关于牙齿摩擦相关研究综述

关于牙齿摩擦相关研究综述摘要:由于生理需要和各种因素的影响，牙齿磨损是无法避免的自然现象。

随着人类平均寿命的提高，牙齿的磨损问题越来越不容忽视，如何防治牙齿的非正常磨耗具有很重要的现实意义。

全面了解牙齿的摩擦磨损行为，既可以为临床防治牙齿过度磨耗提供理论指导，又有助于开发新型牙科修复材料。

本文从生物摩擦学角度系统地概括了天然牙及其他牙科材料的摩擦学特性，得到的一些结论。

关键词：牙齿磨损；牙科材料；生物摩擦学；摩擦学特性引言生物摩擦学(Bio—tribology)是1973年由Dowson等提出，研究内容主要包括所有与生物系统相关的摩擦学问题[1]。

生物摩擦学的研究内容十分丰富，是摩擦学领域一个正在迅速发展的重要分支。

其实，自从地球进化到人类以来，人们都在有意无意地接触一些生物摩擦学问题。

动植物特有的生物活性，加上独特的显微组织、结构和表面形貌等特性，还使得生物体内的摩擦副以及肌体表面具有一定的自我适应、自我修复的功能，从而表现出奇异优良的表面摩擦学特性。

生物器件特有的摩擦学性能吸引了一批科技人员的极大兴趣。

不过，也正是上述特性，使得生物摩擦学的研究较传统工程摩擦学更为复杂和困难。

1牙齿摩擦学研究概况除了人工关节和心脏瓣膜等为代表的生物摩擦学的主要研究领域以外，口腔种植牙作为普遍人工器官之一，同样引起人们的高度重视。

目前, 种植牙面临的最普遍问题就是松动和断裂，而且对于修复后的天然牙也常出现牙科修复材料脱落的现象, 其失效机理尚未弄清[2]。

因此，深入研究牙科材料的磨损机理有助于选择和开发新的生物及机械性能优异的口腔修复材料。

生物摩擦学在医学上最成功的应用是对人工关节的研究，从人工关节润滑机理到人工关节的材料选择和计算机辅助优化设计到制造等，每年都有相当数量的论文报道这方面的研究。

因此，近年来对生物摩擦学的研究出现了长足进展。

随着人民素质的提高和生活水平的普遍改善，人们对牙齿保健和审美的要求越来越高。

从而对牙科修复材料提出了更高的要求。

在我国，每年用于购买生物材料的外汇在数干万元以上，其中牙科修复材料占了很大比例。

目前国内外对天然牙及牙科修复材料的摩擦学研究相对较多，对天然牙的摩擦学研究主要集中在体内临床观察上，而对牙科修复材料摩擦学集中在复合材料和陶瓷材料上。

1.2牙齿相关磨损问题牙齿，包括天然牙和修复体，不仅是人体内直接行使咀嚼功能的器官，而且与发音、言语及保持面部协调美观等均有密切关系[3]。

由于咬合功能的需求和口颌系统的生理、病理因素，牙齿磨损是进行性的、不可逆的[4]。

因此，牙齿(天然牙、义齿等)的摩擦磨损虽令人烦恼但普遍存在、无法避免。

而且,车祸、外伤等各种原因导致牙齿缺失的病例也为数不少，仅在中国大约就有3亿多人缺牙。

天然牙的磨损可分为两体磨损和三体磨损两种类型。

前者主要由牙齿的直接接触引起，后者则由食物中的颗粒或牙膏造成。

在某一特定的牙齿表面，磨损可能由于其中的一种类型引起( 例如牙齿接触面的三体磨损)，也可能两种类型共同作用的结果[5]。

也有学者提出在考虑两体磨损的同时也应考虑冲击磨损，由于冲击应力在材料表面产生微裂纹，从而在材料的近表面形成网状裂纹而导致材料的脱落，这些脱落的颗粒有可能促成材料间的三体磨损。

天然牙的磨损过程极其复杂, 包括机械、热能和化学反应。

1.2口腔内的化学环境和咀嚼参数口腔内的化学环境极为复杂，对牙齿磨损有很大的影响。

唾液是口腔化学环境的最重要成分之一，具有多种功能：充当润滑剂，使食物的咀嚼和吞喁易于进行；充当酸性食物的缓冲液，减缓产生牙菌斑；提供钙、磷离子，促使釉质再钙化。

通常，唾液里中性，pH值约为7，酸性饮食嗜好者口腔内的pH值可以达到3，反刍胃酸的pH值约为1．2。

不同软饮料的酸度不同，pH值介于1—6之间。

牙齿在酸性环境中的暴露时间越长，磨损就越严重[6]。

2牙齿摩擦研究方法2.1体内磨损试验由于牙齿磨损在体内不能被强化(或加速)，体内研究必须依赖志愿者的支持。

虽然可以采取措施尽量使试验者的试验工况一致，例如制定饮食制度．控制生活工作环境和疾病等，最大限度地减少各种因素对试验结果的影响，但是，由于每个试验者都是独立的个体，他们之间仍不可避免的存在个体差异，从而影响试验结果。

此外，鉴于牙齿在口腔内的磨损是多种机制共同作用，因此，体内试验无法把某个关键的影响因素孤立起来进行考察。

测量技术的灵敏度也是一个不得不考虑的重要问题。

虽然部分体内研究报道可以定量测量牙釉质的磨损量，但是，这需要借助昂贵的仪器，目前的大多数研究仍然采用精密度较低的定性设备，试验误差很大。

大多数体内研究采用面的磨损量来进行评价。

有一些研究是结合临床治疗的需要进行定性评估。

这两种评价方法均受试验者个体差异的影响，因此也限制了它们在调查研究中的使用。

2.2体外磨损试验与体内试验相比，体外磨损试验的最大优点就是实验者可以有选择地控制试验参数，对磨损机制和主要影响因素进行深入研究。

鉴于牙齿的工作环境是人体口腔，因此，能够真实模拟口腔环境和咀嚼模式的试验机是体外实验研究的关键。

目前，文献报道的大部分体外研究工作是在不同的试验机上完成的，所用的载荷、速度、介质等均不同，很难对这些研究结果进行比较。

3天然牙的摩擦磨损行为研究天然牙的磨损在正常情况只要由磨牙、咀嚼和刷牙引起。

文献报道显示，目前大多数研究人员利用比较简单的体外磨损试验装置来研究天然牙出于磨牙或夜磨牙所导致的两体直接接触滑动磨损。

下图给出了牙釉质和牙本质在不同载荷作用下每一个磨损阶段所对应的磨损率[7]。

图表1牙釉质和牙本质在不同载荷作用下每一个磨损阶段所对应的磨损率在咀嚼运动的开牙合阶段，作用在上下对颌牙表面的咬合力很低，牙齿磨损非常轻微。

在咀嚼运动的闭阶段，由于咬合力的作用，食物颗粒堆积在牙合面间充当第三体，牙釉质表面发生三体磨粒磨损。

研究发现在咀嚼过程中釉质表面由于磨牙产生的擦痕有助于更多的食物颗粒停留在牙牙台面充当第三体[8]。

可能是由于试验手段的限制，目前关于食物颗粒导致的天然牙三体磨粒磨损的研究较少。

图表2咀嚼的简要过程大多数研究均表明牙膏和牙刷中所含磨损颗粒对牙釉质造成的磨损很轻微[9]，但对牙本质和牙科修复材料磨损的影响却不容忽视。

而且，牙膏不同，牙齿的磨损率也不同。

4牙科修复材料的摩擦磨损行为研究用于修补缺损牙齿、替代缺损缺失牙列并恢复其形态、功能和美观的材料统称为牙科修复材料。

随着咀嚼咬合的进行，修复体与天然牙或修复体与修复体之间不可避免的会产生磨损。

无论是天然牙被磨损，还是修复体被磨损都会影响修复效果。

因此，全面了解各种修复材料的摩擦学特性，有助于选择合理的匹配，达至最佳修复效果。

牙科修复材料(包括充填材料、义齿材料、植入材料、粘结材料等)种类繁多，按照材料品种可分为金属材料、陶瓷材料和高分子材料三类。

4.1陶瓷陶瓷存在轻微磨损和严重磨损，前者具有较低的磨损率、光滑的表面和相对稳定的摩擦力，其磨损机理主要是塑性流动或表面反应；后者与表面粗糙度以及物体表面的摩擦力有关，其磨损机理主要是脆性结构[10]。

4.2合金合金的磨损常表现为界面磨损和粘着磨损两种类型。

前者在发生磨损前的材料表面一般为光滑的，发生磨损后表面形成磨粒碎屑[11]；后者主要是材料表面的变形, 即对摩材料表面的微突体或嵌入对摩材料的磨粒造成材料表面变形。

4.3复合树脂磨损可以发生于复合树脂填充体的各个部位，但不同部位的磨损率无明显差异。

对于非接触型复合树脂的磨损, 增加复合树脂单位体积内填充料的含量，可以增强其机械强度和硬度。

增加填料颗粒的大小可以减少填充体暴露面的耐磨性能. 但Venkata等[12]指出，填充颗粒尺寸和性质的轻微差异对中等填充颗粒复合树脂的磨损行为并没有明显影响。

当与唾液中的水分和其它成分接触后, 复合树脂的某些成分会发生溶解和释放。

研究发现, 在人工唾液中，复合树脂的离子释放程度高于蒸馏水中的。

郑靖等[13]考察了树脂牙同TA2 钛球对摩时几种口腔环境因素对树脂牙摩擦磨损性能的影响，发现树脂牙在人工唾液介质中同钛球对摩时表现出较好的摩擦磨损性能；随着法向咬合力增加，树脂牙的主要磨损机制由轻微磨粒磨损转变为严重粘着磨损，且耐磨性能变差；人工唾液和碳酸饮料长期浸泡处理对树脂牙摩擦磨损性能影响很小；而在温度0～60 ℃范围内经热循环老化预处理后树脂牙的耐磨性显著降低。

5牙齿摩擦研究相关结果在同一颗恒牙牙冠上，沿着牙台面切向从牙台面外层的釉质到牙本质逐层与TA2纯钛球对摩时不同区域在牙合向截面上的摩擦接触位置示意图，牙冠不同区域在牙合向截面上的三维摩擦特性图，对应的摩擦系数随循环次数变化的关系曲线。

图表3不同区域在牙合向截面上的摩擦接触位置示意图图表4牙冠不同区域在牙合向截面上的三维摩擦特性图图表5对应的摩擦系数随循环次数变化的关系曲线在同一颗天然牙轴向截面上，沿着长轴方向从外层的釉质、釉质牙本质界到里层的牙本质与TA2纯钛球对摩时不同区域在轴向截面上的摩擦接触位置，摩擦系数随循环次数变化的关系曲线如图[13]。

天然牙和3类牙科修复材料与 GCr15钢球对摩时的摩擦系数变化情况如图所示结合天然牙表面的显微观测我们发现在往复运动约1000次之前天然牙表现出非常优良的摩擦性能摩擦系数较低。

不同试样材料的磨痕深度[14]，5牙齿及牙科材料研究存在的问题牙合接触磨损是牙齿磨损的最大问题。

非牙合触磨损机理，如咀嚼运动的开始段和刷牙对牙釉质磨损的影响都很轻微。

目前尚不清楚哪一种接触磨损机制是主导机制。

鉴于生理和病理因素的影响，主导磨损机制可能因人而异。

由于体内试验本身的种种局限性，很难揭示牙齿的磨损机理和主要影响因素的相互作用。

虽然体外试验可以随意改变和控制影响牙齿磨损进程的关键变量，遗憾的是，目前的大多数体外研究主要关注牙齿(包括天然牙和牙科修复材料)在模拟口腔环境下的磨损率和磨损等级，很少深入研究其磨损机制以及口腔环境因素的影响。

此外，由于部分试验手段过于简单，相当多的体外试验结果和相应结论与体内的临床观察不完全一致。

另外，材料本身的微观结构与其摩擦学特性关系密切。

虽然关于天然牙微观结构及其临床病理性变化的研究很多，但大部分研究都是围绕牙齿的组织病理学展开的，并没有与其摩擦磨损行为相关联，这在很大程度上局限了牙齿摩擦磨损问题的深入研究。

因此，从机械工程学科(摩擦学)、医学、材料学等多学科交叉的角度来系统研究天然牙及牙科修复材料的摩擦学特性，有可能取得突破性的进展，不仅可以丰富和发展生物摩擦学理论，而且，必将为临床防治牙齿磨耗、开发新型仿真牙科修复材料提供重要的理论指导。

目前国外对牙科材料磨损试验的研究处于发展阶段, 一些磨损试验机相继问世，但还没有标准试验系统。

各种试验条件如润滑液、温度和载荷等的选取没有统一标准，因而试验结果的可比性较差，而国内在此方面的研究发展也较缓慢。