神经肌肉预激活调控下颌冲击损伤的生物力学机制：基于动态有限元分析的应力调制研究

本研究通过构建高精度颅颌面生物力学模型，结合动态有限元分析（FEA）揭示神经肌肉预激活（0-50?ms）对下颌骨冲击损伤的保护作用。结果显示预激活显著降低关键结构应力（髁突颈应力减少73%，冠突减少90.7%），并通过调节下颌运动刚度有效缓解骨、肌肉及关节盘（Disc）损伤，为运动员颌面部防护装置设计提供生物力学依据。

　　

3D模型

一名21岁男性志愿者（无TMD或颌面畸形，眉枕长度176?mm，顶点-颏下高度212?mm，颧弓宽度135?mm）接受锥形束CT（CBCT；KaVo 3D eXam，德国）扫描，获取颅骨及咀嚼肌（咬肌、颞肌、翼内肌、翼外肌）三维结构。扫描参数标准化（120 kVp，3–8?mA，20?s）。

结果

研究揭示下颌骨在冲击阶段的独特生物力学响应：髁突颈与冠突均出现冯·米塞斯应力（von Mises stress）集中，且左右侧应力峰值呈不对称性。值得注意的是，随着预激活时间增加，髁突颈应力集中区域从后侧向外侧发生显著空间转移，而冠突应力集中程度同步降低。

讨论

由于志愿者下颌髁突颈厚度、皮质骨厚度及左右咀嚼肌横截面积并非完全镜像对称，本研究观察到下颌应力分布不对称（右侧应力更高，图3A）。此外，肌肉预激活时长是调控下颌结构应力分布的核心因素：随着预激活时间增加，下颌整体刚度提升，通过优化能量传递路径显著降低局部应力峰值。

局限性

本研究假设所有咀嚼肌同步激活，但实际咬合状态下肌肉激活存在时序差异；未建立颈部模型，忽略了颈部的影响；关节软骨采用线弹性模型，关节盘和关节囊采用超弹性模型，均未考虑其固有的粘弹性行为。尽管这些简化可能影响结果的绝对精度，但相对比较结论仍具有可靠性。

结论

生物力学分析证实，咀嚼肌预激活通过调节下颌运动刚度显著降低下颌冲击损伤风险（关键结构应力减少73%–90.7%）。髁突颈、冠突、翼内肌和关节盘的应力水平与预激活时长呈显著负相关。随着预激活时间增加，下颌峰值应力区域从后侧转移至外侧，表明预激活策略可优化载荷分布并提升抗冲击性能。