《牙周组织生物力学》PPT课件

牙周组织生物力学一、牙周膜一、牙周膜 牙周膜牙周膜(periodontal membrance)是位于牙根是位于牙根与牙槽骨之间的结缔组织，主要连接牙齿和牙与牙槽骨之间的结缔组织，主要连接牙齿和牙槽骨，使牙齿固定于牙槽骨内，并可调节牙齿槽骨，使牙齿固定于牙槽骨内，并可调节牙齿承受的咀嚼压力，具有悬韧带作用，故又称为承受的咀嚼压力，具有悬韧带作用，故又称为牙周韧带牙周韧带(periodontal ligament,PDL)。牙周膜是纤维性结缔组织，由细胞、纤维及基牙周膜是纤维性结缔组织，由细胞、纤维及基质组成。另有血管、淋巴管和神经。质组成。另有血管、淋巴管和神经。1牙周纤维牙周纤维 主要为主要为胶原纤维胶原纤维，少量弹性纤维只见于血管壁，少量弹性纤维只见于血管壁;主纤维束主纤维束的一端埋在牙骨质内，另一端埋入牙槽的一端埋在牙骨质内，另一端埋入牙槽骨，或分布在牙龈中。骨，或分布在牙龈中。正常的主纤维束稍呈正常的主纤维束稍呈波纹状波纹状，弯曲值弯曲值约占牙周膜约占牙周膜长度的长度的7.5，故咀嚼时牙齿可有轻微的活动。，故咀嚼时牙齿可有轻微的活动。分组分组:1)游离龈纤维游离龈纤维 从牙颈部的牙骨质起，分散从牙颈部的牙骨质起，分散于牙龈之中。于牙龈之中。2)越隔纤维越隔纤维 横跨牙槽中隔，是连接相邻两横跨牙槽中隔，是连接相邻两牙之间的强大纤维束。纤维自一牙牙之间的强大纤维束。纤维自一牙牙颈部的牙颈部的牙骨质牙骨质起始，呈水平方向，越过起始，呈水平方向，越过牙槽隔的顶牙槽隔的顶点点而到达而到达邻近牙的牙骨质邻近牙的牙骨质内，保持邻近两牙内，保持邻近两牙的正常位置的正常位置.3)3)牙槽嵴纤维牙槽嵴纤维 牙槽嵴顶呈放射状止于牙颈部的牙槽嵴顶呈放射状止于牙颈部的牙骨质内，将牙体向牙槽窝内牵引。在牙齿的牙骨质内，将牙体向牙槽窝内牵引。在牙齿的邻邻面不见此组面不见此组纤维，而由越隔纤维所代替。纤维，而由越隔纤维所代替。4)4)牙槽横纤维牙槽横纤维 呈水平方向环绕着整个牙齿，其呈水平方向环绕着整个牙齿，其一端埋于牙骨质中，另一端埋于牙槽骨中。一端埋于牙骨质中，另一端埋于牙槽骨中。牙槽横纤维、越隔纤维及牙槽嵴纤维都是对抗侧牙槽横纤维、越隔纤维及牙槽嵴纤维都是对抗侧压力的，已往称为压力的，已往称为环状韧带环状韧带。5)牙槽斜纤维牙槽斜纤维 是牙周膜中数量最多，力量最大是牙周膜中数量最多，力量最大的一组纤维。纤维从牙槽骨区向下指向牙根面，的一组纤维。纤维从牙槽骨区向下指向牙根面，与牙长轴成与牙长轴成50度。形成牙骨质度。形成牙骨质牙周韧带牙周韧带牙槽牙槽骨复合体，这组纤维对牙齿起骨复合体，这组纤维对牙齿起悬吊作用悬吊作用，可以承，可以承受较大的受较大的咀嚼压力咀嚼压力。当牙齿受到咀嚼压力时，由。当牙齿受到咀嚼压力时，由于这组纤维的作用，使牙槽骨所受到的是平均的于这组纤维的作用，使牙槽骨所受到的是平均的牵引力。牵引力。6)根尖纤维根尖纤维 细，自根尖部呈细，自根尖部呈放射状放射状至根尖周的牙槽骨，至根尖周的牙槽骨，固固定定牙根尖的位置。牙根尖的位置。总结总结:1)牙周膜在不同的部位，方向、功能、直径和牙周膜在不同的部位，方向、功能、直径和数量不同。但必需数量不同。但必需良好的协同作用良好的协同作用，牙齿才能，牙齿才能稳固在牙槽窝内。稳固在牙槽窝内。2)当牙齿受到垂直压力时，几乎全部主纤维都当牙齿受到垂直压力时，几乎全部主纤维都呈紧张状态，而侧向压力则仅部分紧张。呈紧张状态，而侧向压力则仅部分紧张。胶原胶原多种胶原，目前已知多种胶原，目前已知、型等。型等。型型胶原是形成坚固的纤维附着、使牙周膜具备胶原是形成坚固的纤维附着、使牙周膜具备弹性，抵抗咬合力的组织学基础；弹性，抵抗咬合力的组织学基础；型型胶原覆盖在胶原覆盖在、型胶原的表面，加强细胞型胶原的表面，加强细胞的附着；的附着；型为很短的纤维型为很短的纤维原，联结于原，联结于、型胶原之间；型胶原之间；型胶原：胶原与型胶原：胶原与细胞外基质细胞外基质联结的桥梁作用。联结的桥梁作用。2基质基质 在牙周膜中，细胞、纤维、血管及神经在牙周膜中，细胞、纤维、血管及神经之间的空隙中均为基质和体液所充满。之间的空隙中均为基质和体液所充满。基质主要由基质主要由酸性粘多糖和糖蛋白酸性粘多糖和糖蛋白组成。组成。基质及体液成分可减少纤维间的摩擦，与基质及体液成分可减少纤维间的摩擦，与牙支持功能密切相关。牙支持功能密切相关。细胞外基质（细胞外基质（ECM）牙周组织由牙周组织由cells+ECM组成；二者的附着是细胞组成；二者的附着是细胞行使功能的基础；行使功能的基础；PDL的的ECM包括多种蛋白成份，胶原蛋白和非胶包括多种蛋白成份，胶原蛋白和非胶原蛋白；原蛋白；PDL的动态改建具体表现为的动态改建具体表现为ECM的降解和合成；的降解和合成；细胞的分化成熟及调亡；细胞的分化成熟及调亡；ECM的代谢：蛋白酶类中的的代谢：蛋白酶类中的MMPs/TIMPs系统系统 3.细胞细胞 牙周膜自身具备一定的再生改建能力。牙周膜自身具备一定的再生改建能力。成纤维细胞；成纤维细胞；主要细胞，呈梭形或星形，位于纤维主要细胞，呈梭形或星形，位于纤维之间，其功能分泌胶原、合成基质。之间，其功能分泌胶原、合成基质。成骨细胞：成骨细胞：见于新形成骨之表面，位于纤维之间，见于新形成骨之表面，位于纤维之间，为高度分化的细胞，主要的功能是形成骨基质，因为高度分化的细胞，主要的功能是形成骨基质，因此表现出此表现出典型的合成蛋白质的特征典型的合成蛋白质的特征。丰富的内质网，。丰富的内质网，发达的高尔基体。发达的高尔基体。ALP阳性阳性 分泌分泌型胶原和非胶原蛋白，目前已分离出多型胶原和非胶原蛋白，目前已分离出多种非胶原蛋白；包括骨钙素种非胶原蛋白；包括骨钙素(OCN)、骨桥素、骨桥素(OPN)、及骨涎蛋白、及骨涎蛋白(BSP)等等;新的细胞间质不断产生，并经过钙化而形成骨新的细胞间质不断产生，并经过钙化而形成骨质，成骨细胞逐渐被包埋其中。此时细胞内的合质，成骨细胞逐渐被包埋其中。此时细胞内的合成活动停止，胞浆减少胞体变形而成为骨细胞。成活动停止，胞浆减少胞体变形而成为骨细胞。破骨细胞；破骨细胞；具备骨吸收功能的具备骨吸收功能的多核巨细胞多核巨细胞，嗜酸，嗜酸，TRAP染色阳性。仅见于活动性骨吸收的部位。染色阳性。仅见于活动性骨吸收的部位。发生吸收处的骨质呈浅的发生吸收处的骨质呈浅的蚕食状凹陷蚕食状凹陷，此凹陷称，此凹陷称为为骨吸收陷窝，骨吸收陷窝，破骨细胞即位于此陷窝内。当骨破骨细胞即位于此陷窝内。当骨吸收停止时，破骨细胞即消失。吸收停止时，破骨细胞即消失。在牙根发生吸收时，也可在吸收的牙根表面见到在牙根发生吸收时，也可在吸收的牙根表面见到破骨细胞。破骨细胞。来源于造血系统的单核细胞来源于造血系统的单核细胞-局部信号局部信号融合；融合；成牙骨质细胞：成牙骨质细胞：成纤维细胞的鉴别：成纤维细胞的鉴别：光镜下光镜下CB的形态不规的形态不规则而成纤维细胞一般呈纺锤形，就分泌胶原则而成纤维细胞一般呈纺锤形，就分泌胶原的功能而言，的功能而言，CB不如成纤维细胞活跃。不如成纤维细胞活跃。CB能分泌矿化相关蛋白如能分泌矿化相关蛋白如OPN、BSP、OCN等，能形成矿化结节，成纤维细胞在一等，能形成矿化结节，成纤维细胞在一般条件下无上述特性。般条件下无上述特性。CB区别于成骨细胞区别于成骨细胞 CBCB区别于成骨细胞的生物学特性是区别于成骨细胞的生物学特性是CBCB培养与鉴定的培养与鉴定的关键。目前这方面的研究已取得了一些进展，但仍关键。目前这方面的研究已取得了一些进展，但仍缺少突破：缺少突破：前者缺乏从前者缺乏从ALPALP活性或微弱的信号；而后者的活性或微弱的信号；而后者的ALPALP活性很强。活性很强。两种细胞可在形态上加以区别。两种细胞可在形态上加以区别。牙骨质黏附蛋白牙骨质黏附蛋白(cementum attachment protein(cementum attachment protein，CAP)CAP)作为作为CBCB的一种特殊表达产物的一种特殊表达产物.Mechanical Loading Systems Compressive Loading System Substrate Stretch System Fluid Shear System Combined Substrate Stretch and Fluid Shear SystemSubstrate Stretch System Loading Modes Uniaxial Elongation Four-Point BendingLongitudinal Substrate Stretch牙周膜的生物学特性牙周膜的生物学特性 从结构和功能上看，牙周膜可以说是从结构和功能上看，牙周膜可以说是“牙骨牙骨质和固有牙槽骨的骨膜质和固有牙槽骨的骨膜”。其中的其中的成纤维细胞成纤维细胞对牙周膜胶原纤维的生成和对牙周膜胶原纤维的生成和更新起着重要作用；更新起着重要作用；同时，同时，成骨细胞成骨细胞产生新骨，使新生的牙周膜纤产生新骨，使新生的牙周膜纤维得以重新附着，保持牙齿和牙周的正常联系；维得以重新附着，保持牙齿和牙周的正常联系；成牙骨质细细胞成牙骨质细细胞可形成牙骨质，维持牙骨质的可形成牙骨质，维持牙骨质的完整健康完整健康。正常牙周膜的厚度呈不均匀性，在之间，其中近正常牙周膜的厚度呈不均匀性，在之间，其中近牙略部最宽，根尖部次之，根中部最窄，说明根牙略部最宽，根尖部次之，根中部最窄，说明根中部是生理性活动的支点。中部是生理性活动的支点。牙周膜的结构和它的功能有密切关系。牙周膜的结构和它的功能有密切关系。经久不用的牙齿，其牙周膜变薄、排列规则的经久不用的牙齿，其牙周膜变薄、排列规则的主纤维束消失，而代之以排列不规则的胶原纤维。主纤维束消失，而代之以排列不规则的胶原纤维。、牙槽骨的组织结构、牙槽骨的组织结构 1 1固有牙槽骨固有牙槽骨 牙槽骨的内壁，与牙周膜邻近，骨面有多数牙槽骨的内壁，与牙周膜邻近，骨面有多数小孔，亦称小孔，亦称筛状板筛状板。牙周膜的血管、神经经此。牙周膜的血管、神经经此与骨髓腔相通。因其骨质致密故与骨髓腔相通。因其骨质致密故X X线片上固有线片上固有牙槽针呈现环绕牙根的白线，又称为牙槽针呈现环绕牙根的白线，又称为硬板硬板。2皮质骨皮质骨 皮质骨位于牙槽骨的外层，是密质骨。皮质骨位于牙槽骨的外层，是密质骨。骨的外表面是平行骨板，深部为哈弗氏系统。骨的外表面是平行骨板，深部为哈弗氏系统。3松质骨松质骨 牙槽骨内外骨板中间夹以松质骨，由骨牙槽骨内外骨板中间夹以松质骨，由骨小梁和骨髓腔组成。骨小梁的方向常与咀嚼压力相小梁和骨髓腔组成。骨小梁的方向常与咀嚼压力相适应，如适应，如磨牙根间磨牙根间的骨小梁呈水平向，而的骨小梁呈水平向，而根尖区根尖区则则呈放射状排列。骨小梁的粗细与多少和牙的功能有呈放射状排列。骨小梁的粗细与多少和牙的功能有关，功能强者骨小梁粗废用牙齿周围的骨小梁关，功能强者骨小梁粗废用牙齿周围的骨小梁较细，数目也较少。较细，数目也较少。(二二)牙槽骨的生物学特性牙槽骨的生物学特性 牙槽骨是骨路中变化最活跃的部分其变化与牙牙槽骨是骨路中变化最活跃的部分其变化与牙齿的发育、萌出、乳恒牙替换、咀嚼功能及牙齿齿的发育、萌出、乳恒牙替换、咀嚼功能及牙齿的移动等均有关系。该变化反映出骨组织的改建的移动等均有关系。该变化反映出骨组织的改建（remodeling）过程）过程.破骨与成骨：二者相互平衡的生理过程在牙齿破骨与成骨：二者相互平衡的生理过程在牙齿萌出或移动的过程中受压力侧的牙槽骨骨质吸萌出或移动的过程中受压力侧的牙槽骨骨质吸收；而牵引侧的牙槽骨新骨形成。收；而牵引侧的牙槽骨新骨形成。三、下颌骨 下颌骨下颌骨(mandibIe)(mandibIe)是颅面部唯一能动者，构成颞是颅面部唯一能动者，构成颞下领关节的关键部分，在行使下领关节的关键部分，在行使功能和运动功能和运动中起着中起着主体作用。主体作用。(一一)下颅骨的宏观结构下颅骨的宏观结构 由皮质骨、松质骨及牙槽骨组成。由皮质骨、松质骨及牙槽骨组成。下颌骨附着有众多的咀嚼肌，产生咀嚼力；下颌骨附着有众多的咀嚼肌，产生咀嚼力；在咀嚼食物过程中，承受和传递力量。在咀嚼食物过程中，承受和传递力量。整个下颅骨如同一个生物杠杆，咀嚼肌为力点，整个下颅骨如同一个生物杠杆，咀嚼肌为力点，颞下颌关节为支点，牙列与合为重点，使下颅骨颞下颌关节为支点，牙列与合为重点，使下颅骨能承受很大的咀嚼压力。能承受很大的咀嚼压力。其松质骨骨小梁的排列方向与咀嚼压力相适应，其松质骨骨小梁的排列方向与咀嚼压力相适应，排列成排列成牙力轨道和肌力轨道牙力轨道和肌力轨道传递咀嚼力，骨小梁传递咀嚼力，骨小梁的粗细与数目多少均与功能有关。在皮质骨有定的粗细与数目多少均与功能有关。在皮质骨有定向结构，表示合力方向，由胶原纤维走向决定，向结构，表示合力方向，由胶原纤维走向决定，显示哈弗氏系统的伸展方向，构成受力支柱。显示哈弗氏系统的伸展方向，构成受力支柱。(二二)微结构微结构 典型皮质骨由哈弗氏系统、内外环骨板及间典型皮质骨由哈弗氏系统、内外环骨板及间板构成。板构成。下颅骨的皮质骨凹凸不平，厚薄不均；下颅骨的皮质骨凹凸不平，厚薄不均；哈弗氏系统哈弗氏系统又称骨单元，平行于骨长轴，是又称骨单元，平行于骨长轴，是皮质骨的基本加强单元和定向结构。皮质骨的基本加强单元和定向结构。在生长发育过程中，哈弗氏系统不断改变，其在生长发育过程中，哈弗氏系统不断改变，其所占的百分比一般随所占的百分比一般随年龄年龄的增长而增大；的增长而增大；因因功能功能不同所占的比例亦有所不同，下颌骨由不同所占的比例亦有所不同，下颌骨由于萌牙、换牙及负荷的变更而变化活跃，骨单于萌牙、换牙及负荷的变更而变化活跃，骨单元相对减少，间板增多，使之具有较强的抗弯元相对减少，间板增多，使之具有较强的抗弯能力和较大的硬度。能力和较大的硬度。(三三)超微结构超微结构 骨的基质骨的基质无机物无机物主要为经基磷灰石，电镜观察为主要为经基磷灰石，电镜观察为针状或长条状，位于胶原纤维的外侧，沿其长度针状或长条状，位于胶原纤维的外侧，沿其长度方向排列，晶体的中心晶轴与胶原纤维的长轴平方向排列，晶体的中心晶轴与胶原纤维的长轴平行。行。有机物有机物主要为胶原纤维，胶原纤维能抗拉伸，羟主要为胶原纤维，胶原纤维能抗拉伸，羟基磷灰石能抗压缩，二者联合构成坚实的胶原羟基磷灰石能抗压缩，二者联合构成坚实的胶原羟磷灰石纤维，具有良好的力学性能，形成骨的特磷灰石纤维，具有良好的力学性能，形成骨的特殊硬度和韧性。殊硬度和韧性。牙周组织的基本力学性质牙周组织的基本力学性质 一、牙周膜的拉伸和压缩性质一、牙周膜的拉伸和压缩性质属于属于各向异性、非均匀性各向异性、非均匀性的的粘弹性材料粘弹性材料；具有支持牙齿，传递、吸收和分散合力的功能。具有支持牙齿，传递、吸收和分散合力的功能。牙周膜的形态结构和力学性质是生理功能的基牙周膜的形态结构和力学性质是生理功能的基础。由于牙周膜持殊的解剖学特点，使牙周膜础。由于牙周膜持殊的解剖学特点，使牙周膜的力学性质研究十分因难。的力学性质研究十分因难。目前的研究表明：目前的研究表明：牙周膜的应力一应变关系是牙周膜的应力一应变关系是非线性非线性的，并不服从的，并不服从虎克定律，存在着虎克定律，存在着弹性滞后、应力松弛和蠕变弹性滞后、应力松弛和蠕变等等现象，简单地用弹性模量来表述二者的关系会产现象，简单地用弹性模量来表述二者的关系会产生很大的误差。生很大的误差。陈新民、赵云风对新鲜牙质膜的应力陈新民、赵云风对新鲜牙质膜的应力-应变关系采应变关系采用幂用幂(指数指数)回归关系和划分区域表述更符合临床回归关系和划分区域表述更符合临床实际情况。实际情况。牙周膜属非线性材科牙周膜属非线性材科BaIph等研究了人离体牙牙周膜受力后的形变，等研究了人离体牙牙周膜受力后的形变，当载荷从增至时，牙周膜的形变从当载荷从增至时，牙周膜的形变从0增至增至31 则；则；载荷增至时，形变为载荷增至时，形变为41 ；而载荷增至时，形变；而载荷增至时，形变仅为仅为66m。载荷。载荷形变曲线为形变曲线为S形，可见牙周膜形，可见牙周膜属于非线性材料；属于非线性材料；非线性的特点取决于组织结构；非线性的特点取决于组织结构；牙周膜的载荷牙周膜的载荷形变曲线可分为三段：形变曲线可分为三段：起始段载荷与形变呈起始段载荷与形变呈指数关系；指数关系；第二段载荷与形变第二段载荷与形变几乎呈几乎呈线性关系线性关系，其斜率相当于牙周膜的，其斜率相当于牙周膜的弹性模量弹性模量；终末段载荷与形变呈终末段载荷与形变呈不规则曲线关系不规则曲线关系。起始段体现牙周膜纤维对力的起始段体现牙周膜纤维对力的快速生理反应快速生理反应。第二。第二段体现大多数纤维段体现大多数纤维被动拉直被动拉直的特性。终末段反映纤的特性。终末段反映纤维维逐渐断裂逐渐断裂至几乎完全的过程（最大负荷、最大形至几乎完全的过程（最大负荷、最大形变）。最大负荷与牙周膜面积的比值为变）。最大负荷与牙周膜面积的比值为牙周膜最大牙周膜最大抗拉强度抗拉强度，方法方法 目前，研究牙周膜应力、应变的目前，研究牙周膜应力、应变的主要方法是主要方法是单轴拉伸试验单轴拉伸试验。从牙根某一横。从牙根某一横断面制备包括牙槽骨、牙周膜及牙体组织断面制备包括牙槽骨、牙周膜及牙体组织的切片作为试件，在材料试验机上一定加的切片作为试件，在材料试验机上一定加载速率下记录载荷载速率下记录载荷形变曲线。形变曲线。载荷与牙载荷与牙周膜宽度周膜宽度的比值代表应力，的比值代表应力，形变与作用面形变与作用面积积的比值代表应变，把载荷的比值代表应变，把载荷-形变曲线转化形变曲线转化为应力为应力-应变曲线。应变曲线。2 牙周膜具有粘弹性牙周膜具有粘弹性 牙周膜中除纤维外，还包括基质、细胞、血管和牙周膜中除纤维外，还包括基质、细胞、血管和神经等，这些组织基本神经等，这些组织基本不属于弹性体不属于弹性体，应力，应力-应变应变曲线呈现曲线呈现粘弹性粘弹性物质的特性。物质的特性。1 1）牙周膜的）牙周膜的蠕变现象蠕变现象 试件接受加载时会产生一定试件接受加载时会产生一定的形变，虽然载荷无变化，但试件的形变随载荷的形变，虽然载荷无变化，但试件的形变随载荷作用作用时间的延长而增加时间的延长而增加的现象称为蠕变；牙周膜的现象称为蠕变；牙周膜受到拉伸、压缩或侧向力时均出现蠕变，蠕变量受到拉伸、压缩或侧向力时均出现蠕变，蠕变量随荷重增加而增加；随荷重增加而增加；牙周膜的牙周膜的应力松驰应力松驰现象现象 某些材料变形时，内某些材料变形时，内部产生一定的应力，如果其形变保持不变，材料部产生一定的应力，如果其形变保持不变，材料内部的应力随时间的延长而逐渐减少内部的应力随时间的延长而逐渐减少，该现象称，该现象称为松驰；为松驰；弹性滞后弹性滞后 应力应力应变曲线的进程曲线同回程曲应变曲线的进程曲线同回程曲线不重合的现象称为弹性滞后。线不重合的现象称为弹性滞后。3 牙周膜的各向异性和非均质性牙周膜的各向异性和非均质性 牙周膜是一种非均质性的材料因此牙周膜牙周膜是一种非均质性的材料因此牙周膜不同点、不同方向不同点、不同方向上其力学性质不完全相同；上其力学性质不完全相同；不同牙根平面不同牙根平面的牙周膜，其生物力学性质不的牙周膜，其生物力学性质不同。同。牙周膜作为生物软组织，有生长和改建的牙周膜作为生物软组织，有生长和改建的性质，所以性质，所以不同发育阶段不同发育阶段的牙周膜的生物的牙周膜的生物力学性质不同；力学性质不同；发育早期发育早期(3-12周周)的大鼠，其牙周膜的最的大鼠，其牙周膜的最大负荷、弹性模量、剪切破坏能量密度，大负荷、弹性模量、剪切破坏能量密度，都都随时间的增加而显著增加随时间的增加而显著增加；不同功能状态不同功能状态；4 4周龄大鼠的磨牙牙周膜的最大抗拉强度为周龄大鼠的磨牙牙周膜的最大抗拉强度为21.1 N21.1 N，拔除对颌牙，拔除对颌牙8d8d后实验组牙周膜最大后实验组牙周膜最大抗拉强度下降至；抗拉强度下降至；不同牙位不同牙位：磨牙明显高于切牙：磨牙明显高于切牙牙周炎牙周炎病变病变的不同阶段；的不同阶段；种间差异种间差异：牙周膜宽度及组织结构差异所致；：牙周膜宽度及组织结构差异所致；牙周膜的应力分布牙周膜的应力分布牙槽骨高度对牙周膜内应力的大小和分布的影牙槽骨高度对牙周膜内应力的大小和分布的影响响FEMFEM结果表明：牙周膜内的应力随牙槽骨降低结果表明：牙周膜内的应力随牙槽骨降低而而逐渐增大逐渐增大，但在牙周膜的，但在牙周膜的不同部位不同部位应力增加应力增加的幅度不同，呈非线性的关系；的幅度不同，呈非线性的关系；牙槽骨吸收在根长的牙槽骨吸收在根长的2020以内以内时应力的增长时应力的增长较较平缓平缓，牙槽骨吸收超过根长的，牙槽骨吸收超过根长的2020以后应力的以后应力的增加幅度明显加大。增加幅度明显加大。合力在牙槽骨内传递分散具有一定的规合力在牙槽骨内传递分散具有一定的规律牙齿受力时应力向邻近左右牙槽骨内律牙齿受力时应力向邻近左右牙槽骨内扩散，一般扩散至三、四个牙位的牙槽骨扩散，一般扩散至三、四个牙位的牙槽骨区域，合力从受力牙到扩散至最后的牙位区域，合力从受力牙到扩散至最后的牙位牙槽骨区，应力逐渐递减直至消失。牙槽骨区，应力逐渐递减直至消失。二、牙槽骨和下颌骨的拉伸和压缩力学性质二、牙槽骨和下颌骨的拉伸和压缩力学性质颌骨的力学性质取决于骨的材料、显微结构、全骨颌骨的力学性质取决于骨的材料、显微结构、全骨的形状。包括：胶原纤维的多少、哈弗氏系统的方的形状。包括：胶原纤维的多少、哈弗氏系统的方向、大小、多少及间板的层数，而这些结构又与牙向、大小、多少及间板的层数，而这些结构又与牙的功能活动有关；的功能活动有关；骨的形态和结构又取决于骨的功能。同时，骨的材骨的形态和结构又取决于骨的功能。同时，骨的材料性质和形态结构又是骨功能活动的基础，因此，料性质和形态结构又是骨功能活动的基础，因此，研究下颌骨及牙槽骨的力学性质，必须与其组织结研究下颌骨及牙槽骨的力学性质，必须与其组织结构、功能分析结合起来。构、功能分析结合起来。应力分布情况应力分布情况致密坚硬的皮质骨比相对应部位的网状琉松的松质致密坚硬的皮质骨比相对应部位的网状琉松的松质骨的应力值大骨的应力值大20-30倍，说明皮质骨在下颌骨承受倍，说明皮质骨在下颌骨承受负荷时发挥了主要作用。负荷时发挥了主要作用。通过光弹法和有限元法对下颌骨应力分布情况进行通过光弹法和有限元法对下颌骨应力分布情况进行了分析，发现了分析，发现应力集中区应力集中区多位于髁突前斜面、喙突、多位于髁突前斜面、喙突、下颌切迹等部位。（胡凯，下颌切迹等部位。（胡凯，1997；vollmer，2000）（孙健，（孙健，20042004）髁突颈部、喙突后侧、下颌角等部位为应髁突颈部、喙突后侧、下颌角等部位为应力集中区，并发现力集中区，并发现3 3条应力轨迹线：条应力轨迹线：从下颌体至下颌角；从下颌体至下颌角；下颌体沿后牙牙槽嵴远端下颌支前缘至喙下颌体沿后牙牙槽嵴远端下颌支前缘至喙突；突；喙突后侧至髁突颈部。喙突后侧至髁突颈部。一、牙槽骨的各向异性性质、牙槽骨的各向异性性质 人体下颌骨及牙槽骨的皮质骨的力学性质表现出较明显人体下颌骨及牙槽骨的皮质骨的力学性质表现出较明显的的各向异性和非均匀性各向异性和非均匀性，弹性系数是方向的函数，弹性系数是方向的函数.各个方向的力学性质存在明显差异，近远中向的各个方向的力学性质存在明显差异，近远中向的弹性弹性模量和泊松比模量和泊松比大于合龈向，下颌骨及牙槽骨皮质骨这种大于合龈向，下颌骨及牙槽骨皮质骨这种力学性质与其组织结构及生理功能有关。力学性质与其组织结构及生理功能有关。第三节第三节 下颌骨和牙槽骨的各向异性性质下颌骨和牙槽骨的各向异性性质 下颌骨皮质骨是一种下颌骨皮质骨是一种多相的复合生物材料多相的复合生物材料，主要，主要由羟基磷灰石和胶原纤维组成。下颌骨皮质骨轴由羟基磷灰石和胶原纤维组成。下颌骨皮质骨轴向弹性模量界于二者之间。但其力学性能更好、向弹性模量界于二者之间。但其力学性能更好、既能避免硬材料的脆件破坏，又能避免软组织的既能避免硬材料的脆件破坏，又能避免软组织的过早屈服；过早屈服；用用复合材料力学的一般方法复合材料力学的一般方法对二者简单的线性叠对二者简单的线性叠加为基础的复合计算并未达到预期目的，对此学加为基础的复合计算并未达到预期目的，对此学者们提出利用各种模型；者们提出利用各种模型；颌骨是各向异性，具有塑性性质和脆性性质的复颌骨是各向异性，具有塑性性质和脆性性质的复杂的生物材料。杂的生物材料。有学者认为有学者认为骨皮质骨皮质是坚硬的组织近似于各向同是坚硬的组织近似于各向同性体，与常用的工程材料相似。因此，对颌骨进性体，与常用的工程材料相似。因此，对颌骨进行加载测试，若作为行加载测试，若作为各向同性体各向同性体来研究，可大致来研究，可大致符合虎克定律，其负荷符合虎克定律，其负荷-变形曲线在一定的范围内变形曲线在一定的范围内基本可呈线性关系。基本可呈线性关系。从生物力学来看，骨组织是矿物质和胶原基质组从生物力学来看，骨组织是矿物质和胶原基质组成的复合材料，有学者认为骨属于成的复合材料，有学者认为骨属于粘弹性材料粘弹性材料。皮质骨和松质骨是骨组织的两种类型。骨皮质和皮质骨和松质骨是骨组织的两种类型。骨皮质和骨松质其实是一种材料仅仅是同一种材料的疏骨松质其实是一种材料仅仅是同一种材料的疏松度和密度的差异。松度和密度的差异。几乎所有的生物固体都是粘弹性体只不过有的几乎所有的生物固体都是粘弹性体只不过有的弹性较强，有的粘性较强，在程度上有差别，故弹性较强，有的粘性较强，在程度上有差别，故讨论骨的生物力学性能时，必须指明研究骨的哪讨论骨的生物力学性能时，必须指明研究骨的哪一部分。一部分。在实际研究在实际研究中，多计算某一结构层次的平均力中，多计算某一结构层次的平均力学性能。学性能。下颌骨皮质骨也是下颌骨皮质骨也是增强型的粘弹性复合生物材增强型的粘弹性复合生物材料料；原则：要求用复合材料力学方法。同时应考虑原则：要求用复合材料力学方法。同时应考虑其其粘弹性粘弹性和和胶原纤维胶原纤维增强的特性。增强的特性。二、牙槽骨的各向异性性质二、牙槽骨的各向异性性质 在牙槽骨皮质骨的力学分析中近远中向、在牙槽骨皮质骨的力学分析中近远中向、合龈向和颊舌向相当于轴向、横向和法线方向。合龈向和颊舌向相当于轴向、横向和法线方向。由于其皮质骨很薄，与法线方向有关的应力分由于其皮质骨很薄，与法线方向有关的应力分量与轴向、横向的应力分量相比很小，故常忽量与轴向、横向的应力分量相比很小，故常忽略不计。将略不计。将力学分析简化力学分析简化为广义平面应力问题为广义平面应力问题来建立应力来建立应力-应变关系。应变关系。第四节第四节 下颌骨的强度及断裂下颌骨的强度及断裂一、下颌骨的强度一、下颌骨的强度 强度是骨的重要力学性能之一强度是骨的重要力学性能之一，指负荷未达到，指负荷未达到骨折时骨内所承受的最大应力，表现为抗拉、骨折时骨内所承受的最大应力，表现为抗拉、抗压、抗弯、抗转、剪切及联合载荷的强度。抗压、抗弯、抗转、剪切及联合载荷的强度。骨的强度骨的强度是非均匀的是非均匀的，不同骨骼及其不同部位，不同骨骼及其不同部位的强度是不同的；的强度是不同的；骨的强度是骨的强度是各向异性的各向异性的，随加载方向与骨长轴，随加载方向与骨长轴之间的夹角变化而变化，以骨之间的夹角变化而变化，以骨轴向强度为最大轴向强度为最大，横向强度横向强度(合龈向合龈向)最低；最低；骨的强度随各人的骨的强度随各人的年龄年龄增大而减小；增大而减小；骨的强度因骨的强度因骨的结构骨的结构不同而不同不同而不同;人下颌骨在人下颌骨在压缩压缩情况下，断裂平面的方向一般与情况下，断裂平面的方向一般与载荷成载荷成6060度的角，度的角，为斜形骨折为斜形骨折;骨的扭转破坏，是沿着骨的扭转破坏，是沿着骨结合线骨结合线的剪切破坏的剪切破坏;在骨试件在骨试件轴向拉伸轴向拉伸破坏中，破坏面垂直于破坏中，破坏面垂直于轴向载轴向载荷的平面上荷的平面上，表现为横向骨折。，表现为横向骨折。总之，总之，板层间的区域或骨结合线板层间的区域或骨结合线是骨中力学上主是骨中力学上主要的脆弱处。要的脆弱处。二、下颌骨的断裂二、下颌骨的断裂骨是多孔结构，属于裂纹体，其断裂力学性呈各骨是多孔结构，属于裂纹体，其断裂力学性呈各向异性；向异性；对骨的研究，应考虑到骨原有的对骨的研究，应考虑到骨原有的裂缝和缺陷；裂缝和缺陷；骨的密度和显微组织结构对骨的断裂力学性质有骨的密度和显微组织结构对骨的断裂力学性质有明显影响；明显影响；骨断裂实验证明，密度增加骨断裂实验证明，密度增加5 5，能使断裂韧性增，能使断裂韧性增加加3030。