種植體-基臺(tái)連接界面對(duì)螺絲松動(dòng)的影響*

張睿鵬 盧海平 嚴(yán)洪海

基臺(tái)螺絲松動(dòng)是種植修復(fù)中最常見的機(jī)械并發(fā)癥之一，不僅會(huì)引起基臺(tái)微動(dòng)，甚至基臺(tái)折斷［1］，同時(shí)還會(huì)影響患者就診時(shí)的滿意度。基臺(tái)螺絲松動(dòng)率在荷載后第一年可達(dá)5.3%，五年內(nèi)可達(dá)5.8-12.7%［2］。種植體植入位置、上部修復(fù)體形態(tài)、基臺(tái)-種植體連接設(shè)計(jì)、口腔副功能等均可能引起基臺(tái)螺絲松動(dòng)。其中種植體-基臺(tái)連接界面是種植修復(fù)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，目前它對(duì)種植體-基臺(tái)的連接穩(wěn)定性的影響尚未完全明確。因此本文對(duì)種植體-基臺(tái)連接界面對(duì)螺絲松動(dòng)影響相關(guān)文章進(jìn)行梳理。

1.基臺(tái)螺絲松動(dòng)可能的機(jī)械原理

基臺(tái)螺絲在擰緊過程中基臺(tái)螺絲螺桿被拉長，發(fā)生彈性拉伸的螺絲有回復(fù)到原長的趨勢(shì)，產(chǎn)生的回彈力稱為預(yù)緊力，使基臺(tái)螺絲和種植體內(nèi)部螺紋相互嵌合鎖緊［3,4］。Bickford 提出螺絲松動(dòng)分為兩個(gè)過程：在最初的咀嚼過程中，外力作用下螺紋發(fā)生少量滑動(dòng)，釋放一些拉伸形變，發(fā)生預(yù)緊力的喪失。在此階段，預(yù)緊力越大，則需要越大的外力才能引起滑動(dòng)。在第二階段，預(yù)緊力低于臨界值，在外力作用下螺絲旋轉(zhuǎn)發(fā)生松動(dòng)［5］。有研究顯示即使在無外力的作用下，在擰緊后幾秒鐘或者幾分鐘內(nèi)，預(yù)緊力會(huì)減少2-10%［6］，原因可能是在施加擰緊扭矩時(shí)，需要部分的扭矩用平整螺紋表面粗糙突起，導(dǎo)致初始扭矩發(fā)生了損耗，這也稱為螺絲沉降［7］。

2.基臺(tái)界面對(duì)螺絲松動(dòng)的影響

2.1 種植體-基臺(tái)連接方式 種植體-基臺(tái)的連接方式大致可以分為內(nèi)連接和外連接兩種類型。在外連接種植系統(tǒng)中，外力更多的傳遞到了種植體頸部和基臺(tái)螺絲，易造成螺絲松動(dòng)［8］。眾多研究表明內(nèi)連接的種植體比外連接種植體具有更好的螺絲穩(wěn)定性［9］。目前臨床上使用較多的也是內(nèi)連接系統(tǒng)的種植體，然而市面上不同廠商研發(fā)的內(nèi)連接方式均不同，由此可見研發(fā)人員和臨床醫(yī)生對(duì)不同內(nèi)連接方式對(duì)種植體-基臺(tái)界面的影響仍然是不確定的。在體外模擬咬合實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)六角加圓錐的連接方式比單純內(nèi)六角連接對(duì)螺絲扭矩?fù)p耗較?。?0］，單純圓錐狀連接方式比內(nèi)六角加圓錐狀連接更能抵抗螺絲松動(dòng)［11］。有限元分析結(jié)果表示與圓錐加內(nèi)八角連接相比，圓錐加六角形連接更不容易發(fā)生螺釘松動(dòng)，因?yàn)槁萁z不易與基臺(tái)內(nèi)表面分離［12］。在外力作用下圓錐狀基臺(tái)會(huì)下陷引起楔形效應(yīng)，外力分散至種植體側(cè)壁。然而Coltro等人報(bào)告指出，抗旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)的存在可能會(huì)對(duì)錐形基臺(tái)中固定螺釘?shù)纳锪W(xué)穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響［13］。內(nèi)連接是目前公認(rèn)的可靠的連接方式，但內(nèi)連接的具體形式有多種，對(duì)于何種內(nèi)連接方式最優(yōu)仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2 基臺(tái)材料 基臺(tái)的制作材料對(duì)種植體-基臺(tái)界面穩(wěn)定性的影響方面同樣存在爭(zhēng)議，Jo等人比較了三級(jí)純鈦基臺(tái)、四級(jí)純鈦基臺(tái)、及Ti-6Al-4V基臺(tái)對(duì)螺絲松動(dòng)的影響，結(jié)果顯示Ti-6Al-4V 基臺(tái)對(duì)螺絲松動(dòng)的影響較小，因其界面抗彎曲強(qiáng)度較其他二者更高［14］。Corazza 等報(bào)道了在基臺(tái)表面進(jìn)行碳膜涂層可以減少基臺(tái)螺絲松動(dòng)，其原因同樣是提高了基臺(tái)表面的強(qiáng)度［15］。雖然金屬基臺(tái)在制造方面進(jìn)行了許多改進(jìn)，但美學(xué)效果仍舊存在缺憾，瓷基臺(tái)能很好的克服鈦基臺(tái)在美學(xué)效果方面的缺陷。雖然瓷材料具有高硬度、高彈性模量的特性，但是其與金屬種植體及基臺(tái)螺絲的長期適配性能尚處于初步階段。Queiroz 在掃描電鏡下觀察到體外荷載后氧化鋯基臺(tái)接觸的種植體內(nèi)表面磨損，基臺(tái)和種植體會(huì)發(fā)生少量錯(cuò)位，這可能與扭矩?fù)p耗有一定相關(guān)性［16］。Dhingra 等人的研究結(jié)果也證實(shí)了因氧化鋯的彈性模量大大高于金屬，動(dòng)態(tài)荷載后在氧化鋯基臺(tái)表面附著了一層從種植體和基臺(tái)螺絲冠部表面脫落的鈦碎屑，大大降低了鋯基臺(tái)和植體之間的適配性，加大了螺絲松動(dòng)及種植體折斷的風(fēng)險(xiǎn)［17］。氧化鋯和金屬接觸時(shí)，金屬發(fā)生磨損是必然，然而氧化鋯基臺(tái)與種植體之間的磨損是存在自限性還是隨時(shí)間磨損變得更嚴(yán)重，需要進(jìn)一步的研究探討。

2.3 第三方基臺(tái) 目前第三方基臺(tái)多采用CAM/CAM 制造的方式，CAD/CAM 基臺(tái)在重塑牙齦解剖學(xué)形態(tài)方面具有一定優(yōu)勢(shì)，但其的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性缺乏長期的臨床研究和實(shí)驗(yàn)研究。Yi 等學(xué)者對(duì)比了莫氏錐度連接的原廠基臺(tái)和CAD/CAM 制造的基臺(tái)，發(fā)現(xiàn)在循環(huán)在加載后CAD/CAM 基臺(tái)螺絲反向擰松扭矩明顯減小，這可能與制造方法導(dǎo)致基臺(tái)和種植體之間出現(xiàn)微動(dòng)或者基臺(tái)和螺絲之間的微小間隙有關(guān)［18］。Alonso-Perez等人也表示原廠基臺(tái)要優(yōu)于第三方基臺(tái)［19］。這些結(jié)果提示我們需對(duì)CAD/CAM 基臺(tái)加工方法造成的界面不適配和微間隙問題進(jìn)行更深入的研究。

3.螺絲界面對(duì)螺絲松動(dòng)的影響

兩段式種植體中，基臺(tái)螺絲緊密連接種植體和基臺(tái)，維持連接界面的穩(wěn)定。預(yù)緊力是抑制螺絲松動(dòng)的關(guān)鍵因素，在擰緊過程中扭矩有90%用于克服摩擦力，只有10%用于形成預(yù)緊力［20］。擰緊扭矩轉(zhuǎn)化為預(yù)緊力與螺絲材料的強(qiáng)度、摩擦系數(shù)、幾何形狀及擰緊方式等多種因素密切相關(guān)，至今仍許多相關(guān)因素尚不完全清楚［9］。

3.1 螺絲形態(tài) 螺絲由螺紋及螺桿連兩部分構(gòu)成，通常市面上銷售是平頭、長螺桿、長度6 到12.5圈螺紋的基臺(tái)螺絲。在擰緊過程中主要是螺絲底部三個(gè)螺紋受力。Peapoemsin 等學(xué)者比較了末端為平頭和錐形的螺絲對(duì)螺絲松動(dòng)的影響，結(jié)果表明在加載前錐形螺絲能更好維持扭矩，但是加載后二者對(duì)扭矩的影響無明顯差別［21］，但Arnetzl 體外實(shí)驗(yàn)得出加載后錐形螺絲仍比平頭螺絲具有更高反向擰松扭矩［22］。對(duì)于平頭螺絲或者錐型螺絲對(duì)松動(dòng)及應(yīng)力傳遞的影響可能需要利用有限元分析進(jìn)一步來探究。Mohammed 研究表明相比于內(nèi)六角的種植體-基臺(tái)連接方式，外六角連接方式3.5 圈螺紋螺絲對(duì)的螺絲松動(dòng)影響小，作者認(rèn)為較短螺紋在外六角連接種植體比內(nèi)六角連接種植體更有優(yōu)勢(shì)［23］。Zipprich 報(bào)道相同擰緊扭矩下螺絲螺紋的線程與產(chǎn)生的預(yù)緊力無關(guān)聯(lián)，但與螺桿上部和基臺(tái)內(nèi)部接觸的平面的相交角度相關(guān)，當(dāng)螺桿接觸面相交角度在30-120°時(shí)，預(yù)緊力與螺絲角度呈線性增加的關(guān)系，當(dāng)角度大于120°時(shí)卻無明顯影響［24］。為了產(chǎn)生預(yù)緊力螺絲螺距通常要比種植體內(nèi)部螺紋螺距要小，但關(guān)于螺距應(yīng)小多少能達(dá)到最佳的穩(wěn)定性能以及螺絲的直徑是否會(huì)對(duì)預(yù)緊力產(chǎn)生的影響，目前尚未完全明確。

3.2 螺絲材料及第三方螺絲 材料本身的拉伸強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度會(huì)對(duì)螺絲的松動(dòng)產(chǎn)生一定影響，金合金螺絲彈性模量和屈服強(qiáng)度均高于鈦合金，有更好的彈性形變，相同擰緊扭矩下，金合金螺絲的預(yù)緊力要高于鈦合金［25,26］。Shinohara 體外實(shí)驗(yàn)證明在相同條件下純鈦螺釘比Ti-6AL-4V 螺釘顯示出更明顯的松動(dòng)，這可能與Ti-6AL-4V 具有更高的屈服強(qiáng)度有關(guān)［27］。Wu 等人對(duì)原廠螺絲和CAD/CAM 螺絲進(jìn)行有限元分析，結(jié)果顯示CAM/CAM 螺絲與種植體之間適配性較差，應(yīng)力更易集中在螺絲上，對(duì)螺絲松動(dòng)和折斷產(chǎn)生一定影響，臨床上應(yīng)該盡量避免使用第三方的基臺(tái)螺絲，但該結(jié)論仍缺少足夠的臨床研究來證實(shí)［28］。減低基臺(tái)螺絲和種植體內(nèi)表面的摩擦系數(shù)，將擰緊扭矩更多的轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)緊力，可增加螺紋之間嵌合的壓力減少螺絲松動(dòng)。Bordin 等人報(bào)道對(duì)基臺(tái)螺絲進(jìn)行DLC（類金剛石碳）的涂覆可以提高螺絲表面得硬度和楊氏模量，并降低了螺絲界面的摩擦系數(shù)來避免螺絲松動(dòng)［29］。Colpak 認(rèn)為也可對(duì)螺絲表面進(jìn)行陽極化處理來提高鈦表面得硬度并降低摩擦系數(shù)來提高預(yù)緊力［30］。但處理后較硬的螺絲表面和較柔軟中植體內(nèi)表面發(fā)生摩擦，是否會(huì)對(duì)種植體內(nèi)部造成不可逆的磨損，磨損情況及后果仍需長期的臨床隨訪。

3.3 擰緊方式 目前尚沒有統(tǒng)一的螺絲擰緊標(biāo)準(zhǔn)操作流程，在早期有學(xué)者提出初次擰緊后10min鐘后要再次擰緊作為常規(guī)臨床程序，減少后期螺絲松動(dòng)［31］。Varvara 等比較初次擰緊2min、5min、10min 后再次擰緊結(jié)果顯示在初次擰緊后2-5min再次擰緊對(duì)扭矩?fù)p耗最小［32］。Alnasser 比較了擰緊后10min 再擰緊、擰緊后即刻再擰緊、僅擰緊一次、擰緊擰松再擰緊、擰緊擰松重復(fù)兩次再擰緊，等五種擰緊方式對(duì)反向扭矩的影響，結(jié)果顯示重復(fù)三次擰緊方式的反向擰松扭矩最大［33］。該實(shí)驗(yàn)作者僅使用了鍍金的基臺(tái)螺絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然而尚不清楚不同材料的螺絲反復(fù)擰松和擰緊對(duì)螺絲的預(yù)緊力是否也會(huì)產(chǎn)生不同的影響［34］，因此是否能以兩次擰松擰緊作為臨床螺絲擰緊推薦方式尚不能下定論。目前專家學(xué)者對(duì)連續(xù)擰緊和擰松的方式來抗螺絲松動(dòng)仍舊存在爭(zhēng)議。有學(xué)者認(rèn)為連續(xù)的松開擰緊可以增加螺絲預(yù)緊力［35］，另有學(xué)者提出重復(fù)擰緊和旋出基臺(tái)螺絲會(huì)造成預(yù)緊力的降低，臨床上應(yīng)建議避免不必要的擰緊和打開［36,37］。Arshad 通過體外研究證明限制螺釘?shù)臄Q緊次數(shù)比使用新螺釘更重要，螺紋表面的電子顯微鏡照片證實(shí)，在反復(fù)擰緊后螺紋接觸面會(huì)發(fā)生破壞，產(chǎn)生金屬碎屑會(huì)被遺留在螺絲和螺紋和種植體內(nèi)部螺紋之間，導(dǎo)致螺紋接觸的有效面積減少［38］。有學(xué)者在評(píng)估重新擰緊基臺(tái)螺絲與更換新的螺絲對(duì)松動(dòng)的影響的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，體外荷載后重新擰緊比更換新螺絲能更好的減少螺絲松動(dòng)［23］。這些實(shí)驗(yàn)可提示臨床醫(yī)生在臨床工作上應(yīng)該嚴(yán)格遵照廠家指導(dǎo)方式擰緊基臺(tái)螺絲，并定期復(fù)查種植部件。

4.種植體界面對(duì)螺絲松動(dòng)的影響

窄徑種植體在骨量不足的區(qū)域是很好的選擇，但是相比于常規(guī)直徑的種植體，窄徑種植體存在較高的機(jī)械并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)［39］。Sammour在體外動(dòng)態(tài)加載實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了常規(guī)直徑的種植體比在窄徑種植體在減少扭矩喪失方面更有優(yōu)勢(shì)［10］。國內(nèi)使用的種植體主要是純鈦，然而氧化鋯的生物相容性和機(jī)械相容性已被很好的證明，目前氧化鋯種植體的已經(jīng)顯示出優(yōu)異的短期臨床效果［40］。臨床上與氧化鋯種植體連接的螺絲主要是金屬類材質(zhì)，這對(duì)上部修復(fù)的長期穩(wěn)定存在依舊存在較大隱患。有學(xué)者提出為減少氧化鋯種植體基臺(tái)螺絲松動(dòng)，連接上部基臺(tái)和下部氧化鋯種植體的螺絲材料應(yīng)由類似氧化鋯的材料制成，但還需設(shè)法提高材料的斷裂韌性［27］。

5.問題及展望

盡管基臺(tái)螺絲松動(dòng)對(duì)種植體存活率的影響并不大，但是反復(fù)發(fā)生不僅會(huì)影響患者對(duì)醫(yī)生的滿意度，嚴(yán)重者可導(dǎo)致種植修復(fù)的失敗。種植體-基臺(tái)連接界面作為種植系統(tǒng)中最薄弱的部分，其對(duì)螺絲松動(dòng)的影響仍存在許多需要深入研究并改進(jìn)的問題，如：基臺(tái)表面及螺絲表面如何處理能減小螺絲松風(fēng)險(xiǎn)；螺絲螺距比種植體內(nèi)部螺距窄多少才能更好的保持預(yù)緊力；如何提高CAD-CAM 制造的基臺(tái)與種植體之間的適配性；與氧化鋯種植體相連接的基臺(tái)螺絲使用何種材料最佳等。相信隨著材料學(xué)科的發(fā)展及對(duì)螺絲松動(dòng)的影響研究更加深入的研究，可能會(huì)減少基臺(tái)螺絲松動(dòng)率。同時(shí)本篇綜述也提醒臨床醫(yī)生需要在臨床工作中定期復(fù)查種植部件。