浅谈非金属桩核研究的现状(1).doc

浅谈非金属桩核研究的现状 人类制作桩冠已有几百年的历史[1]，长期以来，铸造金属桩核一直在临床上占据主要地位，但其弹性模量比牙本质高，在根管内产生应力集中，从而产生严重根折。随着对金属桩的深入研究，有学者指出传统铸造金属桩存在腐蚀、过敏、毒性，影响美观及核磁共振诊断等缺点，故对非金属桩核修复的研究越来越多，其有效地克服了金属桩修复体使龈缘变黑的缺点。特别是陶瓷桩透光性好，用于全瓷修复体中更具有美观的效果。非金属桩主要有纤维桩和陶瓷桩，其卓越的美学效果是金属桩不可比拟的。本文主要对非金属桩的研究现状进行综述。 1 非金属桩核分类及特点 非金属桩核包括复合树脂桩核、纤维加强树脂桩核、陶瓷桩核。 1.1 复合树脂桩 复合树脂桩是20 世纪中叶在口腔领域应用，复合树脂的弹性模量为14 GPa，远低于金属桩，与牙本质的弹性模量相似。复合树脂桩核虽然有韧性好，不改变牙本质内应力分布，降低了根折发生率，但它也存在一些明显不足，包括聚合收缩、吸水性、较高的热膨胀等，易导致修复失败。 1.2 纤维桩的种类及特点 临床上应用的纤维桩的种类比较多，现在应用较多的有碳纤维桩、玻璃纤维桩和聚乙烯纤维树脂桩。他们在性能上又稍有差别，临床上依据需要而选择合适的修复体，具体介绍如下。 1.2.1 碳纤维桩 1990 年，Fredriksson 介绍了一种基于碳纤维加强原理的非金属材料，并用这种材料制作了最早的碳纤维桩。这种碳纤维桩是由无数被拉伸的沿同一方向排列的碳纤维稳固地黏附于环氧树脂基质中而成，碳纤维丝和树脂基质之间的界面为一种有机组成。通过赋予所有纤维相同的张力，碳纤维桩可以达到很高的强度。目前市场上的碳纤维桩主要有美国Bisco 公司的C-PostTM 系列和法国Carbotech公司的Carbopost 系列。 1.2.2 玻璃纤维桩和石英纤维桩 玻璃纤维桩和石英纤维桩并没有本质的不同，其纤维的主要成分都是二氧化硅，二者的区别在于玻璃是非结晶态的二氧化硅和其他化合物的混合物，而石英是结晶态的纯二氧化硅。石英桩的弹性模量在 15～47 GPa之间，玻璃纤维与之相似。玻璃纤维桩和石英纤维桩由于具有透光性，可以更好地满足美学要求，并且可用光固化粘结剂进行粘结。光固化粘结剂具有与牙本质更强的粘结性能，可以形成更密合的粘结界面，但近根尖部分的树脂是否能完全聚合，还有待证实。 1.2.3 聚乙烯纤维直接增强的树脂桩 聚乙烯纤维最初用来增强牙周夹板，随着性能的不断改善，现在已经广泛用于制作根管桩和树脂粘接固定桥。聚乙烯纤维直接增强的树脂桩是由光固化树脂包绕呈编织状排列的聚乙烯纤维而成，典型的是美国的Ribbond 系统。和其他纤维桩不同的是，这种桩并非预成桩，而是临时制作而成，按照厂家的说明，在备好的根管内注入流动性好的光固化树脂，然后将一条或多条预先浸渍好的聚乙烯纤维通过专用的塑料小管塞入根管内，光照聚合后去除多余的塑料小管即可。聚乙烯纤维对树脂的力学性能的增强作用比较温和。Alander 等也用实验证实，聚乙烯纤维增强树脂的弯曲强度要明显低于玻璃纤维增强树脂。这种根管桩有一些缺点，很难保证其根尖部的树脂得到充分固化，而且无法用于比较细小的根管。 1.3 瓷桩核 由于瓷桩核在美学和生物相容性上的优点而被用于临床，20 世纪80 年代末出现了可铸玻璃陶瓷桩核、 玻璃渗透铝瓷桩核和CAD/CAM 桩核[10]；陶瓷桩核具有优良的美观效果，但这些桩的强度都不够大，失败率较高，直到氧化锆陶瓷用来制作桩核。1995 年Meyeberg 报道了用氧化锆陶瓷桩钉修复无髓牙根，取得了好的效果。氧化锆预成桩是有紧密排列的四方晶锆多晶体制成的预成桩，具有高挠曲强度、射线不透射等特点。与金属相比，陶瓷的生物相容性更好，无细胞毒性和致敏性，具有良好的光学效果，可以满足美观要求。 2 非金属桩核的性能特点 2.1 纤维桩的性能特点 2.1.1 弯曲强度 目前，成品纤维桩的弯曲强度都在400MP 以上，足以满足临床要求。实验发现，8 种成品纤维桩即碳纤维桩C-Post 、石英涂层碳纤维桩Aestheti-Post、3 种石英纤维桩Aestheti–Plus LightPost、DT Light Post 以及3 种玻璃纤维桩ParapostWhite、Fiberkor、Reforpost 的弯曲强度为433.8～677.4 MPa[11]。许多研究评价了影响纤维桩弯曲强度的因素。一些学者发现，碳纤维和Fiberkor 玻璃纤维桩的弯曲强度显着高于氧化锆瓷桩。静态和动态载荷下玻璃纤维桩的弯曲强度有显着差别；在动态负荷下纤维桩强度会显着下降。另外，热循环应力会造成纤维桩的弯曲强度明显下降[12]。研究证明，热循环应力使纤维桩的弯曲强度下降了大约18，弯曲模量下降了10。另外，不同品牌纤维桩的弯曲强度有显着差异；在一定范围内，纤维桩直径越大，弯曲强度越大。环氧树脂吸水后可发生降解，对纤维桩的强度会造成影响[13]。有学者比较了纤维桩在水中存放与室温下干放后的弯曲强度，发现两种情况下纤维桩的弯曲强度有显着差异。提示在操作时应避免纤维桩与唾液接触。但在根管内就位的纤维桩，由于根充材料和冠部核材料的封闭和阻挡作用，水分并未对其弯曲强度造成影响[14]。 1.2 纤维桩的弹性模量 根据厂商提供的数据，碳纤维桩的平均弹性模量为21 GPa。玻璃纤维桩的弹性模量略低于碳纤维桩。虽然各相关实验所得出的数据存在较大的偏差，但和金属桩以及陶瓷桩相比，无疑更接近牙本质的弹性模量。目前，多数学者认为，桩材料的弹性模量与修复后的牙齿在功能状态下的应力分布密切相关，桩材料的弹性模量应该尽可能地接近牙本质的弹性模量才能使应力沿着根部牙本质均匀分布。有人用实验证实，当弯曲应力超过一定的数值，刚性根管桩将不再随着牙齿发生弹性变形，杠杆作用会使桩和根管壁之间由完全的面接触变成点接触，从而在根管内造成局部应力峰值的出现，这些应力峰值可能会最终导致修复的失败，比如根折的发生。在使用纤维桩的情况下，即使外部负载很高，桩表面和根管壁之间也会保持大面积接触，而且碳纤维可以随着外部力量的变化而改变它们在桩内部的方向，从而降低应力。 1.3 抗折性能（fracture resistance） 抗折性能主要用在单一持续应力下桩核系统所能承受的最大应力值来表示。多数研究认为，纤维桩核系统与金属桩核系统相比，并不能提高修复体的抗折性，但其折裂方式有利于再修复，几乎无不可逆性根折[15-16]。Newman 等[15]在离体牙上对一种不锈钢预成桩和2 种不同品牌的玻璃纤维桩进行抗折性能测试，结果发现不锈钢桩的抗折性显着强于玻璃纤维桩，但在不锈钢样本组，有3 个样本发生了根折，而玻璃纤维组无一发生根折。但Ottl 等[17]的研究结果与之相反，碳纤维桩核修复系统比金属桩核修复系统显示更高的抗折性能，但作者为了保证实验条件的一致性，采用了弹性模量为16400MPa 的树脂人工牙，因此，作者认为可能是在单一持续压力下，弹性模量高的金属桩不能与人工牙发生同等程度的形变，桩与根管壁的接触面由面变为点接触，在根管壁局部形成压力高峰导致失败，而碳纤维桩一直与根管壁保持面接触。 1.4 抗疲劳性（fatigue resistance） 抗疲劳性一般用桩核系统抵抗循环应力的次数来表示。由于抗疲劳实验模拟循环作用的咀嚼压力，因此，抗疲劳性能与临床表现的相关性更大。Goto 等[18]的研究发现，纤维桩核系统比铸造金桩核系统能承受更多次数的循环应力，但作者同时指出，实验纤维桩采用树脂类黏结剂，而铸造金属桩采用磷酸锌黏结剂，可能会造成实验结果的差异。Rosentritt 等[19]通过对各种桩核修复系统进行热和机械应力循环作用后，再测定其断裂强度，发现全瓷桩核修复系统有最大的断裂强度，而纤维桩核修复系统与铸造桩核修复系统的折裂强度无显着差异，但作者提示标准操作纤维桩核修复系统，可以提高其抗疲劳性。Grandini 等[20]对 8 种纤维桩通过三点测试法判定其抗疲劳性， 结果DT LingtPostradiopaque 和FRCPostec 优于其他6 种材料，但作者强调，由于黏结剂可能在桩之前发生裂，因此必须对其黏固后的情况进行进一步的研究。综上所述，纤维桩核已经初步表现出不亚于铸造金属桩核的抗疲劳性[18, 19]。 1.5 纤维桩的其他优点 目前普遍认为，纤维桩的抗腐蚀性能要远好于金属桩。1992 年，Duret 等指出抗腐蚀性好是纤维桩的一大优点。 但在2000 年Fovet 指出，碳纤维桩亦可发生腐蚀反应，并建议在使用纤维桩的时候要确保根管内的清洁，并严格隔湿。纤维桩还具有良好的生物相容性，没有细胞毒性和致敏作用。 2 全瓷桩的力学分析 全瓷材料的脆性和强度限制了其在后牙固定桥、桩核修复中的应用。但随着牙科陶瓷增强增韧技术的发展，利用氧化锆在应力诱导下发生晶体相变，阻止裂纹进一步扩展，从而提高其强度韧性，使锆瓷桩强度可以满足桩核修复的要求，并已成功应用于临床。Purton]用三点弯曲实验比较了锆桩和金属桩的弯曲强度，前者为直径1.2mm 的光滑锥形桩，后者为直径1.25mm 的平行螺纹桩，结果显示前者强度较高。而Heydecke 指出，在模拟口腔环境中，行锆桩与传统铸造桩修复的患牙断裂强度无差别。Ivoclar 报告其生产的氧化锆陶瓷桩弹性模量为牙本质的15 倍[21]，比金属桩高，理论上导致根折的可能性更大。但Oliver 等[22]比较了铸造核/预成贵金属桩核与全瓷核/锆桩在人工唾液中循环120万次后的静载荷强度，结果显示，锆桩与预成金属桩的断裂载荷值无差别，预成贵金属桩为垂直断裂并发生根折，锆桩组为全瓷冠或核折断而牙根完好，其原因可能是预成贵金属桩的适合性不如传统铸造金属桩，承受过大的载荷导致预成金属桩产生弯曲，根管内应力集中而根折；由于锆桩的强度刚度比预成金属桩大，在相同的载荷下不容易产生弯曲，因此牙根完好。临床实际应用也证明，对80例患牙行锆桩修复16 个月的成功率为100。可见桩的弹性模量不是影响根折率的惟一因素，余留牙体组织量、粘接剂类型、体外实验中的加载方向及大小等也可能产生影响。因此，锆桩修复是否具有一定保护牙根的作用仍需要更详细的体内体外实验。 3 非金属桩核的粘结 体内数据显示在根桩核界面建立可靠的粘结对桩固位修复的临床成功至关重要[23]，不同的被粘结体其表面处理也不同，临床常用的粘固剂有磷酸锌、树脂、玻璃离子和树脂改良玻璃离子粘固剂等，均可有效地将纤维桩粘固在根管内。但目前认为树脂粘固剂优于其他几种。纤维桩的粘固一般采用树脂类粘结剂。Sahmali 等[24]用不同种类的粘结剂粘固碳纤维桩，测其拉伸粘固强度，树脂类粘固组显着高于玻璃离子组。主要因为树脂粘固剂表面湿润性好，而纤维桩表面为多孔结构，故粘固力强，微渗漏少。与磷酸锌和玻璃离子相比，树脂粘固剂使桩更能承受旋转力，且可增加牙根的强度25]。Edelhoff 等[26]实验发现全瓷桩、核间的粘接可采用粘接前的氧化铝喷砂、氧化硅涂层、硅烷耦联及应用新型粘接剂等保证其固位。在传统Bis -GMA 粘接体系基础上改良的含有磷酸单体的粘接体系（如Panavia 系列）是唯一能被推荐用于临床上氧化锆陶瓷粘接的。 4 结束语 自从非金属桩被引入牙科领域，学者们已经进行了大量研究。这些研究的结果和许多临床数据已经表明非金属桩可以在临床安全使用。随着材料学发展和人们对美观要求的不断提高，笔者认为非金属桩核将有广阔的发展前景。但由于目前的非金属桩均为成品桩，其与根管壁的适合程度不如铸造金属桩，如何解决非金属桩的适合性有待研究。 参考文献 [1] 赵铱民.口腔修复学[M].6 版.北京人民卫生出版社,200897. Heydecke G, Butz F , Hussein A , et al . Fracture strengthafter dynamic loading of endodontically treated teethrestorewithdifferent post-and-core systems[J].J ProsthetDent ,2002,874438-445. Malquarti G,Berruet RG,Bios D.J Prosthet Dent,1990,633251-257. 程祥荣.非金属桩及其临床应用[J].中华口腔医学杂志,2006,416336-338. Chutinan S, Platt JA, Cochran MA, et al1 Volumetric di2mensi onal change of six direct core materials [J].DentMater,2004,204345-3511. 俞长路.纤维桩研究进展[J].国外医学生物医学工程分册,2005,328172-174. 杨廷勇.桩核材料的应用与发展[J].医学综述,2007,2413 1961-1964. Newman MP,Yaman P,Dennison J,et al.Fracture resistanceof endodontically treated teeth restored with compositeposts[J].J Prosthet Dent,2003,894360-367. Alander P,Lassila LV,Tezvergil A,et al.Acoustic emissionanalysis of fiber-reinforced composite in flexural testing[J].Dent Mater,2004,204305-312. [10] 张文云,施长溪,陈吉华,等.新型美容牙科材料/树脂复合材料桩钉的研制[J].中国美容医学,2001，10113-15. [11] Galhano GA, Valandro LF, de Melo RM, et al. J Endod,2005,313209-211. [12] Drummond JL, Bapna MS. Dent Mater,2003,193226-231. [13] Lassila LV, Tanner J, Le Bell AM, et al. Dent Mater,2004,20129-36. [14] Mannocci F, Sherriff M, Watson TF. J Endod, 2001,2712758- 761. [15] Newman MP, Yaman P, Dennison J, et al.Fracture resistance of endodontically treated teeth restored with composite posts [J]. J Prosthet Dent,2003,894360-367. [16] Raygot CG, Chai J, Jameson DL. Fracture resistance andprimary failure mode of endodontically treated teethrestored with a carbon fiber - reinforced resin post systemin vitro[J]. Int J Prosthodont, 2001,142141-145. [17] Ottl P, Hahn L, Lauer HCh, et al. Fracture characteristicsof carbon fiber,ceramic and non- palladium endodonticpost systems at monotonously increasing loads[J]. J OralRehabil, 2002,29175-183. [18] Goto Y, Nicholls JI, Phillips KM, et al. Fatigue resistanceof endodontically treated teeth restored with threedowel-and–core systems [J]. J Prosthet Dent,2005,93145-50. [19] Rosentritt M, Furer C, Behr M, et al. Comparison of in vitro fracture strength of metallic and tooth- colouredposts and cores[J].J Oral Rehabil,2000,27595-601. [20] Grandini S, Goracci C, Monticelli F, et al. Fatigue resistance and structural characteristics of fiber poststhree -point bending test and SEMuation [J]. Dent Mater,2005,21275- 82. [21] Cormier CJ,Burns DR,Moon P.J Prosthodont,2001,10126-36. [22] Pontius O,Hotter JW.J Endod,2002,2810710-715 [23] Monticelli F , Grandini S , G oracci C , et al . Clinicalbehavior of translucent fiber posts a 2-year prospectivestudy [J].Int Prosthodont ,2003,16 6593-596. [24] Sahmali S, Demirel F , Saygili G. Strengths of lutingcement tometallic and tooth - colored posts[J]. Int JPeriodontics Restorative Dent ,2004 ,243256-263. [25] F. Mannocci , M. Ferrari, T. F. Watson. Microleakage ofendodontically treated teeth restored with fiber postsandcomposite cores after cyclic loading a co