下颌突软骨的机械属性

下颌突软骨的机械属性

3.下颌关节（tj）是下颌的唯一联合关节，对维持口腔功能具有重要意义。但早期人们并没有认识到其功能的重要性,仅仅认为它是旋转过程的一个同步中心,并非是一个承载力的关节。随着研究的深入,尤其是对颞下颌关节紊乱综合症认识的加深,TMJ是一个承载力的关节的观点已得到公认,对其进行的力学分析研究也越来越多。本文拟就近年来颞下颌关节研究中的力学分析做一综述。1.对不同成分mtj的生物力学的研究1.1tmj功能的组织双侧颞下颌关节是联动关节,而且在运动过程中有一定的范围。在关节窝与髁状突之间还存在一个关节盘,它是一个致密的纤维软骨,将关节腔分为上下两个部分。它为髁突的水平移动提供了关节面。下颌髁突软骨在TMJ行使功能时起到重要的作用。它与一般的透明关节软骨在纤维类型和结构上不同,从关节表面到深层骨之间都是下颌髁突的软骨层,由纤维带,增生带,成熟带和过度增生带构成。纤维带由平滑的成纤维样细胞组成,其内质网被致密的细胞内胶原纤维基质所包绕。增生带主要由间充质细胞组成,具有细胞储库的作用。1.2颌突软骨的主要特点关节软骨的胶原纤维排列在不同的带中,为其提供大部分的抗张强度,有研究表明,切变强度来自胶原纤维间的交叉链接。存在I型胶原是下颌髁突软骨不同于其他关节软骨的一个特点,I型胶原在浅表层中占优势,Ⅱ型胶原在成熟带和过度增生带中占据优势。浅表层中也存在少量Ⅲ型胶原,此外还在成熟带和过度增生带检测到X型胶原。在关节软骨中,胶原形成三维的胶原网并影响它的形态、稳定性、抗张强度和抗切应力。胶原纤维在软骨内部以辐射状方向发散,在关节表面以切线方向发散。当软骨受到压力时,胶原网的低渗透性就会阻止间隙液通过胶原网外流。1.3合间隙液压力嵌入胶原网的蛋白聚糖的存在是抵抗压应力的另一物质基础。蛋白聚糖可以粘合间隙液,这种液体在压力的作用下能够增压来承受实际的压应力。在下颌关节的蛋白聚糖之间存在多功能蛋白聚糖和核心蛋白多糖,主要存在于过度增生层和成熟层中。它给软骨提供渗透溶胀性压力,同时也使其能够抵抗压力。1.4材料的自我修复能力覆在TMJ的软骨表面没有血管,软骨的营养供应来自于关节内的滑液。正是由于滑液的存在,纤维软骨细胞有一定限度的自我修复能力。髁突软骨的纤维软骨特性和关节内软骨的润滑功能允许TMJ在功能状态下承受负荷,也确保压力能被吸收和扩散至更大的接触区域。那么,TMJ所承受的负荷情况是怎样的呢?2.骨髓细胞生长和无负荷变化对TMJ是否承受负荷的争论持续了八十年之久。1981年Brehnan对髁突负荷进行了测量,引起学术界的关注。一般认为,机械负荷是生长发育和活组织维持的必要因素,静止和无负荷状态会抑制骨的水平向生长。因此,无负荷状态下的TMJ关节组织会发生退行性改变,可能造成关节运动障碍。2.1时间隙液压力关节软骨是由固体基质和间隙液所组成的粘弹性组织,当关节盘及软骨承受压力时间隙液可从组织中流出分散压力、润滑关节。关节盘和软骨主要由胶原纤维组成,在功能活动时不仅承受拉应力,也要受到压应力,关节前后带的拉伸强度大于中间带。关节盘及髁突软骨就是通过这种方式共同作用承受负荷,行使功能。2.2下颌关节的动态负荷下颌运动引起颞下颌关节的静态负荷和动态负荷。静态负荷发生在诸如咬合、研磨或磨牙时,动态负荷发生于诸如说话或咀嚼时。颞下颌关节的机械负荷对于关节组织的生长、发育或者维护来说都是必要的。总体来说,动态负荷会引起关节组织的促合成效应,而静态负荷,尤其是在延长或者过度时,会引起促分解效应。3.指征的材料:软骨已证实有限元法是测量TMJ负荷分布的有效工具。20年来,学者们提出了多个TMJ的三维有限元模型。但关节组织(包括关节盘,软骨,软骨下骨)生物力学的详细情况仍未完全确认,对于TMJ负荷维持条件和产生危害的阈值并未达成广泛的共识。下颌运动时,咀嚼力产生的负荷分布情况很大程度上取决于关节组织的生物力学特性,而负荷情况又反过来影响关节的生物力学特性。因此,需要建立把关节面软骨层和关节盘的粘弹性、异向性、多样化特性等整合的模型,这是一个巨大的挑战。双相性模型和粘弹性模型是迄今为止比较合理的模型。3.1裂隙间液体加压双相性理论认为,作用在软骨结构上的大部分力是通过裂隙间液体加压来承担的,学者们已经对其进行了完善。与其他TMJ模型相比,这种双相性或者多孔弹性模型也是可减震关节盘的一部分。3.2负荷的适宜作用Koolstra等建立并利用一种粘弹性模型对关节盘进行了应力分析,证明在咀嚼的情况下,TMJ是肯定受力的。下颌在运动时TMJ要承担相当多的负荷,如果负荷合适,那么对关节组织代谢活动有利;如果负荷过重或者是异常负荷就会造成关节组织受损。利用上述生物力学模型进行分析,不仅能得到关节组织(包括骨组织、关节盘组织和软骨组织)病理状态的信息,而且能够建立这些组织之间的三维关系。此外,还能够对各种下颌运动过程中应力在TMJ关节表面的分布进行估算,对其生物力学属性进行研究。4.下颌软骨的动态剪切力特性表现为研究显示,下颌髁突软骨类似于一种非线性粘弹性材料,其机械属性的各向异性特征是在前后方向上有更大的抗张强度、抗张硬度和能量吸收作用,有学者利用Young的模型进行了研究,发现无论实时还是放松状态,前后方向都比左右方向大1.5到2倍,这可能与髁突软骨纤维的前后向定位有关。在动态压力下,动态弹力系数显著大于动态粘性系数。但是,这些动态属性在前后方向上的不同区域间有显著的不同。前部区域要比后部区域明显大,这些发现支持Hu的结论。研究显示,压力的抵抗性主要与蛋白聚糖的密度有关,由于蛋白聚糖的分布和数量在下颌髁软骨的不同区域中不同,因此压力系数也呈现区域性不同。在三种形式的负何中,剪切力负何在摩擦学方面是最重要的。在关节负何过程中,软骨会被剪切成不同的形状以适应不同的关节面。但是,过度的负何会导致疲劳,引发不可逆的软骨损伤。Tanaka等证明,下颌髁软骨的剪切行为取决于剪切力的频率和幅度,动态剪切力随着频率的的增加呈非线性增加,而与剪切力的幅度无关。另外有研究认为,软骨不仅对于负何的频率和方向,而且对于剪切力和压力的量都很敏感。Tanaka等的研究表明,关节软骨存在方向依赖性的动态剪切力特性,对于剪切力的抵抗在前后方向上比在左右方向上大,但是粘性属性却不取决于方向,前者可能与蛋白交联的各向异性有关。就前后方向上的动态剪切系数而言,动态弹性系数也比动态粘性系数更大