[影响纤维桩抗疲劳强度因素的研究现状]影响零件疲劳强度的因素

　　根管治疗技术的不断完善,使临床上越来越多的残根残冠得以保存。桩核技术是修复残根残冠的重要手段,在各种材料的桩中,纤维桩树脂核制作简易方便,能够减少患者复诊次数,美学性能优良,且较传统铸造金属桩核更有利于牙体组织保存,故逐渐广泛应用于临床。纤维桩树脂核修复体在口腔内行使功能过程中可能发生疲劳或损坏,影响其远期修复效果和使用寿命,它是多种因素如咀嚼力的方向、大小及频率、口腔环境温度变化、长期唾液浸润产生腐蚀、修复体自身材料特性、形态及制作工艺、基牙条件等共同作用的结果[1-6]。本文就纤维桩抗疲劳强度影响因素的相关研究现状作一综述。
　　
　　1牙体条件
　　Carter等[7]通过临床观察发现,根管治疗后牙体自身抗折强度降低,当桩核系统修复后,其粘结界面应力分布发生改变,先使应力过度集中部位产生裂纹,随着应力的持续作用裂纹逐渐增大,再加上微渗漏的不断腐蚀,而导致修复体失效破坏。有研究表明,当剩余牙体组织较多时,设计1.5～2.0mm的箍结构,可有效增强桩核修复后的牙体抗力,余留牙体组织量亦可能对其产生影响[8-12]。
　　
　　2桩的材料
　　临床上根据材料的不同可将桩分为金属桩与非金属桩,其中非金属桩又有纤维桩和瓷桩。Mannocci等[13]通过疲劳实验发现全瓷桩的修复成功率明显低于纤维桩。Elisabeth等[14]研究也得出类似的结论。这说明桩核材料的不同对修复体的远期效果有影响。
　　2.1 桩的内部结构:纤维桩是将无数被拉伸的沿同一方向排列的加强连续性纤维稳固地粘附于环氧树脂基质中而制成,纤维丝和树脂基质之间的界面为一种有机组成,通过赋予所有纤维相同的张力,纤维桩可以达到很高的强度。其内部结构越稳定,微裂纹发生几率就越低,从而抗疲劳强度就越好[15]。实际上,不同类型的纤维所制成的纤维桩,其强度有差别。
　　2.2 桩的弯曲强度:目前,成品纤维桩的弯曲强度都在400MPa以上,足够满足临床实际应用要求。但不同种类纤维桩的弯曲强度又有显著差异,在一定范围内,纤维桩直径越大,其弯曲强度越大。Comier等[16]比较了不同纤维桩的三点弯曲强度后指出,碳-石英纤维桩的强度最高,玻璃纤维桩居中,碳纤维桩最低。Purton等[17]指出,直径同为1mm的钢桩强度高于碳纤维桩。但Love等[18]的试验结果表明,1.4mm碳纤维桩强度比1.25mm的钢桩强度高,说明适当地增加纤维桩的直径可使其强度高于金属桩,能满足修复要求。
　　2.3 桩的弹性模量与应力分布:使用不同弹性模量的桩核材料修复,牙根内应力分布不同,远期效果亦不同。有研究结果表明,纤维桩修复后牙齿的抗折强度虽然低于金属桩,但高于瓷桩,能满足临床要求[19]。根折率与桩材料弹性模量有关,弹性模量过高,会在粘结界面产生应力集中,导致裂纹甚至牙根折断。弹性模量过低,在功能活动中,可能由于边缘形变后致粘固剂崩解,产生继发龋。因此,理论上来说,弹性模量与牙本质最接近的纤维桩能使牙本质应力分布更均匀,修复后更不易发生牙折与微渗漏[20]。在纤维桩和金属桩的对比观察试验中发现,用纤维桩的患牙发生折裂率明显低于用金属桩者。
　　2.4 桩的耐腐蚀性:金属桩核长时间在口腔内会发生电解,最终导致腐蚀。而纤维桩的耐腐蚀性、生物相容性及高电阻性,使纤维桩很难被腐蚀,增加了桩核的使用寿命,同时也防止了腐蚀后的有害物质进入人体,提高了桩核的生物安全性。
　　
　　3桩的粘结与微渗漏
　　纤维桩与金属桩相比有更好的粘结界面。电镜下,纤维桩表面呈多孔性, 粘结树脂能渗透进入微孔中形成树脂突,增强机械固位。同时,纤维桩中环氧树脂基质同粘结剂中的BIS-GAMA或DAMA成分不但化学结构相似,且弹性模量也相似,故其表面对牙科粘结剂有良好的表面润湿性[21],能取得更好的粘结效果,降低微渗漏的发生。由于纤维桩具有与牙本质相近的弹性模量,故当纤维桩通过复合树脂粘固于根管内牙本质时,会形成一个功能复合体而使得应力均匀分布以减少修复体根折的发生。这时,纤维桩与牙本质的粘结界面就对修复体的远期使用有相当大的影响。当桩核粘结界面发生微渗漏时,空气中的水分及其他腐蚀介质不断对应力作用下材料的微裂纹进行腐蚀,降低裂纹尖端部位抵抗断裂的能力,使微裂纹逐渐长大[2],同时,纤维桩中的环氧树脂吸水后可发生降解,对纤维桩的强度会造成影响[22],还可能产生根面继发龋,将导致修复体失败。所以,在桩核粘固前,如何通过根管充填材料与充填方法的选择,桩道的预备,粘结剂的选择,操作全程粘结界面不被唾液污染和其他操作因素来尽量减少或避免微渗漏的发生值得临床医师详加揣摩。
　　4循环应力与疲劳破坏
　　在应力作用下,材料中逐渐出现微裂纹,随时间的延长,微裂纹缓慢增大,当其达到临界值时,材料发生疲劳破坏。在行使咀嚼功能时,牙体组织承受的是低强度、高频率的负荷,有循环应力的特点。有研究表明,在相同的应力加载时间和相同的最大应力载荷下,循环疲劳损伤要大于静态疲劳损伤[2]。
　　
　　5桩的生物力学研究方法
　　目前国内外对于桩核生物力学性能的研究方法主要有光弹应力分析法、有限元法、静态加载试验和疲劳试验[23]。光弹应力分析法和有限元法受其试验材料与试验前提条件的限制,与实际功能状态有一定差别。
　　5.1 静态加载试验:静态加载实验采用恒速加载,加力方向单一,静止载荷与口腔实际功能状态存在差异,其结果通常只反映最大承载力。但由于该方法相对简便、易行,仍是目前采用较多的方法。Heydecke 等[24]认为静载荷实验能够反映不同修复方法间抗力值的差异。
　　5.2 疲劳试验:疲劳强度是指材料抵抗疲劳断裂的能力。在正常的咀嚼活动中,经修复的牙每天要承受数百次的循环载荷,同时伴随口内环境温度的变化、酸碱度的变化及长时间的唾液浸润,故长期使用的修复体可因疲劳而导致修复失败。sorensen等[25]认为疲劳试验是评估和预测口腔环境对修复体影响的标准方法。与静态加载实验相比,疲劳试验可以较好地模拟临床情况。目前用于桩研究的疲劳试验主要是循环加载试验和温度循环试验。
　　5.2.1 循环加载试验:目前常用的牙合力循环实验主要有两种方式:①在一定的循环载荷下反复循环加载直至试件破裂,记录下试件破裂时的加载次数;②在一定的循环载荷下反复循环加载一定次数后,将未破裂的试件静态加载直至断裂,记录下试件破裂时的力值。前者可以反映出修复体的疲劳极限和使用寿命,但是比较耗时;后者虽只能模拟修复体在口内使用一段时间后的状况,但是仍能反映出牙体抗折强度随时间变化的趋势,是模拟口内咀嚼的一种经济有效的方法[26]。
　　5.2.2 温度循环试验:有研究[27]发现相同的核材料在空气中测试与在水中测试的抗压强度不同,而口腔是一个湿性的环境,随着进食食物的不同,口内温度也随之变化。温度循环试验即通过改变周围环境温度的方法来对比试验前后修复体的性能变化。
　　综上所述,多因素共同作用影响了桩核修复体的抗疲劳强度,对它们的了解有助于临床医师在治疗过程中对适应证的正确选择和准确操作,能够在一定程度上延长桩核修复体的使用寿命,保护牙体组织。但由于纤维桩需借助复合树脂形成纤维桩-树脂核复合体才能在基牙根管中粘固而形成功能整体,所以复合树脂(包括粘结剂和成核树脂)的选择不仅对试验结果会有影响,同样也在一定程度上影响着桩核修复体的预后,所以有关纤维桩-复合树脂的粘结界面的研究也亟待完善。
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　　 [收稿日期]2010-03-22 [修回日期]2010-05-12
　　编辑/李阳利