Lock—loose托槽与传统托槽摩擦力特性的比较研究

刘晓维　杨陆一　朱惠芳　等

[摘要] 目的 在干燥和人工唾液环境中测量Lock-loose托槽结扎中间翼和结扎全翼时与弓丝之间滑动摩擦力和静摩擦力的大小，并与传统四翼托槽和自锁托槽进行对比。方法 应用原子力显微镜观察不锈钢弓丝与不同托槽摩擦前后的表观形貌。选用Lock-loose托槽、传统四翼托槽和自锁托槽，分别与0.406 4 mm、0.457 2 mm不锈钢圆丝和0.457 2 mm×0.634 9 mm、0.482 6 mm×0.634 9 mm不锈钢方丝组合，其中Lock-loose托槽使用结扎中间翼和结扎全翼两种结扎方式。使用电子万能力学实验机测量干燥和人工唾液两种环境下弓丝在托槽内滑动的动、静摩擦力。结果 不同尺寸弓丝与不同托槽摩擦前后的表面粗糙度无明显差异（P>0.05）；Lock-loose托槽結扎中间翼与4种弓丝组合的动、静摩擦力均接近于0，与传统四翼托槽有明显差异（P<0.05）；与0.457 2 mm×0.634 9 mm不锈钢方丝组合时，Lock-loose托槽结扎全翼可以获得最大动、静摩擦力，与传统四翼托槽和自锁托槽的差异有统计学意义（P<0.05）；人工唾液环境中的摩擦力小于干燥环境中的摩擦力（P<0.05）。结论 Lock-loose托槽可以通过不同的结扎方式调节并获得临床所需的摩擦力，有效解决了低摩擦力与强支抗控制的矛盾问题。

[关键词] Lock-loose托槽； 摩擦力； 人工唾液； 正畸

[中图分类号] R 783.5 [文献标志码] A [doi] 10.7518/hxkq.2014.06.009

矫治错畸形的本质就是在力的作用下，通过矫治器对错位的牙齿施加适当的矫治力，使其向正确的方向和位置移动，重建协调、稳定、美观的咬合关系。牙齿的移动主要通过托槽和弓丝之间的相对运动来完成。研究[1]发现，使牙齿移动的力大约有50%用来克服托槽、弓丝、结扎丝之间的阻力，因此托槽和弓丝之间的摩擦力是影响矫治力的重要因素之一。如果忽略矫治过程中摩擦力的影响，则会导致支抗丧失和不良的牙齿移动。

为了满足正畸治疗的不同阶段及不同牙齿对摩擦力的不同需求，在LF（low friction and low force）托槽的理念下[2]，由吉林大学口腔医院杨陆一将LF托槽的平底槽沟设计为槽沟带有突脊的正畸托槽，命名为Lock-loose托槽，并取得国家实用新型专利[3]。Lock-loose托槽在原有LF六翼托槽的基础上将平底槽沟设计成峰形，并相应增加托槽中间翼槽壁高度和托槽底厚度，希望可以在正畸过程中仅通过采用不同的结扎方式就可同时解决摩擦力和支抗控制的问题。口腔的唾液环境是影响摩擦力的主要生物因素之一，但唾液环境对摩擦力的影响尚存争议[4-5]。为进一步研究Lock-loose托槽的摩擦力特性，本实验在干湿两种条件下，比较结扎中间翼的Lock-loose托槽、结扎六翼的Lock-loose托槽、传统四翼托槽以及自锁托槽分别与不同的不锈钢弓丝在弹性橡皮结扎圈结扎情况下的摩擦力特性，为其临床应用提供参考。

3 讨论

3.1 Lock-loose托槽的摩擦力特性

Lock-loose托槽是在原有直丝托槽的基础上将槽沟设计为突脊形状，并未对原有直丝托槽所预制的数据做更改。由于Lock-loose托槽主要使用在后牙段，因此在关闭拔牙间隙时增加后牙支抗的同时，也可以通过托槽预成的转矩来使牙齿的位置得以调整。Lock-loose托槽结扎中间翼时，因为中间翼槽壁高度增加，橡皮圈与弓丝之间分离，槽沟形成管状结构，弓丝受到的结扎力极小[6]，使得弓丝与托槽之间的摩擦力减小；而结扎全翼时，则类似传统托槽的结扎方式，此时橡皮圈从侧翼外侧与托槽接触，对弓丝产生一定的压力。由于Lock-loose托槽全翼的周长大于传统四翼托槽全翼的周长，而橡皮圈的周长是一定的，因此Lock-loose托槽结扎全翼时弓丝与托槽间压力大于传统四翼托槽，由于摩擦力与结扎压力成正比[7]，所以其摩擦力大于传统托槽。虽然Moore等[8]认为摩擦力随着弓丝横截面积的增加而增大，但是本研究所使用的4种弓丝在与Lock-loose托槽的组合中，由于（0.457 2 mm×0.634 9 mm方丝较0.482 6 mm×0.634 9 mm方丝更易发生变形，在相同橡皮圈结扎条件下，其与托槽的接触面积更大，所以获得了4种托槽—弓丝组合中最大的摩擦力。

在临床正畸治疗过程中，托槽沿弓丝滑动时产生的摩擦力越大，牙齿移动时所需矫治力就越大。在直丝弓矫治过程中，利用滑动法关闭间隙时，需要弓丝在托槽和颊面管中自由滑动，此时采用Lock-loose托槽结扎中间翼的方式，获得弓丝与托槽间尽可能小的摩擦阻力，获得较好临床效果的同时，满足了正畸轻力原则，患者疼痛感也明显减轻[9-10]；而在最后的精细调整阶段，临床医生通常希望加大个别牙齿托槽与弓丝间的摩擦力，以使牙齿在三维方向上得到精确的调整；再如临床上用两步法关闭间隙拉尖牙向远中移动过程中，当不允许任何的支抗后牙移动而发生支抗丧失时，支抗牙齿托槽和弓丝间的摩擦力需要足够大[11]，此时可以采用Lock-loose托槽结扎全翼来获得较大的摩擦力。

3.2 Lock-loose托槽对弓丝的影响

根据物理学原理，当两个接触的固体之间发生相对移动的时候，在其接触面上会产生与其运动方向相反的摩擦力[12]，临床上弓丝和托槽之间的摩擦力正是由于两者之间的相对运动引起。Lock-loose托槽通过改变槽沟形状来改变与弓丝之间的接触面积，从而控制临床所需的摩擦力大小；但是对比弓丝与Lock-loose托槽、传统四翼托槽和自锁托槽摩擦前后表观形貌可以发现，3种托槽对弓丝表面形貌的影响无明显差异，可见Lock-loose托槽可在临床推广应用。

3.3 干湿条件对摩擦力的影响

考虑到口腔的唾液环境，本研究同时测量了干燥和人工唾液环境下托槽与弓丝之间的动静摩擦力。由于唾液的润滑作用，人工唾液环境中同种托槽与弓丝之间的动静摩擦力均小于干燥环境下的摩擦力，且差异有统计学意义（P<0.05），这与Cash等[13]的研究是一致的。

Lock-loose托槽具有灵活的摩擦力特性，采用不同结扎方式即可控制摩擦力的大小，既解决了传统四翼托槽摩擦力变化范围小，无法获得多种摩擦力的缺点，又弥补了自锁托槽在精确调整时无法提供足够摩擦力的弊端；同时，Lock-loose托槽的操作方法简便，无需特殊工具，而成本远低于进口托槽，更适合中国国情，有利于在临床上推广应用。牙齿移动是一个复杂的生物力学过程，托槽与弓丝之间的摩擦阻力只是牙齒受力的一部分，不能以单纯摩擦力的大小来说明牙齿受力的大小和移动的快慢，而本实验只是对牙齿移动中摩擦力部分进行初步研究。此外，本实验部分地模拟了口腔环境，在一定程度上反映了口腔环境中的摩擦力状况，但是唾液外的其他生物因素，例如肌力、咬合力、牙周组织、牙齿移动方式、咀嚼等也会影响正畸摩擦力，因此要反映真实口腔环境中的摩擦力状况，仍需进一步研究。在后续研究中，笔者将对不同结扎方式对摩擦前后的弓丝与托槽表面形貌的影响做更加深入全面的研究。此外，本研究所使用托槽槽沟底峰高为0.39 mm，以后将针对不同峰高的托槽进行摩擦力研究，从而获得最佳的峰高高度并应用于临床。

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（本文编辑 吴爱华）