上頜后牙區(qū)垂直骨量不足應(yīng)對策略的生物力學(xué)評價*

李露露 盧海平 嚴(yán)洪海

上頜后牙區(qū)是口腔發(fā)揮咀嚼功能的重要區(qū)域，牙齒缺失后的種植修復(fù)是目前最合理的修復(fù)方式。然而由于上頜竇高度氣化和骨質(zhì)疏松，常造成剩余骨量不足，從而影響種植治療［1］。臨床上解決骨量不足常用的方法有上頜竇提升、傾斜種植、短種植體，穿顴骨種植和翼上頜種植等。但臨床醫(yī)生在種植方法選擇上常常依賴于臨床經(jīng)驗(yàn)，卻忽視了不同方法中種植體周圍骨界面應(yīng)力的變化對種植治療的影響。因此本文就上頜后牙區(qū)垂直骨量不足不同應(yīng)對策略的生物力學(xué)評價作一綜述。

1.上頜竇提升

國內(nèi)外學(xué)者最新研究表明，在特定的情況及條件下，作為上頜后區(qū)牙槽骨量不足修復(fù)中的一種方式，上頜竇提升已被認(rèn)可，其提升后種植體骨界面生物力學(xué)一直受到眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的上頜竇提升技術(shù)包括上頜竇底內(nèi)提升術(shù)和上頜竇底外提升術(shù)，但目前的有限元研究均未對兩種術(shù)式進(jìn)行明確區(qū)分。近年來，上頜竇提升生物力學(xué)研究主要集中于上頜竇剩余骨高度不足、植骨及植骨材料的選擇、種植體負(fù)載時機(jī)等幾個方面。

1.1 剩余骨高度（residual bone height,RBH)Jensen等［2］早在1996年就把上頜竇區(qū)RBH分成4類：一類，RBH＞10mm骨量正常；二類，7mm≤RBH≤9mm 剩余骨高度輕度不足；三類，4mm≤RBH≤6mm剩余骨高度中度不足；四類，RBH＜4mm剩余骨高度嚴(yán)重不足。早期研究普遍認(rèn)為上頜竇提升高度和垂直骨高度之和應(yīng)達(dá)10mm，因此當(dāng)骨高度為一類時，上頜竇區(qū)骨量充足可行常規(guī)種植修復(fù)。Cehreli等［3］測量了人新鮮尸體上剩余骨高度不少8mm的上頜后區(qū)種植體植入扭矩和植入穩(wěn)定系數(shù)，發(fā)現(xiàn)在垂直加載力時，非植骨模型周圍骨應(yīng)力高于植骨模型，而斜向加載時，植骨模型應(yīng)力卻高于非植骨模型。Gabor等［4］建立的5.3mm三類骨高度和沈洪洲等［5］建立的3mm四類骨高度模型，經(jīng)有限元研究發(fā)現(xiàn)上頜竇提升植骨比非植骨模型種植體周圍骨的應(yīng)力均顯著減少。而另一有限元的研究［6］還發(fā)現(xiàn)當(dāng)RBH＜4mm，隨種植體伸入上頜竇腔內(nèi)的長度增加，頸部皮質(zhì)骨的應(yīng)力與位移反而增大。結(jié)合一項(xiàng)臨床研究結(jié)果［7］，RBH＞6mm種植體存活的概率為97.6%，RBH為4-6mm時，上頜竇提升術(shù)后10年種植體存活率為95.7%，最小骨高度（1-3mm）的種植，10年存活率降低至約80%。因此，筆者認(rèn)為，上頜竇提升種植應(yīng)選擇合適長度的種植體，以避免應(yīng)力集中。當(dāng)7mm≤RBH≤9mm時，上頜竇提升可不植骨，但要注意避免種植體受到過大側(cè)向力；4mm≤RBH≤6mm時，上頜竇提升時應(yīng)當(dāng)盡量進(jìn)行骨移植術(shù)；當(dāng)RBH＜4mm時，上頜竇提升必須進(jìn)行植骨以增加骨高度。

1.2 上頜竇提升植骨 目前用于植骨的材料有自體骨、同種異體骨、異種骨和骨替代材料等，其中自體骨是目前上頜竇提升植骨的黃金標(biāo)準(zhǔn)。在一項(xiàng)以均質(zhì)脫礦凍干羊骨或非均質(zhì)脫礦凍干人骨作為移植材料生物力學(xué)承載能力的研究中，間隔12、16、26周進(jìn)行推出試驗(yàn)，結(jié)果顯示均質(zhì)脫礦凍干羊骨組的平均推出力為365.2N，與自體骨（356.7N）的推出力相當(dāng)，非均質(zhì)脫礦凍干人骨值較低（278.1N)，與空白對照組的平均推出力（259.3N）一致，并且隨時間推移，發(fā)現(xiàn)自體骨移植顯示出最高的抗拉強(qiáng)度［8］。在另一項(xiàng)研究中［9］，沖擊試驗(yàn)和共振頻率力學(xué)性能的分析顯示，自體間充質(zhì)干細(xì)胞移植比自體骨移植的初始穩(wěn)定性稍高，然而作者也提到在骨形成方面，對骨替代物的機(jī)械性能評價必須謹(jǐn)慎解釋，因?yàn)殡p相磷酸鈣顆?？赡軆H僅通過使植入物聚集而不使其重塑為骨而阻礙植入物的運(yùn)動，自體間充質(zhì)干細(xì)胞移植活化的礦物質(zhì)能否達(dá)到自體骨的成骨能力，還有待進(jìn)一步研究。因此在骨生物學(xué)特性方面，當(dāng)前上頜竇提升植骨的最佳選擇是自體骨移植。

還有不少學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)植骨的位置和量對種植體的穩(wěn)定和周圍骨應(yīng)力有不同程度的影響。Schuller［10］建立的上頜竇提升塊狀骨移植模型，分別位于近種植體尖1/3，中1/3，和近竇底1/3，發(fā)現(xiàn)當(dāng)植骨塊位于近竇底1/3時，皮質(zhì)骨的Von Mises應(yīng)力最低，這也與移植物從竇底堆積的實(shí)際情況相符。楊慧等［11］人模擬植入羥基磷灰石不同高度時，皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨應(yīng)力都隨植入的骨高度增加而降低，但同時發(fā)現(xiàn)伴隨著植入物高度的增加，種植體微動也增加，植入大于4mm時種植體微動超過閾值100mm，不利于種植體骨結(jié)合。因此，如何在有限的上頜竇空間內(nèi)，使植骨高度在骨應(yīng)力減少的同時，保持種植體微動也在合理范圍內(nèi)顯得尤為重要，綜合考慮建議移植骨高度為4mm最為合理。

1.3 種植體負(fù)載時機(jī)選擇 牙種植體實(shí)現(xiàn)骨結(jié)合的一個重要前提是種植體保持理想的初期穩(wěn)定性。根據(jù)牙種植的負(fù)載時間，可分為同期負(fù)載和延期負(fù)載，但關(guān)于種植體植入時機(jī)的生物力學(xué)研究較少。在一項(xiàng)家兔股骨種植的研究中［12］，研究者分別于術(shù)后2、4、8周對植體進(jìn)行推出試驗(yàn)和有限元分析發(fā)現(xiàn)，植入骨的質(zhì)量和種植體周圍的生物力學(xué)性能隨著愈合時間的增加而優(yōu)化。Barbera［13］等建立輕度牙槽嵴缺失（RBH≥7mm）上頜骨模型，在移植物從移植到成熟的各個階段，比較移植物的應(yīng)力分布，發(fā)現(xiàn)移植短期內(nèi)，垂直負(fù)載的應(yīng)力主要由皮質(zhì)層和松質(zhì)骨共同支撐，傾斜載荷主要由皮質(zhì)骨承擔(dān)，而移植物承受的應(yīng)力較少。隨血液聚集，移植區(qū)新生骨形成，皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的Von Mises應(yīng)力值均下降，骨組織開始愈合階段，應(yīng)力下降速度減慢。然而以往的研究表明［14］，隨剩余牙槽嵴高度和質(zhì)量的降低，皮質(zhì)骨最大應(yīng)力也隨之增加，當(dāng)RBH＞4mm 時，最大應(yīng)力顯著增加。因此他們認(rèn)為延期愈合可以優(yōu)化種植體周圍骨應(yīng)力分布。但是目前尚無相關(guān)文獻(xiàn)報道牙槽嵴嚴(yán)重缺失（RBH≤4mm）時，移植物及周圍骨的應(yīng)力。因此，當(dāng)RBH≤4mm 時，應(yīng)力應(yīng)變的變化是否符合這一規(guī)律，還有待進(jìn)一步研究。

2.傾斜種植

傾斜種植是相對于軸向種植的一種帶有傾斜角度的種植方式。因其與上頜竇提升相比，避免了植骨，縮短了療程而受到關(guān)注。研究表明傾斜種植的種植體周圍骨應(yīng)力與傾斜角度明顯相關(guān)。Hamed等［15］通過有限元分析發(fā)現(xiàn)垂直種植皮質(zhì)骨應(yīng)力比傾斜25°種植體少66%，而兩種種植體的最大應(yīng)力水平均在皮質(zhì)骨生理極限范圍內(nèi)，并在牛肋骨上進(jìn)行耐折性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果與有限元研究一致。另一項(xiàng)動態(tài)載荷下種植體折斷的研究中［16］，種植體植入不同角度，對冠邊緣重復(fù)施加載荷直到100000次，記錄發(fā)生折斷的種植體，結(jié)果顯示，隨植入角度增大，種植體發(fā)生折斷時，加載次數(shù)隨之減少，且在植入角度大于15°時，次數(shù)顯著減少。但這項(xiàng)研究是基于實(shí)驗(yàn)室研究，而人體骨骼具有一定的緩沖作用，種植體應(yīng)用于口內(nèi)時，可能會略有不同。夏琳［17］等將傾斜種植應(yīng)用于不同質(zhì)量的頜骨中進(jìn)行有限元分析，她認(rèn)為頜骨骨質(zhì)越致密，種植體可應(yīng)用的傾斜角度越大，而上頜后區(qū)骨質(zhì)疏松，多為Ⅲ或Ⅳ類骨，因此不建議上頜后區(qū)應(yīng)用傾斜種植。董樹君［18］等卻認(rèn)為在上頜后牙區(qū)骨量不足時可采用傾斜種植，但應(yīng)適當(dāng)增加種植體長度和直徑且傾斜角度應(yīng)小于15°。

臨床上，上頜竇區(qū)的傾斜種植還常用于全牙弓的種植修復(fù)。對上頜all-on-four的遠(yuǎn)中種植體傾斜角度種植體周圍骨應(yīng)力的研究發(fā)現(xiàn)［19，20］，不管即刻或延遲加載力時，種植體周圍骨的應(yīng)力都隨著遠(yuǎn)中種植體傾斜的角度增大而減小，在種植體傾斜45°時，骨應(yīng)力最小。這一結(jié)果與單個傾斜種植研究結(jié)果相矛盾，這可能是由于all-on-four的遠(yuǎn)中種植體傾斜45°時，縮短了懸臂長度。

3.短種植體種植

當(dāng)前，各學(xué)者對短種植體的定義尚不明確，多數(shù)文獻(xiàn)定義長度≤8mm為短種植體。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為短種植體意味著低成功率，然而最近研究表明短種植體與標(biāo)準(zhǔn)種植體成功率上并無統(tǒng)計學(xué)差異［21，22］。Jomjunyong等［23］研究了短種植體的單冠和聯(lián)冠模型的應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)短種植體聯(lián)冠修復(fù)比單冠修復(fù)可以降低20%的應(yīng)力，但不管單冠還是聯(lián)冠，種植體的應(yīng)力分布特點(diǎn)相似。而將短種植體（525mm）與上頜竇提升、傾斜種植等種植方法進(jìn)行生物力學(xué)研究［24］，還發(fā)現(xiàn)上頜竇提升與短種植體應(yīng)力不管垂直或斜向加載力均小于傾斜種植，而短種植體的種植在斜向加載力時，比上頜竇提升時表現(xiàn)為更少的應(yīng)力集中，因此從生物力力學(xué)角度來說，在不能開展上頜竇提升技術(shù)時，可優(yōu)先考慮短種植體。種植體直徑也是影響短種植體周圍應(yīng)力的主要因素，Kang等［25］通過三維有限元分析短種植體不同直徑對種植體周圍應(yīng)力的影響，發(fā)現(xiàn)種植體直徑小于5.5mm時，隨著直徑的增加，種植體周圍骨應(yīng)力隨之減少，避免了種植體周圍骨應(yīng)力集中。Demenko等［26］對上頜后區(qū)的短種植體承載力的研究，也證實(shí)這一結(jié)果，而且他認(rèn)為種植體直徑的增加對周圍骨應(yīng)力的影響比長度增加的影響更顯著，因此，短粗種植體在上頜竇區(qū)應(yīng)用時可以獲得與常規(guī)種植體相似的效果。

4.上頜后區(qū)雙皮質(zhì)固位種植

上頜竇區(qū)雙皮質(zhì)固位指種植體植入上頜竇底骨皮質(zhì)中，利用上頜竇底皮質(zhì)骨和牙槽嵴頂皮質(zhì)骨的雙重固位。Verri等［27］在前牙區(qū)就觀察到雙皮質(zhì)固位可以減輕種植體頂端的應(yīng)力集中。Seker［28］將雙皮質(zhì)固位的短寬種植體修復(fù)與其他種植修復(fù)方式比較，發(fā)現(xiàn)雙皮質(zhì)固位的短寬種植體的應(yīng)力和位移最小。近年來，也一直有學(xué)者推薦上頜竇區(qū)使用雙皮質(zhì)固位的方法。雙皮質(zhì)固位的生物力學(xué)研究主要是針對牙槽嵴頂皮質(zhì)骨、竇底皮質(zhì)骨等。

4.1 牙槽嵴頂皮質(zhì)骨 Branemark［29］等的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)肯定了鼻腔和上頜竇植入物的雙皮質(zhì)固定可以減少種植體的失敗率。Han［30］等人在一項(xiàng)種植體的體外研究中，雙皮質(zhì)種植顯示出明顯更高的移除扭矩。Oliveira［31］等的研究中，還發(fā)現(xiàn)雙皮質(zhì)固位種植體在種植過程中表現(xiàn)出了較高的植入扭矩和穩(wěn)定系數(shù)。在最近一項(xiàng)有限元研究中［32］，對不同厚度牙槽嵴皮質(zhì)骨的應(yīng)力比較，發(fā)現(xiàn)厚度為1mm的皮質(zhì)骨比厚度為2mm的皮質(zhì)骨有更大的應(yīng)力集中。Yan［33］等采用可變厚度的牙槽嵴頂?shù)钠べ|(zhì)骨和固定厚度的竇底皮質(zhì)骨，施加129N力，也發(fā)現(xiàn)牙槽嵴頂皮質(zhì)骨的最大的von Mises應(yīng)力和位移均隨著牙槽嵴頂皮質(zhì)骨厚度的減小而增加。這些研究表明，牙槽嵴頂?shù)钠べ|(zhì)骨厚度對改善種植體周圍骨應(yīng)力有明顯作用。

4.2 竇底皮質(zhì)骨 研究表明［33］，即刻加載時，竇底皮質(zhì)骨的應(yīng)力變化比牙槽嵴頂?shù)钠べ|(zhì)骨應(yīng)力變化更顯著。Yan［14］等假定牙槽嵴頂1mm和竇底骨皮質(zhì)0.5mm的厚度不變，兩者之間的距離從8.5mm至0.5mm，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)距離小于2.5mm，即RBH＜4mm時，竇底皮質(zhì)骨的應(yīng)力迅速增加一倍，種植體的最大位移也顯著增加。薛燕青［34］等還對種植體根尖部與上頜竇底皮質(zhì)骨的關(guān)系進(jìn)行了研究，未接觸，接觸，和穿過竇底皮質(zhì)骨的即刻加載中，穿過竇底皮質(zhì)骨時，頸部皮質(zhì)骨應(yīng)力降低，竇底皮質(zhì)骨應(yīng)力大于頸部皮質(zhì)骨。這些研究似乎都表示竇底皮質(zhì)骨對上頜竇的種植是有利的。然而，Oosterwyck［35］等人在有限元方法研究中評估了雙皮質(zhì)與單皮質(zhì)固位在不同骨質(zhì)下的效果，雙皮質(zhì)固位使整個種植體的應(yīng)力均比單皮質(zhì)情況降低，但是，在骨質(zhì)量條件較好時，雙皮質(zhì)固位的應(yīng)力下降并不明顯，只有在骨質(zhì)量較差的情況下應(yīng)力變化才顯著。部分學(xué)者還將雙皮質(zhì)固位應(yīng)用于臨床，發(fā)現(xiàn)種植體的雙皮質(zhì)固位并未增加其生存率，反而種植體折斷比例增加［36］。可能的解釋是骨質(zhì)量較好時，雙皮質(zhì)固位使種植體的不利應(yīng)力增加，導(dǎo)致種植體折斷。一項(xiàng)系統(tǒng)回顧分析中［37］，報告了種植體寬度增加可以減少種植體折斷，因此，建議在骨質(zhì)疏松的上頜竇區(qū)可應(yīng)用雙皮質(zhì)固位，同時適當(dāng)增加種植體直徑。

5.穿顴穿翼種植

上頜后牙區(qū)因各種原因?qū)е律项M骨嚴(yán)重骨量不足，已不能采用常規(guī)種植技術(shù)，穿顴骨或翼上頜區(qū)的種植成為可選擇的一種種植修復(fù)方式。

5.1 穿顴骨種植 傳統(tǒng)穿顴骨種植包括上頜竇溝槽技術(shù)和經(jīng)上頜竇外種植技術(shù)。顴種植體被植入牙槽嵴腭側(cè)皮質(zhì)骨、上頜竇底皮質(zhì)骨和顴骨的2層皮質(zhì)骨中［38］。Freedman等［39］的研究發(fā)現(xiàn)穿顴骨種植的最大壓應(yīng)力位于牙槽嵴頂和顴骨上頜縫區(qū)域的皮質(zhì)骨處，上頜竇外種植技術(shù)的種植體最大應(yīng)力小于上頜竇溝槽技術(shù)的最大應(yīng)力，但受限于上頜竇外側(cè)牙槽骨量，上頜竇外種植的應(yīng)用并不普遍。有研究［40］認(rèn)為顴骨種植體與皮質(zhì)骨接觸可以減少顴骨種植體的應(yīng)力集中，對顴骨種植修復(fù)起著穩(wěn)固的作用，將種植體植入不同上頜竇頰側(cè)骨缺損中，種植體不經(jīng)牙槽嵴或竇壁直接進(jìn)入顴骨時種植體觀察到的應(yīng)力高于其他所有類型，且種植體與上頜竇皮質(zhì)骨接觸區(qū)域越大，應(yīng)力越小。儲順禮等［41］分別模擬在不同位點(diǎn)植入顴骨種植體，發(fā)現(xiàn)顴骨種植義齒的應(yīng)力與植入位點(diǎn)相關(guān)，第一磨牙植入位點(diǎn)的應(yīng)力分布最為合理。

近年來，臨床上出現(xiàn)了以血管化骨瓣結(jié)合顴骨種植體植入的修復(fù)方式。吳軼群等［42］研究認(rèn)為單側(cè)血管化腓骨瓣結(jié)合顴種植體修復(fù)可合理的傳導(dǎo)和分散咀嚼應(yīng)力。甄恩明［43］的研究進(jìn)一步證明雙側(cè)植入顴種植體可使應(yīng)力分布更加合理，而且能有效恢復(fù)患者的顴突支柱。因此，穿顴骨種植是一種可選擇的臨床治療方案。

5.2 翼上頜種植 翼上頜種植是將種植體從上頜結(jié)節(jié)處傾斜植入，穿過腭骨椎突，最終到達(dá)蝶骨翼突的皮質(zhì)骨。翼上頜區(qū)種植體位于上頜牙弓的最后方，受到非軸向力的作用并承受較高的咀嚼力，故而很少單獨(dú)使用，常常與其他部位的種植體相結(jié)合。潘文輝等［44］建立上頜無牙頜的翼上頜種植，研究認(rèn)為增加中間前牙區(qū)種植體數(shù)目有利于將應(yīng)力傳導(dǎo)至翼板，分散應(yīng)力集中，但翼上頜區(qū)的種植體傾斜角度對應(yīng)力影響不大。

翼上頜區(qū)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，神經(jīng)血管較多，該技術(shù)僅由少部分經(jīng)驗(yàn)豐富的臨床醫(yī)師所掌握，相關(guān)研究報道較少，而其生物力學(xué)研究更是少之又少，因此翼上頜區(qū)種植體長度、植入位置、設(shè)計方案等對生物力學(xué)的影響需要更深入系統(tǒng)的研究。

6.總結(jié)與展望

綜上所述，從生物力學(xué)角度，選擇種植方式時應(yīng)充分考慮種植體及周圍骨的應(yīng)力，上頜竇提升是解決上頜后區(qū)骨量不足的首選方法，但實(shí)際臨床應(yīng)用時，常常需要考慮種植并發(fā)癥、患者自身?xiàng)l件及經(jīng)濟(jì)因素等，故可在骨質(zhì)量較差時考慮短粗種植體技術(shù)。將短粗種植體植入竇底皮質(zhì)骨，一方面竇底可增加種植體穩(wěn)定性，另一方面大直徑種植體可減少種植體折斷。但目前尚未有足夠證據(jù)表明其中哪種植入方式在RBH＜4mm時具有明顯生物力學(xué)優(yōu)勢。有限元分析方法在復(fù)雜口腔情況及上頜竇解剖結(jié)構(gòu)存在一定的局限性，隨著生物力學(xué)的發(fā)展，在有限元研究基礎(chǔ)上加以臨床實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，相信可以為臨床應(yīng)用提供更為可靠的依據(jù)。