转矩对方丝滑动摩擦力的影响

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[摘要] 目的 研究不同转矩角对正畸方丝在0.022英寸托槽系统内滑动摩擦力的影响。 方法 选用0.019 英寸× 0.025 英寸不锈钢方丝，在前牙段加载0°、5°、10°、20°的转矩，与三种托槽系统（DamonQ被动自锁托槽、TOMY主动自锁托槽、OPA-K传统托槽）进行匹配检测，使用微机伺服万能材料实验机测量滑动摩擦力。 结果 ①在0°、5°转矩角时，三种托槽两两比较均有显著差异；②在10°转矩角时，除DamonQ被动自锁托槽与其他两组比较有统计学意义外（P < 0.01），其他托槽间比较差异均无统计学意义；③在20°转矩角时，OPA-k传统托槽与其他两组比较有统计学意义（P < 0.05），而其他托槽间比较差别无统计学意义。 结论 随着转矩角度的增加，被动自锁托槽与主动自锁托槽的滑动摩擦力无明显差异。

[关键词] 转矩；滑动摩擦力；方丝；自锁托槽

[中图分类号] R783.5 [文献标识码] B [文章编号] 1673-9701（2013）11-0017-03

滑动摩擦力是实现牙齿移动必须克服的摩擦阻力，多年来对于低摩擦力的研究一直是正畸医生关注的重点，在正畸治疗过程中，这种摩擦阻力越大，作用在牙齿上的矫治力就越小，有研究发现[1]，单个牙齿在移动时甚至约50%的矫治力被用于克服摩擦力，这必然会影响治疗效果。影响摩擦力的因素有很多种，本实验重点研究转矩对滑动摩擦力的影响，采用全牙弓仿真模型，比较加载了不同转矩角的方丝在三种不同类型的托槽系统中滑动时，所产生的滑动摩擦力的大小及变化趋势。

1 材料与方法

1.1 本实验所用主要材料

1.1.1 托槽 本实验选用三种0.022英寸槽沟系统的上颌托槽各四副，分别为DamonQ（美国Ormco公司）被动自锁托槽，TOMY（日本TOMY公司）主动自锁托槽，OPA-K（日本TOMY公司）传统金属托槽，检查自锁装置，确定其功能正常。托槽预置转矩均为MBT 数据（17°）。

1.1.2 弓丝 选取美国3M公司生产的预成系列弓丝0.019英寸×0.025英寸不锈钢方丝六十根，型号选用M型。

1.1.3 实验模型 自制模拟牙周膜的上颌全牙弓仿真模型

1.1.4 实验仪器 由太原理工大学生物力学实验室提供的微机伺服万能材料实验机（英国INSTRON，型号5544）如图1。

1.2 实验方法

1.2.1 实验模型的建立 牙槽骨、牙本质、牙周膜的弹性模量比为3 450：5 113：1，根据相似理论也便于模型的制备，直接采用超硬石膏（弹性模量约为123 MPa）制作牙槽窝模型，用环氧树脂（弹性模量约为182MPa）制作模拟牙，按照OPA-K直丝弓型M型在Typodont模拟颌架上将分别粘结有三种托槽的模型牙齿排齐整平（从0.014英寸镍钛丝至0.019英寸×0.025英寸不锈钢方丝）后，翻制藻酸盐印模，将包绕牙根周围20层铝箔的模拟牙倒插入印模中，用蜡固定后翻制超硬石膏模型，取出模拟牙形成牙槽窝模型，将弹性模量为0.036 MPa的硅胶灌注到牙槽窝中，环氧树脂牙复位即形成模拟牙周膜的实验模型。

1.2.2 力学测试 分别将三种不同类型的托槽粘结在模型上，与0.019英寸×0.025英寸不锈钢方丝进行匹配检测，实验弓丝在双侧尖牙远中的区间范围加载0°、5°、10°、20°的转矩，测试均在体外干燥环境下进行，室温保持在26℃左右。使用微机伺服万能材料试验机上方夹头加紧弓丝，牵引方向与弓丝方向保持平行，夹头速度为0.5 mm/min，当弓丝移动4 mm左右停止测试。为了避免结扎误差OPA-K传统托槽均采用弹性结扎圈结扎。实验中每组五根弓丝，每根钢丝在同一托槽中连续测试5次，每0.5毫米测量1次取平均值，记为滑动摩擦力，同样的实验在一星期后由同一个实验者再测量1次。

1.3 统计学分析

采用SPSS13.0统计软件对数据进行处理，组间差异采用单因素方差分析法，作为检验水准。

2 结果

2.1 不同托槽在转矩不同的情况下滑动摩擦力的比较

见表1。三种托槽的滑动摩擦力差别均有统计学意义（F = 62.169，P < 0.01；F = 50.758，P < 0.01；F = 55.289，P < 0.01；F = 4.019，P < 0.05）。在0°、5°转矩角时，三种托槽两两比较均有差异，DamonQ被动自锁托槽滑动摩擦力最小，OPA-k传统弹性结扎托槽滑动摩擦力最大。在10°转矩角时，DamonQ被动自锁托槽与TOMY主动自锁托槽、OPA-k传统结扎托槽的滑动摩擦力比较，差异有统计学意义（t = 8.864，P < 0.01；t = 9.332，P < 0.01），即DamonQ托槽在10°转矩角时的滑动摩擦力小于其他两组，而其他托槽间差异无统计学意义。在20°转矩角时，OPA-k传统结扎托槽与TOMY主动自锁托槽、DamonQ被动自锁托槽的滑动摩擦力比较有统计学意义（t = 2.474，P < 0.05；t = 2.436，P < 0.05），也就是说OPA-k传统结扎托槽在20°转矩角时的滑动摩擦力高于其他两组，而其他托槽间比较差别无统计学意义。

2.2 随着转矩的增加滑动摩擦力增加趋势的比较

如图2。随着转矩角度的增加OPA-k传统托槽滑动摩擦力增加的幅度最小，而DamonQ被动自锁托槽增加的幅度最大；在0°、5°、10°转矩角时DamonQ被动自锁托槽的滑动摩擦力显著低于TOMY主动自锁托槽和OPA-k传统结扎托槽，而在20°转矩角时，DamonQ被动自锁托槽与TOMY主动自锁托槽的滑动摩擦力几乎无差别。

2.3 电镜扫描比较与DamonQ被动自锁托槽和TOMY主动自锁托槽匹配的弓丝表面刻痕的差异

在5°转矩角的情况下，弓丝转折处平滑，两者差别不明显。如图3、4。转矩增加到10°后，与DamonQ被动自锁托槽匹配的弓丝刻痕明显少于TOMY主动自锁托槽。如图5、6。当转矩增加到20°后，DamonQ被动自锁托槽和TOMY主动自锁托槽的弓丝表面可以看到明显的刻痕，两者几乎无差别。如图7、8。

3讨论

如今自锁托槽的应用已经成为正畸医生关注的重点，它的低摩擦轻力矫治系统受到大家的青睐。自锁托槽根据其槽盖的不同分为主动式和被动式两种[2，3]，主动自锁托槽的弹片式槽盖将弓丝压入槽沟，力量温和，而且弹片可以储存能量，弹簧夹发生形变或位移，对弓丝施以压力，槽沟的唇舌向深度减小，槽沟内的余隙亦相应减少，转矩效能增加[4]；被动自锁托槽采用阀门式的槽盖，将槽沟转化为管道式的结构，有效地减少了内部摩擦力，使牙齿移动得更快。但国外一些学者[5]认为，这种被动式的结构缺少向着舌侧的力量，对转矩的控制又是一个问题，目前低摩擦力和高转矩效能两者的共同实现难以完成。本实验结果显示，在0°、5°、10°转矩角时，被动自锁托槽的滑动摩擦力明显小于主动托槽，这说明在小的转矩角时被动自锁托槽仍然显示出其低摩擦力的优越性，当转矩角增加到20°时，被动自锁托槽和主动托槽的最大静摩擦力几乎无差别，这与Michael等[6]的研究结果相一致，电镜扫描弓丝表面刻痕也证明了这一点。

在正畸治疗过程中，前牙转矩的控制非常重要。临床上转矩的表达一般在方丝上实现，必要条件下也可以在前牙段的方丝上加载一定的转矩来实现牙齿的唇舌向控制。托槽槽沟与弓丝之间并不是完全匹配的，为了弓丝的入槽以及患者的舒适度，治疗中所使用的弓丝尺寸总会小于槽沟宽度，这样就在槽沟与弓丝之间出现间隙（即为余隙）[4]，转矩余隙角的出现会导致转矩的部分丢失，从而影响转矩的表达，进而也会影响弓丝在托槽槽沟中滑动时摩擦阻力的变化。目前国内对转矩影响摩擦力的研究大多局限于单个托槽[7]。本实验采用上颌全牙弓仿真模型，根据弹性模量比模拟口腔真实情况，实验在体外环境下进行，从而忽略了口内温度、咬合力、唾液等因素对摩擦阻力的影响。

本实验结果显示，托槽与弓丝之间的摩擦力与方丝转矩存在密切关系，随着方丝转矩角的不断加大，三种托槽系统的滑动摩擦力都呈现上升趋势，说明转矩使方丝在槽沟内滑动的摩擦阻力增大。方丝转矩角增加的早期，由于余隙角的存在，被动式托槽的槽沟与弓丝之间接触的不规则或者不紧密，摩擦力增加的幅度小，转矩力矩的变化不明显，被动自锁托槽的滑动摩擦力明显小于主动托槽，而传统托槽摩擦力最大，小转矩角对被动式托槽摩擦阻力的影响不大，传统托槽的弹性结扎增加了与弓丝的接触面积，极大地限制了弓丝的滑动。在10°转矩角时，被动自锁托槽的滑动摩擦力同样明显小于主动托槽，而传统弹性结扎托槽的滑动摩擦力与主动式托槽接近，说明当转矩增加时，主动自锁托槽的弹片式槽盖和弓丝紧密接触，摩擦力明显增大，其效果和传统托槽没有差别，Pandis等[8]进行了一系列前瞻性的临床实验研究后发现，对于拔牙和非拔牙的病例，自锁托槽和传统的托槽在控制上颌切牙转矩效能上相差很小。进而对转矩的控制效果就会下降。有研究表明[9]，在0.022托槽系统内，0.019英寸× 0.025英寸不锈钢方丝的余隙角为12.2°，当转矩角超过余隙角时，被动自锁托槽和主动托槽的滑动摩擦力几乎无差别，方丝和两侧槽沟壁接触非常紧密时，两者发生的摩擦阻力都会大幅增加，随着余隙角的消除，摩擦阻力的差异可能不依赖于结扎类别的差异，而是在于托槽结扎机制的基本设计。在正畸治疗过程中，我们应尽量减小滑动摩擦力，使矫治力充分地作用于牙齿及牙周组织上，发挥自锁托槽在小的转矩角时低摩擦力的优势。

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（收稿日期：2013-02-19）