纤维桩修复体的生物力学需要研究什么？

牙体组织因龋坏、外伤等因素遭到破坏，一般都可用桩核冠来修复。临床上用的桩核种类很多，有预成金属桩、铸造金属桩、陶瓷桩、纤维桩等，使用较多的是各种金属桩，但其有很多的缺点，如容易导致根折的发生、易腐蚀、美学性能差等。近年来，伴随着纤维加强树脂研究的进展，纤维桩在临床上得到了广泛地应用，它具有单一材料没有的良好性能，例如耐腐蚀、高强度、耐疲劳、高度电绝缘性和优良的生物相容性[1]。生物力学是力学与生物学之间相互结合、相互渗透、相互融合而形成的一门新兴交叉学科，是根据确定的力学原理来研究生物体中力学问题的学科。

生物力学与口腔医学融合、交叉形成的口腔生物力学，以在口腔医学中研究基础性科学问题、解决临床实际问题、发展临床技术手段为主。口腔修复学领域需解决的临床问题多涉及到生物力学内容，存在着大量的生物力学问题。因此，本文拟对纤维桩修复的生物力学研究的最新进展做一综述。

一、 纤维桩与其他类型桩的对比研究

预成金属桩、铸造金属桩等已广泛应用于临床，但是存在容易导致根折的发生、易腐蚀、美学性能差等缺点，已经不能满足日益提高的修复要求。虽然纤维桩直到90年代才开始广泛应用于口腔临床[2]，但是因为其独特的优点，特别是其优良的生物力学特点。

Erik Asmussen等[3]研究了玻璃纤维桩、预成钛桩和氧化锆桩三种桩对牙体的应力，应力的大小由玻璃纤维桩、预成钛桩和氧化锆桩逐渐变小。A. Pegoretti等[4]通过三维有限元的方法，研究了一种圆柱状尖端平滑的玻璃纤维桩的三点弯曲强度。通过与金铸造桩及碳纤维桩的对比中发现，金铸造桩在桩-牙本质界面产生了最大的应力集中，玻璃纤维桩的应力值最小。作者认为这主要是因为纤维桩的刚度与牙本质十分接近，所以除了牙颈部边缘以外，玻璃纤维桩产生的应力场与正常牙十分接近。

Chayanee Chatvanitkul等[5]同样运用有限元的方法，研究了不同桩核修复弯曲根管的应力分布。结果显示桩核的弹性模量越接近牙本质，其拉伸应力越小，应力主要集中于根表面;随着桩核的弹性模量的增大，拉伸应力逐渐增加，并且应力集中在桩和根尖部分。作者也得出，玻璃纤维桩和树脂核修复可以尽量的减少牙体磨除量，增加桩核合理的固位。Natercia R Silva等[6]对金属桩和纤维桩进行对比，运用三维有限元的方法测定剪切应力，结果显示金属桩产生的冠方应力集中较纤维桩大，并且纤维桩的应力分布更加均匀。

Sung-Ho Jung等[7]通过动态加样实验，研究铸造桩核修复组、预成金属桩修复组、纤维桩修复组和全瓷桩修复组的边缘微渗漏及断裂模式。结果显示纤维桩修复组和全瓷桩修复组的边缘微渗漏较其他两组都小，并且纤维桩修复组的断裂模式更加有利于牙体的再治疗。等[8]也通过实验证实纤维桩修复能够优化抗折强度，改善折断模式。

循证口腔医学也总结了纤维桩的优势。Joanna N. Theodosopoulou 等[9]，从MEDLINE，Cochrane，和EMBASE中分别搜索出的997,141,25篇文章进行了系统评价。其中随机对照实验结果提示，碳纤维桩生物力学上明显优于贵金属桩，玻璃纤维桩优于金属螺纹桩，但是比钛桩差，并优于石英桩。Dietschi D 等[10]对1990-2005年PubMed/Medline中文章的系统评价中得出：纤维桩和复合树脂能够联合抵抗疲劳应力，是目前最优越的治疗方案。并且其修复失败后产生界面裂纹和造成严重的牙齿断裂的几率较属桩或者是全瓷桩小。

二、 不同材料纤维桩性能的研究

临床上应用的纤维桩的种类比较多，现在应用较多的有碳纤维桩、玻璃纤维桩和石英纤维桩，他们在生物性能上又稍有差别。

Vivian J.-J. Wanq等[11]对石英纤维桩和碳纤维桩分别运用酸蚀粘接系统和自酸蚀粘接系统的研究中发现，石英纤维桩较碳纤维桩有更高的粘接强度，酸蚀粘接系统较自酸蚀粘接系统有更高的结合强度，并且结合强度从冠方到根方有显著的减小。提示酸蚀粘接系统处理的石英纤维桩比自酸蚀粘接系统处理的碳纤维桩更好。Ayse D. Kececi等[12]研究了半透明石英纤维桩、不透明玻璃纤维桩和光电玻璃纤维桩同两种不同的双固化粘接系统(Variolink II和RelyX Unicem)的粘接结合力，结果显示不透明玻璃纤维桩与Variolink II粘接系统的结合力最大，提示结合强度会受到粘接剂类型和桩类型的影响。

Mustafa Kalkan 等[13]对不透明纤维桩(Snowpost)，半透性纤维桩(FiberMaster)和光电纤维桩这三种系统的玻璃纤维桩的研究中发现，这三种系统与牙的结合强度有显著性差异，非透光性和光电玻璃纤维桩的结合强度相近，明显高于半透性玻璃纤维桩。对玻璃纤维桩的颈段、中段和尖端的结合强度研究中发现：半透光性和光电玻璃纤维桩的颈段结合强度高于中段和尖端，但在非透光性玻璃纤维桩中无明显差异。并且所有差异与时间无关。

三、 不同形态和长度的纤维桩的研究

纤维桩的形态、长度等的不同对根管壁牙体组织的应力作用也可能不同。Dietschi D等[10]对1990-2005年中文章的系统评价中提示：由于根管卵圆形外形以及根管最深部部分关键牙本质微观结构的影响，纤维桩的根方粘接是一个难点，必须要采用特殊的粘接剂。Poskus LT等[14]研究了桩的外形：圆锥形和平缓型，桩的表面外形：平行面和锯齿面，粘接剂：双固化粘接剂(Rely-X ARC)和自固化粘接剂的不同，得出玻璃纤维桩的固位力不受桩的设计、表面的粗糙程度和粘接剂的类型的影响，选择锯齿状外形的桩以及自固化粘接剂对改善桩的固位力意义不大。Erik Asmussen等[3]也证实，锥形桩的应力普遍高于平行桩，增加桩的长度或者直径也能减低应力。

关于纤维桩长度对生物力学的影响，也有很多研究。M.-L. HSU 等[15]对7、10和13mm的纤维桩和金属桩的三维有限元研究中得出，当桩的长度由13mm变化到7mm的过程中，纤维桩的压力模式变化不大，而金属桩的压力模式则呈现一种M型巨大变化。所以在使用金属桩的时候，要求其能够尽量长，而这样就要去除更多的牙体组织，降低牙体抗力。而纤维桩对长度的要求比较低，具有一定的优势。Necdet Adanir等[17]选择平均临床牙冠长度为9mm的上颌中切牙进行实验，对6mm(小于临床牙冠长度);9mm(等于临床牙冠长度)和12mm(大于临床牙冠长度)的三种纤维桩(Snowpost)粘接后牙体的抗折强度分析得出。

6mm纤维桩组的抗折强度明显低于其他两组，而9mm与12mm纤维桩组的抗折强度无明显差异。提示临床中要避免使用长度短于临床牙冠长度的纤维桩进行修复，而和牙冠长度相等的纤维桩能够提供足够的抗折强度，并且可以尽量多的保存牙体组织，在临床应用中应当采用。Marco FERRARI等[16]用有限元的方法研究了玻璃纤维桩长度对中切牙及周围组织的压应力及拉伸应力的影响，他们选用了三种插入根管内5，7，9mm的纤维桩，结果显示所有纤维桩修复体都会影响中切牙的生物力学，增加牙根的抗折能力，但是纤维桩插入的不同长度对修复牙的生物力学几乎没有影响。Schmitter等[18]也证实了桩长度对抗折强度的影响不大。

四、 纤维桩粘接系统的研究

Francesca Zicari 等[19]研究了PAN、CLF、VAR、UNI和EGC几种粘接剂，结果CLF的结合强度最高主要因为CLF中以磷酸盐为官能团的单体物质，这种分子能够与嵌合层相结合，而且其在水中很稳定，这种结构能有效的提高长期结合力。而UNI和EGC的封闭作用强于其他三种。Luca Giachetti等[20]比较了双固化粘接系统(Excite DSC and RelyX ARC)、自粘接双固化系统(RelyX Unicem)和光固化系统(Excite DSC and这三种粘接系统对半透明纤维桩的粘接强度的影响。结果在根尖的结合强度比较中，光固化系统最小，但与其他两个系统没有统计学差异;而在冠方和根中份，自粘接双固化系统的结合强度最低，差距具有统计学意义。最终得出双固化系统和光固化系统与根管间的界面结合力没有差别，更加适合于透明纤维桩的粘接。Fulya Toksoy Topcu等[22]研究了玻璃纤维桩和碳纤维桩用自酸蚀粘接系统(ClearfilTM SE Bond and Optibond® all-in-one)，全酸蚀粘接系统(XP BondTM)和双固化粘接系统(MaxcemTM)粘接后的结合强度，结果显示，不管是哪一类粘接剂，玻璃纤维桩较碳纤维桩提供的固位力强。

Ebru Özsezer Demiryürek等[21]对5种表面处理剂(5％ NaOCl;Sikko Tim;17％ EDTA;37％磷酸;10％的柠檬酸)处理根管，自酸蚀树脂粘接剂粘接后，纤维桩与根管的结合强度进行分析。结果发现表面处理能够提高纤维桩和牙本质的结合强度。其中Sikko Tim处理组的结合强度最高(16.52 ± 1.73)，而Sikko处理不能很好的去除根方牙本质玷污层，提示在运用自酸蚀树脂粘接剂时，不推荐去除玷污层通畅牙本质小管。因为用自酸蚀树脂粘接剂时，牙本质会形成过分的酸蚀，影响了微拉伸应力，最终对树脂粘接产生不利的作用。同时，自酸蚀树脂粘接剂的粘接效能的提高主要是靠形成嵌合层，而不是树脂进入牙本质小管形成的树脂突。R. DE SANTIS等[23]运用拉伸实验分析碳纤维桩与树脂粘接剂的粘接界面应力分布情况，发现在粘接长度的中份的压力分布是最小的，而压力最大处位于粘接面最高处。粘接的平均结合强度为，最大结合强度为50MPa。作者认为这种优化的力传导和高的固位特性主要是由于采用了碳纤维桩的设计。

五、 对箍效应的研究

Laurent Pierrisnard 等[24]通过有限元法研究发现，不管是拉伸应力还是压缩应力，其最大值主要集中在颈部区域，颈部的拉伸应力在存在箍结构时小于140Pa，而丧失箍结构时增加到超过230Pa。从而得出，颈部箍结构在减少应力防止牙折中起决定性作用。Schmitter等[18]研究了纤维桩的箍结构高度对修复体的折断强度的影响，结果显示增加箍结构的高度或者用树脂粘接能够显著增加抗折强度，提示在箍结构高度不足的情况下，最好选用树脂对纤维桩进行粘接。对比研究钴铬金属桩、碳纤维桩与未用桩修复牙体的抗折强度，结果显示，箍结构高度的增加都能产生更大的抗折强度，未用桩修复的牙体的抗折强度明显低于用钴铬金属桩或者碳纤维桩修复的牙体，但是钴铬合金桩修复后牙体的折断状态很严重。

六、 展望

纤维桩具有金属桩所无法比拟的优越性，纤维桩和树脂类核联合使用，可以使最终的修复体更加接近天然牙的本来结构。它们的强度和弹性模量均与牙本质接近，并且可以通过树脂类粘接剂，与牙本质之间达到很强的粘接效果，与牙体最终形成一个协调的整体，使应力沿着牙根均匀分布，提高了修复后牙齿的抗折强度。可以预见，随着纤维桩生物力学性能的不断改进，纤维桩会更加广泛地应用于口腔临床。