基臺與螺釘對基臺—種植體界面連接穩(wěn)定性影響的研究進(jìn)展*

馬瑞陽 孫蔓琳 稅鈺森 張煜強(qiáng) 于海洋

隨著牙種植修復(fù)技術(shù)的完善，其15年成功率可高達(dá)84.2-96.3%[1-3]，然而，種植修復(fù)患者總量較大，種植體失敗總量及不良后果仍不容小覷。臨床上常用的種植體通常為兩段式種植體，其部件可細(xì)分為種植體、基臺（包括或不包括基臺螺釘）和上部修復(fù)體三個部分。基臺是其中承上啟下的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其于種植體間的界面普遍存在微動、微間隙和微滲漏現(xiàn)象[4]?；_通過或不通過中央螺釘與種植體緊密接觸，但兩者之間存在著潛在不充分接觸，導(dǎo)致該界面在靜息狀態(tài)下有1-10 μm的微間隙[5]，且牙種植體在口腔功能負(fù)荷環(huán)境中，承受著復(fù)雜多變的咬合力，會引起基臺—種植體之間的微小相對位移，其運(yùn)動幅值范圍符合摩擦學(xué)中“微動磨損”的內(nèi)涵[6]。在此過程中，口腔環(huán)境中唾液、食糜和微生物等可通過微間隙進(jìn)入基臺—種植體中，也可由“泵”作用返流回牙種植體周軟硬組織中，該現(xiàn)象稱為基臺—種植體界面的微滲漏。微動、微間隙和微滲漏相互伴隨[7-9]：隨著界面的微動，可導(dǎo)致種植體與基臺的分離，造成微間隙的變化。微動及微間隙可能導(dǎo)致基臺或（和）基臺螺釘?shù)乃蓜?、折斷[10，11]，相關(guān)機(jī)械并發(fā)癥的發(fā)生率為11.6-47.9%[12，13]；微動的存在還會增加接觸界面的磨損，從而增加種植體—基臺界面的微間隙[14]，而微間隙作為微生物定植點，可能會導(dǎo)致邊緣骨的喪失[15]。因此，微動、微間隙和微滲漏的增加將增大種植修復(fù)機(jī)械學(xué)及生物學(xué)并發(fā)癥的風(fēng)險；而減小基臺—種植體界面微動、微間隙和微滲漏也成為種植研究領(lǐng)域的難點和熱點。因此，微動、微間隙和微滲漏是種植修復(fù)機(jī)械學(xué)及生物學(xué)并發(fā)癥的起始原因之一。基于該背景，界面穩(wěn)定性是指基臺—種植體界面抵抗微動、微間隙和微滲漏，并維持基臺—種植體相對位置穩(wěn)定的能力。

評價界面穩(wěn)定性的方法包括了研究微間隙[16，17]和微滲漏[18-23]的大小、基臺及螺釘松動[24]和折斷的發(fā)生率及抗折強(qiáng)度[20，25-29]。微動、微間隙和微滲漏越小，種植修復(fù)的疲勞壽命或存留率可能更高，界面穩(wěn)定性越高；反之，若微動、微間隙和微滲漏增大，甚至發(fā)生基臺和螺釘?shù)乃蓜?、折斷，則認(rèn)為界面穩(wěn)定性較差，相關(guān)治療的預(yù)后相對欠佳。

此外，兩段式種植體中，基臺和螺釘起著承上啟下的連接作用，維持整個種植體系統(tǒng)的穩(wěn)定。中央螺釘擰緊過程中的扭矩會產(chǎn)生的拉力，即預(yù)緊力。當(dāng)中央螺釘螺紋與種植體內(nèi)部螺紋間的拉力小于分離力時，螺釘會發(fā)生松動[30]，從而影響基臺—種植體穩(wěn)定性。因此，預(yù)緊力是抑制螺釘松動即提高螺紋連接穩(wěn)定性的重要因素，一般通過旋出扭矩值反映[31-33]，在一定范圍內(nèi)預(yù)緊力越大，界面穩(wěn)定性越大。因此，評估界面穩(wěn)定性的方法除了測量微滲漏和微間隙外，還可通過旋出扭矩值進(jìn)行評價。而在擰緊過程中，90%的扭矩用于克服摩擦，只有10%用于建立預(yù)緊力[34]，其大小與基臺螺釘?shù)牟牧?、設(shè)計、連接方式、擰緊方式等密切相關(guān)[35，36]。

因此，在各研究中，界面穩(wěn)定性主要通過微滲漏、微間隙情況、基臺及基臺螺釘（中央螺釘）的存留率、疲勞壽命、是否松動、應(yīng)力分布情況[20，37，38]、斷裂強(qiáng)度以及預(yù)緊力（一般通過旋出扭矩值反映）等參數(shù)指標(biāo)綜合反映。本文將從基臺與螺釘對基臺—種植體連接穩(wěn)定性的影響進(jìn)行綜述。

1.基臺對基臺—種植體連接穩(wěn)定性的影響

基臺對基臺—種植體連接穩(wěn)定性的影響因素包括基臺的類型、固位部分的設(shè)計、材料及基臺—種植體的連接方式，其中，基臺的類型分類包括骨組織與軟組織水平種植體基臺、成品基臺與個性化基臺。

1.1 骨組織與軟組織水平種植體基臺 關(guān)于基臺—種植體結(jié)構(gòu)的有限元分析結(jié)果表明[16]，咀嚼負(fù)荷方向為45°時，骨水平種植體的基臺—種植體界面微間隙為3.2 μm，而軟組織水平種植體的基臺—種植體界面微間隙小于1 μm；咀嚼負(fù)荷方向為60°時，骨水平種植體的基臺—種植體界面微間隙為6.7 μm，而軟組織水平種植體的基臺—種植體界面微間隙僅有2.6 μm。這項研究結(jié)果提示了軟組織水平種植體的基臺微間隙可能更小，為今后的微間隙相關(guān)研究提供了理論基礎(chǔ)，但未來還需要更多相關(guān)的研究進(jìn)一步證實軟組織水平種植體及骨組織種植體對基臺微間隙的影響。

1.2 成品基臺與個性化基臺 根據(jù)基臺是否預(yù)成，基臺可分為成品基臺和個性化基臺。其中，個性化基臺的制造技術(shù)包括常規(guī)鑄造、研磨技術(shù)、計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造（computer aided design and computer aided manufacturing，CAD/CAM）技術(shù)[39]。CAD/CAM個性化基臺因可個性化設(shè)計穿齦輪廓形態(tài)、粘接線位置和減少基臺顏色外顯的不良影響等優(yōu)勢，近年來應(yīng)用更廣泛，成為學(xué)者們研究的熱點。

個性化基臺和成品基臺微間隙的比較目前仍有爭議。DeMori等[17]對個性化鑄造金屬基臺和成品金屬基臺施加種植體廠家推薦的扭矩值，并在循環(huán)載荷前后測量微間隙，發(fā)現(xiàn)個性化基臺—種植體界面的垂直間隙平均值從5.3 μm增至6.6 μm，成品基臺—種植體界面的垂直間隙從7.4 μm增至8.2 μm，但不論疲勞循環(huán)加載前還是循環(huán)加載后，兩種基臺的垂直微間隙比較均無統(tǒng)計學(xué)差異。然而，與以上結(jié)果對立，有研究[25]表明個性化氧化鋯基臺的水平微間隙（28.8μm）和邊緣微間隙（11.5 μm）大于成品氧化鋯基臺（19.3 μm，4.3 μm），但兩者垂直微間隙（105.0 μm，106.5 μm）無統(tǒng)計學(xué)差異。還有學(xué)者研究認(rèn)為[28]，成品鈦合金基臺與種植體的邊緣微間隙很小，幾乎無法測量，而個性化鈷鉻合金基臺的平均間隙為2.5 μm左右。

不同研究間關(guān)于扭矩穩(wěn)定性的比較結(jié)果也有差異。有研究表明[31]，不論是疲勞試驗前還是疲勞試驗后，個性化鈦合金基臺的旋出扭矩和成品鈦合金基臺相比，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。然而，有學(xué)者認(rèn)為[32]，雖然在疲勞試驗前，個性化鈦合金基臺和成品鈦合金基臺的旋出扭矩下降率無統(tǒng)計學(xué)差異，但咀嚼模擬后，個性化鈦合金基臺的旋出扭矩下降率顯著高于成品鈦合金基臺，表現(xiàn)出較差的連接穩(wěn)定性。

基臺強(qiáng)度的研究結(jié)論同樣未達(dá)成一致。有學(xué)者[25]對氧化鋯接口的個性化和成品的內(nèi)六角連接氧化鋯基臺的斷裂強(qiáng)度進(jìn)行了實驗室研究，發(fā)現(xiàn)個性化氧化鋯基臺壓縮強(qiáng)度高于成品氧化鋯基臺。無獨(dú)有偶，另一項研究[26]對比了氧化鋯接口的個性化和成品的莫氏錐度氧化鋯基臺，發(fā)現(xiàn)個性化氧化鋯基臺比成品氧化鋯基臺具有更強(qiáng)的抗折性能。然而，Mitsias等[27]對接口為氧化鋯材料的成品和個性化氧化鋯基臺進(jìn)行靜態(tài)加載實驗和動態(tài)加載實驗，發(fā)現(xiàn)個性化氧化鋯基臺和成品氧化鋯基臺斷裂強(qiáng)度的差異無統(tǒng)計學(xué)意義。Alonso-Pérez[28]等對個性化鈷鉻合金基臺與成品鈦合金基臺進(jìn)行人工唾液熱循環(huán)后的靜態(tài)加載試驗，也得出了相同的結(jié)論。

可見，目前關(guān)于成品基臺和個性化基臺的微間隙、扭矩穩(wěn)定性和強(qiáng)度的比較仍有待進(jìn)一步明確。

1.3 基臺固位部分設(shè)計 基臺的固位部分形態(tài)參數(shù)也可能影響基臺的斷裂強(qiáng)度，從而影響基臺—種植體界面的穩(wěn)定性。Saker等[29]研究表明，成品氧化鋯基臺平臺直徑越大，斷裂強(qiáng)度越大；然而，在固位部分的角度影響方面，成品氧化鋯直基臺和成品氧化鋯15°角度基臺的斷裂強(qiáng)度無統(tǒng)計學(xué)差異。

1.4 基臺的材料 常用的基臺材料有：鈦及鈦合金、氧化鋯、氧化鋁和聚醚醚酮（Polyetheretherketone，PEEK）等。盡管關(guān)于窄直徑內(nèi)連接基臺的研究表明[40]，個性化鈦基臺的抗折強(qiáng)度明顯比鈦合金接口及氧化鋯接口的氧化鋯基臺高，但氧化鋯基臺由于其良好的生物相容性和美學(xué)性能而廣泛應(yīng)用于個性化基臺的制作，可通過聯(lián)合使用鈦基底制作氧化鋯個性化基臺，此時基臺—種植體連接為鈦—鈦連接；還有氧化鋯接口的一體化氧化鋯個性化基臺。有研究[41]比較氧化鋯接口和鈦合金接口的個性化氧化鋯斷裂強(qiáng)度，結(jié)果顯示，鈦合金接口的氧化鋯基臺斷裂強(qiáng)度大于氧化鋯接口的基臺。同樣，有學(xué)者通過[42]動態(tài)模擬咀嚼循環(huán)負(fù)荷研究發(fā)現(xiàn)，鈦—鈦的基臺—種植體連接比鈦—氧化鋯的基臺—種植體連接表現(xiàn)出更高的抗折能力。

在機(jī)制方面，Dhingra的研究提出[43]，氧化鋯接口的基臺和種植體之間存在著從基臺螺釘和種植體內(nèi)部脫落的一層鈦碎屑，使得氧化鋯基臺與種植體的適配性大大降低，微動幅值增大，造成螺釘和種植體的松動和斷裂風(fēng)險增大。除以上體外研究，在臨床效果評價方面，關(guān)于一體式氧化鋯基臺（氧化鋯接口）及分體式氧化鋯基臺（鈦基底+CAD/CAM氧化鋯個性化基臺）的系統(tǒng)評價表明[44]，兩者5年臨床存留率及機(jī)械并發(fā)癥發(fā)生率均可接受，其中，一體式基臺的折斷發(fā)生率（4.13%）及螺釘松動率（1.86%）均高于分體式基臺（0.2%、0.6%）。這些研究結(jié)果提示了非鈦接口的一體化氧化鋯基臺的臨床效果仍需長期隨訪觀察，建議臨床中結(jié)合具體情況，謹(jǐn)慎選擇全瓷基臺，而氧化鋯基臺的改性或接口的結(jié)構(gòu)仍需進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計以提高其抗折裂、抗基臺螺釘松動的能力及與種植體之間的適配性。

除鈦基臺和氧化鋯基臺，目前市售還有PEEK材料的愈合基臺或臨時基臺，可用于個性化塑造穿齦輪廓。雖有使用PEEK基臺進(jìn)行永久修復(fù)的臨床報道[45]，但目前PEEK材料尚未廣泛用于永久修復(fù)中。一項體外研究表明[18]，PEEK基臺的扭矩喪失率最高達(dá)50%，明顯高于鈦基臺的扭矩喪失率（10%），且?guī)缀跛蠵EEK基臺均發(fā)生了明顯的微滲漏，但約90%鈦基臺未發(fā)生明顯微滲漏，因此該研究團(tuán)隊認(rèn)為PEEK基臺仍難以替代傳統(tǒng)鈦基臺。但有限元分析提示[37]，PEEK代替鈦基臺可降低自身應(yīng)力。且有臨床研究[45]表明，PEEK基臺5年臨床回訪顯示100%種植修復(fù)成功率，但該研究中使用的是鈦基底支持式PEEK基臺，即通過預(yù)成鈦基底和個性化研磨的PEEK基臺粘接制作而成，其設(shè)計方式類似于聯(lián)合使用鈦基底的氧化鋯個性化基臺。關(guān)于PEEK作為基臺材料以及基臺接口為PEEK材料的實驗室及更長期的臨床研究仍需進(jìn)一步開展以驗證其作為永久修復(fù)材料的潛力。

1.5 基臺—種植體連接方式 基臺—種植體連接按照種植體平臺中心的凸起或凹陷分為外連接和內(nèi)連接，不同的連接方式會影響基臺—種植體界面的細(xì)菌微滲漏情況[19]。外連接通常在種植平臺上有一個向外凸起的六邊形，而內(nèi)部連接可分為內(nèi)六角、內(nèi)八角和莫氏錐體。外六角連接設(shè)計簡化了印模和修復(fù)階段的外部連接記錄。然而，它也存在一些缺點，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在受側(cè)向力時，外連接種植體產(chǎn)生相對位移較大，易產(chǎn)生微間隙和微動，在一定程度上會影響到基臺螺釘?shù)姆€(wěn)定性，引起基臺螺釘?shù)乃蓜由踔疗跀嗔裑20]。一項系統(tǒng)評價報道，外連接種植體的基臺螺釘松動率在6%到48%之間[24]，且雖然在Mishra等人的系統(tǒng)評價中[21]，幾乎所有納入的研究都表明基臺—種植體界面存在一定量的微滲漏，但相比之下，內(nèi)連接種植體在種植體中的連接深度更大，可以在種植體壁上更均勻地分散應(yīng)力[38]，可分散到整個種植體周圍的骨上，從而減少機(jī)械學(xué)和生物學(xué)并發(fā)癥，如螺釘松動、斷裂和邊緣骨吸收[15]。與其他連接方式相比，莫氏錐度的內(nèi)連接結(jié)構(gòu)增加了其基臺和種植體的匹配性和密封性[46]，使微滲漏明顯減少[21，22]。在這些研究基礎(chǔ)上，He的團(tuán)隊[23]研究發(fā)現(xiàn)，超過80%的外連接樣品在40 N左右的負(fù)荷下就出現(xiàn)了微滲漏，而90%的錐形內(nèi)連接樣本在100 N左右的負(fù)載下才會出現(xiàn)微滲漏。

根據(jù)以上研究結(jié)果，可看出內(nèi)連接在減小機(jī)械和生物學(xué)并發(fā)癥上較外連接更有優(yōu)勢，但仍需同時考慮可能影響臨床結(jié)果的其他因素。以上研究大多數(shù)為體外實驗，需要進(jìn)一步的體內(nèi)前瞻性研究，以建立最佳性能連接的證據(jù)。

2.基臺螺釘對基臺—種植體連接穩(wěn)定性的影響

2.1 基臺螺釘?shù)牟牧?目前，常用的基臺螺釘材料主要是鈦合金。除鈦合金外，也有種植體品牌的螺釘材料是金合金，由于金合金螺釘?shù)膹椥阅Ａ勘肉伕?，因此與鈦合金螺釘相比可以抑制螺釘松動[47]。除了基臺螺釘本身的材料外，基臺螺釘表面涂層也是一大研究熱點。有研究報道，基臺螺釘涂層可通過降低基臺螺釘與種植體內(nèi)表面之間的摩擦系數(shù)，將更多的擰緊扭矩轉(zhuǎn)化為預(yù)緊力，同時使基臺螺釘連接更穩(wěn)定[27]。近年報道的有較好防松效果的涂層有：二氧化硅涂層[48]、聚醚醚酮（PEEK）涂層[49]和類金剛石碳（DLC）涂層[50]等。

另外，基臺螺釘和種植體內(nèi)表面涂布潤滑劑對預(yù)緊力影響仍未達(dá)成一致。Frederico等[51]提出，在口腔潮濕的環(huán)境中，唾液的潤滑作用使螺紋副連接有較大的預(yù)緊力，可以防止基臺螺釘松動。這一研究結(jié)果讓唾液或其他液體潤滑劑是否能代替涂層起到防松作用成為研究熱點。但近年一項有限元分析指出[51]，盡管液體潤滑劑通過降低摩擦系數(shù)增加了預(yù)緊力和剩余扭矩，但是基臺螺釘?shù)男雠ぞ靥嵘欢唷？紤]到液體潤滑劑對基臺螺釘?shù)奈廴究赡軐?dǎo)致的生物并發(fā)癥，目前學(xué)界依然不建議使用液體潤滑劑[52]。另一項研究證實了凡士林液體對外連接氧化鋯基臺的鈦合金基臺螺釘連接穩(wěn)定性并無影響[53]。并且，雖然石墨、凡士林能減小基臺螺釘與種植體內(nèi)表面之間的摩擦系數(shù)，增大預(yù)緊力，但在抗折強(qiáng)度的實驗中，使用潤滑劑的種植體的疲勞壽命并不能提高，甚至在大載荷的作用下，疲勞壽命降低[54]。

2.2 基臺螺釘?shù)男螒B(tài)設(shè)計 預(yù)緊力大小除了主要取決于擰緊時施加的扭矩外，還與螺釘頂端形狀和螺紋設(shè)計有關(guān)。有學(xué)者[55]發(fā)現(xiàn)，疲勞試驗后錐形頭基臺螺釘和平頭基臺螺釘?shù)男雠ぞ夭町惒淮?，但Murillo[8]采用DNA雜交法檢測比較平頭基臺螺釘和錐頭基臺螺釘連接的種植體內(nèi)部的細(xì)菌數(shù)量，發(fā)現(xiàn)錐頭基臺螺釘連接的種植體的微生物數(shù)量較少，表明基臺—種植體界面的微滲漏更小。此外，Arnetzl[33]報道了一種特殊的雙錐基臺螺釘設(shè)計（見圖1，引自[33]），其旋出扭矩值明顯高于單錐頭螺釘，且在加載前后均比傳統(tǒng)平頭螺釘?shù)姆€(wěn)定性好。

基臺螺釘?shù)穆菁y形態(tài)設(shè)計也是影響螺釘穩(wěn)定性的重要因素之一。有學(xué)者報道了短螺紋（3.5個）的外六角連接種植體比長螺紋（6.5個）和短螺紋的內(nèi)六角連接種植體在防松效果上更有優(yōu)勢[56]。然而近年來，對于螺紋結(jié)構(gòu)的報道尚少，其原因可能是目前螺釘主要為成品，其加工工藝要求高，但可先從理論力學(xué)的角度探索出更具穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)。

3.總結(jié)

綜上所述，本文主要從基臺和基臺螺釘?shù)呐涓辈牧虾吐菁y等設(shè)計的角度討論了基臺螺釘連接穩(wěn)定性的影響因素，通過合理等材料選擇和優(yōu)化設(shè)計，找到更合適更穩(wěn)定的界面配副，同時應(yīng)注意臨床操作規(guī)范，如按廠家要求的方式和扭矩加力、擰緊基臺螺釘及注意修復(fù)體是否被動就位等，才能獲得長期穩(wěn)定有效的基臺—種植體連接，并有助于順利實現(xiàn)種植治療的預(yù)期療效。