鈦螺紋釘表面鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層骨結(jié)合的實驗研究

劉絲雨，王彩玲，鄭 宇，劉會英*，侯曉薇，王俐杰

(1.河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院口腔科，河北 石家莊 050051；2.河北省人民醫(yī)院口腔科，河北 石家莊 050051)

·論 著·

鈦螺紋釘表面鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層骨結(jié)合的實驗研究

劉絲雨1，王彩玲2，鄭 宇1，劉會英1*，侯曉薇1，王俐杰1

(1.河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院口腔科，河北 石家莊 050051；2.河北省人民醫(yī)院口腔科，河北 石家莊 050051)

目的探討鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層在種植體周圍骨結(jié)合中的作用。方法9只新西蘭大白兔隨機分為實驗組(n=6)與對照組(n=3),分別拔除上下4顆切牙，在所有拔牙窩下段充填入適量異種凍干骨后,實驗組拔牙窩內(nèi)即刻植入鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層的鈦螺紋釘，對照組拔牙窩內(nèi)則即刻植入羥基磷灰石涂層的鈦螺紋釘。術(shù)后4、8、12周分別處死實驗動物(實驗組2只，對照組1只)取完整上下頜骨標(biāo)本，進行大體觀察、扭矩實驗測試、X線片檢查、骨密度分析和組織學(xué)觀察。結(jié)果隨時間延長, 2組鈦螺紋釘周圍新生周骨組織平均灰度值和鈦螺紋釘最大扭矩值均逐漸增高,且術(shù)后4、8、12周實驗組鈦螺紋釘周圍新生周骨組織平均灰度值和鈦螺紋釘最大扭矩值高于對照組(P<0.05)。實驗組板層新骨生成速度更快，新生骨成熟度更高。結(jié)論在即刻種植條件下，羥基磷灰石涂層與鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層均可獲得鈦螺紋釘與周圍骨組織較好的骨結(jié)合和骨修復(fù)，但鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層有更好的生物穩(wěn)定性和生物相容性，能促進鈦螺紋釘周圍的骨結(jié)合。

牙種植；羥基磷灰石類；鑭；兔

近年來，隨著口腔種植技術(shù)的發(fā)展以及人們生活水平的提高，口腔種植修復(fù)逐漸成為牙列缺損和無牙牙合患者首選的修復(fù)治療方式。鈦因具有優(yōu)良的生物相容性和機械加工性已成為目前最常用的口腔臨床種植體材料[1-2]。為了使鈦種植體與其周圍骨組織形成更加快速、持久及牢固的結(jié)合，很多研究嘗試在鈦種植體的表面進行涂層處理[3-4]。其中,羥基磷灰石涂層被認(rèn)為是非常有利于促進骨結(jié)合的一種涂層[5]。但羥基磷灰石在體液中的穩(wěn)定性不是很好，容易降解且易被吸收，故在保持種植體長期骨結(jié)合方面尚有待提高。有研究認(rèn)為鑭離子可通過置換反應(yīng)部分取代羥基磷灰石中的鈣離子，進而形成更穩(wěn)定的磷灰石結(jié)構(gòu)，鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層較純羥基磷灰石涂層有更好的生物相容性，在體液中的穩(wěn)定性更好且不容易被吸收[6]。加入鑭的羥基磷灰石復(fù)合涂層具有促進成骨細胞在材料表面的早期增殖分化的作用。本研究綜合鑭及羥基磷灰石的優(yōu)良性能，在鈦螺紋釘表面制備鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層和羥基磷灰石涂層，利用建立的兔即刻種植模型在拔牙窩內(nèi)分別植入2種涂層的鈦螺紋釘，通過對多項組織及力學(xué)檢測結(jié)果的分析，探討鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層在即刻種植中對骨結(jié)合的作用?，F(xiàn)報告如下。

1 材料與方法

1.1 實驗動物分組 健康6個月齡新西蘭大白兔(河北省實驗動物中心提供)9只，雌雄不限，體質(zhì)量約2.53 kg。隨機分為2組，其中實驗組6只，對照組3只。

1.2 實驗方法

1.2.1 鈦螺紋釘預(yù)處理 氫氟酸和硝酸溶液處理鈦螺紋釘超聲波清洗后恒溫于50 ℃，干燥，備用。

1.2.2 羥基磷灰石涂層的制備 配制濃度為0.042 mol/L的硝酸鈣水溶液和濃度為0.025 mol/L的磷酸二氫銨水溶液，將等體積的硝酸鈣水溶液滴加到磷酸二氫銨水溶液中得到飽和羥基磷灰石溶液。將預(yù)處理好的鈦螺紋釘用電化學(xué)沉積法得到羥基磷灰石涂層的鈦螺紋釘，干燥，備用。

1.2.3 鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層的制備 配制0.1 mol/L的硝酸鑭溶液，將羥基磷灰石涂層的鈦螺紋釘浸泡于溶液中20 min后取出，干燥，備用。

1.2.4 動物模型制備 采用多次少量磨除法，拔除每只兔子上下4顆切牙，所有拔牙窩內(nèi)充填入適量異種凍干骨，實驗組和對照組的拔牙窩內(nèi)分別即刻植入鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層的鈦螺紋釘和羥基磷灰石涂層的鈦螺紋釘，嚴(yán)密縫合牙齦覆蓋螺紋釘。植入后4、8、12周采用空氣栓塞法分別處死動物實驗組2只、對照組1只，并獲取雙側(cè)上下頜骨標(biāo)本并將標(biāo)本置于10%中性福爾馬林溶液中，4 ℃冰箱保存，備用。

1.3 結(jié)果觀察

1.3.1 活體及大體觀察 術(shù)后觀察兔的一般情況，觀察切口愈合情況，檢查動物上下頜骨標(biāo)本中螺紋釘是否松動、脫落情況，觀察螺紋釘周圍骨愈合的情況。

1.3.2 X線檢查及骨密度分析 采用平行投照法于術(shù)后4、8、12周拍攝各組上下頜骨標(biāo)本的X線片，每個標(biāo)本于鈦螺紋釘上下1 mm處取6個點測量其灰度值，將6個點灰度值的平均值作為該標(biāo)本鈦螺紋釘周圍骨組織的平均灰度值。

1.3.3 扭矩測試 將標(biāo)本置入扭矩測量儀，自動記錄運動中的扭矩值，制作旋轉(zhuǎn)角度-扭矩相關(guān)散點圖，散點圖上扭矩的峰值為該螺紋釘松動時的扭矩值，此值代表該螺紋釘與骨的結(jié)合力。

1.3.4 組織學(xué)觀察 將骨組織切片進行固定，脫鈣，染色后分別在40倍、100倍光學(xué)顯微鏡下觀察種植體周圍成骨情況、新骨生長狀況等。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 應(yīng)用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)分析。計量資料比較分別采用兩獨立樣本t檢驗、單因素方差分析和q檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 活體觀察 術(shù)后所有實驗動物活動、精神、飲食正常，無死亡。術(shù)后當(dāng)天切口輕微腫脹，無明顯滲出。術(shù)后1周，紅腫完全消失，切口愈合良好，鈦螺紋釘無暴露，周圍牙齦組織顏色正常，未見紅腫、溢膿、瘺管等炎癥表現(xiàn)。

2.2 標(biāo)本結(jié)果

2.2.1 大體觀察 實驗動物上下頜骨標(biāo)本中，實驗組標(biāo)本鈦螺紋釘均在位，無松動和脫落現(xiàn)象。對照組標(biāo)本4周可見鈦螺紋釘與周圍骨組織間有縫隙，螺紋釘有不同程度的松動但并無脫落，8周及12周鈦螺紋釘與周圍骨組織緊密包繞，鈦螺紋釘有一定的固位力。

2.2.2 X線結(jié)果 X線片中可見所有標(biāo)本鈦螺紋釘均在位，2組鈦螺紋釘周圍的新生骨密度均隨時間的增加而升高。術(shù)后4周：實驗組鈦螺紋釘與周圍骨之間可見低密度透射影像，新生骨與周圍骨界限清楚；對照組鈦螺紋釘周圍較實驗組透射影像更加明顯，新生骨界限也更清楚。術(shù)后8周：2組鈦螺紋釘與周圍骨間的低密度影像較4周時均有明顯減少；實驗組鈦螺紋釘周圍新生骨密度和正常骨密度接近一致，新生骨界限不清晰；對照組鈦螺紋釘周圍仍可見低密度透射影，新生骨密度低且界限清晰。術(shù)后12周：實驗組鈦螺紋釘周圍骨密度與正常骨密度一致，未見明顯新生骨界限；對照組鈦螺紋釘周圍新生骨密度較8周時有增加但低于正常骨密度，仍可見新生骨界限有一定的固位力。

2.2.3 骨密度結(jié)果 2組術(shù)后8、12周鈦螺紋釘周圍新生周骨組織平均灰度值高于術(shù)后4周，術(shù)后12周鈦螺紋釘周圍新生周骨組織平均灰度值高于術(shù)后8周，且術(shù)后4、8、12周時點實驗組鈦螺紋釘周圍新生周骨組織平均灰度值均高于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表1。

表1 2組鈦螺紋釘周圍骨組織灰度值比較Table 1 Comparison of gray value of bone tissue around 2 titanium screws

*P<0.05與術(shù)后4周比較 #P<0.05與術(shù)后8周比較(q檢驗)

2.2.4 扭矩測試結(jié)果 實驗組術(shù)后12周鈦螺紋釘最大扭矩值高于術(shù)后4、8周，對照組術(shù)后12周鈦螺紋釘最大扭矩值高于術(shù)后4周，且術(shù)后4、8、12周時點實驗組鈦螺紋釘最大扭矩值均高于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表2。

表2 2組扭矩測試結(jié)果的比較Table 2 Comparison of 2 groups of torque test results

*P<0.05與術(shù)后4周比較 #P<0.05與術(shù)后8周比較(q檢驗)

2.2.5 組織學(xué)觀察 術(shù)后4周：實驗組鈦螺釘周圍可見大量成骨細胞緊密排列在骨小梁周圍，骨陷窩形成，骨小梁呈網(wǎng)狀排列，編織骨形成(圖1)；對照組鈦螺紋釘周圍成骨細胞較實驗組少，骨小梁纖細，分布稀疏，排列不規(guī)則，未見明顯編織骨形成(圖2)。術(shù)后8周：實驗組鈦螺紋釘周圍見成骨細胞減少，骨細胞增多，骨小梁較4周粗大，分布密集，排列規(guī)則，可見板層骨形成(圖3)；對照組鈦螺紋釘周圍成骨細胞及骨細胞較實驗組少，骨小梁結(jié)構(gòu)較為纖細，連接成網(wǎng)狀，板層骨形成較少(圖4)。術(shù)后12周：實驗組螺紋釘周圍成骨細胞被大量骨細胞所替代，骨小梁結(jié)構(gòu)更加致密，板層骨厚度增加(圖5)；對照組螺紋釘周圍骨細胞較實驗組少，骨小梁大片融合，板層骨厚度較實驗組薄(圖6)。

圖1 4周實驗組(HE ×100) Figure 1 Result of experimental group at 4 weeks(HE ×100)

圖2 4周對照組(HE ×100) Figure 2 Result of control group at 4 weeks(HE ×100)

圖3 8周實驗組(HE ×100) Figure 3 Result of experimental group at 8 weeks(HE ×100)

圖4 8周對照組(HE ×100) Figure 4 Result of control group at 8 weeks(HE ×100)

圖5 12周實驗組(HE ×100) Figure 5 Result of experimental group at 12 weeks(HE ×100)

圖6 12周對照組(HE ×100) Figure 6 Result of control group at 12 weeks(HE ×100)

3 討 論

羥基磷灰石是人體骨骼組織的主要無機成分，它的化學(xué)結(jié)構(gòu)跟人體骨組織相似，研究證實其安全無細胞毒性[7]，具有良好的生物相容性和骨傳導(dǎo)[8-10]。羥基磷灰石含有能與人體組織發(fā)生鍵合的羥基，因此能誘導(dǎo)骨組織長入微孔，從而實現(xiàn)其與骨組織的化學(xué)鍵合。有研究證明羥基磷灰石能夠成功為新骨的形成提供支架，誘導(dǎo)骨組織的形成[11]。同時羥基磷灰石還具有優(yōu)良的成骨活性，能誘導(dǎo)成骨細胞的成熟[12]。本研究結(jié)果也證實了在鈦螺紋釘表面制備羥基磷灰石涂層能促進新骨的形成并誘導(dǎo)骨結(jié)合。但有學(xué)者指出羥基磷灰石的穩(wěn)定性較差，機械強度低且體內(nèi)降解性差[13]。因此，如何提高羥基磷灰石的穩(wěn)定性及生物活性，更好地促進種植體周圍骨的形成，增強骨結(jié)合成為口腔種植臨床研究的熱點之一。鑭是人體重要的微量元素之一，是離子半徑(0.101 6 nm)與鈣離子半徑(0.009 nm)最為接近的稀土元素，極易與鈣離子發(fā)生置換反應(yīng)，在體內(nèi)主要沉積于骨組織中。有研究表明鑭元素可提高硬組織的抗酸性并能抑制牙齒的脫礦現(xiàn)象[14]。在羥基磷灰石中添加鑭能通過部分置換羥基磷灰石中的鈣離子，形成更加穩(wěn)定的保護層來提高羥基磷灰石的性能。為此，許多學(xué)者研究了含鑭羥基磷灰石的特性，期望以此來進一步改良與完善羥基磷灰石。樓維維等[6]研究了摻有不同比例鑭元素羥基磷灰石在模擬生理環(huán)境中的穩(wěn)定性，結(jié)果表明對比純羥基磷灰石，摻鑭羥基磷灰石的力學(xué)性能與抗酸性均有顯著提高，且在生理環(huán)境中更加穩(wěn)定。同時，也有學(xué)者認(rèn)為含鑭羥基磷灰石作為涂層材料具有良好的細胞相容性且無細胞毒性[15]。提示鑭元素作為鈦種植體羥基磷灰石涂層改良元素具有較高的安全性,為臨床應(yīng)用提供了安全性依據(jù)。

本研究參考周宏明等[16]的發(fā)明研究,將羥基磷灰石涂層的鈦螺紋釘浸泡于硝酸鑭溶液中，一段時間后得到鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層的鈦螺紋釘，操作簡單且成本較低。 本研究在拔牙窩內(nèi)分別即刻植入鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層的鈦螺紋釘或純羥基磷灰石涂層的鈦螺紋釘，結(jié)果提示鑭羥基磷灰石復(fù)合涂層較純羥基磷灰石涂層能更好地促進鈦螺紋釘周圍新生骨組織的形成，增強了鈦螺紋釘-骨結(jié)合的強度。

雖然摻入鑭元素可以通過提高羥基磷灰石的晶格能來改善涂層的力學(xué)性能，但其在骨代謝中的具體機制還有待進一步研究。而且，有研究指出鑭元素改良羥基磷灰石涂層的作用依賴于其摻入量。本研究樣本量小，實驗條件有限，未能對其他摻入濃度進行對比研究，故鑭元素的最適宜摻入含量還需進一步實驗來提供依據(jù)。

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(本文編輯：趙麗潔)

Experimental study of lanthanum-hydroxyapatite composite coating on the osseointegration around titanium implant

LIU Si-yu1， WANG Cai-ling2， ZHENG Yu1， LIU Hui-ying1*， HOU Xiao-wei1， WANG Li-jie1

(1.DepartmentofProsthdontics，theThirdHospitalofHebeiMedicalUniversity，Shijiazhuang050051，China； 2.DepartmentofProsthdontics，HebeiGeneralHospital，Shijiazhuang050051，China)

Objective To investigate the effect of lanthanum-hydroxyapatite composite coating on osseointegration of the bone around titanium screw. Methods Nine New Zealand white rabbits were divided into two groups randomly(6 as in experimental grap and 3 in control group). After removing the 4 upper and lower incisors, the sockets were filled with xenogeneic freeze-dried bone. Then in experimental group, the titanium screw with lan-thanum-hydroxyapatite composite coating was implanted into socket immediately. In control group, the titanium screw with hydroxyapatite coating was taken the same procedure as in experimental group. The animals were executed respectively at 4 th, 8 th and 12 th week after operation, and the intact maxillary and mandibulary were harvested to be observed, and tested by gross observation, bone density analysis, torque test, and histological observation. Results In the two groups, the average gray values of the new bone near the titanium screw and the torque peak values of titanium screw were gradually increased with the time extension. And at the same time point of 4 th, 8 th, 12 th week after operation, the average gray values of the new bone near the titanium screw and the torque peak values of titanium screw in experimental group were higher than those of control group(P<0.05). The regenerated osseous tissue in experimental group shows an earlier formation and higher maturity of the lamellar bone than that in control group. Conclusion Under the condition of immediate implantation, hydroxyapatite coating and lanthanum hydroxyapatite composite coating can be used to obtain good osseointegration and bone repair of titanium screw and surrounding bone tissue. However, the lanthanum hydroxyapatite composited coating has better biological stability and biocompatibility, which can promote the osseointegration of titanium screw.

dental implantation； hydroxyapatites； lanthanum； rabbits

2016-08-25；

2017-02-17

劉絲雨(1991-)，女，河北唐山人，河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院醫(yī)師，醫(yī)學(xué)碩士研究生，從事口腔修復(fù)學(xué)研究。

R782.12

A

1007-3205(2017)05-0575-05

10.3969/j.issn.1007-3205.2017.05.018

*通訊作者