自攻型種植體在即刻種植中的生物學(xué)性能研究

龔 銘，孫曉琳，杜留熠，呂慧欣，周延民

人工種植牙與傳統(tǒng)固定、可摘義齒修復(fù)相比，有著其獨(dú)特的優(yōu)越性:舒適、美觀、耐用，不損傷鄰牙等，更加符合患者的生理及美觀要求，目前，已被廣泛應(yīng)用于牙列缺損和缺失的修復(fù)治療[1]。即刻種植技術(shù)是當(dāng)前口腔種植領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。與延期種植相比，即刻種植具有其無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，它在一定程度上保留了現(xiàn)有的牙槽骨和牙齦結(jié)構(gòu)，維持種植體植入時(shí)的骨量，減少不必要的牙槽骨吸收[2-3]，并且可以減少手術(shù)創(chuàng)傷次數(shù)，縮短治療周期，對(duì)種植修復(fù)后美學(xué)效果也有一定改善。然而，由于即刻拔牙后，不規(guī)則的拔牙窩形態(tài)或骨缺損的存在，使種植體不易獲得較好的初始穩(wěn)定性，甚至影響骨結(jié)合，因此，即刻種植技術(shù)具有一定的挑戰(zhàn)性。

研究表明，種植體的設(shè)計(jì)方式可以提高即刻種植的初期穩(wěn)定性，從而獲得良好的骨結(jié)合[4]。自攻型種植體是指利用自身的特殊設(shè)計(jì)螺紋旋轉(zhuǎn)進(jìn)入骨內(nèi)的種植體，使種植體和骨組織實(shí)現(xiàn)更緊密的貼合。由于其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，除了能夠增加種植體與骨的接觸面積外，還能夠增強(qiáng)對(duì)骨組織的擠壓力，形成鎖結(jié)作用，從而可以較容易的取得良好的初期穩(wěn)定性。目前關(guān)于自攻型與非自攻型種植體在即刻種植中的對(duì)比較少，對(duì)于兩者初期穩(wěn)定性、骨結(jié)合以及新骨形成能力的分析有待研究。本文擬在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中對(duì)比行即刻種植術(shù)的自攻型與非自攻型種植體生物學(xué)性能的差異，并從骨水平和軟組織水平種植體全面分析評(píng)價(jià)，為自攻型種植體臨床應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

本實(shí)驗(yàn)由吉林大學(xué)動(dòng)物倫理委員會(huì)審查批準(zhǔn)通過。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物選取全身發(fā)育良好的健康雄性成年Beagle犬36只，體質(zhì)量12～14 kg，年齡為12個(gè)月。隨機(jī)編號(hào)為1—36號(hào)。所有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物由吉林大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)學(xué)院提供。所有Beagle犬均在籠中獨(dú)立圈養(yǎng)，按時(shí)進(jìn)食，自由飲水。適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2 材料與器械

種植體(創(chuàng)英)；iCTmotor種植機(jī)(登騰)；高壓蒸汽滅菌消器(SN310C)(Yamato)；Osstell 諧振頻率分析儀(奧齒泰)；μCT50柜式錐形束微型CT(micro-CT)(瑞士SCANCO)；常規(guī)外科手術(shù)器械：11#手術(shù)刀片、手術(shù)刀柄、持針器、眼科剪、線剪、組織剪、可吸收縫線等。

1.3 方法

1.3.1 分組及處理 36只比格犬分為3組，分別在術(shù)后4、8、12周隨機(jī)處死。每只比格犬植入骨水平自攻型種植體(bone level self-tapping implant，BLE)、骨水平非自攻型種植體(bone level implant，BL)、軟組織水平自攻型種植體(soft tissue level self-tapping implant，TLE)、軟組織水平非自攻型種植體(soft tissue level implant，TL)四種種植體各1枚，共計(jì)144枚。

1.3.2 拔除下頜第二前磨牙及種植體植入 術(shù)前對(duì)所有手術(shù)器械進(jìn)行高溫高壓滅菌(121 ℃，15 min，1.05 kg/cm2)。實(shí)驗(yàn)犬用安泰注射液，和生理鹽水以體積比1∶3混合，靜脈注射，1 mL/kg。進(jìn)行麻醉。麻醉后將犬固定于手術(shù)臺(tái)，使用安爾碘術(shù)區(qū)消毒2遍，鋪巾。術(shù)中以2%利多卡因/腎上腺素(1∶100 000)浸潤麻醉，拔除犬雙側(cè)下頜第二前磨牙(圖1A)，搔刮拔牙窩(圖1B)，逐級(jí)預(yù)備種植窩，在一側(cè)依次植入規(guī)格為φ3.3 mm×10 mm的BLE、BL種植體各一枚，在另一側(cè)依次植入規(guī)格為φ3.3 mm×10 mm的TLE、TL種植體各1枚(圖1C)，旋上封閉螺絲(圖1D)，間斷式縫合。術(shù)后連續(xù)2 d，每天每只犬給予青霉素(50 u/g)預(yù)防感染。

A：拔除下頜第二前磨牙；B：搔刮拔牙窩；C～D：植入種植體

1.3.3 處死動(dòng)物及標(biāo)本收集 種植體植入后Beagle犬全部存活。術(shù)后4周、8周和12周分別隨機(jī)選取12只處死。大體觀察下頜第二前磨牙種植體植入?yún)^(qū)后，剔除牙齦和黏骨膜瓣，用骨鋸取下包含種植體的下頜骨部分，要求種植體周圍至少保留5 mm骨組織，然后用4%多聚甲醛溶液固定骨塊24 h后，浸泡于70%乙醇溶液中。

1.4 植入扭矩值

記錄種植體植入時(shí)，扭矩扳手加力的最后扭矩值。

1.5 種植體穩(wěn)定系數(shù)

將比格犬使用安泰麻醉后，取材前利用共振頻率分析儀分別測量種植體植入和植入后4、8、12周的種植體穩(wěn)定系數(shù)(implant stability quotient)，即ISQ值。

1.6 Micro-CT三維重建

在種植體植入后4、8、12周進(jìn)行取材掃描。利用Micro-CT進(jìn)行掃描進(jìn)行三維重建。通過 Micro-CT的隨機(jī)軟件(μCT evaluation program V6.6)，設(shè)定一個(gè)感興趣區(qū)域(Region of Interest，ROI)，測量感興趣區(qū)域的骨體積分?jǐn)?shù)(骨體積/總體積，BV/TV，%)、骨小梁數(shù)量(Tb.N, 1/mm)、骨小梁間距(Tb.Sp，mm)。

1.7 熒光示蹤

分別在取材前3周對(duì)36只比格犬順序性肌注熒光標(biāo)記物鹽酸四環(huán)素，取材后經(jīng)硬組織切片，在激光共聚焦顯微鏡下觀察新生骨并計(jì)算新生骨的面積百分比，比較自攻型種植體與非自攻型種植體新骨形成的速率。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

所有測量數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 19.0軟件包處理。應(yīng)用配對(duì)t檢驗(yàn)分析BL和BLE、TL和TLE之間初期穩(wěn)定性和不同愈合時(shí)期骨結(jié)合能力是否存在差異。P<0.05為具有顯著差異。

2 結(jié) 果

2.1 大體觀察

36只比格犬均無死亡，飲食和活動(dòng)均正常。所有種植體在植入后傷口愈合良好，無種植體周圍感染。

2.2 植入扭矩

對(duì)種植體的植入扭矩進(jìn)行測量，結(jié)果表明(表1)，BLE組和TLE組分別與BL組和TL組相比，均能夠獲得良好的初期穩(wěn)定性。采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)、單因素方差分析，結(jié)果表明BLE組和TLE組顯著優(yōu)于BL組和TL組，比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(圖2)。

表1 各組植入扭矩值及ISQ值比較

*：P<0.05，表示應(yīng)用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)方法對(duì)同一水平種植體自攻型與非自攻型進(jìn)行比較，結(jié)果具有顯著差異

2.3 植入時(shí)ISQ值

在本實(shí)驗(yàn)中，每顆植體分別測量種植體的ISQ值，并取其平均值。BLE組ISQ均值大于BL組，TLE組植體各個(gè)方向的ISQ均值大于TL組，各組種植體均具有較好初期穩(wěn)定性(表1)。

2.4 植入后4、8、12周ISQ值

對(duì)比4、8、12周各組ISQ值變化(表2)。BL，BLE，TL，TLE組在4、8、12周ISQ值均顯著增加，應(yīng)用單因素方差分析，在4、8、12周對(duì)同一類型種植體ISQ值進(jìn)行比較，BL、BLE和TLE組結(jié)果差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而在同一時(shí)間點(diǎn)，自攻組(BLE，TLE)均較非自攻型組(BL，TL)具有較好的ISQ值，并且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖3)。

表2 植入后4、8、12周ISQ值比較

*：P<0.05，表示應(yīng)用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)方法對(duì)同一水平種植體自攻型與非自攻型進(jìn)行比較，結(jié)果具有顯著差異

2.5 Micro-CT

動(dòng)物手術(shù)后各時(shí)間點(diǎn)處死比格犬進(jìn)行Micro-CT檢測，經(jīng)過機(jī)載軟件建立的三維重建圖像(圖4)，兩組的新生骨被標(biāo)記為藍(lán)色，種植體被標(biāo)記為白色。對(duì)骨體積分?jǐn)?shù)，骨小梁數(shù)量及骨小梁間距進(jìn)行計(jì)算(表3、4、5)，發(fā)現(xiàn)同一時(shí)間點(diǎn)BLE組的骨體積分?jǐn)?shù)和骨小梁數(shù)量參數(shù)都高于BL組；而TLE組上述參數(shù)同樣高于TL組。而同一類型種植體在4、8、12周骨體積分?jǐn)?shù)及骨小梁數(shù)量呈遞增趨勢。對(duì)骨小梁間距進(jìn)行計(jì)算(表5)，同一時(shí)間點(diǎn)BLE組的骨小梁間距參數(shù)都低于BL組；而TLE組上述參數(shù)同樣低于TL組。而同一類型種植體在4周，8周和12周骨小梁間距整體上呈遞減趨勢。

表3 植入后4、8、12周BV/TV(骨體積/總體積)比較

表4 植入后4、8、12周骨小梁數(shù)量(Tb.N, 1/mm)比較

表5 植入后4、8、12周骨小梁間距(Tb.Sp, mm)比較

圖4 Micro-CT三維重建圖像

通過以上數(shù)據(jù)的分析，表明BLE組和TLE組在4、8、12周愈合后，新骨生成的能力分別優(yōu)于BL組和TL組。

2.6 激光掃描共聚焦熒光顯微鏡下觀察種植體-骨接觸面

鏡下骨小梁顯示綠色熒光，新生骨為高亮熒光。新骨形成始于種植體周圍，8周后種植體周圍出現(xiàn)強(qiáng)熒光團(tuán)塊(圖5)。新生骨面積百分比結(jié)果如與非自攻組比較，自攻組4、8、12周標(biāo)記新生骨面積百分?jǐn)?shù)均大于非自攻組，骨礦化速率較快，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。同組不同時(shí)間點(diǎn)相比較BL，BLE，TL，TLE四組均在8周末新生骨量最多。在12周時(shí)有一定骨吸收并趨于穩(wěn)定(圖6)。

表6 植入后4、8、12周新生骨面積百分比比較

圖5 種植體植入后8周激光共聚焦顯微鏡下四環(huán)素?zé)晒馊旧? ×100)

*：P<0.05，表示應(yīng)用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)方法對(duì)同一水平種植體自攻型與非自攻型進(jìn)行比較，結(jié)果具有顯著差異。

3 討 論

即刻種植技術(shù)是指牙齒拔除后，在新鮮的拔牙窩內(nèi)即刻植入種植體，具有縮短種植周期、有效保留拔牙窩周圍骨組織、最大限度保存牙周組織等優(yōu)點(diǎn)[3]，已得到廣泛認(rèn)可。然而，由于即刻種植是在新鮮拔牙窩內(nèi)植入種植體，存在拔牙窩形態(tài)不規(guī)則或骨缺損的問題，不易獲得良好的初期穩(wěn)定性，從而影響種植體骨結(jié)合。自攻型種植體在植入初期，螺紋與牙槽骨之間可能產(chǎn)生一定的機(jī)械制鎖作用[5]，加上根尖帶有切割刃設(shè)計(jì)，切割力較強(qiáng)，種植體在植入過程中可以逐步擠壓周圍骨質(zhì)，能在骨質(zhì)差的骨結(jié)構(gòu)和即刻種植病例中，在一定程度上提高種植體的初期穩(wěn)定性[6]。同時(shí)有實(shí)驗(yàn)證明，具有較高自攻功能的種植體即使在頰區(qū)域存在骨缺損，也可以改善初期穩(wěn)定性，并擁有較高的骨再生能力[7]。骨結(jié)合狀況是預(yù)測種植義齒成功與否的先決條件[8-9]。大部分學(xué)者都認(rèn)為種植體植入后的初期穩(wěn)定性是種植體獲得成功的首要條件，也是必要條件。而初期穩(wěn)定性的缺乏會(huì)導(dǎo)致種植體持續(xù)的微動(dòng)，而微動(dòng)度超過一定的值，會(huì)影響骨結(jié)合，最終導(dǎo)致治療失敗[10-11]。目前還沒有方法可直接測量種植體的動(dòng)度，主要是通過測量種植體初期穩(wěn)定性的方法[12]，如種植體植入時(shí)所需最大植入扭矩值及共振頻率分析儀器測量所得的ISQ 值來評(píng)價(jià)種植體的初期穩(wěn)定性[13-14]。當(dāng)種植體植入扭矩值>35 N·cm時(shí)，種植體能獲得良好的初期穩(wěn)定性[15]。Chávarri等[16]研究提出ISQ>60表示種植體具有較好的穩(wěn)定性。

本實(shí)驗(yàn)將BL、BLE、TL、TLE 4種種植體植入比格犬的下頜第二前磨牙至第一磨牙區(qū)的牙槽骨內(nèi)，比較其在體內(nèi)的初期穩(wěn)定性、骨結(jié)合和新骨生成情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與非自攻型種植體相比較，自攻型種植體在初期穩(wěn)定性方面具有較大優(yōu)勢，并在植入后4、8、12周均表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。而在新骨生成能力方面，自攻型種植體也同樣表現(xiàn)出比非自攻型種植體更好的能力。

在本實(shí)驗(yàn)中，通過植入扭矩和植入時(shí)的ISQ分析中可以看出，2組自攻型種植體的初期穩(wěn)定性均優(yōu)于非自攻組，且自攻組植入扭矩的均值>35 N·cm，ISQ的均值>60，說明自攻型種植體相比非自攻型種植體而言，可以獲得較好的初期穩(wěn)定性。這與Toyoshima等的研究結(jié)論[17]一致，即采用自攻螺紋可以提高初期穩(wěn)定性。

Micro-CT是一種精確觀察與測量種植體-骨接觸面的方法，將標(biāo)本放入Micro-CT機(jī)倉內(nèi)進(jìn)行掃描后，可以獲得標(biāo)本的三維圖像，從而計(jì)算出種植體-骨接觸面的各項(xiàng)數(shù)據(jù)[18]。對(duì)植入后4、8、12周的牙槽骨進(jìn)行Micro-CT檢測，并對(duì)每個(gè)種植體骨體積分?jǐn)?shù)、骨小梁數(shù)量及骨小梁間距進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)同一類型種植體骨體積分?jǐn)?shù)及骨小梁數(shù)量在4、8、12周呈遞增趨勢，而骨小梁間距呈遞減趨勢。這與Feng等實(shí)驗(yàn)結(jié)果[19]相似。而在同一時(shí)間點(diǎn)，BLE組和TLE組植體新骨形成的能力分別優(yōu)于BL組和TL組。

本實(shí)驗(yàn)分別在取材前1周對(duì)36只比格犬順序性肌注熒光標(biāo)記物鹽酸四環(huán)素，鹽酸四環(huán)素與游離的鈣離子結(jié)合[20]，形成復(fù)合物沉積，通過熒光顯微鏡觀察顯色[21]。分別在取材前3周對(duì)比格犬注射熒光標(biāo)記物，不同時(shí)段的新生骨會(huì)顯示出不同的條帶狀標(biāo)志，單位時(shí)間內(nèi)標(biāo)記率越高表示新生骨越快。對(duì)植入后4、8、12周的下頜骨進(jìn)行取材后，經(jīng)硬組織切片，在激光共聚焦顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)BLE組和TLE均較對(duì)照組顯示出更高的標(biāo)記率，提示自攻型種植體較非自攻型種植體有較好的新生骨形成速率。而對(duì)同種種植體不同時(shí)間點(diǎn)的骨面積分?jǐn)?shù)進(jìn)行計(jì)算，四種種植體均在種植體植入后8周達(dá)到生成速率的峰值，在植入后12周趨于穩(wěn)定[22]。

綜上，本實(shí)驗(yàn)采用在比格犬下頜植入BL，BLE，TL，TLE方式，對(duì)自攻型種植體和非自攻型種植體的初期穩(wěn)定性、骨結(jié)合和新骨形成能力進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)自攻型種植體的初期穩(wěn)定性、骨結(jié)合和新骨生成能力均優(yōu)于非自攻型種植體。但本實(shí)驗(yàn)由于條件有限，周期較短，樣本量較少，遠(yuǎn)期效果尚未評(píng)估，還需要進(jìn)一步大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及臨床試驗(yàn)研究論證，使結(jié)果有效應(yīng)用于臨床。