李 立 ，張 昀 ，丁 艷 ，苗 芳 ，楊亞玲 *

（1.中國石油蘭州石化總醫(yī)院，甘肅 蘭州 730060；2.蘭州市口腔醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000）

生物摩擦學(xué)（Bio-Tribology），1973年由Dowson等提出，是研究與生物系統(tǒng)相關(guān)機(jī)體內(nèi)部的器官或生物材料（人工植入體或與生物組織相接觸的具有生物相容性或生物降解性材料）之間做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相互作用表面及其理論和實(shí)踐的一門科學(xué)技術(shù)[1]。生物摩擦學(xué)研究涉及與生物系統(tǒng)有關(guān)的摩擦學(xué)的各個(gè)方面，它是摩擦學(xué)中發(fā)展最快的一個(gè)分支，其運(yùn)用物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程等方面的知識(shí)來研究和解決生物醫(yī)學(xué)問題，其目的在于研究摩擦磨損機(jī)理及失效機(jī)制，以便于采取相應(yīng)措施來延長其使用壽命[2]。

隨著摩擦學(xué)的發(fā)展和摩擦測(cè)量技術(shù)的提高，口腔生物摩擦被廣泛研究?？谇簧锬Σ翆W(xué)（Dental Biotribology）的研究對(duì)象是涉及口頜系統(tǒng)口腔內(nèi)部及人工植入體或生物替代材料的摩擦學(xué)現(xiàn)象[3-4]?？谇粌?nèi)存在許多特殊的摩擦現(xiàn)象，如唇舌齒相摩擦而發(fā)音，吃飯咀嚼、上下牙相咬合、顳下頜關(guān)節(jié)同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)摩擦。另外，在口腔咀嚼過程中，牙和牙、牙和修復(fù)體、修復(fù)體與修復(fù)體以及它們和食物間不可避免產(chǎn)生摩擦磨損現(xiàn)象[4-5]。天然牙或牙科材料在口腔中一般要保持幾十年，由于生理需要和各種因素的影響，牙齒磨損是無法避免的自然現(xiàn)象，修復(fù)過的牙齒也常出現(xiàn)牙科修復(fù)材料脫落的現(xiàn)象。隨著人類平均壽命的提高，人們對(duì)牙齒的保健和審美的要求也越來越高，牙齒的磨損問題越來越不容忽視，研究牙科材料的磨損機(jī)理以及如何防治牙齒的非正常磨耗具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[6-7]。

1 口腔中的摩擦磨損現(xiàn)象及影響因素

人類口腔是由上顎、下巴、牙齒、舌頭、黏膜和腺體組成。顳下頜關(guān)節(jié)連接上顎和下巴。口腔內(nèi)的摩擦與磨損是無法避免的，因?yàn)樗ǔＥc各種食物的處理、口腔環(huán)境衛(wèi)生以及畸形齒矯正相關(guān)[4]。一般意義上，口腔生物摩擦研究主要集中在對(duì)牙齒、唾液、顳下頜關(guān)節(jié)以及口腔內(nèi)的軟組織上。

牙齒是人體最堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)，嵌于上、下頜骨的牙槽內(nèi)，是一個(gè)包含牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)和牙髓的特殊結(jié)構(gòu)。在中樞神經(jīng)的支配下，以咀嚼肌肉為動(dòng)力,為程序，周而復(fù)始地進(jìn)行咀嚼循環(huán)，完成復(fù)雜的咀嚼、吞咽等功能[8]。牙齒不僅是人體內(nèi)直接行使咀嚼功能的器官，而且與發(fā)音、言語及保持面部協(xié)調(diào)美觀等均有密切關(guān)系，這一過程的摩擦學(xué)特性至關(guān)重要。

毫無疑問，牙齒在我們的日常生活中扮演著極其重要的角色。隨著年齡的增長，各種病理因素和創(chuàng)傷，如齲齒、部分或全部牙齒組織損傷不可避免地發(fā)生。牙齒（天然牙、義齒等）的摩擦磨損雖令人煩惱但普遍存在、無法避免。因此，人造牙齒材料已經(jīng)逐漸被開發(fā)用于恢復(fù)和治療人類牙齒的損傷。如今，金屬和合金以及陶瓷和復(fù)合材料被廣泛使用[8-9]。

1.1 咀嚼

食物進(jìn)入口腔后，經(jīng)過牙齒的切割、撕裂、搗碎和磨細(xì)等一系列機(jī)械加工過程，并與唾液混合，唾液中的酶對(duì)食物起部分消化作用。牙齒表面高度鈣化的牙釉質(zhì)是人體內(nèi)最硬的組織，對(duì)咀嚼磨耗有較大的抵抗力，而牙冠內(nèi)層牙本質(zhì)硬度遠(yuǎn)低于牙釉質(zhì)，有一定的彈性，當(dāng)釉質(zhì)受力時(shí)可適當(dāng)緩沖其咀嚼壓力而不致碎裂。對(duì)牙齒的咀嚼功能而言，牙釉質(zhì)的摩擦學(xué)特性至關(guān)重要。另外咀嚼力通過牙根傳至頜骨，可刺激頜骨的正常發(fā)育，同時(shí)咀嚼的生理性刺激還可促進(jìn)牙周組織的健康。

1.2 發(fā)音和言語

牙、唇和舌參與發(fā)音和言語，三者的關(guān)系密切。牙齒的位置限定了發(fā)音時(shí)舌的活動(dòng)范圍以及舌與唇、牙之間摩擦的位置關(guān)系，對(duì)發(fā)音的準(zhǔn)確性與言語的清晰程度有著重要的影響。

1.3 保持面部的協(xié)調(diào)美觀

由于牙齒及牙槽骨對(duì)面部軟組織的支持，并有正常的牙弓及咬合關(guān)系的配合，而使唇、頰部豐滿，肌肉張力協(xié)調(diào)，面部表情自然，形態(tài)正常。

1.4 影響口腔生物摩擦的因素

天然牙或牙用高分子材料在口腔內(nèi)易受唾液、食物、溫度變化及咀嚼力等多種因素的長期作用而產(chǎn)生一定程度的老化，從而導(dǎo)致耐磨性能降低甚至引發(fā)失效。有學(xué)者研究了咬合力、唾液、碳酸飲料以及溫度4種口腔環(huán)境因素對(duì)樹脂牙摩擦學(xué)特性的影響，結(jié)果表明：法向咬合力增加，牙的耐磨性能變差；牙在人工唾液介質(zhì)中表現(xiàn)出了較好的摩擦磨損性能；人工唾液和碳酸飲料長期浸泡處理對(duì)牙摩擦磨損性能影響很小；而在溫度0℃～60℃范圍內(nèi)經(jīng)熱循環(huán)老化預(yù)處理后，樹脂牙的耐磨性顯著降低[10-11]。提示我們改進(jìn)現(xiàn)有牙用高分子材料的耐磨性，除了需要指導(dǎo)患者正確咬合外，還可以從改進(jìn)材料的耐腐蝕性以及耐高溫性，提高臨床適用性。

2 口腔生物摩擦的類型

口腔摩擦磨損是指在咀嚼和非咀嚼運(yùn)動(dòng)過程中，由于天然牙或人工牙牙面與牙面之間摩擦，牙面與食物之間摩擦，使牙硬組織喪失。牙齒的磨耗通常是多種機(jī)制共同作用的結(jié)果，通常牙齒的磨損是由機(jī)械磨損、咀嚼磨耗以及酸蝕這3種機(jī)制相互作用而產(chǎn)生的。

2.1 機(jī)械磨損

由異物摩擦造成牙齒硬組織喪失稱為機(jī)械磨損。長期不良的咀嚼習(xí)慣，如偏側(cè)咀嚼、用力咬錯(cuò)位牙或物體等，以及不正確的刷牙方式所致的異常摩擦。

2.2 咀嚼磨耗

咀嚼運(yùn)動(dòng)中牙齒硬組織自然磨耗的生理現(xiàn)象被稱為咀嚼磨耗，常見于牙齒的面、切緣及鄰面。適度的磨耗使上下牙面廣泛接觸，有利于咀嚼，可保持臨床冠根比例的協(xié)調(diào)關(guān)系，減小側(cè)向力。咀嚼磨耗與下列因素有關(guān)：（1）咬合與糌力，牙齒數(shù)目的減少及牙力增強(qiáng)均會(huì)導(dǎo)致牙齒的磨耗增加；（2）功能亢進(jìn)，由于精神、肌力等因素及中樞異常所致的夜磨牙引起嚴(yán)重的牙齒磨耗；（3）天然牙本身發(fā)育不良，釉質(zhì)和本質(zhì)發(fā)育不全可引起咀嚼磨耗的快速增大；（4）其他原因，如咬合持續(xù)時(shí)間過長、年齡、性別等也與咀嚼磨耗有關(guān)[10]。

2.3 酸蝕

當(dāng)牙齒受到化學(xué)產(chǎn)物的作用而導(dǎo)致牙齒硬組織的喪失，這是涉及酸的分解和牙釉質(zhì)在近酸性環(huán)境中的腐蝕過程。引起酸蝕的常見因素有：（1）大量進(jìn)食水果、果汁及低pH值的飲料可導(dǎo)致天然牙硬組織的緩慢喪失。另外一些口服藥，如維生素C、鹽酸制劑等也可引起這種損害；（2）胃腸功能紊亂，這類患者有反胃及嘔吐現(xiàn)象，導(dǎo)致酸性胃液與牙齒接觸；（3）唾液的潤滑與緩沖作用對(duì)牙齒的磨損有著密切的聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)證明唾液分泌停止，磨損程度會(huì)增加；（4）環(huán)境因素，如長期工作在酸性環(huán)境中的人群易發(fā)生天然牙的酸蝕[10]。

3 口腔摩擦學(xué)研究現(xiàn)狀

目前有關(guān)口腔摩擦磨損特性的研究有體內(nèi)臨床研究和體外試驗(yàn)研究兩種。

3.1 體內(nèi)研究

體內(nèi)臨床研究是對(duì)患者的磨損牙齒進(jìn)行臨床觀察，并通過問卷調(diào)查和一些分析手段來判斷牙齒的磨損量及磨損原因，或者通過動(dòng)物缺損模型進(jìn)行研究。體內(nèi)研究是牙科修復(fù)材料實(shí)際使用情況的真實(shí)反映，是研究其摩擦學(xué)特性最合理的方法。然而，鑒于口腔環(huán)境的復(fù)雜性，口腔內(nèi)的許多參數(shù)無法控制，從而使體內(nèi)研究有一定局限性。同時(shí)，因?yàn)閯?dòng)物牙齒所處環(huán)境與人不同，所咀嚼的食物類型也有很大差別，從而導(dǎo)致動(dòng)物的體內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果與人的體內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果通常存在一定差別，可比性差。

3.2 體外研究

體外研究主要集中在牙科修復(fù)材料磨損特性的評(píng)價(jià)等方面，研究對(duì)象包括高分子材料、陶瓷材料和金屬材料，其中，生物陶瓷材料和復(fù)合材料的研究最多。雖然體外試驗(yàn)可以隨意改變和控制影響牙齒磨損進(jìn)程的關(guān)鍵變量，但遺憾的是，目前大多數(shù)體外研究主要關(guān)注牙齒（包括天然牙和牙科修復(fù)材料）在模擬口腔環(huán)境下的磨損率和磨損等級(jí)，很少深入研究其磨損機(jī)制以及口腔環(huán)境因素的影響。

隨著人民素質(zhì)和生活水平的提高，人們對(duì)牙齒保健和審美的要求也越來越高，從而對(duì)牙科修復(fù)材料提出了更高的要求。在我國，每年用于購買生物材料的外匯在數(shù)千萬元以上，其中牙科修復(fù)材料占了很大比例。

牙科修復(fù)材料種類繁多，按材料的類型可分為3種：金屬與合金材料、生物陶瓷材料和高分子材料。按用途可分為充填材料、義齒材料、植入材料、黏結(jié)材料等。目前國內(nèi)外對(duì)天然牙及牙科修復(fù)材料的摩擦學(xué)研究相對(duì)較多，對(duì)天然牙的摩擦學(xué)研究主要集中在體內(nèi)臨床觀察上，而對(duì)牙科修復(fù)材料摩擦學(xué)集中在復(fù)合材料和陶瓷材料上[10，5]。由于種種原因，有許多人缺牙，缺牙患者為進(jìn)行正常的咀嚼咬合等，必須用牙科修復(fù)材料進(jìn)行修復(fù)。但是修復(fù)體與天然牙或修復(fù)體與修復(fù)體之間要產(chǎn)生磨損，無論是天然牙被磨損還是修復(fù)體被磨損都會(huì)影響修復(fù)效果，同時(shí)口腔內(nèi)的磨損又是不可避免的，因此就要深入進(jìn)行相關(guān)研究，開發(fā)更好的修復(fù)材料，達(dá)到最佳的修復(fù)效果。

4 展望

牙齒是一對(duì)特殊的摩擦副，有著與其他摩擦副不同的特點(diǎn)[2]。首先，天然牙具有“自補(bǔ)償”功能，而牙科修復(fù)材料很難做到這一點(diǎn)，所以對(duì)牙科修復(fù)材料的耐磨性提出了更高的要求。第二，牙科修復(fù)材料的摩擦系數(shù)必須得到適當(dāng)?shù)奶岣?。牙齒的主要功能是磨碎食物，摩擦系數(shù)小容易造成“打滑”現(xiàn)象，不利于磨碎食物。第三，每個(gè)人的牙齒所處的環(huán)境不一樣，口腔衛(wèi)生狀況、唾液的成分及進(jìn)餐食品的種類都因人而異，所以給牙科修復(fù)材料的耐腐蝕性和摩擦磨損特性的檢驗(yàn)增加了很大難度。第四，牙齒的排列也因人而異，以牙科修復(fù)材料的標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用于每一位患者，難以達(dá)到令人滿意的程度。第五，不同部位的牙齒其作用是不相同的，受力狀況和磨損條件也不盡相同，所以難以用同一種材料制造整個(gè)牙列。第六，由于人們現(xiàn)代審美意識(shí)的提高，對(duì)人工義齒的外表形狀、色澤、光潔度以及各種性能等都提出了更高的要求，需要達(dá)到更加真實(shí)的效果，這些要求都增加了對(duì)牙科修復(fù)材料摩擦學(xué)特性研究的難度。為此，我們必須研究開發(fā)生物相容性好、成本低、摩擦磨損率低、不易變形的材料。對(duì)牙齒磨損機(jī)制了解越多，就越有可能準(zhǔn)確采用各種臨床治療和修復(fù)措施，防治牙齒過度磨耗，保證人們正常的生理需求。牙齒磨損可引起各種并發(fā)癥，比如，牙本質(zhì)過敏癥、食物嵌塞促使牙周病和鄰面齲的發(fā)生、牙髓和根尖周病變、顳頜關(guān)節(jié)病損、創(chuàng)傷以及創(chuàng)傷性潰瘍等。