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磁力功能矫治器在正畸中的临床研究进展

2020-1-6 15:01  来源:医学综述
编辑:郭杨 尹康 阅读量:3139

    骨性错牙合畸形由遗传、系统性疾病和内分泌障碍等引起,是临床较为常见的一类畸形。有时在生长改良及掩饰性治疗均困难的情况下,只能采取正颌手术以矫正畸形。但对于生长期患者,考虑到患者骨骼还有生长发育的能力,故多采用功能矫形进行治疗。

    功能矫治器是主要针对生长发育高峰期儿童颌面部骨骼、颞下颌关节髁突和腭部骨缝的矫形工具。同时,其也有一定的牙-牙槽骨效应(即牙性代偿作用)。另外,功能矫治器还能对口周软组织产生作用。虽然功能矫治器能够显著改善儿童、青少年患者的骨性错牙合畸形,但每一种功能矫治器均有其各自的缺点。且矫治器的佩戴很不方便,舒适度差,患者配合度低;同时矫治器只能在夜间佩戴,作用力不持久,需要的治疗时间较长。故将磁性材料引入功能矫治器是基于减少由传统功能矫治器引起治疗失败的需要。其在很大程度上与磁力系统不同于传统机械力矫治方法的特性有关。这使得磁力功能矫治器在正畸领域快速发展,受到许多学者及医者的肯定,并得到广泛应用。现就磁力功能矫治器在正畸中的临床研究进展予以综述。

    1.磁力的生物安全性

    目前,国内外关于生物磁学的研究已深入到各医学领域,且在口腔正畸中的应用也日益广泛。研究表明,人体如果长时间处于强磁场的作用,将会产生不良反应。而适当强度的磁场对人体各方面功能均产生有利的调整作用,这是磁场治疗某些疾病的基础。同时,由于在矫治过程中磁力与磁场共存,若要将磁力应用到临床工作中,须对其生物学效应进行研究。20世纪80年代,钕铁硼永磁体研制成功,其磁性较钐钴永磁体高3倍,是第三代稀土永磁材料,具有体积小、重量轻和磁性强的特点,被称为“永磁王”,是目前磁性最高的永磁材料。

    侯志明等选用新型钕铁硼永磁体,对与托槽大小接近的磁体进行磁性能及力学测试,结果发现N48磁体已达到临床矫治力的需要,同时能达到促进牙齿移动、降低矫治成本及减少矫治装置的目的。Kawata等将磁体制成托槽,使牙齿在骨骼间有效并快速地移动,磁力托槽很好地适应了正畸的生物力学,给患者带来更多的舒适感,同时提供了一种接近理想正畸要求的力学状态。

    磁力体系具有以下特点:力与体积的比值高;磁极之间的作用力为面与面之间的作用力,短距离可以产生最大力值;吸引力具有三维定位的能力;磁力线不会被间接介入的中间介质所阻断;吸引力装置中无摩擦;一段时间内磁力可持续,无明显的能量衰减,力量由医师控制,可克服由于患者不合作造成的矫治困难。为更好地将磁力体系引入临床,许多学者对其生物安全性进行了广泛研究。

    赵桂芝等用钕铁硼永磁体移动猴牙,将由小到大递增的磁力加到猴牙上,观察磁力作用下猴牙牙周组织的改建,结果发现猴牙牙周组织不但无病理性损害,还发生了较为理想的改建,说明牙周组织能很好地适应磁力。有动物实验和临床研究证明,磁场或脉冲电磁场可促进血液循环,血管再生,增加骨组织微循环和逐步改建,加速骨组织生长、神经组织再生。

    Brkovic等试验证实,磁场对牙菌斑细菌数量的减少有积极作用。在磁场暴露的24h内,所有分离的微生物数量均显著减少。随着时间的推移,磁铁对体外菌群密度的影响有所降低。在体内,磁场对减少牙菌斑微生物数量也有一定影响。在所有的观察期间(3、6和12个月),发现假牙周围微生物的数量均有所减少,表明静态磁场对牙槽骨和其他牙周组织均有有益影响。

    有学者评估了静磁场对覆盖义齿下牙周组织的影响,在下颌覆盖义齿的基础上,在保留牙的区域安装了微晶片,其静态集中场为60~80mT。3、6、12个月后采用光密度法进行评价,通过标准和改进的牙周测试进行牙周分析。结果发现在磁体植入6、12个月后,菌斑指数和牙龈指数得到改善,磁力装置对龈缘和结牙合上皮组织没有任何影响,说明静磁场可作为一种无创治疗方法,适用于牙齿数目减少、牙槽骨支撑减少的患者。

    Bondemark等观察正畸型钐钴磁体所产生的静态磁场对人牙髓及牙龈组织的影响发现,钐钴磁体所产生的静磁场对上颌第一前磨牙的牙髓组织和相邻的牙龈组织未造成任何改变。Abdel-Kader等探讨了正畸磁铁对口腔黏膜可能产生的不良影响,用单细胞凝胶电泳(彗星试验)对口腔黏膜细胞进行为期1周、1个月、3个月和6个月的DNA片段分析。结果显示从第1周开始,口腔两侧带有DNA碎片的黏膜细胞数稳步增加,且磁性侧的DNA碎片细胞多于非磁性侧。但有学者表示,磁体腐蚀后的产物会产生细胞毒性,从而损伤口腔黏膜组织,因此不适合长期在口腔内使用。

    为了防止磁体在口腔环境中的腐蚀,许多学者试图用丙烯酸或不锈钢封住磁铁。其中,类金刚石具有优良的摩擦力和力学性能和良好的耐蚀性、生物相容性和血液相容性,是一种具有广阔应用前景的生物医学材料,其涂层没有任何细胞毒性和炎症。当将类金刚石涂层应用于磁体时,可以增强钕铁硼磁铁的耐腐蚀性,降低其细胞毒性,使其能在口腔内长期安全使用。目前,磁性纳米材料因其独特的细胞和组织反应受到广泛关注。

    Yun等研究磁性纳米纤维支架对人牙髓细胞行为的影响发现,磁性纳米纤维支架在生长、牙源分化、促血管生成等过程中对牙髓细胞有刺激作用,同时具有潜在的牙本质-牙髓再生基质用途。未来在正畸领域其也许可以广泛应用。

    2.磁力功能性矫治器的临床应用

    牙颌面畸形是指颌面部体积和形态,颅面上下颌骨与其他骨骼之间的关系,以及随之伴发的牙合关系和口颌系统功能异常。将稀土永磁体包埋于自凝塑料中,利用磁体的引力或斥力作为促使颌骨改建的辅助手段,是磁力功能矫治器的原理。

    2.1Ⅱ类磁力功能性矫治器

    Ⅱ类错牙合主要由上颌骨发育过度和(或)下颌骨发育不足导致,而使用Ⅱ类功能矫治器主要是为了建立口周肌肉的平衡,消除口腔功能障碍,协调上下颌骨在矢状向上的不调。常用的功能矫治器有肌激动器、双合垫功能矫治器、FrankelⅡ型功能矫治器、Herbst矫治器等。1989年,Ⅱ类磁力功能矫治器问世,是一类利用磁体吸引力将下颌约束在矢状向前伸位的功能性矫治器。传统的Ⅱ类功能矫治器是利用功能性的下颌移位来矫正上下颌骨间的位置,被动地将肌肉拉伸产生的力量传递到下颌,从而引导下颌位于矢状向前伸位。而Ⅱ类磁力功能矫治器是利用磁力前导下颌,同时约束下颌处于前伸位的一种主动装置。

    Vardimon等将Ⅱ类磁力功能矫治器置于青春期前雌猴口内发现,下颌骨长度增加、髁突软骨细胞增生、髁突颈骨重构,矫治器效果良好。吴建勇等发现,髁突经历了从功能重构不活跃到活跃,再到不活跃的过程,矫治后下颌骨长度增加。李业荣等将4块钕铁硼磁体分别包埋在双合垫功能矫治器的4个功能塑胶斜面内,使磁体的正负极平行相对产生引力,其间距为0.5mm,功能斜面保持70°。结果显示,矫治结束后患者咬合关系、侧貌均得到明显改善,同时也促进了下颌骨的改建。

    Phelan等发明了一种新型的Ⅱ类功能矫治器,它是由4个丙烯酸树脂块组成的固定功能矫治器。上下颌左右颊侧各1个树脂块,每个树脂块包含2个钕铁硼磁铁(7mm×4mm×3mm),通过上下颌磁块间的吸引力,吸引下颌至矢状向前伸位。结果显示,治疗后下颌长度、SNB角显著增加,ANB角减小,骨性效应主要来自下颌骨。

    2.2Ⅲ类磁力功能性矫治器

    Ⅲ类错牙合的主要临床特征为前牙反牙合、磨牙近中关系,可能伴有后牙反牙合。早期治疗Ⅲ类错牙合主要是为了避免手术干预,从而降低手术的发病率,提供一个更有利的生长环境,改善咬合关系。为实现这一目标,许多功能矫治器被研发出来,如前方牵引、颏兜、FrankelⅢ型功能矫治器、生物调节器、Ⅲ类双合垫功能矫治器、Ⅲ类弹性牵引等。其中,Ⅲ类磁力功能矫治器因具有短距离可产生较大力值、力量不会衰减、不依赖于患者的配合度、美观舒适等特点,成为一种具有独特优势的新型矫治器。Vardimon等率先设计出了Ⅲ类磁力功能矫治器,他们利用雌猴建立动物模型,将此类矫治器佩戴于雌猴口内,通过磁体的吸引力刺激上颌骨生长,抑制下颌骨的生长。结果发现,Ⅲ类磁力功能矫治器能迅速刺激上颌骨周围的骨质细胞,延缓抑制髁突软骨的形成。

    徐芸等运用双阻板磁力功能矫治器,即以永磁体钕铁硼作为基本材料,利用磁性斥力而形成推上颌向前、下颌向后,交互支抗的矫形力系。将磁块间距控制在0.5~1.0mm,作用力为400~650g。结果显示,磁力功能矫治器对早期Ⅲ类错牙合有明显疗效。许艳华建立动物实验模型发现,在颌间Ⅲ类矫形力的作用下其牙合位发生了明显改变,其原因主要为恒河猴髁突软骨发生改建,髁突软骨后斜面增殖层、前肥厚层变薄,生长受到抑制,前斜面增殖层、前肥厚层变厚,出现增生反应,说明髁突在进行有利的生理性改建。

    Zhao等设计出的新型磁力矫治器——MOA-Ⅲ(magnetic orthopedic appliance-Ⅲ)运用磁体间的吸引力,在早期治疗儿童轻度至中度Ⅲ类错牙合时获得了良好疗效。患者的上颌骨、牙列在矢状向上均向前移动,且上颌骨还发生了前、下旋转;而下颌骨最显著的变化为下前牙的舌倾代偿,同时下颌骨还发生了顺时针旋转,但下颌骨骨体长度未发生明显变化。软组织测量显示,上唇唇倾、下唇内收、凹面型也得到了改善。这揭示了Ⅲ类磁力功能性矫治器的有效性,但其骨性效应是否大于牙性效应有待进一步探讨。

    2.3磁力扩弓矫治器

    当上下颌宽度不调时,主要通过协调上颌宽度来匹配下颌,故临床常使用上颌扩弓器,如固定螺旋扩弓器、四眼圈簧扩弓器、Crozat矫治器及种植支抗等。上颌扩弓常用于增加上颌的横向宽度,通过扩展上颌腭中缝解除上颌狭窄和牙列拥挤。磁力是非传统矫治力系统中的一种,自1980年以来一直用于上颌扩弓,特点为能够提供足够强度和持续的力,而不依赖于患者的合作。虽然动物实验、临床研究均证实了磁性上颌扩弓的可行性,但因早期磁体相对较小、磁力不足、需要较大的体积和质量来提供足够的扩张力、患者舒适度和口腔卫生较差等。而第三代高能稀土永磁合金钕铁硼磁体的研制,克服了上述缺点。

    磁体可以产生较强的力,使得产生给定磁通量所需磁体的尺寸大大减小。此外,新型高能磁体具有高矫顽力(一种磁性材料承受外部磁场而不被退磁的能力量度),故提高了它们在扩弓中的作用力。但磁力扩弓器也有一定的局限性,两块磁体之间产生的力会随距离的增加而显著减小,这可能会使扩弓力变得不稳定。

    近年有学者设计了一种新型磁力腭扩弓器,该矫治器是基于涂覆类金刚石的钕铁硼磁铁的斥力,结合再活化系统,克服磁力随距离减小的局限性。在使腭缝扩大的过程中,许多成纤维细胞处于活跃增殖状态,同时成骨细胞和破骨细胞计数增加。虽然此类磁力腭扩弓器有效地诱导了腭中缝骨重建,但其带来的骨性效应更小,牙性效应更大。

    2.4矫治开牙合的磁力功能矫治器

    开牙合畸形是指上下牙弓及颌骨在垂直方向上的发育异常,常表现为上下前牙切端间无咬合关系,垂直向呈现间隙。在矫正早期,开牙合的矫治器有FrankelⅣ型功能矫治器、后牙牙合垫、快速磨牙压低器、高位头帽牵引、垂直牵引颏兜等。前开开牙合异常通常与口腔不良习惯有关。若为骨性开牙合,可配合颏兜进行口外垂直牵引,口内佩戴牙合垫,刺激髁突及下颌支的增长,引导下颌骨正常生长。1986年,Dellinger首次设计出了一种功能性垂直向矫治器,这是一种简单的可移动或固定的矫正器,它通过上、下颌后牙之间的相互作用力,有效压低了后牙,使下颌骨向上和向前旋转,矫正开合。

    Doshi和Bhad-patil制作磁力功能矫治器矫正开牙合,通过咀嚼肌和颞肌肌电图检查,结果显示其能显著促进髁突生长,使髁突向更前上的位置移动,并使下颌发生显著的前上旋转,且咀嚼肌和颞肌在休息时的动度和咬合力均有显著增加。但矫治开牙合的磁力功能矫治器在国内尚未见报道,国外的研究也极为少见,有待进一步研究。

    3.小结

    磁力功能矫治器的特性、生物安全性及其对青春生长发育期骨性错牙合畸形患者的矫治疗效得到许多学者的认可。但因磁力在正畸领域的发展时间不长,尚有很多问题亟待解决,如如何增大磁力功能矫治器的骨性效应、减小牙性效应,新型纳米磁性材料是否能替代钕铁硼磁体,能否将磁力功能矫治器引入更多领域,如何增加磁力的可控性、减少腐蚀性等。随着正畸学的高速发展,未来磁力的局限性会逐渐减小,磁力功能矫治器将成为正畸领域不可缺少的一部分。

编辑: 陆美凤

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