《Biomimetics》：Fracture Resistance of CAD/CAM Resin-Matrix Ceramic Overlays and Full-Coverage Crowns for Maxillary Premolars
Ali Abulkasim Mohamed,
Brian Morrow,
Stella Mireles,
Carlos A. Jurado,
Mark A. Antal,
Silvia Rojas-Rueda,
Hamid Nurrohman and
Franklin Garcia-Godoy
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本研究针对CAD/CAM高嵌体在最大化保存牙体组织的同时，其边缘位置与牙合面设计如何影响修复体抗折强度的问题，评估了四种不同设计的树脂基陶瓷修复体（三种高嵌体与一种全冠）的抗折性能。结果表明，高嵌体设计中，边缘位于牙龈上2mm者抗折力最高(1605 ± 88 N)，而全冠设计(FCC)的抗折力最强(1838 ± 106 N)。这为临床选择微创、高强度的修复方案提供了直接的实验依据，强调了边缘设计与牙合面形态在修复体长期成功率中的关键作用。
在现代牙科治疗中，追求美观与功能的同时，如何尽可能保留患者健康的天然牙体组织，是“生物仿生”和“微创”理念的核心。计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术的普及，让制作高精度、微创的修复体成为可能，例如高嵌体（一种覆盖部分牙尖的修复体）就被视为比传统全冠更保守的选择。然而，一个现实的问题摆在牙医面前：为了获得更好的牙龈健康，将修复体边缘放置在牙龈以上（龈上边缘）是理想的，但这种“保守”的设计是否足够坚固？特别是当牙齿还需要承受日常咀嚼的巨大力量时，不同高度的龈上边缘，甚至一个平坦的牙合面设计，究竟会对修复体的抗折断能力产生多大影响？这正是Ali Abulkasim Mohamed、Brian Morrow、Stenlla Mireles、Carlos A. Jurado、Mark A. Antal、Silvia Rojas-Rueda、Hamid Nurrohman和Franklin Garcia-Godoy等研究人员在《Biomimetics》杂志上发表的研究旨在解答的问题。
为了科学地回答这些问题，研究团队进行了一项严谨的体外力学测试。他们选用了椅旁CAD/CAM系统中常用的树脂基陶瓷材料（Cerasmart），并设计了四组不同的修复体来模拟临床情况：第一组是边缘位于牙龈上方2毫米的高嵌体（Ov2m）；第二组是边缘位于牙龈上方4毫米的高嵌体（Ov4m）；第三组是边缘位于牙龈上方4毫米且带有平坦牙合面的高嵌体（OvF4m）；第四组则是作为对照的传统龈边缘全冠（FCC）。所有修复体都通过数字扫描和切削制作完成，并粘接到3D打印的树脂代型上，以模拟粘接到牙齿上的状态。为了使测试条件更接近口腔内的实际环境，所有样本在测试前都经历了1万次冷热循环（5-55°C），以模拟大约一年的口腔温度变化带来的老化效应。最后，使用万能试验机以恒定的速度向修复体牙合面垂直施压，直到修复体发生断裂，并记录下导致断裂的力值（以牛顿N为单位）。此外，研究人员还使用扫描电子显微镜（SEM）观察了断裂面的微观形貌，以分析不同设计的破坏模式。数据处理则采用了一元方差分析（ANOVA）和事后检验进行统计学比较。
3.1. 断裂测试结果
力学测试给出了清晰而有力的数据。在三种高嵌体设计中，抗折性能呈现梯度差异：边缘位于龈上2毫米的组（Ov2m）表现最佳，平均抗折力达到1605 ± 88 N；边缘位于龈上4毫米的组（Ov4m）次之，为1403 ± 63 N；而兼具龈上4毫米边缘和平坦牙合面的组（OvF4m）抗折力最低，仅为1257 ± 73 N。然而，所有这些高嵌体的抗折力均不敌传统的全冠设计（FCC），后者的平均抗折力高达1838 ± 106 N，显著高于任何一组高嵌体。统计学分析证实，这四组之间的差异具有高度显著性。
3.2. 扫描电子显微镜（SEM）观察
扫描电镜的观察结果与力学数据相互印证。全冠组（FCC）的断裂面显示的裂纹最少，且裂纹走向较为规整。相比之下，所有高嵌体组都显示出更多、更不规则的裂纹。其中，抗折力最低的平坦牙合面高嵌体组（OvF4m）的裂纹数量最多、形态最不规则。而抗折力相对较高的龈上2毫米高嵌体组（Ov2m）和龈上4毫米高嵌体组（Ov4m），其断裂线则相对平滑、清晰。这些微观结构上的差异，直观地反映了不同设计在承受载荷时应力分布和最终破坏模式的差别。
研究的讨论部分对上述结果进行了深入阐释，并强调了其临床意义。首先，研究明确否定了最初的两个零假设：无论是高嵌体与全冠之间，还是不同设计的高嵌体之间，其抗折性能都存在显著差异。这证实了修复体设计对其机械性能具有决定性影响。全冠因其包裹了整个牙冠，提供了最大的支撑和保护，因而具有最高的抗折强度。在高嵌体内部比较中，边缘位置越高（即离牙龈越远），保留的天然牙体组织虽然更多，但修复体本身的支撑结构也越薄弱，导致抗折力下降。而平坦的牙合面设计由于缺乏尖窝锁结结构，在承受垂直力时无法有效分散应力，更容易导致修复体折裂，这解释了OvF4m组表现最差的原因。
尽管全冠在力学上占优，但研究指出，即使是抗折力最低的平坦牙合面高嵌体（1257 N），其强度也远高于上颌前磨牙在正常功能中约300-450 N的牙合力，甚至高于磨牙症患者可能产生的约700 N的异常牙合力。这意味着，从绝对强度来看，所有这些高嵌体设计在临床上都是可行的，能够承受正常的咀嚼压力。这为临床医生选择更微创的方案提供了信心。
更重要的是，研究突出了龈上边缘高嵌体所带来的、超越单纯力学性能的显著优势。龈上边缘有利于牙龈健康，能减少对生物学宽度的侵犯，降低牙龈炎症和萎缩的风险。对于医生而言，龈上边缘完全可见，更易于进行精确的牙体预备、取模（或扫描）以及修复体的粘接和清洁，能提升修复体的边缘适合度和长期可维护性。对于患者，这种设计使得日常口腔清洁（如使用牙线）变得更容易，有利于长期的口腔卫生维护。
综上所述，这项研究得出了一个平衡而实用的结论：对于上颌前磨牙，使用CAD/CAM树脂基陶瓷制作修复体时，传统的全冠能提供最高的抗折强度。在追求微创治疗而选择高嵌体时，应优先考虑将边缘置于龈上2毫米而非更高的位置，并避免采用平坦的牙合面设计。这项研究为牙医在临床决策中提供了关键的数据支持，即在“最大限度保存牙体组织”的微创理念与“确保修复体足够坚固”的力学要求之间，找到了一个基于证据的平衡点，推动了生物仿生牙科在实践中的科学应用。
