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