鈦種植體腐蝕與種植體周圍炎關(guān)系的研究進展

王俊艷 師瑞寧 楊詩卉 張靜潔 周 哲 趙靜輝

作者單位：130021長春，吉林大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院種植中心（趙靜輝為通訊作者）

純鈦因具有良好的生物相容性、力學(xué)性能及耐腐蝕性，已作為口腔種植體材料廣泛應(yīng)用于臨床。然而，鈦種植體的耐腐蝕性受環(huán)境因素的影響，其在酸、氟化物及微生物等存在的口腔環(huán)境中可發(fā)生腐蝕，導(dǎo)致鈦表面結(jié)構(gòu)的改變，以及鈦離子[1]、鈦顆粒的產(chǎn)生[2]。

種植體周圍炎作為口腔種植修復(fù)的常見并發(fā)癥之一，是造成種植體松動、脫落的主要原因。近年來，學(xué)者在因種植體周圍炎而松動脫落的鈦種植體表面觀察到明顯的變色、點蝕等腐蝕現(xiàn)象，并在種植體周圍炎患者的齦下菌斑及周圍組織中檢測到較高含量的鈦離子、鈦顆粒[3，4]。因此，鈦種植體腐蝕與種植體周圍炎的關(guān)系引起學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文就鈦種植體在口腔環(huán)境中的腐蝕及其與種植體周圍炎關(guān)系的研究進展作一綜述。

一、鈦種植體的腐蝕

1.腐蝕發(fā)生的原因

鈦與氧有很強的親合力，在大氣和水溶液中易形成一層致密的氧化膜，從而使其具有良好的耐腐蝕性。氧化膜的主要成分是TiO2，厚度為1.5nm～10nm，在溶液中處于溶解和修復(fù)（再鈍化）的動態(tài)平衡[5]。然而研究表明，唾液中的電化學(xué)反應(yīng)、種植體微動產(chǎn)生的機械作用等均可使氧化膜溶解加速或再鈍化受阻，導(dǎo)致其完整性受損[6]。因此，種植體鈦基金屬暴露于唾液電解質(zhì)環(huán)境中，鈦發(fā)生腐蝕。

2.腐蝕的影響因素

（1）pH值：口腔是一個復(fù)雜的環(huán)境，微生物代謝產(chǎn)物、食物及唾液的緩沖作用等均可影響唾液的pH值。酸性pH值可加速鈦表面氧化膜的溶解并影響其再鈍化，鈦因此發(fā)生腐蝕，且隨著pH值的下降腐蝕速率增加[5]。然而Abey等[7]研究發(fā)現(xiàn)，中性pH值的人工唾液同樣可引起鈦表面的弱腐蝕行為，其具體作用機制有待進一步研究。

（2）氧濃度：介質(zhì)中的溶解氧可作為氧化劑保持鈦表面氧化膜的動態(tài)平衡。研究發(fā)現(xiàn)，低氧環(huán)境影響氧化膜的再鈍化，導(dǎo)致鈦的耐腐蝕性下降，因此改變pH值、氟化物等誘導(dǎo)鈦腐蝕發(fā)生的閾值，使鈦在較高pH值或低濃度氟離子的環(huán)境中即可發(fā)生腐蝕[5]。此外，種植體-基臺縫隙結(jié)構(gòu)、微生物代謝等因素可造成種植體表面的氧濃度差異，進而形成濃差電池，導(dǎo)致局部電化學(xué)腐蝕的發(fā)生[1]。

（3）口腔微生物∶微生物誘導(dǎo)的腐蝕是由微生物代謝產(chǎn)物及菌斑生物膜等多因素綜合作用的結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)，早期定植在種植體表面的細菌在糖酵解過程中釋放乳酸，生物膜的屏障作用則促進酸性代謝產(chǎn)物的局部積累和生物膜內(nèi)低氧狀態(tài)的形成，導(dǎo)致鈦局部腐蝕的發(fā)生[8]。硫化氫是另一導(dǎo)致鈦基金屬腐蝕的細菌代謝產(chǎn)物。Harada等[9]研究表明，硫化物在堿性環(huán)境中可引起鈦腐蝕，且隨著濃度的增加鈦腐蝕加劇。但該學(xué)者近期的研究發(fā)現(xiàn)，牙齦卟啉單胞菌代謝產(chǎn)生的硫化物在14天內(nèi)對鈦無明顯腐蝕作用，其長期影響有待進一步研究證實[10]。革蘭氏陰性細菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）是齦溝液的常見成分。Mathew等[11]認為，LPS可通過加速鈦與唾液之間的離子交換，促進鈦在口腔環(huán)境中的腐蝕。但Yu等[12]研究表明，LPS對鈦的腐蝕作用與環(huán)境pH值有關(guān)，在強酸環(huán)境中（pH＝2）LPS顯著抑制腐蝕，但在口腔內(nèi)常見的微酸性和中性環(huán)境中（pH=4～7）則會導(dǎo)致腐蝕加速。

（4）種植體周圍疾病∶種植體周圍疾病是指發(fā)生于種植體周圍軟、硬組織的炎癥性疾病，包括種植體周圍黏膜炎和種植體周圍炎。種植體周圍疾病的組織炎癥反應(yīng)可引起或加重鈦種植體腐蝕。Messer等[13]研究發(fā)現(xiàn)，激活單核細胞產(chǎn)生的炎性應(yīng)激反應(yīng)可導(dǎo)致鈦的耐腐蝕性下降。Fonseca-Garcia等[14]在體外模擬炎性環(huán)境的實驗同樣表明，炎癥反應(yīng)可誘導(dǎo)鈦發(fā)生腐蝕。種植體周圍組織發(fā)生炎癥反應(yīng)時，種植體周圍局部pH值和氧分壓下降，同時巨噬細胞、中性粒細胞等炎癥反應(yīng)細胞釋放活性氧，并通過體內(nèi)的酶催化形成過氧化氫（H2O2），H2O2與低pH值、低氧分壓協(xié)同作用導(dǎo)致鈦腐蝕。此外，破骨細胞可定植于鈦表面，并通過質(zhì)子泵分泌H+，破壞鈦表面氧化膜，從而形成生物腐蝕[15]。

（5）化學(xué)試劑∶牙膏、含氟凝膠等用于口腔預(yù)防或治療的化學(xué)試劑中F-濃度約為227～22600ppm，高濃度的F-促進H+和F-結(jié)合形成氫氟酸，導(dǎo)致鈦表面發(fā)生點蝕[16]。F-對鈦的腐蝕作用與pH值有關(guān)，F(xiàn)ukushima等[17]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)-在酸性環(huán)境時可引起鈦腐蝕，而中性環(huán)境時對鈦無明顯影響。這一研究表明中性pH值的氟化劑，如中性含氟牙膏、含氟漱口水等仍可用于口腔種植修復(fù)患者。除含氟試劑外，臨床常用的牙齒漂白劑（過氧化氫、過氧化脲等）也會降低鈦的耐腐蝕性能，促進腐蝕的發(fā)生[18]。

（6）種植體的表面處理和基臺選擇∶目前，種植體主要通過表面改性的方法增強其耐腐蝕性能，如涂層沉積、陽極氧化等。然而，不同的表面改性技術(shù)可通過影響微生物定植，進而影響鈦種植體腐蝕[19]。此外，種植體上部基臺的材料、設(shè)計與其腐蝕行為密切相關(guān)。Alrabeah等[20]研究發(fā)現(xiàn)，鈦種植體與異種金屬基臺直接接觸可發(fā)生電偶腐蝕；平臺轉(zhuǎn)移技術(shù)（platform switching，PLS）則可減少種植體-基臺連接處的摩擦腐蝕，從而減少鈦離子、鈦顆粒的產(chǎn)生。

二、鈦種植體腐蝕與種植體周圍炎的關(guān)系

1.腐蝕產(chǎn)物促進菌斑生物膜生長和致病菌定植

鈦離子、鈦顆?？纱龠M菌斑生物膜生長和致病菌定植，對種植體周圍炎的發(fā)生、發(fā)展起到促進作用。Souza等[21]研究發(fā)現(xiàn)，鈦顆粒可作為底物參與細菌的粘附和共集聚，顯著促進生物膜的生長；鈦離子可促進生物膜中橙色復(fù)合體的病原菌數(shù)量增加，導(dǎo)致菌群失調(diào)。Daubert等[22]研究表明，鈦離子可引起菌斑微生物多樣性減低及厭氧致病菌粘附增加，這種改變與種植體周圍炎患者的齦下菌斑微生態(tài)情況相似。此外，腐蝕還可改變種植體表面粗糙度、自由能或基底微觀結(jié)構(gòu)等特性，并與腐蝕產(chǎn)物共同促進致病菌的定植。研究表明，與未發(fā)生腐蝕的鈦表面相比，牙齦卟啉單胞菌和細菌脂多糖對腐蝕的鈦表面粘附增加[23]。

2.腐蝕產(chǎn)物引起種植體周圍組織的炎癥反應(yīng)

鈦離子、鈦顆粒通過一系列復(fù)雜機制干擾細胞功能，促進種植體周圍組織中促炎細胞因子釋放、炎癥反應(yīng)細胞浸潤和破骨細胞分化，進而引發(fā)或加重種植體周圍組織的炎癥反應(yīng)，促進種植體周圍炎的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，鈦顆粒可誘導(dǎo)組織細胞產(chǎn)生活性氧，導(dǎo)致中性粒細胞異常募集，生成大量蛋白酶和氧化中間產(chǎn)物，從而誘導(dǎo)種植體周圍組織損傷[24]。鈦離子增加上皮細胞對口腔細菌的敏感性，并與細菌協(xié)同促進上皮細胞中趨化因子配體2（chemokine CC motif ligand 2，CCL2）、核因子-κB受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL）和骨保護素（osteoprotegerin，OPG）的mRNA表達，對炎癥反應(yīng)細胞浸潤、破骨細胞分化有一定影響[25]。此外，鈦離子、鈦顆粒還可激活巨噬細胞[26]和淋巴細胞[27]，促進白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、白 細 胞 介 素-6（interleukin-6，IL-6）和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等炎癥細胞因子的表達。這些細胞因子參與宿主炎癥反應(yīng)，并直接或間接刺激破骨細胞的分化，引起骨吸收。

三、小結(jié)

綜上所述，鈦種植體在酸、氟化物、微生物等因素存在時可發(fā)生腐蝕，其與種植體周圍炎之間存在雙向關(guān)系：腐蝕產(chǎn)生的鈦離子、鈦顆粒促進菌斑生物膜生長和致病菌定植，并與這些致病菌聯(lián)合引起種植體周圍組織的炎癥級聯(lián)反應(yīng)，可促進種植體周圍炎的發(fā)生發(fā)展；反之，種植體周圍炎的宿主炎癥反應(yīng)和微生物作為鈦腐蝕行為的影響因素，又會引起或加重鈦種植體的腐蝕，從而形成一種惡性循環(huán)。目前鈦種植體腐蝕與種植體周圍炎的相互作用機制尚未完全明確，如腐蝕產(chǎn)生鈦離子、鈦顆粒的濃度和大小在干擾細胞功能、促進炎癥反應(yīng)中的作用仍需進一步研究，這些研究有助于深入闡明種植體周圍炎的發(fā)病機制，對種植體周圍炎的預(yù)防和臨床治療具有重要意義。