TM種植體-骨結(jié)合界面的動物學(xué)實驗研究.pdf

1、研究背景:
　　 種植義齒發(fā)展至今，以其固位力強(qiáng)、咀嚼效率高、美觀舒適等優(yōu)點，已成為口腔醫(yī)學(xué)中不可缺少的修復(fù)方法。20世紀(jì)60年代，Br(a)nemark教授提出了骨整合理論，奠定了現(xiàn)代口腔種植學(xué)的生物學(xué)基礎(chǔ)?，F(xiàn)代牙種植學(xué)的研究目標(biāo)是促進(jìn)骨創(chuàng)口愈合，種植體具備良好的初期穩(wěn)定性，可實現(xiàn)即刻或早期負(fù)荷。因此，學(xué)者們致力于研究如何獲得最佳、穩(wěn)定的種植體-骨結(jié)合界面，最大限度地保存周圍骨質(zhì)，以提高種植義齒的遠(yuǎn)期成功率。
　　 現(xiàn)

2、代口腔種植學(xué)的研究熱點主要集中在種植體表面處理和種植體外形設(shè)計兩個方面。種植體表面處理技術(shù)的發(fā)展已較為成熟，但筆者認(rèn)為，種植體外形設(shè)計對周圍骨質(zhì)的影響仍非常重要。臨床上可以觀察到，種植體經(jīng)過一年的非負(fù)荷狀態(tài)，也會像負(fù)荷狀態(tài)下的種植體一樣，其頸部骨質(zhì)有不同程度的吸收。雖然認(rèn)為種植體負(fù)重后的第一年周圍骨吸收小于2mm仍是成功的，但是頸部邊緣骨皮質(zhì)的保存是維持軟組織穩(wěn)定、獲得美學(xué)修復(fù)的重要保證。種植體頸部骨吸收的原因有幾個假說:手術(shù)“創(chuàng)傷”，

3、生物學(xué)寬度假說，種植體頸部形態(tài)，微間隙假說，咬合負(fù)荷過大，種植體周圍炎等。學(xué)者們試圖從以上幾個方面解決頸部皮質(zhì)骨吸收的問題。研究表明，種植體頸部微螺紋結(jié)構(gòu)可增大種植體與骨組織在應(yīng)力集中的皮質(zhì)骨邊緣的接觸面積，最大限度保存種植體頸部骨組織。例如Nobel Active種植體，AstraTech(@) Micro ThreadTM種植體?！皃latform switching”結(jié)構(gòu)被認(rèn)為可重建生物學(xué)寬度，使種植體頸部的應(yīng)力集中區(qū)被有效轉(zhuǎn)移，

4、分散了頸部應(yīng)力。但是被分散的應(yīng)力大部分轉(zhuǎn)移在基臺和基臺螺絲上，容易導(dǎo)致基臺和基臺螺絲的折斷。故有學(xué)者希望通過改變種植體上段形狀來盡可能保存種植體頸部骨皮質(zhì)。
　　 TM(tension more)種植體是一種力求獲得較大界面張力的種植體，其根端直徑較冠端大約1mm。這種縮窄頸部設(shè)計一方面是符合人體牙槽骨及頜骨的解剖形態(tài)，以保存牙槽嵴的骨皮質(zhì);另一方面是為種植體頸部實現(xiàn)良好的骨結(jié)合提供有利的骨愈合間隙。早期的研究發(fā)現(xiàn)，粗化的TM種

5、植體表面有良好的骨引導(dǎo)性，能與周圍骨質(zhì)形成穩(wěn)定的骨結(jié)合。本課題組經(jīng)過三維有限元分析發(fā)現(xiàn)，種植體應(yīng)力主要集中在種植體頸部，與種植體接觸的皮質(zhì)骨上緣和種植體底部。不同錐度變化的TM螺紋種植體在垂直和斜向荷載作用下，其周圍密質(zhì)骨應(yīng)力分布大不相同。本研究實驗組采用種植體上1/3呈錐度變化（錐度為5.44。）的TM種植體，一方面是便于工藝制作和觀察種植體周圍骨皮質(zhì)的反應(yīng)，另一方面是考慮到種植體全長或上1/2錐度縮窄的外形會產(chǎn)生過長的種植體-骨缺損

6、線，不利于觀察種植體與骨皮質(zhì)的相互關(guān)系。
　　 大量研究表明，粗糙的種植體表面有利于成骨。本課題組前期研究也證明，經(jīng)粒徑為200～300μm的Al203顆粒噴砂和H2S04/HCl雙重酸蝕處理，然后儲存于生理鹽水中的中度粗糙純鈦表面可增大種植體-骨接觸面積，利于成骨細(xì)胞的黏附與增殖。適度粗糙的種植體表面可形成穩(wěn)定的種植體-骨結(jié)合界面，為TM種植體的研發(fā)提供可靠的表面處理方法。
　　 目的:
　　 本課題建立bea

7、gle犬實驗動物模型，經(jīng)顯微CT掃描和組織學(xué)觀察，于不同時間段觀察實驗組和對照組種植體植入動物體內(nèi)后的骨愈合過程，比較骨愈合階段中兩種種植體-骨結(jié)合界面和種植體周圍骨皮質(zhì)的情況。
　　 方法:
　　 1.種植體制備
　　 用醫(yī)用純鈦鈦棒加工出兩組種植體:TM種植體和仿Straumann(ITI SLA)常規(guī)頸部標(biāo)準(zhǔn)種植體。經(jīng)Al2O3顆粒噴砂粗化和H2S04/HCl雙重酸蝕處理后超聲清洗，生理鹽水中儲存，γ射線消

8、毒后備用。
　　 2.實驗動物的選擇和分組:
　　 選用全身發(fā)育良好的雄性成年Beagle犬5只，犬齡19個月，體重13.0～14.8kg。Beagle犬的齒式為2(I3/3，Cl/1，Pm4/4，M2/3)，全口共42顆牙。按隨機(jī)數(shù)字表將5只實驗犬完全隨機(jī)分為A(4周實驗犬)、B（8周實驗犬）、C（4周和8周實驗犬）、D1（12周實驗犬）、D2（12周實驗犬）。實驗犬A、B、C和D1每側(cè)各有4個種植體植入位點，實驗犬D

9、2每側(cè)各有2個植入位點。
　　 3.實驗過程:
　　 拔除雙側(cè)下頜第1～4前磨牙，拔牙創(chuàng)愈合3個月后按時間表開始手術(shù)建立動物模型，最終每組種植體各植入18枚。術(shù)后3天均予以肌注青霉素預(yù)防感染。于動物處死前第14、13天頸部皮下注射鹽酸四環(huán)素（30mg/kg），處死前第4、3天頸部皮下注射鈣黃綠素（10mg/kg）。按時間表處死實驗犬，分離下頜骨，獲取帶種植體的骨標(biāo)本，經(jīng)顯微CT掃描，三維重建和骨組織形態(tài)計量學(xué)分析后，將標(biāo)

10、本分割成2.0cm×2.0cm×1.0cm的大小，用乙醇梯度脫水，氯仿透明和甲基丙烯酸樹脂包埋。采用Lecia SP1600硬組織切片機(jī)切成200～150μm厚的切片，在熒光顯微鏡下觀察熒光效果和測量新骨礦化沉積率。然后手工磨片制作成厚度為70～50μm左右的骨磨片，亞甲基藍(lán)-酸性品紅染色，用倒置顯微鏡行組織學(xué)觀察和測量種植體-骨結(jié)合率、種植體周圍450μm范圍內(nèi)的骨皮質(zhì)區(qū)面積。
　　 結(jié)果:
　　 1.大體觀察

11、　　 五只實驗犬術(shù)后均健康，實驗犬A在術(shù)后3天發(fā)現(xiàn)右下頜第3、4前磨牙區(qū)2枚種植體創(chuàng)口愈合不良，牙齦紅腫，牙周溢膿，松動Ⅱ°，同側(cè)其余種植體無松動，但牙齦紅腫，予以局部沖洗消炎治療。該2枚松動種植體于植入2周后脫落（實驗組和對照組種植體各1枚），最終每組種植體各剩余17枚。其余各創(chuàng)口均愈合良好，牙齦健康，無紅腫流膿。取材時截取下頜骨，分離軟組織，可見種植體包埋于骨組織內(nèi)部，無明顯松動。
　　 2.顯微CT觀察
　　 M

12、icro-CT掃描重建結(jié)果顯示，隨著時間的增長，種植體周圍松質(zhì)骨區(qū)骨小梁排列整齊、呈密集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，種植體表面有一層不均勻的新生骨板包繞，部分區(qū)域與骨髓腔直接接觸。4周時實驗組部分種植體上1/3段與周圍骨組織存在＜0.3mm的縫隙，而在8周實驗組中可以看到， TM種植體上1/3段周圍骨組織的缺損已得到良好修復(fù)，種植體與骨皮質(zhì)緊密接觸。12周時，實驗組種植體周圍骨皮質(zhì)得到有效的保存，種植體-骨結(jié)合界面穩(wěn)定;而對照組種植體骨皮質(zhì)區(qū)有骨改建活動

13、。
　　 骨組織形態(tài)計量學(xué)結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析后可知，4周時，實驗組和對照組的BV/TV值、Tb.Sp值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（分別為P=0.024，P=0.001，P=0.049），實驗組BV/TV、Tb.N值顯著高于對照組，對照組Tb.Sp值顯著高于實驗組;Tb.Th值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.058)。8周時，兩組間的BV/TV值、Tb.Sp值、Tb.Th值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（分別為P＜0.001，P＜0.001，P=0.005）

14、，實驗組BV/TV、Tb.Th值顯著高于對照組，對照組Tb.Sp值顯著高于實驗組;Tb.N值組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.109)。12周時，BV/TV值、Tb.N值、Tb.Sp值、Tb.Th值組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.001)，實驗組BV/TV值、Tb.N值、Tb.Th值顯著高于對照組，對照組Tb.Sp值顯著高于實驗組。
　　 隨著時間的增長，4周和8周時實驗組與對照組BIC值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(分別為P=0.110，P

15、=0.400)。12周時實驗組與對照組BIC值差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.001)，實驗組BIC％(69.164±2.904)顯著高于對照組（60.314士3.518）。
　　 3.熒光標(biāo)記觀察
　　 熒光顯微鏡下可見亮黃和亮綠兩條熒光標(biāo)記帶。4周時可以觀察到熒光帶主要位于種植體表面和近種植體的骨壁邊緣，呈線狀平行排列。實驗組種植體上1/3段周圍間隙的成骨方向是雙向的，一是間隙根方骨組織與種植體接觸，不斷向冠方分泌新骨;另

16、一方向是周圍骨壁向種植體表面成骨。兩螺紋間距內(nèi)的近種植體區(qū)新骨礦化沉積率與遠(yuǎn)種植體區(qū)無顯著統(tǒng)計學(xué)意義(F=0.015，P=0.904)。8周時可觀察到大面積雙熒光標(biāo)記的骨組織相互交織成網(wǎng)狀、片狀，兩熒光標(biāo)記間距較4周時寬，新骨形成活躍，實驗組種植體上1/3段與骨皮質(zhì)緊密接觸。近、遠(yuǎn)種植體區(qū)的骨礦化沉積率有顯著差異(F=15.369，P=0.001)，遠(yuǎn)種植體區(qū)MAR（3.891士0.282）大于近種植體區(qū)（3.304士0.380）。12

17、周時種植體表面與大片的骨組織緊密接觸，熒光分布無規(guī)律，黃綠熒光相互重疊。新骨形成明顯減弱，實驗組種植體-骨皮質(zhì)界面骨改建不活躍。近、遠(yuǎn)種植體區(qū)的骨礦化沉積率有顯著差異(F=6.343，P=0.021)，遠(yuǎn)種植體區(qū)MAR（2.408士0.348）高于近種植體區(qū)(1.971士0.425)。
　　 4.組織學(xué)觀察
　　 亞甲基藍(lán)-酸性品紅染色片鏡下可見，種植體植入4周時，對照組種植體與周圍骨皮質(zhì)緊密接觸，新生骨主要是編織骨。實

18、驗組中，部分TM種植體上段與骨組織存在倒楔形間隙，間隙底部新骨沿著種植體縮窄上部的表面向冠方沉積、礦化，周圍骨壁的新骨向種植體縮窄表面生長。松質(zhì)骨區(qū)部分種植體表面被一層薄薄的骨組織包繞，新舊骨之間有明顯絳紫紅色的礦化前緣帶。兩組間的種植體-骨結(jié)合率差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=20.437，P＜0.001)，對照組BIC％（47.867±2.393）顯著高于實驗組（41.785士3.518）。兩組間種植體上段450μm范圍內(nèi)骨皮質(zhì)的面積(BA)

19、差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=22.993，P＜0.001)，對照組BA（79.558士4.526）顯著高于實驗組（70.720士3.672）。8周時對照組種植體與骨皮質(zhì)緊密結(jié)合，新骨組織改建成板層骨。實驗組種植體-骨皮質(zhì)界面不斷有新骨沉積，形成骨結(jié)合。松質(zhì)骨區(qū)新骨不斷沉積礦化，骨板連續(xù)性較好。兩組間的BIC％差異無統(tǒng)計學(xué)意義(F=0.033，P=0.859)。兩組間的BA差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=17.024，P=0.001)，對照組BA（89.

20、084士1.700）顯著高于實驗組（83.890士3.599）。12周時，對照組種植體-骨皮質(zhì)界面的骨密度開始下降;實驗組種植體與骨皮質(zhì)緊密結(jié)合，種植體周圍骨組織成熟，可見板層骨和哈弗斯系統(tǒng)。兩組間的BIC％差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=8.397，P=0.010)，實驗組BIC％（67.640±5.027）顯著高于對照組（62.182士3.195）。兩組間的BA差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=10.133，P=0.005)，實驗組骨皮質(zhì)區(qū)種植體上段45

21、0μm范圍內(nèi)骨面積BA（88.685士3.848）顯著高于對照組(82.673士4.567)。
　　 結(jié)論:
　　 1.本實驗選擇合適的動物建立的動物模型，最大限度的模擬臨床操作。同時需要充分考慮實驗犬的牙槽骨骨量、骨質(zhì)，手術(shù)創(chuàng)傷和咬合特點，于合適位點植入種植體。
　　 2.Micro-CT能在不破壞樣品的情況下，對帶種植體的骨標(biāo)本進(jìn)行高分辨率X線成像，可任意角度觀察三維圖像和任意幀數(shù)觀測斷層圖像，定義感興趣區(qū)后

22、可定量分析骨小梁結(jié)構(gòu)和種植體-骨結(jié)合面積。
　　 3.Micro-CT結(jié)果顯示，TM種植體上1/3縮窄部分周圍存在的倒楔形間隙能完全骨修復(fù)，這一部分與周圍骨組織的接觸面積比對照組的接觸面積大，所以TM種植體周圍骨體積分?jǐn)?shù)(BV/TV)比對照組高。
　　 4.Micro-CT檢測發(fā)現(xiàn)表面經(jīng)噴砂酸蝕處理后儲存于生理鹽水的種植體（modSAA）其種植體.骨結(jié)合率達(dá)60％～67％;組織學(xué)觀察結(jié)果顯示該modSAA表面處理的種植體

23、-骨結(jié)合率達(dá)62％～68％。這均提示modSAA種植體與周圍骨組織形成良好的骨結(jié)合，有利于維護(hù)種植體的遠(yuǎn)期效果。
　　 5.組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，該噴砂酸蝕處理后的種植體表面具有良好的生物相容性和骨引導(dǎo)性;雙熒光標(biāo)記提示，4～8周時新骨形成活躍，種植體周圍骨壁的新骨礦化沉積率MAR高于種植體螺紋間距內(nèi)的MAR。
　　 6.組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，在骨愈合早期（4～8周）時實驗組TM種植體上1/3縮窄部分與周圍骨壁間的間隙能完全骨修復(fù)，