正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)加速牙移動機(jī)制的研究進(jìn)展

許麗琦，張晨星，林 軍

如何安全有效地縮短正畸療程，盡早實現(xiàn)良好且穩(wěn)定的治療效果，一直是正畸醫(yī)生追求的目標(biāo)。骨皮質(zhì)切開術(shù)作為一項文獻(xiàn)中報道的、唯一能有效安全加速牙齒移動的外科手段，自提出以來受到了越來越多的關(guān)注和研究[1]。正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)將常規(guī)正畸力與牙槽骨選擇性手術(shù)相結(jié)合，通過去除局部骨皮質(zhì)支抗，使周圍牙周組織產(chǎn)生局部加速，從而達(dá)到加快牙齒移動的效果。臨床研究表明，各類型的正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)均能顯著縮短治療時間及降低牙根吸收的風(fēng)險[2]。本文對與正畸骨皮質(zhì)切開加速牙移動的相關(guān)機(jī)制進(jìn)展作一綜述。

1 正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)概述

1.1 正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)的發(fā)展

正畸治療一般需要2～3年，如果是較嚴(yán)重的錯牙合畸形，則治療周期可能更長。較長的正畸療程易引起患牙齲壞、牙齦退縮、牙根吸收等癥狀，有效加速牙移動、減少治療時間可降低該類疾病風(fēng)險。早在1890年，正畸醫(yī)生就對加速牙移動的外科手段展開探索[3]，并用于臨床實踐[4]。骨皮質(zhì)切開術(shù)(corticotomy)最初以外科手術(shù)方法被引進(jìn)，通過截骨術(shù)或結(jié)合頰舌側(cè)骨皮質(zhì)切開術(shù)形成游離的骨塊加速牙齒移動，但創(chuàng)傷極大[5]。21世紀(jì)初，Wilcko團(tuán)隊引入了Frost的“區(qū)域加速現(xiàn)象(regional acceleratory phenomenon，RAP)”概念，提出骨皮質(zhì)切開術(shù)加速牙移動效應(yīng)主要由術(shù)區(qū)牙槽骨脫礦—再礦化過程引起，而非骨塊運動，并將骨皮質(zhì)切開術(shù)與骨移植相結(jié)合，創(chuàng)建了Wilckodontics，并在后期發(fā)展為牙周加速成骨(periodontally accelerated osteogenic orthodontics，PAOO)技術(shù)[6-7]。近年來，隨著微種植支抗的興起及微創(chuàng)理念的推廣，正畸治療中的骨皮質(zhì)切開術(shù)得到不斷地改進(jìn)和完善，在有效加速牙移動的前提下極大地減小了手術(shù)創(chuàng)傷，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍[8-9]。

1.2 常規(guī)及改良骨皮質(zhì)切開術(shù)

常規(guī)的正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)包含選擇性骨皮質(zhì)切開、骨移植及正畸力的施加等操作。手術(shù)過程包括術(shù)區(qū)局部牙齦翻瓣，使用手術(shù)設(shè)備選擇性地去除在需要移動牙齒附近的骨皮質(zhì)，并用大量生理鹽水沖洗以減少軟組織損傷及骨壞死[10]，隨后放置骨移植材料，重新縫合齦瓣。該術(shù)式不僅加速了正畸牙移動，還增加了移動牙周圍的骨量，擴(kuò)大了正畸牙移動范圍，最大程度減少了正畸治療中骨開窗、骨開裂及牙齦退縮風(fēng)險，有利于正畸效果的長期維持[11]。

隨著微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展，無需翻瓣的改良型骨皮質(zhì)切開術(shù)可較大程度地減輕患者的不適，極大地降低了操作難度。最新技術(shù)包括：①Piezocision術(shù)，通過使用超聲骨刀減少軟組織損傷[12]；②Discision術(shù)，僅使用牙科手機(jī)和圓盤鋸等簡化設(shè)備降低手術(shù)門檻[13-14]；③結(jié)合3D導(dǎo)板微創(chuàng)手術(shù)，可提高精確度，同時減少出血量、改善能見度[15]；④骨微穿孔技術(shù)(micro-osteoperforations，MOPs)，可將手術(shù)創(chuàng)傷降至最低[16]；⑤采用微電流或激光輔助，可減輕術(shù)后反應(yīng)等[17-18]。多數(shù)動物實驗及臨床研究表明，相比于傳統(tǒng)正畸治療，采用不同術(shù)式骨皮質(zhì)切開術(shù)的正畸治療均能顯著加快牙齒移動，縮短治療時間[8,19-22]。

1.3 正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)的臨床應(yīng)用

正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)多應(yīng)用于希望明顯縮短正畸治療時間且經(jīng)濟(jì)條件允許的成年患者。此外，也適用于中重度牙列擁擠的安氏Ⅰ類錯牙合畸形、需要擴(kuò)弓的安氏Ⅱ類錯牙合畸形及輕度的安氏Ⅲ類錯牙合畸形[23]。如術(shù)中能選擇性結(jié)合骨移植，則可大大提高治療結(jié)果的可預(yù)測性[19]。正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)的適應(yīng)證主要包括錯牙合擁擠的解除、拔牙后尖牙的內(nèi)收、直立或壓低磨牙、上頜骨擴(kuò)弓及支抗控制等[19,24]。對嚴(yán)重的上頜骨性前突、露齦笑、開牙合、偏牙合及因氣道狹窄導(dǎo)致的睡眠呼吸暫停綜合征的患者，正畸治療過程中應(yīng)用骨皮質(zhì)切開術(shù)也能取得良好的效果。隨著隱形矯治技術(shù)的發(fā)展，聯(lián)合微創(chuàng)骨皮質(zhì)切開術(shù)使透明矯治器治療困難病例成為可能[25]。對于處于活動性牙周炎、代謝性骨病且長期服用雙膦酸鹽類或皮質(zhì)類固醇激素、服用非甾體類抗炎藥或接受放射性治療的患者無法行骨皮質(zhì)切開術(shù)[26]。多數(shù)研究認(rèn)為，骨皮質(zhì)切開術(shù)能明顯縮短正畸治療時間，擴(kuò)大傳統(tǒng)正畸界限，且無重大并發(fā)癥的產(chǎn)生[2,11,21,26-27]。

然而針對正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)的并發(fā)癥，由于目前相關(guān)研究存在缺乏長期隨訪及樣本量較小等局限，使得偏倚風(fēng)險較高，缺乏強(qiáng)有力的證據(jù)[17,28]。在動物實驗中，Kurohama等[29]認(rèn)為較大范圍的正畸骨皮質(zhì)切開可能加速牙槽骨的喪失；Pedraza等[30]研究表明微創(chuàng)骨皮質(zhì)切開術(shù)無法顯著改變正畸牙移動量。這些與臨床現(xiàn)象相悖的動物實驗結(jié)果表明，要實現(xiàn)健康且有效地加速牙移動效果，就必須了解正畸牙移動及正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)的生物學(xué)變化。研究骨皮質(zhì)切開術(shù)加速牙移動的機(jī)制對正畸治療具有深遠(yuǎn)的臨床意義。

2 正畸牙移動的生物學(xué)基礎(chǔ)

2.1 正畸力作用下的生物學(xué)變化

傳統(tǒng)正畸牙齒移動是通過對牙齒施加機(jī)械力，引起牙周膜和牙槽骨發(fā)生必要的變化，“壓力-張力”理論認(rèn)為，在正畸力作用下，牙周膜局部血流量及電化學(xué)環(huán)境發(fā)生了變化[31]，主要包括了細(xì)胞的形變，細(xì)胞外基質(zhì)、血管的變化，炎癥因子及活性生物因子的釋放等，從而引起了復(fù)雜的生物學(xué)級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致骨吸收及骨重塑，最終實現(xiàn)正畸牙齒移動[32-33]。正畸牙齒移動主要包括三個階段：初始階段即加力初，牙齒在牙周膜間隙快速移位；在長期或較大正畸力施加下，牙齒基本停止移動，此時為滯緩階段，表現(xiàn)為壓力側(cè)牙周組織的玻璃樣變，鄰近組織的部分壞死；滯緩后階段牙齒移動速度突然加快，骨骼重塑[23]。健康且有效的牙齒移動要實現(xiàn)初始階段到后滯階段的平穩(wěn)過渡，必須有協(xié)調(diào)的骨骼吸收及重塑過程，一旦失衡則有可能導(dǎo)致正畸引起的牙根吸收和牙周疾病[34]。過大的正畸力可能導(dǎo)致組織缺血、細(xì)胞死亡、牙周組織玻璃樣變、牙槽骨壞死以及牙根吸收[35]。

2.2 炎癥免疫反應(yīng)在正畸牙移動中的作用

正畸牙移動涉及多種免疫相關(guān)途徑，例如白細(xì)胞外滲信號傳導(dǎo)、細(xì)胞骨架信號傳導(dǎo)、組織降解、巨噬細(xì)胞的吞噬作用和血管形成等[31]。正畸牙移動的早期涉及牙周膜介導(dǎo)的無菌性急性炎癥反應(yīng)[36]。施加正畸力后，牙周膜神經(jīng)纖維釋放如P物質(zhì)和降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene related peptide，CGRP)等神經(jīng)遞質(zhì)。P物質(zhì)能活化血管內(nèi)皮細(xì)胞，引起血管擴(kuò)張，刺激血漿外滲，促進(jìn)白細(xì)胞的遷移和募集，從而引發(fā)無菌性急性炎癥，破壞并分解組織[37]。CGPR通過刺激成骨細(xì)胞增殖分化、抑制破骨細(xì)胞活性誘導(dǎo)骨骼形成。在白細(xì)胞和牙周膜細(xì)胞共同作用下，營造了包括白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、IL-10、一氧化氮(nitric oxide，NO)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)、巨噬細(xì)胞集落刺激因子(macrophage colony stimulating factor，M-CSF)，前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)，骨保護(hù)素(osteoprotegerin，OPG)和核因子κB配體(receptor activator of NF-κB ligand，RANKL)等物質(zhì)在內(nèi)的的局部微環(huán)境，以自分泌或旁分泌的方式活化靶細(xì)胞，啟動骨骼和牙周組織改建[36,38]。

壓力側(cè)細(xì)胞發(fā)生機(jī)械形變，環(huán)氧化酶-2表達(dá)增加，催化花生四烯酸分泌PGE2，激活腺苷酸環(huán)化酶，活化破骨細(xì)胞。成骨細(xì)胞產(chǎn)生的CC趨化因子配體及其受體在破骨細(xì)胞前體中表達(dá)增加，促進(jìn)骨吸收[33, 39-40]，同時IL-1β和TNF-α加重炎癥，提高基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)的水平，降解有機(jī)基質(zhì)[35]。此外，誘導(dǎo)型一氧化氮合酶產(chǎn)生NO，調(diào)節(jié)炎癥誘導(dǎo)的骨吸收[41]。隨后，缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)上調(diào)血管內(nèi)皮生長因子，新血管生成[40]，骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)和成骨轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)增強(qiáng)，誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化和骨礦化，以及新的牙周纖維嵌入牙槽骨壁和牙骨質(zhì)中。

張力側(cè)牙周膜血管局部微環(huán)境改變，觸發(fā)了花生四烯酸、神經(jīng)肽、細(xì)胞因子和生長因子等物質(zhì)釋放的相關(guān)信號通路，激活成骨基因的表達(dá)。堿性磷酸酶、骨唾液蛋白(bone sialoprotein，BSP)、骨鈣素和Ⅰ型膠原蛋白表達(dá)顯著增加[33]，激活內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)產(chǎn)生NO，介導(dǎo)張力側(cè)的骨形成[33,42]。金屬蛋白酶組織抑制劑水平升高促進(jìn)有機(jī)基質(zhì)的沉積，破骨細(xì)胞分化負(fù)調(diào)節(jié)細(xì)胞因子IL-10及OPG作用下，RANKL/OPG下降，抑制破骨過程，最終促進(jìn)成骨及牙周膜纖維的重建。

3 骨皮質(zhì)切開術(shù)加速牙移動機(jī)制探討

3.1 RAP

目前多數(shù)研究認(rèn)為，正畸骨皮質(zhì)加速牙移動基礎(chǔ)為由Frost提出的RAP[43]。RAP反映了組織對傷害性刺激的表現(xiàn)，其特征為細(xì)胞單元活動的加速，廣泛存在于軟硬組織當(dāng)中，其愈合速度比正常的生理愈合快2～10倍[22]。在正畸過程中，局部骨皮質(zhì)切開引起了該區(qū)域炎癥因子和趨化因子的釋放，引發(fā)急性炎癥期；破骨細(xì)胞活化，出現(xiàn)暫時性的局部骨質(zhì)減少，隨后成骨細(xì)胞激活并增殖分化，形成類骨質(zhì)[6,44]。這一系列生物級聯(lián)反應(yīng)誘導(dǎo)增加了骨代謝，出現(xiàn)暫時性骨密度降低。

在正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)中，RAP反映了牙周介導(dǎo)的牙移動加速，其機(jī)制主要為募集大量巨噬細(xì)胞，盡早消除牙周組織玻璃樣變，“繞過”滯后階段。RAP表現(xiàn)為平穩(wěn)而連續(xù)的運動，使正畸力作用下的牙周組織玻璃樣變程度最小化，有利于加速牙移動[38]，并使骨組織脫礦—再礦化過程得以進(jìn)一步增強(qiáng)。由于機(jī)體存在生物飽和點[45]，在受到正畸力和骨皮質(zhì)切開術(shù)引發(fā)的炎癥效應(yīng)雙重作用下，牙移動速度能增加2～3倍。RAP通常1～2個月達(dá)到高峰，一般在人體可持續(xù)4～6個月，該期間需要每2周(固定矯治)或每4d(透明矯治器矯治)進(jìn)行一次正畸加力，以延緩該區(qū)域骨質(zhì)的再礦化，延長區(qū)域加速時間[25,44]。

3.2 骨皮質(zhì)切開術(shù)的局部生物學(xué)效應(yīng)

選擇性骨皮質(zhì)切開術(shù)后早期活動主要表現(xiàn)為急性炎癥期引發(fā)的牙槽骨局部愈合應(yīng)答反應(yīng)[16]。作為高度血管化組織，受損后的牙槽骨早期發(fā)生凝血反應(yīng)，炎癥因子顯著增加；免疫細(xì)胞、祖細(xì)胞遷移增殖形成血腫，產(chǎn)生并釋放生長因子和細(xì)胞因子，如血小板衍生生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子、胰島素樣生長因子、血管內(nèi)皮生長因子、BMP、IL-1β和TNF-α等，募集并刺激破骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞和內(nèi)皮祖細(xì)胞的分化，隨后進(jìn)行骨重塑和血管生成[23,46]。此外，由于損傷部位血流發(fā)生變化，氧氣水平較低，生長因子和其他生物活性因子(如NO、HIF-1α、PGE2和TGF-β)從受損部位及鄰近血管、脫礦骨基質(zhì)中釋放，加速了破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞的募集、分化和骨轉(zhuǎn)化過程，導(dǎo)致局部骨密度降低[47]。動物實驗表明，骨皮質(zhì)切開術(shù)后早期，破骨細(xì)胞調(diào)節(jié)劑(如M-CSF、RANKL、OPG、降鈣素受體、抗酒石酸酸性磷酸酶、組織蛋白酶K等)高表達(dá)，成骨細(xì)胞相關(guān)因子(如骨橋蛋白、骨鈣蛋白等)合成代謝活性增強(qiáng)，也證明了骨皮質(zhì)切開術(shù)加速牙移動早期的牙槽骨改建是由破骨-成骨相互耦合引起的[48-49]。Chen等[50]通過對兔子進(jìn)行隨機(jī)對照實驗發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)正畸骨改建相比，正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)后早期，機(jī)體維持了更高的破骨細(xì)胞水平，且細(xì)胞量分別因破骨細(xì)胞前體分化及外周血單核細(xì)胞分化出現(xiàn)兩個峰值。雖然骨皮質(zhì)切開術(shù)后局部誘導(dǎo)了大量炎癥介質(zhì)釋放，但不會引起牙根吸收或牙齒運動的明顯增加[29]。

牙周膜(periodontal ligament，PDL)的生物學(xué)反應(yīng)是牙齒移動的基礎(chǔ)，骨皮質(zhì)切開術(shù)后，牙周膜局部充血水腫，被急性炎癥細(xì)胞浸潤，牙周膜厚度相對增寬。Sebaoun等[51]建立大鼠手術(shù)模型實驗發(fā)現(xiàn)，骨皮質(zhì)切開術(shù)引起牙周膜活動增強(qiáng)，局部松質(zhì)骨改建活躍并伴有破骨細(xì)胞的增多。此外，MMP和其他分解代謝劑的釋放，破壞了細(xì)胞外基質(zhì)的完整性并增加了骨的彈性，從而有利于牙齒正畸運動[23]。Baloul等[49]的實驗結(jié)果也表明，骨皮質(zhì)切開術(shù)的生物學(xué)機(jī)制是正畸牙早期移動加速的基礎(chǔ)。

3.3 骨皮質(zhì)切開術(shù)加速牙移動的影響因素研究

目前正畸學(xué)界中尚未出臺全面的正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)臨床標(biāo)準(zhǔn)指南。近年來，針對骨皮質(zhì)切開術(shù)加速牙移動影響因素的研究，臨床及動物實驗結(jié)果也不全一致。骨皮質(zhì)切開術(shù)施加部位、選用方式、去骨量、正畸加力大小及加力頻率等均可加速牙移動。其中，關(guān)于去骨量的影響研究結(jié)果不盡相同。部分學(xué)者認(rèn)為骨皮質(zhì)切開術(shù)中是否翻瓣[52-53]及去骨量多少不會影響牙齒的運動及牙根的吸收[29, 54]；Dutra等[55]實驗表明，微創(chuàng)的骨皮質(zhì)切開術(shù)能使牙齒運動周圍骨改建并加速牙齒移動。手術(shù)創(chuàng)傷的大小也會影響牙齒加速效果[30]，McBride等[56]通過獵狐犬實驗發(fā)現(xiàn)，增加骨皮質(zhì)切開術(shù)中的去骨量在短期能產(chǎn)生更多低密度骨，但在術(shù)后9周對骨量無明顯影響。Liu等[57]通過對前牙內(nèi)收的正畸行三維有限元分析發(fā)現(xiàn)，骨皮質(zhì)切開術(shù)切口寬度的增寬有助于加強(qiáng)正畸骨皮質(zhì)切開加速牙移動的生物力學(xué)作用。Zuppardo等[58]近期通過大鼠實驗發(fā)現(xiàn)，在骨皮質(zhì)切開術(shù)基礎(chǔ)上增加去骨皮質(zhì)術(shù)并不能顯著提高牙齒移動速率，因而提倡在臨床中使用超聲骨刀的微創(chuàng)骨皮質(zhì)切開術(shù)式以提高正畸治療效率。Samruajbenjakun等[59]認(rèn)為骨皮質(zhì)切開術(shù)造成的局部加速效應(yīng)，與拔牙后引起的暫時骨密度降低加速牙移動效應(yīng)疊加對牙齒移動速率無明顯影響，正畸過程中骨皮質(zhì)切開及拔牙順序的選擇主要取決于治療設(shè)計。在正畸骨皮質(zhì)切開加速牙移動期間，行二次骨皮質(zhì)切開術(shù)有助于保持加速狀態(tài)，能顯著增加牙齒移動量[60]。此外，對于創(chuàng)傷極小的MOPs，影響其加速正畸牙移動速度的因素有穿孔位置[61-62]、穿孔數(shù)量[52]、手術(shù)頻率[63]等。在常規(guī)正畸治療過程中，輕力的施加能減少受壓區(qū)PDL的血流量，從而誘導(dǎo)骨改建，使牙齒得以連續(xù)運動；中等力的施加會使PDL過度受壓而引起組織局部缺血，骨吸收延遲；重力的施加則會引起受壓區(qū)PDL的血管閉鎖，導(dǎo)致牙周組織玻璃樣變，牙齒運動停滯。相關(guān)研究表明，骨皮質(zhì)切開術(shù)后的正畸治療，施加輕力有助于壓力側(cè)骨密度顯著降低[64]，施加重力有助于目標(biāo)牙移動加速，且未觀察到明顯牙根吸收及牙槽骨喪失[65]。

4 總結(jié)及展望

正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)加速牙移動是基于牙周膜反應(yīng)和局部骨改建加速活動。隨著臨床理念和技術(shù)的發(fā)展，微創(chuàng)、有效且可重復(fù)的正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)越來越受正畸醫(yī)生的青睞。口腔多學(xué)科聯(lián)合治療理念逐步普及，PAOO應(yīng)用也日益廣泛。現(xiàn)如今正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)的實施不單純?yōu)榱思铀傺酪苿?，更多的臨床應(yīng)用是行牙周表型的矯正、骨增量及軟組織增量，解決正畸牙移動中的“界限”難題，以達(dá)到更高效、安全且穩(wěn)定的治療結(jié)果。

了解正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)加速牙移動的生物學(xué)機(jī)制有助于正畸醫(yī)生改進(jìn)臨床操作及方案設(shè)計。盡管大量研究結(jié)果表明正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)能夠顯著加速牙齒移動，但就是否存在并發(fā)癥仍缺乏長期隨訪及大樣本研究，現(xiàn)有研究偏倚較高，可靠性較低。因此是否在正畸治療中輔助以骨皮質(zhì)切開術(shù)，選擇何種骨皮質(zhì)切開術(shù)，如何結(jié)合牙周手術(shù)提高治療可預(yù)期性仍需謹(jǐn)慎。對于正畸骨皮質(zhì)切開術(shù)的適用范圍及術(shù)后穩(wěn)定性還需要高質(zhì)量的隨機(jī)對照試驗支持。