正畸治疗能够改善患者口颌系统的平衡、功能和美观，为患者带来巨大的收益。但是，治疗中的潜在风险如牙根的吸收、牙槽骨的萎缩、牙周软组织的退缩、牙齿脱矿、龋坏、牙髓坏死等不容忽视。
目前，尽管正畸矫治装置在不断地创新和进步，但患者仍面临近20个月左右的矫治时间。较长时间的正畸治疗会增加患者牙齿脱矿、龋齿、牙龈退缩和牙根吸收风险。加快正畸治疗速度不仅可以减少佩戴矫治装置给患者带来的美观及咀嚼问题，还可以帮助降低各种并发症的发生风险，从而缓解正畸治疗为患者带来的身体及心理痛苦。
此外，正畸辅助装置如种植体支抗使用中安全和稳定性上的挑战也增加了正畸治疗的不确定性。加强正畸治疗中的风险控制，寻找能够降低正畸治疗风险的无创性辅助治疗手段，提高正畸牙移动速度、降低牙根吸收、牙龈萎缩的发生、提高正畸辅助装置如种植体支抗的安全稳定性等，具有较强的现实意义。
目前，有很多在正畸治疗中应用药物、手术、激光等手段加速正畸牙移动，减少正畸疼痛和抑制正畸诱导的炎性牙根吸收（orthodontically induced inflammatory root resorption，OIIRR） 等的报道。手术方法如骨皮质切开术、骨穿刺术等被证实能够加快正畸牙移动速度，但黏膜和骨损伤造成的疼痛和不适往往限制了其广泛应用。
药物辅助治疗（如前列腺素和松弛素） 则可能面临加速牙根吸收，药物不良作用不明等问题。尽管有研究发现激光治疗具有加速正畸牙移动速度、减轻正畸疼痛、增加正畸微型种植体稳定性等众多临床益处，但激光对于OIIRR的加速效果尚未达成临床应用共识。探索无创且易于临床应用的正畸辅助疗法具有重要的临床意义。
人体经常受直接影响细胞功能的机械力的影响，如重力对骨代谢及剪切力对动脉粥样硬化斑块形成的影响等。人体对机械力的空间和时间反应在目前医学研究中得到越来越多的关注，通过机械力对人体疾病进行治疗成为目前研究的热点。
19世纪，机械疗法被定义为使用机械手段治疗疾病。而随着现代分子生物学、生物力学和组织工程的快速发展，机械疗法的定义也在不断更新。目前机械疗法被重新定义为：“所有在分子、细胞或组织水平上通过机械手段减少和逆转受损组织损伤或促进健康组织稳态的治疗干预”。
近年来，随着基础研究和临床实践的进展，包括体外冲击波治疗（extracorporeal shock wave therapy，ESWT）、低强度脉冲超声（low-intensity pulsed ultrasound，LIPUS）、振动疗法在内的多种机械疗法为正畸治疗提供了更多辅助选择。目前的研究表明，机械疗法作为一种无创、安全且易于应用的方法，在加快正畸牙的移动、减轻正畸过程中的疼痛、上调微螺钉种植体的稳定性、抑制正畸诱导的炎性牙根吸收等过程中能够发挥积极作用。本文将阐述包括低强度脉冲超声、体外冲击波治疗、振动疗法等在内多种机械疗法对正畸治疗的影响，对其中涉及的机制进行综述，并为未来的临床研究提供指导。
1.LIPUS
1.1LIPUS 对种植体支抗稳定性的影响
LIPUS是一种特殊类型的超声，具有最小的热效应，能够通过声能对组织产生无创的物理刺激从而发挥治疗效果。一些证据表明，LIPUS可以影响参与骨愈合的所有主要细胞类型包括成骨细胞、破骨细胞、软骨细胞和间充质干细胞，并可以加快组织再生，加速骨损伤的愈合。
LIPUS发生后可以通过超声凝胶介导直接作用于牙及周围软硬组织。研究显示，LIPUS可以促进包括口腔种植体在内的多种金属植入物周围骨组织的形成并加快植入物骨整合速度。微螺钉种植体具有与口腔种植体相似的结构，是正畸治疗中为移动牙提供骨骼锚定支抗的有效方式，但其初期稳定性问题一直影响其临床应用。一项荟萃分析称，微螺钉种植体的植入成功率为83.6% （95% CI：79.9%~86.6%）。
微螺钉种植体的失败与宿主因素、微螺钉设计制作因素和治疗方案因素等有关，并最终导致微螺钉种植体从颌骨上脱落。Ganzorig等将钛合金和316L不锈钢制成的微螺钉种植体植入大鼠胫骨并采用LIPUS处理，结果发现LIPUS可以增强两种微螺钉种植体周围的骨形成，并增强其初期稳定性。另一项针对钛微螺钉的研究发现，LIPUS能够降低种植体微螺钉活动度，并同时增加骨—种植体接触面积。
1.2LIPUS 对正畸牙移动速度的影响
能否利用LIPUS在骨代谢中的调节作用加快正畸牙齿移动速度，减少正畸治疗持续时间也是存在争议的话题。Alazzawi等的动物实验结果表明，LIPUS可以提高牙齿移动速度并提高正畸牙齿移动过程中的骨重塑质量，而在联合使用低能量激光治疗后，LIPUS的正向作用得到进一步增强。
有学者就LIPUS加快正畸牙移动速率的机制进行了深入研究后发现，LIPUS可以通过激活大鼠正畸牙移动模型中干细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF） / RUNT相关转录因子2 （Runt-related transcription factor 2，Runx2） /骨形态发生蛋白-2 （bone morphogenetic protein-2，BMP-2） 信号通路和破骨细胞分化因子（recepto ractivator of NF-kB ligand，RANKL） 的表达促进牙槽骨重塑，从而加快正畸牙移动。
Al-Dboush等的一项回顾性研究发现，在使用透明矫治器矫治的正畸患者的治疗过程中辅助使用LIPUS可以大幅减少正畸持续时间，LIPUS组平均治疗时间减少了26%。这与EI-Bialy等的前瞻性多中心随机对照试验结果基本一致（平均提高29%的牙齿移动率）。
Kaur等的临床研究得到了更加令人振奋的结果，他们发现，LIPUS组较对照组总治疗时间平均减少了49%，且差异存在统计学差异。但是，也有报道并未发现LIPUS对于动物模型及人体内正畸牙齿移动速率的任何影响。这可能与LIPUS治疗策略差异（治疗次数、间隔、强度等） 及实验纳入样本量过少有关。
1.3LIPUS 对OIIRR的影响
OIIRR的发生原因是复杂且多样的，与个体的生物学变异、遗传易感性和机械因素等多种原因有关。一项系统评价和荟萃分析称，在正畸治疗中使用透明矫治器和固定矫治器可能无法避免出现OIIRR。LIPUS的多种生物学影响可能在OIIRR的管理中发挥更重要的功效。
虽然有研究表明，LIPUS在体外可以在没有成骨细胞的情况下增加破骨细胞的吸收活性，但是更多的研究发现，LIPUS能够在体外调控成骨细胞及成牙本质细胞中Ⅰ型胶原蛋白（collagen type Ⅰ, COL-Ⅰ）、骨保护蛋白（osteoprotegerin，OPG） 及RANKL的mRNA表达，抑制破骨细胞形成，从而在大鼠体内降低破骨细胞数目及活性、增加OPG/RANKL表达比，下调环氧合酶-2 （cyclooxygenase-2，COX-2） 表达， 进而显著减少OIIRR。这种对于OIIRR的抑制作用在犬正畸模型中也被观察到，这可能与LIPUS诱导的修复性牙骨质形成有关。
采用下颌骨切片器官体外培养模型的研究也发现，LIPUS可以增强正常及糖尿病情况下牙骨质及牙本质修复。Dahhas等的研究发现，卵巢切除术引起的骨质疏松症增加了大鼠OIIRR，而LIPUS刺激可以弱化这种作用，减少正畸过程中的牙根体积损失。值得注意的是，有研究比较了不同强度LIPUS对于OIIRR的影响（30、150 mW·cm-2），结果发现较高强度的超声刺激展示出了更好的OIIRR抑制效果。
安全性和有效性是在正畸临床治疗中应用更高强度LIPUS的重要限制因素，需要更多的基础和临床研究进行进一步的研究和探索。一些临床研究也报道了LIPUS对OIIRR的抑制效果。EI-Bialy等的一项前瞻性多中心随机对照试验发现，在正畸过程中辅助使用LIPUS可以降低OIIRR 的发生。
另一项研究纳入了需要拔除第一前磨牙的12位患者，在机械拔除第一前磨牙前，激活颊侧弹簧使其颊侧倾斜，并在一侧辅助使用LIPUS，在4周的观察期后发现，暴露于LIPUS的前磨牙牙根吸收面积和吸收陷窝数目显著减少，这可能与被吸收的牙根表面牙骨质增生引起的牙根修复有关。Raza等将施加于第一前磨牙的颊向力改为施加15°转矩后采用相似的实验方法进行试验后也发现了类似的结果。
2.机械振动治疗
2.1机械振动治疗对正畸牙移动速度的影响
振动力已经被证明有助于维持绝经后妇女、长时间卧床及行动不便的患者的骨量，并延缓骨质流失。目前的动物实验结果表明，振动力可以上调正畸过程中的破骨活性，加快牙齿移动和牙周组织骨重塑速度，且不会对牙周组织造成如牙根吸收在内的额外损伤。
在传统正畸治疗的基础上补充振动力似乎是一种可以加快正畸牙齿移动的方法。基于这些研究成果，一些商用振动设备如AcceleDent®已经获得美国食品和药品管理局批准，进入临床研究与治疗当中，可以通过经特殊设计的口内激活器使目标牙接收轻微振动达到治疗效果。
一些病例报告和非随机回顾性队列研究中报道了在正畸过程中辅助使用振动力的临床益处，包括增加正畸牙移动率，减少治疗时间等，但是这些研究的实验设计使其结果可能存在较大偏倚风险。Pavlin等的一项单中心、前瞻性、双盲、随机对照实验采用了AcceleDent®装置研究低水平的循环振动对正畸牙移动速度的影响，研究结果发现，低水平循环振动能够增加患者牙齿移动的速率。
一项基于自身对照及稳态动力学有限元分析的研究发现，Oral B振动装置引起的振动可以放大牙周膜响应，从而促进正畸牙齿移动。Mayama等的前瞻性、双盲、随机对照试验采用振动力作用于正畸尖牙后发现，相比对照组，实验组正畸尖牙速度显著升高。
另一项自身对照实验采用电动牙刷作为振动刺激来源，结果发现在联合轻正畸力进行治疗后，振动刺激（125 Hz） 可以增强龈沟液中白细胞介素（interleukin，IL） -1β的分泌并加快正畸牙齿移动速率。同时，Benjakul等的体外实验也发现，30Hz的振动联合2 g·cm-2的压缩力能够上调人牙周膜细胞IL-1β及肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF） -α的表达，但这种协同作用没有在60 Hz的振动组中发现。
IL-1β更容易被机械应力激活，从而通过诱导RANKL在成骨细胞和牙周膜细胞中的表达，直接参与骨吸收并刺激破骨细胞前体的分化。在正畸牙移动期间，龈沟液中的IL-1β水平显著升高。虽然IL-1β 水平升高与牙周病的严重程度有关，但生理反应范围内的IL-1β 水平升高可以加快正畸牙的移动过程。
除此之外，机械振动对于牙周膜细胞RANKL/OPG与COX-2/前列腺素E2 （prostaglandin E2，PGE2） 比值、IL-6 及IL-8表达的上调作用提示其可能通过COX途径增强正畸牙齿移动过程中受压侧的牙槽骨吸收从而促进正畸牙移动速度。
2.2机械振动对正畸牙过程中疼痛水平及正畸后保持的影响
促炎因子IL-1β、COX-2、IL-6、IL-8水平的升高往往意味着更强的疼痛感觉，这似乎提示机械振动治疗可能增加患者正畸治疗过程中的痛苦。但是值得注意的是，目前结果似乎并不支持这一结论，即机械振动对于正畸患者疼痛的缓解作用与振动刺激后促炎因子IL-1β水平升高的现象并不一致。
值得注意的是，机械振动处理正畸牙后IL-1β和COX-2的表达可能并不协同。另一项采用低幅度机械振动（10、20、30 Hz） 的研究发现，机械振动能够降低颌骨中COX-2的mRNA表达水平。Thammanichanon等的动物研究结果发现，间隔高频振动（125 Hz） 能够通过降低三叉神经节中瞬时感受器电位香草素受体1 （transient receptor potential vanilloid subtype 1，TRPV1） 和降钙素基因相关肽（calcitonin gene-related peptide，CGRP） 的表达从而减少大鼠正畸疼痛。
2020年，一项系统评价对振动力与减轻正畸治疗相关疼痛的关联进行研究，在纳入的15项随机对照试验中，有11项研究显示振动疗法至少在正畸治疗中一个时间点降低了患者的疼痛水平。研究发现，采用低幅度机械振动（10、20、30 Hz）能够减少牙槽骨骨组织吸收，上调牙槽骨骨小梁厚度，并减少正畸牙复发时的牙齿移动量。
2.3机械振动治疗在正畸领域的治疗效果仍存在争议
虽然大量研究报道了振动力对接受正畸治疗患者的益处，但也有不少研究提出了不同的观点。有趣的是，在多个同样使用AcceleDent®装置的单中心及多中心随机对照研究中，研究人员并没有发现机械振动对正畸过程中牙齿移动速度、骨重塑生物标记物、下颌前牙排齐、疼痛缓解、间隙关闭、最终咬合结果及OIIRR等的任何影响。而使用其他振动装置的研究中也没有发现振动力对正畸疼痛和OIIRR的显著影响。
除了传统固定正畸方式外，也有研究关注到了机械力与隐形矫治间的联系。Katchooi等的随机临床实验采用隐适美联合AcceleDent Aura设备产生的振动进行治疗，结果发现AcceleDent Aura设备对于成年患者正畸的依从性没有影响，且当其与隐适美联合使用时，也未发现其对减少正畸疼痛或口腔健康相关生活质量参数的显著影响。
值得注意的是，众多关于振动力和正畸过程中不同参数之间联系的研究提出了不同甚至相悖的观点，针对振动力对正畸治疗影响一些系统评价也未能得到明确结论。产生这种问题及差异可能源于以下原因。
1） 全牙列振动比单个牙齿的振动更加难以控制，由于牙齿间形态和位置的差异，全牙列振动的目标牙有可能由于与振动介质间存在不充分接触，从而仅能获得较低的振动幅度和振动频率。
2） 振动方案的任何效果都取决于患者的依从性。有研究发现，虽然要求患者每天进行20 min的振动治疗，但是患者平均每天的治疗时间仅为13.7~15.2 min。正如Robertson等所报道的，患者对振动装置的依从性（67%）远低于患者的自我感知（80%）。
3） 振动传递过程中的能量损失在大多数研究中被忽略。能量耗散是许多机械相关因素如阻尼和摩擦的结果，目标牙齿结构接收到的力的幅度和频率可以显著低于马达振动频率。
4） 机械振动的发生装置、振动频率、振动时间、刺激周期、刺激次数、刺激方式及患者差异等的差异都可能对结果产生巨大影响。如何规范治疗设备、制定合理的治疗流程（如确定合适的振动频率、振动幅度等）、明确适应证，从而稳定治疗效果，是目前机械振动治疗在正畸临床应用中亟须解决的问题。
3.ESWT
3.1ESWT对正畸牙移动速度的影响
冲击波也称“激波”，是一种在水下高压爆炸和汽化过程中产生的，非线性的，具有极高压力和速度的声波。它具有峰值压力高（最高可达100 MPa或更高）、压力上升快（<10 ns）、持续时间短（<10 ms）、频率范围宽（16~20 MHz） 等特点。ESWT是一种利用冲击波，直接作用于细胞成分及细胞周围组织，将机械信号转化为生物信号从而产生不同生物学效应的新兴治疗方式，在骨科、心内科、男科疾病的治疗中得到了广泛的应用。
与同为声波的LIPUS相似，ESWT也可以通过超声凝胶介导，作用于牙及周围软硬组织。ESWT能否加快正畸牙移动速率尚存在争议。有基于动物模型的研究发现，在正畸力诱导过程中辅助使用ESWT可以显著上调龈沟液中IL-1β的水平，并增加血管内皮生长因子的表达，从而可能影响牙周重塑，缩短正畸力诱导的牙周膜的炎症过程，最终提高正畸牙移动速度。
但也有研究发现，正畸过程中使用ESWT导致了正畸大鼠龈沟液中IL-1β、RANKL、TNF-α及IL-6水平的显著下调。但是值得注意的是，这些研究都仅从正畸开始前3 d龈沟液的生化指标推断ESWT对正畸牙移动速率的影响。在这段时间中，正畸牙仅在牙槽窝内发生轻微位移。在正畸牙齿移动过程中，局部炎症的诱导和控制处于不断地调节过程。像任何炎症反应一样，它包括急性期（前13天）和慢性期2个阶段。
仅仅针对正畸启动后3 d的生化指标进行研究并不能完全反应ESWT对整个正畸过程的影响。针对更长时间框架（至少3周） 且直接比较ESWT对正畸牙移动量的影响具有更强的指导意义。Demir等的动物实验同时采用聚焦及径向ESWT对兔上前牙正畸模型进行处理，结果发现，聚焦ESWT能够显著加快正畸牙移动速度，但是这种正向作用没有在径向ESWT组被发现。
尽管如此，由于骨代谢整个正畸过程中都发挥较为重要的作用，而径向ESWT又具有与聚焦ESWT相似的软骨及骨代谢调节能力，加之过去正畸治疗的临床实践和基础研究多采用聚焦式ESWT进行探索，所以针对不同动物模型、治疗剂量、适应证的径向ESWT与聚焦ESWT的比较研究可能仍具有重要意义。
3.2ESWT对正畸患者口内菌斑的影响
一般来说，接受正畸的患者中，口腔变异链球菌及牙周病病原菌会显著升高，进而增加牙龈炎、牙周炎、龋病、牙齿脱矿的发生风险。尽管去除矫治器后正畸患者口腔微生物数量和牙周指数将大幅下降至较为正常的水平，但一些与正畸治疗相关的不良反应（如牙周炎、龋齿等） 是不可逆的。
有研究显示，ESWT对变异链球菌及牙龈卟啉单胞菌有显著的杀菌效果，且具有与超声波洁牙机类似的去除菌斑生物膜的效果。Falkensammer等的一项随机对照试验发现，1 000次脉冲的单次ESWT可以显著降低正畸患者正畸过程中的菌斑指数，但没有发现与对照组间探诊指数和牙龈指数的显著差异。而一项单中心随机对照研究则发现，单次ESWT可以显著减少积极正畸治疗后的探诊出血及探诊深度，与对照组的差异也提示了ESWT对于菌斑控制的潜在效果。基于不稳定的牙周状况对于正畸治疗的负面影响，ESWT的抗菌作用可能为牙周炎正畸患者带来有利影响。
3.3ESWT对正畸治疗的其他影响
研究表明，ESWT能够增加骨形成、提高皮质骨螺钉的固位。但是这种正向作用并没有在Falkensammer等研究中发现，该研究对于成年人下颌骨的单次ESWT刺激并不能提高正畸加载状况下临时支抗装置的稳定性。虽然ESWT辅助治疗是否能使正畸患者获益仍存在争议，但是研究表明，ESWT不会对正畸患者产生意外的有害影响，且不会影响正畸过程中的牙髓血流。ESWT的安全性为其在正畸治疗过程中的进一步基础研究及临床实践提供机会。
4.总结与展望
总之，机械疗法能够对牙槽骨的改建和维持起重要作用，从而参与加快正畸治疗速度、减轻正畸过程中的疼痛、增加微螺钉种植体的稳定性、抑制OIIRR等众多过程。值得注意的是，不同机械疗法对于辅助正畸治疗的效果仍存在争议，对于其机制的研究仍不充分。虽然其中一些已进入临床实验阶段，但是其有效性及安全性仍需要进一步研究，尤其是针对治疗计划的设计（非侵入性治疗的剂量、次数、时间、频率等） 及适应证的选择等。
与传统治疗方式相比，机械疗法提供了一种相对无创，能够减轻患者痛苦且有效的正畸治疗辅助手段，为传统正畸治疗提供了更多选择。
