口腔正畸的力学

正畸的生物力学和生物学基础正畸教研室-赵立星口腔正畸就是通过各种矫正装置来调整颌面部骨、牙齿和神经肌肉三者之间的平衡和协调，最终达到改善面型、排齐牙齿、提高咀嚼效能的目的。口腔正畸学是所有医学学科中与“力”关系最密切的一门学科！我们怎样追寻正畸学的矫治力（弓丝、橡皮筋、圈簧的弹性）牙齿在牙周支持组织形成两个应力区压应力区骨吸收张应力区骨沉积牙周组织改建牙齿移位矫正错牙合畸形力学阶段生物学阶段正畸矫治过程动态示意图牙齿移动的生物力学和生物学主要内容正畸牙移动的生物学基础关于正畸生物力学相关研究正畸生物力学基础一.正畸生物力学的基本知识牛顿第三定律：作用于物体之间的力总是大小相等、方向相反的。力（force）是物体之间的相互作用。力的三要素：大小、方向与作用点力矩（moment）指使物体转动的力乘以力臂。力偶（couple）：作用于物体上的一对大小相等、方向相反、但不共线的一对平行力力偶矩：平行力中的一个力与力偶臂的乘积阻抗（力）中心(centerofresistance)：指物体运动约束阻力的简化中心。自由空间——质心重力场——重心旋转中心(centerofrotation)：指物体在外力作用下转动时所围绕的点。旋转中心随外力及力矩的变化而变化，它与阻力中心是两个完全不同的概念。牙齿的阻抗中心和旋转中心大多数学者认为的牙体阻抗中心位置：单根牙约位与牙根颈1/3与中1/3交界处的牙长轴上（2/5-3/5），多根牙位于根分叉下1-2mm处。旋转中心随外力及力矩的变化而变化，它与阻力中心是两个完全不同的概念牙齿除了有质量外，还通过牙周膜与牙槽骨相连。牙根表面不同部位阻力不是均匀一致不同的牙移动类型，其支持组织反应也不尽相同平移：当一外力的力线通过牙的阻抗中心时，牙产生平动，此时旋转中心距阻抗中心无穷远。牙移动的两种最基本方式转动：当一力偶在以阻抗中心为园心在对应的等距离处反向作用于牙齿时，牙产生转动，此时旋转中心在阻抗中心处。经过牙阻力中心的力+单纯的力偶矩=复合类型牙移动任何类型的牙移动都是由单纯的移动和单纯的转动组合而成M/F比率M/F=d，旋转中心在无穷远处，单纯平移M/F＞d，旋转中心在阻抗中心到冠方无穷远处之间，牙齿为倾斜移动，根倾＞冠倾M/F＜d，旋转中心在阻抗中心到根方无穷远处之间，牙齿为倾斜移动，冠倾＞根倾旋转中心位置牙移动类型d=10mmF为一个作用于牙冠上的力；M为作用于牙冠上的力偶矩D为托槽到阻抗中心的距离矫治力来源弹性金属丝橡皮圈永磁体肌收缩力矫治力分类强度轻力（60-100g）中度力（100-300g）重力（＞300g）部位颌内力颌间力颌外力作用时间间歇力持续力产生方式机械力肌力磁力14正畸力：力值较弱，作用力范围小，通过牙在生理范围内的移动以矫治错合畸形。此力主要表现为牙和牙弓的改变，以及少量基骨的改变，但对颅、颌骨形态的改变不明显正畸力与矫形力的区别矫形力：作用力范围大、力量强，主要作用在颅骨、颌骨上，能使骨骼形态改变，能打开骨缝，对颜面形态改变作用大。初始阶段(initialphase)迟缓阶段(lagphase)迟缓后阶段(post-lagphase)物理性位移牙周膜产生透明样变力大小决定速度，但空间量决定总位移力大小决定直接/间接吸收力大小决定速度增加的快慢逐渐/突然增加牙移动速度增加限速矫治力大小和牙移动速度的关系最适力临床上判断矫治力强度是否适当有以下几个特征:矫治力作用的牙齿,无明显的自觉疼痛。叩诊矫治力作用的牙齿,无明显疼痛反应。矫治力作用的牙齿,无明显松动。错位牙位置改变明显,而支抗牙位置不改变或改变不明显。X线片显示矫治牙的根部及牙周组织无病理变化。生物力学12318打开咬合1Ⅱ类牵引影响咬合打开的主要力系统：II类牵引力前牙压入力II类牵引力受力分析F1：使磨牙升高F2：使磨牙前移F3：使前牙后移F4：使前牙伸出前牙压入力前牙唇倾前牙内倾前牙前倾的情况F1：压入前牙F2：使前牙更前倾解决办法：II类牵引，或“8”字栓丝,或弓丝末端回弯前牙内倾的情况F1：压入前牙F2：使前牙更内倾解决办法先竖直前牙Ⅱ类牵引力和前牙压入力同时作用于前牙的情况合适的II类牵引力小的II类牵引力大的II类牵引力临床上常用的打开咬合方法覆合控制机制•升高后牙•竖直后牙•压低前牙•前倾前牙1、对于尖牙牙冠后倾者初期镍钛丝不纳入切牙或尖牙2、尽早纳入第二磨牙3、尽早使用颌间牵引4、摇椅弓＋II类牵引或MEAW技术5、上颌前牙平面导板配合颌间牵引7、多用唇弓8、J钩支抗控制2•牛顿第三定律：作用于物体之间的力总是大小相等、方向相反的。•正畸矫治力总存在反作用力。反作用力可能是需要的，也可能会有副作用。•支抗（Anchorage)：支持矫治力，抵抗矫治力产生的反作用力。与治疗的成败密切相关支抗控制的生物力学•内科医生--使用药，有副作用只有了解药物的作用机制及副作用，才能对症下药，•正畸医生--使用力，也有副作用只有了解力的作用机制及副作用，才能达到预期的效果。•颌内支抗(intramaxillaryanchorage)：在同一牙弓中，用部分牙齿作支持，以移动另一部分牙齿。•颌间支抗(intermaxillaryanchorage)：用一颌的牙弓和颌骨作支持，以矫治对颌的牙、牙弓和颌骨。•颌外支抗(extraoralanchorage)：用头的顶枕颈部作支持，以矫治牙、牙弓和颌骨。支抗的种类交互支抗(reciprocalanchorage):用支持力相等的牙齿作交互支持,以达到相互移动的效果,此时支抗力同时也是矫治力.支抗的种类差动力支抗(differentialforcesanchorage):同样大小的力作用于两个或两组不同的牙齿,根据其产生的组织反应不同，使需要移动的牙得以移动，不需移动的牙很少移动甚至不动。这是一种生物力学支抗，其机制在于不同的牙其牙周膜面积不同，使其移动的力值也不同增强支抗(reinforcedanchorage):增加支抗单元的数目和面积（头、颈、口腔内组织等）能有效地增强支抗，因为更多的支抗牙或口外结构，分散了矫治力的反作用力稳定支抗(stationaryanchorage)：在牙周膜面积相等的情况下，整体移动所需的矫治力大于倾斜移动，因此，可以用一组牙的整体移动来对抗另一组牙的倾斜移动，使整体移动的一组牙不动或移动很少，只让倾斜移动的一组牙移动皮质骨支抗(corticalanchorage)：因皮质骨比松质骨致密、血供少、改建慢，更能抵抗吸收，所以当牙根接触皮质骨时牙移动减慢。因此，一些学者提出使支抗牙的牙根向皮质骨板靠近以抑制其移动药物支抗(medicalanchorage):利用全身给药减缓牙移动的同时,用药物局部注射以促进计划中的局部牙移动。用药物控制牙移动的方法尽管目前仍处于动物实验中，但作为一种新的支抗手段受到临床医师的关注29•最大支抗保持后牙位置不动，75%或更多的拔牙间隙为前牙内收所用•中度支抗前牙和后牙移动相等的距离来关闭拔牙间隙•最小支抗75%或更多拔牙间隙通过前移后牙关闭，保持前牙位置不动1．更换主弓丝后不要使用太大的力，不要急于进行牵引。2．两步法关闭间隙3、选择性地使用转矩4．横腭弓和舌弓5．Nance弓6．唇档7．II类或III类牵引8．口外弓或J钩9.MIA（微种植支抗）10．选择不同的拔牙部位支抗控制方法不同拔牙部位的选择矫形治疗3上颌骨和上颌牙弓的阻抗中心上颌复合体阻抗中心：正中矢状面，梨状孔下缘，第二前磨牙和第一磨牙之间上颌牙弓阻抗中心：正中矢状面，第二前磨牙根尖矫形力大小：能促进或抑制骨骼的生长。每侧500-1000g牵引时间：12-16小时/天分裂骨缝：儿童，1000g青少年，2000g矫形力大小矫形力牵引线经过上颌牙弓及上颌复合体阻力中心矫形力牵引线经过上颌牙弓及上颌复合体阻力中心同侧矫形力牵引线经过上颌牙弓及上颌复合体阻力中心之间临床应用在牵引方向为-37°时，牵引线既经过上颌复合体的阻力中心，也经过上颌牙弓的阻力中心。上颌牙弓及上颌复合体阻力中心位置与矫形力牵引线的关系，可以归纳为三种情况：抑制下颌生长促进下颌生长下颌骨的矫形治疗下颌一直处于前伸位置能加速其生长。300-500g通过施加矫形力于下颌髁头抑制下颌的生长效果很不理想。主要改变下颌骨生长方向，对低角患者效果较好。二.生物学基础正常牙周组织结构牙龈牙周膜牙槽骨牙骨质颌骨、牙槽骨的可塑性，牙骨质的抗压性，牙周膜内环境的稳定性是正畸矫正颅颌面畸形最基本的生物学基础牙移动的生物学基础38牙龈(gingiva)•牙龈生物学特性改建缓慢→牙龈堆积→阻碍牙齿的移动牙槽嵴上牙龈纤维改建需一年→旋转牙改正后复发→牙龈环切术•正畸中牙龈的维护托槽、带环、弓丝对牙龈的刺激→口腔卫生保持不好→牙龈激惹、炎症和增生矫治前：应进行龈上龈下洁治矫治中：口腔卫生宣教矫治后：保守牙周治疗，外科手术牙周膜(Periodontalmembrane)生物学特性支持功能生理变化牙周膜与咀嚼力宽度及增龄变化胶原纤维-抵抗和调节咀嚼压力耐酸纤维-增加胶原纤维的稳定性和硬度基质-维持代谢，保持细胞的形态、运动和分化，一定的支持作用成纤维细胞：合成胶原、基质、弹力纤维和糖蛋白/吸收胶原和吞噬异物成骨细胞/成牙骨质细胞：形成新的牙槽骨和牙骨质，新生成的牙周膜纤维被埋在其中，以保证正常附着牙周膜的伸缩性:静止时呈微波状，遇到拉力时被拉平伸长，遇到压力后波状弯曲增大，纤维稍缩短正常咀嚼力-牙周必不可少的生理性刺激牙周膜中神经和末梢感受器-咀嚼力调节器-免受振荡和损伤牙周膜纤维功能性排列-将咬合力均匀分散-免受损伤平均宽度为0.25-0.5mm切牙＞磨牙牙颈＞根端＞牙根中1/3与牙根尖1/3交界处未萌出牙＜萌出后年龄增长，牙周膜厚度↓正畸牙移动，牙周膜宽度↑牙槽骨(alveolarbone)生物学特性可塑性骨致密度不一致性适应功能性刺激张力下增生，压力下吸收•上颌＜下颌•上颌前牙唇侧牙槽骨的皮质骨很薄，小孔多•下颌皮层骨厚而致密，小孔少•不同的个体牙槽骨的致密度不同•咬合刺激是牙槽骨健康存在的基础•咀嚼力强---支持骨较致密、骨小梁较粗大•咀嚼力弱---支持骨稀疏，骨小梁细小，排列无规律•无咬合----牙槽骨出现废用性萎缩生理性牙移动时牙槽骨的改建增龄变化•牙不断向近中迁移和向合面方向移动，这是为了补偿牙冠的邻面和合面的磨耗•牙槽骨也进行着不断的改建以适应牙的这种生理改变•牙槽嵴高度减少•生理性骨质疏松牙骨质(cementum)生物学特性附着功能增生抗吸收修复•附着牙周膜•附着牙龈•随着年龄的增长不断增生，新生的牙骨质将新形成的牙周膜重新包埋附着•对受压吸收有较强的抵抗力•类牙骨质，钙化程度低，比牙槽骨有更大的抵抗能力•病理情况下、或合力过重、或为了正畸的需要，错位牙移动一段距离后，牙根表面出现小范围的吸收，严重者可达牙本质•当病理因素去除、移动的牙保持一段时间后，局部的成牙骨质细胞活跃增生形成新的牙骨质，可以将小范围吸收陷窝填平修复。42初始阶段(5-7d)迟缓阶段(7-21d)迟缓后阶段(4w)牙周膜牙槽骨发生弹性改变牙机械性快速移位牙周膜和牙槽骨的弹性变化已达极限牙无机械性移位透明样变的形成和透明样变的清除经骨吸收而形成较大的间隙如仍有适当的矫治力则发生明显的牙移位生物学的牙快速移动正畸牙移动的三个阶段43牙周膜、牙槽骨的生物学反应压力侧：(1)牙周膜：仅为0.25mm厚，牙齿在牙周膜间隙产生机械性移位。(2)牙槽骨：轻度弯曲变形。第1周：F外F约束（初始阶段〕第一次快速移动期张力侧：(1)牙周膜：纤维伸长→间隙增宽→成纤维细胞增加，胶原纤维和基质开始增生，成骨细胞开始分化。(2)牙槽骨：新骨开始沉积，骨面覆盖着一薄层淡红色的类骨质；骨松质内开始出现过渡性骨小梁。牙周膜、牙槽骨的生物学反应压力侧：(1)牙周膜：纤维紧缩→间隙变窄→血管受压血流减少→胶原纤维和基质降解吸收，出现破骨细胞，出现透明样变（hyalinizationofperiodontalmembrane）。(