1. 引言
牙列缺损是临床上口腔修复中的常见病和多发病，对患者的生活质量产生严重的影响。前牙缺失会直接影响患者面部的美观性和发音准确性，后牙缺失则会影响患者的咀嚼效率，从而影响患者的肠胃健康，导致一系列的消化系统疾病[1]。随着中国进入老龄化社会，牙列缺损患者的人数也不断增加，中老年人的口腔健康问题也引发广泛关注，口腔健康是全身健康基础的观念也渐渐被大众所接受，其中牙列缺损是影响广大中老年人口腔健康的常见问题之一[2]。
牙列缺损的修复方法有固定局部义齿、可摘局部义齿、固定–活动联合修复、种植义齿等。随着固定义齿和种植义齿的发展，人们对可摘局部义齿修复牙列缺损的关注有所减少；但由于患者生理、口腔解剖结构和经济条件等限制，可摘局部义齿仍在临床上广泛应用[3] [4]。与固定局部义齿或种植体修复相比，可摘局部义齿的适应证更广泛、设计更灵活，常用于修复牙列缺损，尤其适用于老年患者[5]。第四次全国口腔流行病学调查结果显示，在65~74岁年龄段的牙列缺损患者中，有0.3%的患者选择种植修复，26.3%的患者选择固定义齿修复，而有20.4%的患者选择可摘局部义齿修复。由此可见可摘局部义齿目前仍是牙列缺损的重要修复方式之一[6]。尽管可摘局部义齿设计的基本原则是相同的，但框架材料的发展仍在研究中。研究的重点是使用新材料，以解决目前用于可摘局部义齿制造的合金的缺点[7] [8]。
聚醚醚酮(PEEK)是一种性能优异的特种工程塑料，于1978年被英国ICI公司首次开发，我国20世纪80年代开始对其进行研发。PEEK是一种半结晶的有机高分子材料，近年来，由于其耐高温、耐化学腐蚀、耐辐射、良好的生物相容性等良好的特性被广泛的应用于航空航天、汽车制造以及精密仪器等高科技领域[9]。作为聚芳醚酮家族的一员，PEEK是由双酚盐和芳香族二卤化物通过亲核取代反应合成的[10]。分子结构中的苯环赋予PEEK刚性，而醚键具有足够的韧性，使PEEK具有很高的抗应力性。具有优异的化学稳定性，不仅可避免有毒副产物的释放，而且呈现出优异的生物相容性[11]。众多优异的特性，使其在医学领域广受欢迎，目前已用于骨外科、心血管外科等领域[12] [13]。
随着研究的深入，PEEK及其复合物也引起了口腔医学领域的关注，成为替代传统修复材料的新型牙科材料[14]。
德国维尔德公司通过添加20%直径小于0.5 um的陶瓷颗粒，制备Bio-HPP (PEEK基陶瓷增强型高性能聚合材料)，增加了PEEK的硬度、弹性和抗弯强度，具有高生物相容性、良好的机械性能、耐高温性和化学稳定性[15] [16]。Bio-HPP支架的制作不但能达到一般可摘局部义齿设计的基本要求，而且具有其独特的优势：1) 表面硬度高；2) 优良的耐磨性；3) 非常高的断裂韧性；4) 吸水率较低；5) 良好的可打磨和可抛光性；6) 挠曲率低；7) 位置稳定性较佳；8) CT影像检查时不产生伪影；9) 质地非常轻，异物感极小；10) 无任何金属，不会造成金属过敏；11) 可采用所有常规消毒[17]。姚苏霞等[5] [17]发现Bio-HPP CAD/CAM支架的患者轻便度方面优于钴铬合金支架。因Bio-HPP本身材质的特点，颜色为白色或者乳白色，从美观性方面来说要优于钴铬合金。但是Bio-HPP修复体的弹性较大，固位力明显低于钴铬合金的11.3~16.3 N，通过修整基牙，增加Bio-HPP卡环的厚度和进入倒凹的深度，其固位力可达4.9~9.1 N，这个力量足以满足Bio-HPP的临床使用。Bio-HPP支架义齿的临床效果优于钴铬合金支架[14]。目前CAD/CAM制作的Bio-HPP卡环及支架，已用于美观及舒适度需求较高、味觉敏感、金属过敏的患者。但由于缺乏相关系统评价，PEEK尚不能取代金属卡环及支架在可摘局部义齿中的地位[18] [19]。
本实验采用位移控制疲劳弯曲实验法预设0.25 mm和0.5 mm两个倒凹深度，通过对比研究钻铬合金与聚醚醚酮卡环在不同倒凹深度下的疲劳行为，为临床上根据不同基牙条件，选择不同材料的卡环提供参考依据。
2. 实验材料和方法
2.1. 实验材料
钴铬合金、聚醚醚酮、半椭圆型成品铸造卡环蜡型、实验夹具。
2.2. 实验设备
电子万能材料试验机，电脑。
2.3. 实验方法
2.3.1. 制备试件
试件的制备：取半椭圆形成品卡环蜡型40个，由加工厂按照材料加工流程和规范铸造钴铬合金、聚醚醚酮卡环各20个，并按临床要求完成卡环的打磨抛光。该过程由同一位技师完成。在20倍放大下观察试件表面，选择其中表面光滑完整、无变形的试件，并且在X线无损伤检测条件下确定试件无缺陷符合要求，若有不符合条件试件则重复操作，替换有缺陷的试件。共获得40个合格试件，试件外观呈半圆形，起始端较粗逐渐向末端变细。在卡环的平面一侧标记卡环的加载处、支撑处位置，使二者之间的距离为5 mm，卡环总长16 mm。
2.3.2. 分组
分组2组共40个试件，随机分成 A、B 2组，每组20个。
2.3.3. 抗疲劳性测试
本研究采用位移控制弯曲疲劳测试法如图1。在距卡环尖端10 mm处将卡环固定在夹具上，卡环的组织面朝上，并与水平面平行。加载载荷的支点位于距卡环尖端5 mm处。使用疲劳试验机于卡环尖端处加载载荷，加载方向由卡环的组织面向磨光面测弯曲，以模拟卡环摘戴时的反复变形。加载频率20 Hz直至试件断裂。当载荷衰减为小于初始载荷的15%时，认为卡环已经疲劳失效，仪器自动记录试件的初始载荷、疲劳失效时循环次数。
Figure 1. Experimental diagram of displacement control bending fatigue test
图1. 位移控制弯曲疲劳测试实验图
3. 实验数据统计学分析
实验数据用SPSS 26.0统计软件处理。两种材料在同一倒凹深度下的初始载荷和疲劳失效时的循环次数用方差分析来比较，检验水准为α = 0.05。以P < 0.05为判断差异是否有统计学意义的标准。
4. 实验结果
1) 聚醚醚酮和钴铬合金制作的卡环试件在两种弯曲位移疲劳测试中的初始载荷和循环次数如表1、表2所示。
Table 1. Comparison of initial load between 0.25 mm and 0.5 mm groups
表1. 0.25 mm组与0.5 mm组初始载荷对比
材料 |
0.25 mm组(N) |
5 mm组(N) |
P值 |
钴铬 |
39.7 ± 10.2 |
37.9 ± 3.8 |
<0.05 |
聚醚醚酮 |
15 ± 0.4 |
1.9 ± 0.3 |
>0.05 |
P值 |
<0.001 |
<0.001 |
- |
Table 2. Comparison of cycle times between 0.25 mm and 0.5 mm groups
表2. 0.25 mm组与0.5 mm组循环次数对比
材料 |
0.25 mm组(次) |
5 mm组(次) |
P值 |
钴铬 |
56,984 ± 10,446 |
8984 ± 426 |
<0.05 |
聚醚醚酮 |
89,766 ± 9763 |
74,352 ± 1972 |
>0.05 |
P值 |
<0.001 |
<0.001 |
- |
2) 当弯曲位移为0.25 mm时，钴铬合金的初始载荷高于聚醚醚酮(P < 0.05)；聚醚醚酮卡环疲劳失效时循环次数大于钴铬合金卡环疲劳失效时循环次数(P < 0.05)。
3) 当弯曲位移为0.5 mm时钴铬合金的初始载荷高于聚醚醚酮(P < 0.05)；聚醚醚酮卡环疲劳失效时循环次数大于钴铬合金卡环疲劳失效时循环次数(P < 0.05)。
4) 钴铬合金加载至0.25 mm和0.5 mm位移时疲劳失效时循环次数具有差异性(P < 0.05)，钴铬合金弯曲位移0.25 mm时卡环疲劳失效时循环次数大于弯曲位移0.5 mm时卡环疲劳失效时循环次数。聚醚醚酮加载至0.25 mm和0.5 mm位移时疲劳失效时循环次数不具有差异性(P > 0.05)。
5. 讨论
疲劳测试中，卡环弯曲时所产生的载荷相当于临床上卡环脱位时对基牙产生的正压力[20]。而卡环的固位力来自金属卡环向脱位方向移动时与基牙表面产生的摩擦力。以往研究认为金属卡环与天然牙釉质表面，在存在唾液的口腔环境中二者之间的摩擦系数大约0.2。根据摩擦力公式Fmax (最大静摩擦力) = N (正压力) × f (摩擦系数) [21] [22]，可知钴铬合金铸造卡环可以提供约5.74~7.54N的固位力，而聚醚醚酮卡环只能产生约0.3~0.38N的固位力，固位力较差。临床应用时，可结合实际情况增加倒凹深度、卡环材料的宽度及厚度以增加固位力，同时通过合理的义齿设计，PEEK卡环的固位能力可以满足临床应用的要求。鲁雨晴[23]等对1例83岁上下颌牙列缺损的患者进行了即刻修复治疗，并进行了3~6个月的随访，患者对修复效果满意，且固位良好。
在两组弯曲深度下，聚醚醚酮卡环试件的疲劳失效时循环次数均大于钴铬合金，证明聚醚醚酮用作卡环材料抗疲劳性优于钴铬合金。但在0.5 mm弯曲位移时载荷较小，提示临床应用聚醚醚酮材料时卡环进入倒凹深度0.5 mm或更大。钴铬合金卡环因弹性限度小，当倒凹深度0.5 mm时疲劳循环次数即明显减小，故临床中建议使用钴铬合金卡环进入基牙倒凹深度为0.25mm [24]。
本实验设计仍存在一定局限性：1) 实验采用直条型卡环试件，与临床卡环外形有一定差异；2) 本实验在实验室环境中进行，口腔环境复杂多变且唾液对卡环一定腐蚀作用，实验数据与真实情况有一定偏差；3) 患者在日常摘戴义齿时可能改变摘戴路径，对基牙产生更大的力，加速卡环疲劳。
本实验设计为单个卡环系统的循环疲劳测试，结果表明聚醚醚酮卡环固位力较小，在临床上，如果使用2~3个聚醚醚酮卡环，并同时考虑到其他的固位影响因素(卡环间相互制约作用、基托吸附力等方法)，义齿的固位力是可以满足临床需要的。但口腔中唾液的存在以及温度变化可能会对卡环疲劳性产生影响，聚醚醚酮用作可摘局部义齿卡环材料的可靠性仍需要进一步临床观察及后期实验进一步研究。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。