牙本质粘接循环载荷的研究进展

    口腔是一个复杂的环境，牙齿、修复体会受到机械（咀嚼）、化学（食物）、生物和温度变化的挑战，而模拟口腔环境的老化方法可大致分为水储存、循环载荷和冷热循环三类，且三者常结合使用。
    其中咀嚼载荷会产生机械应力（拉伸、压缩、弯曲应力），作用于牙本质粘接界面，可能形成微裂纹并扩展，影响牙本质的粘接强度，同时加速间隙扩展、促进细菌渗漏，降低粘接界面的耐久性，所以相对于静态载荷，循环载荷更具有临床意义。然而，目前循环载荷的实验装置、方法、施加力的大小缺乏统一标准，也没有一种装置可以真正模拟口腔环境，因此不同研究中循环载荷的影响也难以比较。本文将对牙本质粘接相关的循环载荷实验方法进行综述。
    1.装置
    Heintze认为咀嚼模拟器应具备以下条件，才能模仿真实的咀嚼运动：20~120N的动态力；力的大小分布呈半个正弦波或半正弦波（力剖面图）；磨牙咀嚼的接触区之间的垂直距离为16~20mm；每个咀嚼周期的平均接触时间为400~600ms；力的方向是垂直与横向相结合的；有可以清除磨损材料的介质。
    大多数装置不能满足所有上述条件，比如只在垂直方向上对一个样本施加恒定力，或不能满足半正弦波的力剖面图，或缺少力传感器监控载荷，导致测量结果变异系数较高，而Rub&Roll装置能满足以上多数实验条件。循环载荷实验装置的加载形式可分为以下几类：
    1.1 杆→牙面
    Rub&Roll装置施力时杆在牙面上做平滑的连续接触，力的方向从与水平面呈45°~60°再到90°，所以载荷分布图会呈牙尖的形状，方向多变的特点也符合临床咀嚼运动。
    1.2 球面→牙面
    许多实验采用直径为2~10mm的球面与牙面接触（对应的牙尖平均直径4~8mm），但接触位置不太相同。有使用直径2mm的圆头平行牙体长轴，在中央裂隙处加载；有将直径6mm的圆头垂直加载于牙尖内斜面上的，但不直接接触修复体；人工口腔环境装置则将直径6mm的滑石珠加载于实验牙的功能尖，且接触点有横向的偏移；另有实验使直径6.36mm 的球面与颊尖舌侧0.5mm处的位置接触的。
    1.3 阴膜→牙面
    Tokyo Giken装置将树脂修整成与功能尖内、外斜面相对的阴模，以对牙尖施加垂直方向的恒定力。
    2.参数设置
    所有实验均涉及以下4类参数，但差异性较大。
    2.1 载荷大小
    一些学者认为载荷至少应是材料断裂载荷的60%（234~510N），但大多老化实验采用49~150N的生理咀嚼力。一些实验的力值是恒定的，但因为咀嚼力会随牙齿位置、个体及食物的差异而变化，比如对弹性、塑料和脆性食物的平均咀嚼力均不同（分别为30N、50N和70N），推荐使用动态的载荷，且载荷应该呈半个锐的正弦波或半正弦波变化。由于磨牙症等功能不全的患者最大负荷可达500~800N，这类修复体实验采用了50~500N的较高动态载荷。
    2.2 载荷循环数
    有些学者认为修复体最少需要106 次循环，模拟1年的临床表现，但另有人采用50N 的载荷，2.4×105 个咀嚼周期，模拟了1年的临床功能。许多实验认为1年平均咀嚼次数为2.5~3.3×105，且采用1~5年的咀嚼次数。而另有学者发现当疲劳极限实验的周期分别为5×104、1×105 和1×106 次时，剪切疲劳强度并不受循环次数的影响，所以建议采用5×104 次的周期。
    2.3 频率
    大多实验频率范围在1~2Hz内。有研究发现老化载荷频率高达6.7Hz时，与生理频率相比，嵌体-牙本质的微拉伸粘接强度无差异。在5、10和20Hz的不同频率下，牙本质粘接的剪切疲劳强度、界面失效模式也没有显著差异，所以推荐使用较高的频率以提高效率，但这类实验有循环次数过少的缺陷。
    2.4 介质
    大多老化实验选择蒸馏水作为介质，模拟口腔环境温度；还有实验选择37℃的人工唾液。剪切疲劳强度测试时，选择室温水（23±2）℃；疲劳裂纹扩展阻力实验选择室温的Hanks平衡盐溶液（pH7.4）。
    3.检测应用
    3.1 粘接剂与牙本质的粘接强度
    循环加载后，检测牙本质界面的粘接强度，并分析失效模式，有学者发现循环载荷对粘接强度的影响与粘接剂、修复材料的种类有关，但也有研究认为循环载荷并不影响剪切粘接强度。此外，循环载荷会显著影响界面失效模式，其中粘接树脂的表现会与水储存的不同，即出现独特的开裂现象。
    3.2 粘接界面微渗漏
    循环载荷后，牙齿被染料浸泡，切割成试片，显微镜观察渗漏程度，结果载荷对微渗漏无显著影响。但有学者发现载荷能使牙本质再矿化，提高其对酶降解的抵抗力，从而减少树脂-牙本质界面的纳米渗漏。
    4.附加实验因素
    4.1 细菌生物膜
    许多实验研究了咬合载荷、细菌生物膜对牙本质粘接界面的复合影响，如将循环加载装置与生物反应器相结合，在反应器中进行细菌的定植，同时，加载装置通过半球形杆向反应器中央施加双向弯曲和剪切的联合载荷，加载期（2h）、静止期（4h，代表两餐之间的正常时间）交替进行，样本染色后用共聚焦显微镜观察生物膜的渗透深度，发现复合树脂中的抑菌剂可减少修复体边缘的细菌渗漏；另有实验使用人工口腔环境装置，加载中监测载荷，然后暴露生物膜，发现单独的循环载荷没有显著降低断裂载荷，与菌斑生物膜联合蔗糖的因素相比，载荷对界面脱矿、断裂载荷的影响也小得多，这是由于在蔗糖的诱导下，生物膜pH值显著降低；还有学者发现某些防龋剂能抵抗酸性生物膜的冲击，显著提高粘接疲劳强度。
    4.2 冷热循环
    冷热循环、循环载荷常作为老化条件同时出现，在5℃和55℃的温度下进行3000~20000次、浸泡时间30s、转换时间10s的冷热循环后，再进行循环载荷。
    4.3 介质
    如果研究机械老化、化学老化对粘接界面的共同影响，可使用Rub&Roll装置，选择不同的介质，如腐蚀性（可调节pH值）或研磨性的泥浆进行相应的实验。
    5.疲劳极限实验
    疲劳极限实验是指施加循环载荷至样本失效，通过计算疲劳强度（50%的样本失效或存活的应力）和抗裂纹扩展阻力，反映界面抵抗裂纹形成的能力及粘接系统的耐久性。粘接疲劳强度较静态粘接强度能更好地模拟临床载荷的状况，数值也更小。
    5.1 疲劳强度
    疲劳强度多通过升降法、疲劳曲线法计算。升降法是指根据前一个样本的存活或失效，将下一个样本的最大循环载荷上调或下调，它的优点是可以从较少的样本数中推导疲劳强度。有学者将四点弯曲静态实验中90%的弯曲强度作为最大循环载荷，在频率4Hz和应力比（最小、最大载荷比）0.1条件下，按升降法的5MPa调节最大循环载荷，由于样本一直失效，载荷会下调至1.2×106 循环内样本没有失效的应力值，通过疲劳曲线估算应力-疲劳寿命，计算疲劳强度及其寿命分布，发现了某种防龋剂能在酸性生物膜下显著提高牙本质-树脂粘接界面的疲劳强度。
    对于牙本质粘接剂，一些实验使用了升降法测试剪切疲劳强度，每个测试条件建议使用15个样本，将连接金属环的复合树脂材料粘接到牙本质表面，然后通过金属环进行加载，测试前水储存24h，先测试剪切粘接强度，后设置疲劳实验的初始最大载荷为剪切粘接强度的50%~60%，最小载荷接近0，使用电脉冲机器以10 Hz或20 Hz、正弦波、50000次循环加载或直到样本失效，升降法调整约10%的初始载荷，利用公式计算剪切疲劳强度，再用电子显微镜观察牙本质-树脂界面。结果发现缩短酸蚀牙釉质的时间，可以最大限度地减少对牙本质粘接耐久性的不利影响。
    在粘接剂模式上，自酸蚀、全酸蚀系统的疲劳强度无差异，而通用粘接剂的疲劳强度则不同，且自酸蚀剂的疲劳强度大多高于通用粘接剂，这可能是由于后者含有的亲水、疏水的混合物在粘接界面形成了水泡，影响了界面的疲劳强度。
    5.2 疲劳裂纹扩展阻力
    在5Hz、应力比0.1下加载至样本失效，观察裂纹长度，循环载荷的增量通常在5~30000次之间，裂纹扩展增量在0.02~0.15mm范围内，分析裂纹扩展增量与循环次数增量的函数，计算疲劳裂纹扩展阻力，再用显微镜观察失效模式。有实验用此方法研究了交联剂碳化二亚胺对牙本质-树脂粘接耐久性的影响，因为交联剂降低了胶原酶对胶原纤维的降解，相较对照组，在3、6个月的储存期后显著提高了疲劳裂纹扩展阻力，且实验组的全酸蚀系统的扩展阻力低于自酸蚀系统。另有学者发现粘接剂与管间牙本质的紧密结合是影响疲劳裂纹扩展阻力的重要环节。
    6.总结
    综上，牙齿的粘接失效主要是由于循环载荷引起的材料降解或裂纹扩展，所以相对于单次静态载荷而言，循环载荷实验尤为重要，这更符合临床咀嚼周期性的特性。但是在实验装置、参数设置方面，仍需进行大量研究，以期达到实验的标准化及真实口腔环境的模拟要求。