加剪切力;微螺纹产生的剪切力较小。
 

 

使用方螺纹、增加螺纹深度、增加螺距和涂层植入物(与机加工植入物相比)也会增加骨与种植体的接触。
 

 

尽管一些理论认为夹板固定种植体可以分散种植修复体上的应力和应变,但没有研究显示夹板在传统或短期内可以减少存活率或骨丢失。

 因此,作者认为没有足够的证据来推荐用夹板固定来降低咬合过载的风险。
 

 

上述建议有助于创建一个保护种植体、种植修复体和天然牙列的种植体咬合。

在某些情况下,由于各种原因,种植体咬合可能受到影响。

因此,监测咬合是临床医生的责任。

咬合变化是可以预期的,咬合过载的可能后果是周期性的评估。

保持良好的力分布和方向将有助于保持植入物的寿命。

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