氧化锆类型、粘接基底与老化对嵌体固位固定桥承载能力及威布尔特征的影响

《Clinical Oral Investigations》：Load-bearing capacity and Weibull characteristics of inlay-retained fixed dental prosthesis: Effect of zirconia type, bonded substrate and aging

　　

目的：本研究评估了不同氧化锆材料用于嵌体固位固定桥时的承载能力和可靠性，同时考虑了基底类型（牙体基底或树脂复合体）和热机械老化的影响。 材料与方法：采用四种氧化锆材料制作IRFDPs：IPS e.max ZirCAD LT （3Y-TZP）、Katana YML （3Y-5Y梯度氧化锆）、Katana HTML Plus 和 Katana STML （每组 n=40）。修复体通过粘接剂分别固定在牙体基底或树脂复合体基底上，并在干燥条件下或经过热机械老化（1,200,000次循环，50 N，5–55 °C）后进行测试。通过单调加载至断裂试验测定断裂载荷。数据采用双因素方差分析和Tukey检验进行分析（α=0.05）。使用威布尔分析评估耐久性的可靠性。 结果：在干燥条件下，材料（p=0.0047）、基底（p=0.0237）及其交互作用（p=0.0004）均显著影响断裂载荷。YML-复合体组（1406±386 N）和HTML-复合体组（1142±249 N）的值显著高于STML-复合体组（553±246 N）。在牙体基底上未观察到显著差异。老化后，材料和交互作用效应仍然显著（p<0.05）。HTML-牙体组显示出最高的断裂载荷（1727±351 N），而STML-复合体组最低（718±292 N）。威布尔分析表明老化后各组可靠性相当。 结论：氧化锆类型和基底显著影响IRFDPs的力学性能。高透和多层梯度氧化锆表现出基底依赖性行为，而3Y氧化锆则更为稳定。 临床意义：氧化锆的选择和粘接基底会影响IRFDPs的抗折性能。高透氧化锆需要谨慎选择基底，而3Y氧化锆在后牙应用中提供更稳定的性能。

研究背景与问题

在口腔修复学中，后牙缺失的修复一直是挑战。传统治疗方法包括种植单冠或全冠固位固定桥，但这些方法需要磨除大量健康牙体组织，存在牙髓损伤风险。当基牙剩余健康牙体组织足够且不适合种植时，嵌体固位固定桥提供了一种微创替代方案，能够保留更多天然组织并降低生物学风险。然而，早期使用二硅酸锂制作的IRFDPs常出现折断和脱粘接问题，随后使用的饰瓷氧化锆又面临崩瓷风险，影响长期耐久性。近年来，整体式氧化锆因其消除了饰瓷层而减少了崩瓷风险，并支持微创修复设计。但氧化锆材料的演变带来了新的问题：早期氧化锆不透明，需饰瓷改善美观；增加氧化钇含量虽提升了透光性，却牺牲了强度和韧性。多层氧化锆材料通过在一个盘片内集成多色和半透明层来模拟天然牙本质-釉质过渡，改善了美学效果，但这些材料可呈现光学梯度或成分梯度，其力学行为尚不明确。目前缺乏关于不同类型氧化锆在IRFDPs中力学性能的系统证据，尤其是氧化锆类型、粘接基底和老化三者间的相互作用如何影响IRFDPs的承载能力和可靠性的研究不足。因此，本研究旨在比较三种多层氧化锆与传统整体式氧化锆用作IRFDPs时的表现，评估材料类型、粘接基底和人工老化对其承载能力和威布尔特征的影响。

研究方法概述

研究人员从苏黎世大学牙科医学中心收集无龋人第三磨牙，经知情同意和伦理审批后用于实验。共制备160个IRFDPs，随机分配到四种氧化锆材料组：IPS e.max ZirCAD LT、Katana YML、Katana HTML Plus和Katana STML。实验模型采用3D打印系统制造，模拟前磨牙-磨牙配置。粘接基底分为牙体基底和树脂复合体基底两类。部分标本在咀嚼模拟器中进行热机械老化处理，包括120万次循环加载和温度循环。随后对所有标本进行单调加载至断裂测试以测定最大断裂载荷，并使用数字显微镜分析失效模式。统计分析采用双因素方差分析和Tukey检验，可靠性评估使用威布尔分析。

研究结果

材料、基底及其交互作用对断裂载荷的影响

在干燥条件下，双因素方差分析显示材料、基底类型以及两者的交互作用均显著影响断裂载荷。这表明基底对断裂载荷的影响取决于氧化锆材料类型。在树脂复合体基底上，YML和HTML的断裂载荷显著高于STML。在牙体基底上，各材料间无统计学显著差异。STML在树脂复合体基底上的断裂载荷显著低于其在牙体基底上的表现，而YML在复合体基底上反而更高。ZirCAD LT和HTML则未表现出显著的基底依赖性差异。

老化后的断裂载荷变化

老化后，材料效应和交互作用仍保持显著。HTML-牙体组合表现出最高的断裂载荷，而STML-复合体组合最低。YML-复合体组合也显著高于STML-复合体和YML-牙体组合。STML-牙体组合的断裂载荷显著高于STML-复合体组合。ZirCAD LT在两种基底上以及YML-牙体组合之间无显著差异。

威布尔分析结果

干燥条件下，HTML-复合体组合的威布尔模量显著高于YML-牙体组合，表明前者结构可靠性更高、断裂载荷变异性更低。其他组合的威布尔模量值居中，无统计学差异。老化后，所有材料-基底组合的威布尔模量均无显著差异，各组可靠性相当，置信区间重叠。

失效模式分布

干燥条件下，多数材料-基底组合以可修复性失效为主，而某些组别不可修复性断裂比例较高。老化后，部分组合的可修复性失效比例增加，另一些则向不可修复性失效转变。总体而言，失效行为仍呈现材料依赖性，未发现统一的基底效应。

讨论与结论

讨论要点

本研究所用材料代表了不同的氧化锆配方。IPS e.max ZirCAD LT和Katana HTML Plus主要为3Y-TZP，Katana STML含有更高氧化钇含量以增强透光性，Katana YML结合约3至5 mol%氧化钇层形成透光性和强度梯度。研究发现，氧化锆类型显著影响IRFDPs的承载能力，第一个零假设被拒绝。基底类型在干燥条件下影响断裂载荷但在老化后不再显著，第二个零假设被部分拒绝。老化影响断裂载荷值但未显著影响威布尔可靠性，第三个零假设也被部分拒绝。这些差异主要由微观结构和氧化钇含量决定：常规3Y-TZP通过相变增韧机制提供高强度和高韧性，而增加氧化钇含量稳定立方相提升透光性但降低力学性能。威布尔分析显示干燥条件下某些组合具有更高的可靠性，但老化后各组可靠性趋于一致，表明疲劳机制降低了可靠性差异。基底影响方面，牙体基底因保留釉质边缘和牙本质-釉质连接而可能提供更好的粘接界面和应力分布，但老化后这种差异消失。热机械老化仅导致有限的断裂载荷降低，表明氧化锆IRFDPs在模拟功能条件下具有良好的力学稳定性。失效模式分析揭示了材料依赖性的失效部位转移，连接体断裂与氧化锆微观结构相关，而粘接失效与基底和粘接条件相关。研究局限性包括仅使用第三磨牙、仅评估一种连接体几何形态等。

研究结论

1. 1.
   IRFDPs的承载能力受氧化锆材料类型的显著影响，表明氧化钇含量和微观结构组成的差异影响修复体的力学性能。
2. 2.
   3Y-TZP氧化锆材料相比具有更高氧化钇含量的高透氧化锆材料展现出更高的断裂载荷值。
3. 3.
   粘接基底在干燥条件下影响断裂载荷，牙体基底上的修复体承载能力略高，但热机械老化后牙体与复合体基底间无显著差异。
4. 4.
   热机械老化仅导致断裂载荷有限降低，表明氧化锆IRFDPs在模拟功能条件下表现出稳定的力学性能，但高透多层氧化锆粘接于复合体基底时不可修复性骨折更为常见。
5. 5.
   威布尔分析显示所测试氧化锆材料间可靠性相当，尽管平均断裂载荷存在差异，但其缺陷分布和结构可预测性相似。