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【摘要】 目的 建立下颌骨三维力学模型，探讨咀嚼功能状态下，骨断端所产生的生物力学效应。方法 选取6件下颌骨标本，随机分成三组，造成下颌角、体部及正中联合单一线性骨折，依据空间平行力系、静力平衡方程计算骨断端截面上的弯矩、扭矩及剪应力等，评价其力学效应。
结果 下颌角区骨折断端截面上产生弯矩及剪应力最大，下颌体部骨折断端截面上产生的弯矩及扭矩均较大，正中联合部骨折断端截面上只产生负弯矩。所有部位骨折离骨折部位越远，剪应力越小。
结论 实验结果揭示了下颌骨骨折骨断端的力学特征与骨折部位间的关系，客观地显示了骨断端力学变化特点与功能咬合点的动态变化关系。
【关键词】下颌骨骨折；三维力学模型；功能负载作者单位：136000吉林省四平市中心人民医院口腔科（陈红玉）；吉林大学口腔医学院（于子莹 刘春丽）本研究通过建立下颌骨三维力学计算模型系统地研究功能负载条件下，下颌骨不同部位骨折断面上的弯矩、扭矩以及剪应力与下颌牙列不同咬合点的动态变化关系，探讨咀嚼功能状态下，骨断端所产生的力学效应。
1 材料与方法
1．1 选取成年人尸体的发育正常且具有完整牙列的下颌骨标本6件，去除软组织（标本由吉林大学医学解剖教研室提供）。分别测量6件下颌骨标本双侧髁状突中心间距离以及右侧髁状突中心到下颌牙列功能负载点之间的垂直及水平距离。随机分成三组，二件一组，确定临床上最为常见的下颌角、下颌体部及正中联合区的单一线性骨折。骨折线均位于下颌骨右侧，其中下颌角骨折起自嚼肌粗隆前缘斜向上至右侧第三磨近中；体部骨折为通过右侧第一、二双尖牙；正中联合骨折为通过双侧中切牙之间。测量并计录骨断面中心至右侧髁状突的垂直距离。
1．2 以右侧髁状突为中心建立空间坐标系，X轴通过双侧髁状突中心，X-Y平面平行于下颌咬合平面，Z轴垂直于X-Y平面。下颌功能负载时关节区反应力（joint reaction forces Fjr）、咀嚼肌牵拉力（muscle forces Fm）以及下颌咬合力（bite force Fb）的作用线均垂直于X-Y平面。确定下颌牙列双侧第一、二磨牙，第一、二双尖牙、尖牙、侧切牙及双侧中切牙近中接触点等共13个咬合功能负载点。作用于磨牙、双尖牙、尖牙及切牙咬合力值比例为1．4∶1．1∶0．8∶0．7，平均咬合力值为100 N，磨牙119 N，切牙57 N。依据空间平行力系、静力平衡原理建立静力平衡方程：沿X轴的合力矩 ∑Mix=0沿Y轴的合力矩 ∑Miy=i5l沿Z轴的合力矩 ∑Miz=i=l计算下颌功能负载时不同骨折断面上弯矩（bending moment Mb）、扭矩（torsion moment Mt）及剪应力的大小，计算结果用Origin 6．0数据分析软件进行拟合处理。
2 结果
2．1 下颌角区骨折 骨断端载面上产生弯矩最大，最大弯矩出现于功能负载时非骨折侧的磨牙区。该截面上产生的扭矩较小。靠近骨折线的磨牙区负载时骨断端截面上产生的剪应力最大，离骨折线越远其剪应力越小。
2．2 下颌骨体部骨折 功能负载条件下颌骨断端截面上产生的弯矩及扭矩均较大，骨折侧磨牙区产生最大的负扭矩。剪应力在骨折线前后牙列咬合时变化明显，骨折后方负载时截面上受正性剪应力的作用，而在骨折线前方负载时截面上形成负性剪应力。
2．3 正中联合骨折 牙列各部位行使咬合功能时骨折截面上均只有负弯矩作用，最大弯矩出现在临近骨折的中切牙受力时。扭矩最大值产生于双侧尖牙区受力时。与前两部位骨折相比剪应力作用不明显。
3 讨论
下颌骨属于高应力骨，在功能负载情况下骨内应力分布复杂。功能负载时骨断端截面的移位由弯矩、扭矩及剪应力构成[1]。弯矩作用使前后骨断端产生轴心平行于骨折截面的弯曲移位运动，其中正弯矩作用导致骨折端下缘呈现挤压，同时牙槽区张开；而负弯矩作用效果相反，形成骨折下缘张开而牙槽区相互挤压。扭矩作用使骨断面产生颊舌向相对移位运动，其中正扭矩作用使后段骨断端下缘舌向移位，而前段下缘颊向移位，负扭矩作用时后段骨断端下缘颊向移位，而前段下缘舌向移位。剪应力作用与骨断面平行，正性剪应力使后段骨断端足向移位而前段骨折段颅向移位，负性剪应力使后段骨断端颅向移位，前段骨断端足向移位。
本研究建立的三维数学模型，能够真实地模拟下颌骨在体内的功能状态。模型建立数据来自于多具成人下颌骨标本的测量结果，将下颌功能活动时升颌肌群对下颌骨的作用进行矢量叠加，肌力作用符合体内生理特点[4-5]。研究中100N平均咬合负载的选择与骨折固定4周内的临床测定结果一致[6]。牙列中前后牙咬合力值之间0．7∶0．8∶1．1∶1．4的比例真实地模拟了体内实际咬合状况[7]。
下颌骨在功能负载活动时不同部位骨折骨断端截面上的力学特点存在着很大差异。下颌角区骨折呈现出高的正性弯矩和负性剪应力，提示该部位骨折的治疗需对抗骨断端间牙槽嵴区张开的弯曲运动和骨折线后段骨断端的颅向移位。下颌体部骨折骨断端截面上存在较大的正、负弯矩，而且存在较大的负性扭矩，治疗时应有效对抗骨折断端间的弯曲移位，以及有效地对抗骨断端的颊舌向扭转运动。正中联合区骨折功能负载时，骨断端仅产生负弯矩而扭矩及剪应力作用不明显，因此治疗主要以消除断端间产生的下颌下缘分离弯曲运动为主。
该模型的建立，其分析结果不仅揭示了下颌骨骨折骨断端的力学特征与骨折部位的关系，而且客观地显示了这些力学变化与功能咬合点间的关系。
参考文献
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［2］ Champy M，Lodde JP，Jeager JH，et al．Osteisyntheses mandibularies selon la technique michelet．I．Bases Biomechaniques．Rew Stomat，1976，77:569．
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［7］ Pruim GJ，De Jone HJ，Ten Bosch JJ．Forces acting on the mandible during bilateral static bite at different bite force levels．J Biomech，1980，13:755．
