不同程度的骨擠壓對犬松質(zhì)骨的生物力學(xué)影響

傅云婷,汪永躍,左艷萍,周穎

(1深圳市龍崗區(qū)耳鼻咽喉醫(yī)院口腔科,深圳市耳鼻咽喉疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,深圳 518172;2四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院種植科;3西安醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)系;4成飛醫(yī)院口腔科;*通訊作者,E-mail:wangyy516@163.com)

不同程度的骨擠壓對犬松質(zhì)骨的生物力學(xué)影響

傅云婷1,汪永躍2*,左艷萍3,周穎4

(1深圳市龍崗區(qū)耳鼻咽喉醫(yī)院口腔科,深圳市耳鼻咽喉疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,深圳 518172;2四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院種植科;3西安醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)系;4成飛醫(yī)院口腔科;*通訊作者,E-mail:wangyy516@163.com)

目的 比較骨擠壓技術(shù)對種植體-骨界面結(jié)合強(qiáng)度的影響。 方法 選取成年雜種犬12只,建立松質(zhì)骨擠壓的動物模型,分別于其股骨髁處的松質(zhì)骨內(nèi)用敲擊式柱狀擠壓器按照0,0.6,1.2,2.0 mm的擠壓程度逐級擠壓、植入48顆柱狀種植體,在術(shù)后1,2,4,12周時(shí)取材,通過種植體推出試驗(yàn)測試種植體-骨界面的結(jié)合強(qiáng)度。 結(jié)果 松質(zhì)骨經(jīng)擠壓植入種植體后,在1,2周2.0 mm擠壓程度組的松質(zhì)骨剪切強(qiáng)度明顯高于0,0.6,1.2 mm組(P<0.05)。4周和12周各組之間剪切強(qiáng)度的差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。 結(jié)論 骨擠壓技術(shù)能夠明顯改善松質(zhì)骨的生物力學(xué)特性,可能有益于提高種植體的初期穩(wěn)定性。

骨擠壓; 松質(zhì)骨; 生物力學(xué); 推出實(shí)驗(yàn); 牙種植

種植部位的骨的質(zhì)地是影響種植體成功率及遠(yuǎn)期效果的重要因素。隨著種植手術(shù)廣泛開展,臨床上發(fā)現(xiàn)有40%-80%的患者存在種植區(qū)骨量不足[1],上頜骨尤其是上頜后牙區(qū)因骨質(zhì)疏松一直被視為種植的危險(xiǎn)區(qū)[2]。骨質(zhì)疏松癥因骨量減少,骨內(nèi)微細(xì)結(jié)構(gòu)破壞,從而導(dǎo)致骨脆性增加、骨折風(fēng)險(xiǎn)增高,過去也被認(rèn)為是牙種植的絕對禁忌證[3]。為了改善上述情況、提高種植成功率,20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了骨擠壓技術(shù)[4]。骨擠壓技術(shù)可以改變種植窩的骨質(zhì)結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能,使種植體獲得良好的初期穩(wěn)定性,為種植義齒提前負(fù)重甚至即刻負(fù)重創(chuàng)造有利條件。國內(nèi)外一些學(xué)者對骨擠壓技術(shù)進(jìn)行了關(guān)于臨床及實(shí)驗(yàn)室方面的研究,方法多為影像學(xué)與組織學(xué)觀察。大多數(shù)研究證實(shí)擠壓后骨質(zhì)是有所改善的[5-8]。但是對于生物力學(xué)的研究,尤其是不同擠壓程度對于不同時(shí)期種植體穩(wěn)定性的影響方面的研究較少。目前關(guān)于骨擠壓技術(shù)也存在很多爭議,例如因被快速壓縮并保持該形變量的松質(zhì)骨隨著時(shí)間的延續(xù)其應(yīng)力值是否會逐漸減弱,直至消失，這些問題都有待于進(jìn)一步的研究。本實(shí)驗(yàn)選擇犬股骨髁處的松質(zhì)骨作為擬擠壓部位,建立動物模型,采用逐級敲擊擠壓的方式植入種植體,根據(jù)觀察時(shí)間和擠壓程度對實(shí)驗(yàn)動物進(jìn)行分組。于特定觀察時(shí)間處死動物、取材,進(jìn)行種植體推出試驗(yàn),計(jì)算骨界面的剪切強(qiáng)度,探討在不同觀察時(shí)間點(diǎn)下不同程度的骨擠壓對種植體-骨界面結(jié)合強(qiáng)度的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

普通成年雜種犬(四川大學(xué)華西校區(qū)實(shí)驗(yàn)動物供應(yīng)站提供);敲擊式柱狀擠壓器、柱狀純鈦種植體(四川大學(xué)生物醫(yī)學(xué)材料研究中心加工處理);骨鋸、組織剪、手術(shù)刀、鑷子等;40%多聚甲醛溶液、蒸餾水等;慢速手機(jī)、馬達(dá)、牙科治療椅、金剛砂片切針等;AG-10TA電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)(日本島津公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 建立動物模型 選取12只普通成年雜種犬,分別于其雙側(cè)后肢股骨髁處利用敲擊式柱狀擠壓器(直徑分別為3.0,3.6,4.0,4.2 mm)逐級擠壓松質(zhì)骨、并植入與種植窩直徑相同的4顆圓柱狀純鈦種植體,每側(cè)2顆,擠壓程度分別為0,0.6,1.2,2 mm,共計(jì)48顆。

1.2.2 獲取樣本 根據(jù)不同的觀察時(shí)間,分別在種植體植入術(shù)后1,2,4,12周時(shí)處死實(shí)驗(yàn)動物3只,獲取股骨髁骨塊樣本,生理鹽水沖洗,置于10%福爾馬林溶液中浸泡。用片切針去除骨塊表面全部皮質(zhì)骨,去除種植體底端下方的全部松質(zhì)骨,使其正好完全暴露出種植體底端,且底端松質(zhì)骨平面與種植體頸部松質(zhì)骨平面平行,與種植體長軸垂直。

1.2.3 種植體推出實(shí)驗(yàn) 將修整好的含種植體的骨塊置于AG-10TA電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)的支架上,種植體即將被推出的下方為中空結(jié)構(gòu),骨塊兩側(cè)被夾持器固定不能移動。用頂沖頭垂直對準(zhǔn)種植體,頂沖頭長軸與種植體長軸在一條直線上,以2 mm/min的加載速度逐漸加壓,將種植體推出,記錄種植體開始松動時(shí)的最大載荷值。并按下列公式計(jì)算種植體——骨界面的剪切強(qiáng)度:

SS(MPa)=F(N)/S(m2)

其中,SS為剪切強(qiáng)度;F為種植體-骨界面的剪切力;S為種植與骨的結(jié)合面積。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,分別記錄在不同觀察時(shí)間下不同擠壓程度組的種植體-骨界面的剪切強(qiáng)度值,采用Student-Newman-Keuls(SNK)法進(jìn)行組間兩兩比較分析,以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

本資料屬于隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),采用Shapiro-Wilk法進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn),檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為0.945,P<0.05,尚不能認(rèn)為該樣本符合正態(tài)分布,因此采用秩變換后的One-Way ANOVA結(jié)合SNK法進(jìn)行組間兩兩比較的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。各組剪切強(qiáng)度值及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果見表1。

擠壓程度(mm)1周 2周 3周 4周 0 0390±01041160±01211496±01781796±0130060456±00811018±00851559±01981685±0102120418±00711058±00671465±04591652±0325200719±0024?1426±0076?1614±04011784±0182F4．4839．9250．1490．480P0．0400．0050．9300．712

與0 mm,0.6 mm,1.2 mm組比較,*P<0.05

種植體推出實(shí)驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示,1周時(shí)2.0 mm組的剪切強(qiáng)度顯著高于其他三組(F=4.483,P<0.05),而0.6 mm和1.2 mm組與0 mm組之間的差異不明顯(P>0.05)。2周時(shí)各組的剪切強(qiáng)度均有明顯增長,2.0 mm組與其他三組的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=9.925,P<0.05);在4,12周時(shí)4個(gè)組的剪切強(qiáng)度小幅度增長,數(shù)據(jù)值變得較為接近,組間比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。

3 討論

臨床上種植外科通常采用的擠壓方式有敲擊式擠壓和螺旋式擠壓兩種。螺旋式擠壓主要是通過擠壓器或種植體體部的螺紋,在種植手術(shù)中以一定的扭矩對種植窩骨壁產(chǎn)生擠壓所用[9]。敲擊式擠壓是通過在敲擊過程中擠壓器的楔入作用對種植窩骨壁產(chǎn)生一定的側(cè)向擠壓力,還可用于上頜竇提升術(shù)中,使用輕敲的方法在不破壞上頜竇封閉性的前提下提升上頜竇水平高度,增加竇嵴距和骨質(zhì)密度,改善受植床的植入條件[10,11]。本實(shí)驗(yàn)中所用的擠壓器和種植體都是自行加工,為便于較精準(zhǔn)地控制種植體及骨擠壓器的規(guī)格尺寸,二者形態(tài)均設(shè)計(jì)為柱狀,以減少由于種植體或擠壓器尺寸精度不高而產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)誤差。

口腔種植修復(fù)技術(shù)利用牙種植體將義齒承受的咬合力傳遞到牙槽骨,牙種植體起著支撐固位作用。骨結(jié)合是實(shí)現(xiàn)這一目的的生物學(xué)基礎(chǔ),而骨界面的力學(xué)性能則是它的功能基礎(chǔ)。在種植體與骨組織形成的骨整合界面,種植體承載負(fù)荷時(shí),界面上每一單位面積承受的應(yīng)力有3種形式:壓應(yīng)力、張應(yīng)力、剪切力。在一定生理范圍內(nèi),骨組織是能耐受壓應(yīng)力和壓應(yīng)變的,而剪切力則使種植體-骨界面產(chǎn)生破壞的趨勢。種植體推出實(shí)驗(yàn)研究的正是種植體-骨界面的剪切強(qiáng)度,它反映了二者之間的結(jié)合強(qiáng)度、以及種植體在行使功能時(shí)所能承受的最大載荷。

種植體-骨界面結(jié)合強(qiáng)度的大小主要與種植體本身和種植窩骨質(zhì)情況相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中采用相同材料和表面處理方式的種植體,因此種植窩的骨質(zhì)情況就成了影響結(jié)合強(qiáng)度的關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,松質(zhì)骨經(jīng)擠壓植入種植體后,早期經(jīng)2.0 mm的擠壓植入種植體的松質(zhì)骨與未經(jīng)擠壓直接植入種植體以及受到較小程度擠壓的松質(zhì)骨骨質(zhì)有明顯不同(P<0.05),經(jīng)較大程度擠壓的松質(zhì)骨其種植體-骨界面的剪切強(qiáng)度顯著增大。種植體植入后2周,這種差異仍然存在。植入種植體4周后,各組之間的差異消失不見(P>0.05)。種植體推出試驗(yàn)結(jié)果與本動物實(shí)驗(yàn)組織形態(tài)學(xué)觀察所得出的結(jié)論相吻合[12],組織形態(tài)學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)擠壓對于松質(zhì)骨排列的影響主要表現(xiàn)在愈合時(shí)間為第1周和第2周的切片當(dāng)中,從第4周開始到第12周,松質(zhì)骨經(jīng)過重新排列,結(jié)構(gòu)重建,排列趨于穩(wěn)定、均勻,12周時(shí),擠壓組與對照組的骨小梁密度及排列基本無差別。

在種植體植入早期,主要是由種植體和骨之間的機(jī)械鎖結(jié)決定的初期穩(wěn)定性起作用,將種植體卡抱于種植窩內(nèi)。隨著愈合時(shí)間的延長,初期穩(wěn)定性逐漸消失,種植體與周圍骨組織發(fā)生骨整合而產(chǎn)生的二期穩(wěn)定性逐漸形成并占據(jù)主要作用的位置。在經(jīng)骨擠壓植入種植體后的第1周和第2周時(shí),種植體周圍的松質(zhì)骨受到擠壓的影響,骨密度產(chǎn)生變化。因?yàn)楣菫轲椥越M織,受到擠壓后被快速壓縮并保持該形變量,尤其是受到2.0 mm這樣較大程度的擠壓時(shí),骨密度的變化更加明顯,骨的生物力學(xué)性能明顯改善,將種植體推出種植窩所需要的力也就越大,種植體-骨組織界面的剪切強(qiáng)度即結(jié)合強(qiáng)度也就越大。在植入種植體4周之后,受壓后的骨小梁的初期愈合和重建已基本完成,骨擠壓對于種植體-骨組織界面結(jié)合強(qiáng)度的影響已基本消失,初期穩(wěn)定性的作用減弱,種植體的穩(wěn)定性基本上是靠與周圍骨組織形成的骨結(jié)合來維持。

即刻負(fù)重技術(shù)要求種植體植入后在1周內(nèi)完成修復(fù)過程,它能夠極大地縮短療程,較快地滿足患者的美觀和功能要求。但是即刻負(fù)重對種植區(qū)有著嚴(yán)格的要求。初期穩(wěn)定性是即刻負(fù)重的先決條件。雖然種植體植入后其穩(wěn)定性隨愈合時(shí)間的延長而提高,但即刻負(fù)重種植體的失敗主要集中在負(fù)重后3-5周[13]。這個(gè)時(shí)期初期穩(wěn)定性已經(jīng)開始減弱,而由骨整合產(chǎn)生的二期穩(wěn)定性正在開始形成,尚不足以抵消減弱的初期穩(wěn)定性所帶來的失敗的風(fēng)險(xiǎn),二者之和處于整個(gè)愈合過程的最低谷。因此臨床上常采用級差備洞技術(shù)即骨擠壓技術(shù)植入種植體以獲得所需的初期穩(wěn)定性。骨擠壓技術(shù)在擠壓的同時(shí)提高了種植窩周圍的骨密度,同時(shí)對于骨量不足的患者也最大限度地減少了骨的喪失。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,松質(zhì)骨經(jīng)較大程度的擠壓后骨質(zhì)明顯改善,種植體-骨界面的剪切強(qiáng)度增大,界面結(jié)合能力增強(qiáng),可能有益于提高種植體的初期穩(wěn)定性,滿足臨床的需求。

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Biomechanical effect of different degree of squeezing on the cancellous bone of dogs

FU Yunting1,WANG Yongyue2*,ZUO Yanping3,ZHOU Ying4

(1DepartmentofStomatology,ShenzhenLonggangE.N.T.Hospital,ShenzhenKeyLaboratoryofE.N.T.,Shenzhen518172,China;2DepartmentofDentalImplants,WestChinaCollegeofStomatology,SichuanUniversity;3DepartmentofStomatology,Xi’anMedicalUniversity;4DepartmentofStomatology,ChengfeiHospital;*Correspondingauthor,E-mail:wangyy516@163.com)

ObjectiveTo explore the effect of the squeezing technique on the bonding strength of the implant-bone interface.MethodsTwelve adult mongrel dogs were chosen randomly to establish an animal model of squeezed cancellous bone. Forty-eight cylindrical implants were installed into the cancellous bone after it was prepared by knocking and squeezing technique according to different squeezing extent(0,0.6,1.2 and 2.0 mm). The samples were taken at 1, 2, 4, 12 weeks after surgery respectively to measure the bongding strength of the implant-bone interface by the push-out test.ResultsAfter the cancellous bone was squeezed and implants were installed, the shear strength in 2.0 mm group was significantly higher than in 0 mm group, 0.6 mm group and 1.2 mm group at week 1 and 2(P<0.05).The shear strength showed no significant difference between groups at week 4, 12(P>0.05).ConclusionThe biomechanical property of cancellous bone can be significantly improved by the squeezing technique,which is probably beneficial to obtain the primary stability of implants.

bone compressing; cancellous bone; biomechanics; push-out test; dental implant

深圳市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(ZDSYS201506050935272)

傅云婷,女,1982-06生,碩士,主治醫(yī)師,E-mail:forteen82@163.com

2017-03-22

R783

A

1007-6611(2017)07-0691-04

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.07.011