種植體周圍骨上軟組織的應用及研究進展

陳京京,李舒雅,劉騰達,王淑紅

Berglundh等[1]在1991年提出種植體周圍存在類似于天然牙生物學寬度的軟組織屏障,包括約2 mm的上皮附著和1 mm的結締組織,而2017年的牙周共識性會議上用“嵴上軟組織結合”代替了“生物學寬度”[2]。2020年Avila-Ortiz等[3]提出“骨上軟組織高度”這一概念,指的是齦溝上皮、結合上皮和嵴頂上結締組織這三種結構的垂直向距離,另外提出“嵴上軟組織附著”的概念是指結合上皮和結締組織在種植體表面的附著。

1 骨上軟組織的形成及改建

種植體周圍形成穩(wěn)定的軟組織結構需要6～12周。植入后2 h白細胞聚集在致密的纖維蛋白網格中,形成初始的黏膜封閉。1～2周時存在大量成纖維細胞和血管結構,開始形成上皮屏障。隨后,上皮逐漸成熟,在12周時形成了致密的結締組織[4]。與Berglundh等報道6～12周上皮完全愈合不同的是Sukekava等[4]的動物實驗觀察到愈合12周時仍存在少量炎癥細胞,作者認為這可能與種植體頸部連接設計有關。

骨上軟組織高度成熟后穩(wěn)定在3.1～3.5 mm之間。術后1～2周STH高度開始增加,齦溝深度變淺,結合上皮變長,結締組織附著變短,齦溝上皮和結合上皮在1.7～2.1 mm之間變化[5]。人體臨床試驗同樣證實了骨上軟組織高度的穩(wěn)定性,包括了1.9 mm的屏障上皮和1.7 mm的結締組織部分[6]。但植入新鮮拔牙窩中的種植體在8 周時的軟組織尺寸約為 5 mm,包括3.0～3.5 mm的上皮和1.0～1.5 mm的結締組織,該學者認為即刻種植的軟組織愈合可能會導致上皮界面比延期種植更長[7]。

2 骨上軟組織的附著

種植體周圍骨上軟組織在種植體穿齦處形成良好的封閉效果才能發(fā)揮隔絕外界刺激的作用。結合上皮與種植體表面主要通過半橋粒和基底層蛋白相黏附[1],與天然牙周圍上皮附著于整個交界面不同的是種植體周圍上皮細胞的半橋粒和基底層主要存在于種植體與上皮交界的根方[8],有學者認為這是一種不良的上皮黏附。結合上皮會持續(xù)表達細胞間黏附因子、趨化因子和其他細胞因子,起到維持結合上皮生理穩(wěn)態(tài)的作用。當種植體周圍遭受大量致病菌侵襲時,促進中性粒細胞和淋巴細胞通過這些因子的相互作用滲透到結合上皮中,發(fā)揮出先天免疫的作用[9]。

結締組織富含大量膠原纖維,通過糖蛋白黏附在種植體表面上,通常呈平行于種植體表面或環(huán)繞種植體的狀態(tài),穩(wěn)定且致密的膠原纖維有支撐結合上皮、保護下方骨組織的作用[10]。結締組織中的主要細胞是成纖維細胞,主要通過細胞膜的跨膜轉運蛋白與細胞外基質中的纖連蛋白相連形成黏著斑黏附于種植體表面。結締組織的附著部分分為貼近種植體的內側區(qū)和外面的外側區(qū),內側區(qū)寬約40 μm,無血管、膠原纖維細小,但成纖維細胞豐富;外側區(qū)富含血管,膠原纖維更多且粗大,但是細胞含量較少[11]。相比天然牙的Ⅲ型膠原,種植體的結締組織中含有大量抗膠原蛋白葡萄糖酶的Ⅴ型膠原,類似于瘢痕組織,因此黏附力較小,抵御外力或生物入侵的能力比天然牙更弱[12]。

3 骨上軟組織的相關臨床應用

3.1 種植體的植入深度

大多學者認為STH并不受植入深度的影響,種植體平臺位于骨下時,牙槽骨發(fā)生吸收改建來形成生物學封閉,植入越深,骨吸收越多,但軟組織高度保持不變[13]。張楚南等[14]將骨水平種植體分別植入平齊牙槽嵴頂,頰側牙槽嵴下2 mm,頰側牙槽嵴下1 mm和頰側牙槽嵴上方1 mm,結果發(fā)現(xiàn):各組的頰舌側均獲得了相似的骨STH。Pontes等[15]研究負重時機對種植體不同的骨內植入深度形成的生物學寬度的影響及Valles等[16]研究種植體頸部機械加工和表面噴砂酸蝕兩種處理方法對種植體不同植入深度時形成的結締組織的影響,均證實不同的負重時機或處理方法對不同植入深度所形成的骨上軟組織高度差異無統(tǒng)計學意義。

雖然大量研究證實STH與植入深度無關,但也有部分學者研究發(fā)現(xiàn)不同的植入深度會影響軟組織尺寸及位置。當種植體在骨下2 mm時,形成的軟組織附著更靠近牙冠[13]。Valles等[17]的另一項Meta分析表明骨下植入時有更長的結合上皮附著,且邊緣骨吸收更少,牙槽嵴頂更靠近冠方,這與de Siqueira等[18]的臨床研究結果相一致。Askar等[19]的Meta分析甚至得出結論認為骨上或骨下種植體的軟組織垂直高度均大于平嵴頂水平。因此,關于種植體植入深度是否影響骨上軟組織高度的問題,目前仍存在較大爭議,尋找一個理想的種植深度使骨吸收和軟組織附著達到一個最佳的狀態(tài)是目前研究需要解決的問題。

3.2 平臺轉移連接方式的應用

兩段式種植體的植體和基臺之間的界面存在微間隙,在靜止狀態(tài)下該間隙約為10 μm,細菌定植在該間隙時容易引起種植體周圍骨吸收。平臺轉移技術被證實當基臺直徑小于種植體直徑時,牙頸部的骨吸收明顯減少。學者們普遍認為平臺轉移技術使種植體-基臺界面向中軸移動,微間隙中的細菌遠離骨面,從而在生物學上降低了骨吸收,因此該技術在臨床上被廣泛應用。平臺轉移這種連接方式同樣影響著STH。

國內學者研究不同的平臺連接方式對STH的影響發(fā)現(xiàn),平臺轉移的種植體具有更長的結締組織量,結合上皮的根方位于種植體肩臺上方并有骨組織在平臺上生長的現(xiàn)象,而傳統(tǒng)對接方式的結合上皮根方位于種植體-基臺界面的根方。Rodríguez等[10]在人的組織學研究中也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象,并認為這使骨-種植體交界的水平位置處于合適的種植體平臺上,從而減少種植體周圍的骨吸收。研究學者認為平臺轉移的設計由于交界處直徑的不同而多出了軟組織在種植體上水平向附著的平臺,使垂直向的STH部分轉為水平向,增強了軟組織的穩(wěn)定性和隔絕外界刺激的功能。Farronato等[20]觀察到平臺轉移設計的種植體上皮附著垂直向更短,而結締組織長度不變,這可能因為部分上皮組織轉為水平向而引起。雖然平臺轉移技術減少了頸部骨組織的吸收并增強軟組織的附著,但種植體和基臺接觸位置的直徑差仍未達成共識。

3.3 軟組織增量的應用

通常STH能夠維持在3～4 mm,而手術創(chuàng)傷、患者本身解剖等原因常使STH高度不足,繼而影響種植體頸部骨吸收[21]。研究表明,當STH<2 mm時,種植體邊緣的骨吸收量較STH>2 mm明顯增加[22],Avila-Ortiz綜合考慮前后牙解剖差異,認為STH<3 mm為短STH[3]。因此,保持STH>3 mm或通過輔助方法增加過短的STH有利于維持種植體長期穩(wěn)定。

自體組織移植或使用異種組織等都可以增加STH。Papapetros等[23]在種植同期即在種植體平臺上放置自身移植的游離腭側結締組織,雖然厚黏膜組無論是否結締組織移植均未表現(xiàn)出明顯的黏膜厚度減少,而在薄黏膜組,接受結締組織移植的區(qū)域軟組織厚度明顯增加。為了解決自體結締組織移植需要開辟第二術區(qū)的問題,異種移植物被開發(fā)用于軟組織增量。用豬膠原基質膜對術區(qū)行垂直向軟組織增量后的平均厚度可增加(1.8±0.13)mm,且移植物與宿主完全整合[24]。脫細胞真皮基質是通過去除真皮中的表皮細胞成分制備而成,含有基底膜復合物和細胞外基質,在牙周或種植牙的軟組織增量手術中已被廣泛應用,并可獲得滿意的美學效果,但是長期穩(wěn)定效果仍有待提高[25]。在種植手術同期放置愈合帽,縫合時將其覆蓋,利用“帳篷效應”也可以產生少量的軟組織增量[26]。

STH的增加在重建生物學封閉時不僅能減少種植體周圍的骨吸收[27],還可以有效提高紅色美學評分,尤其是結締組織移植可以使美學效果保持長期穩(wěn)定[28-29]。不過STH過高導致的深齦溝容易發(fā)生清潔困難、致病菌附著、炎癥不易消退等系列問題[30]。因此,在臨床中我們要形成合適高度的軟組織,既保證了邊緣封閉,防止骨質過多吸收,又不至于造成種植體周圍感染。

3.4 種植體表面改性促進軟組織附著

種植體周圍薄弱的軟組織附著及只接受骨膜末端分支血液等原因造成了種植體比天然牙更易受到細菌和機械刺激。當種植體周圍發(fā)生感染時,結合上皮產生炎細胞浸潤區(qū),組織被破壞而向根方移動,細菌隨之入侵,結締組織附著也同時降低,進而發(fā)生骨吸收[31]。

目前,通過改變種植體表面的粗糙度、化學成分,或涂覆生物活性材料、改變種植體材料等方法,以促進種植體周圍軟組織的附著,抑制致病菌斑的形成是當前研究的熱點。

3.4.1 改變表面粗糙度

種植體表面粗糙度常用輪廓算數(shù)平均差(Ra)表示,Ra值越小,表面越光滑,Ra<1 μm表示光滑,Ra>1 μm表示粗糙,通常認為鈦種植體粗糙多孔的表面有利于骨結合的發(fā)生,而光滑表面更利于軟組織附著,但近年來發(fā)現(xiàn)微米或納米級的粗糙度更有利于形成良好的軟組織封閉。賴穎真等[32]用光蝕刻技術制作不同寬度的微溝槽形貌,發(fā)現(xiàn)隨著溝槽寬度增加,黏著斑蛋白的表達增多。根據(jù)細胞大小設計的溝槽可以產生“接觸誘導”效應,誘導人牙齦成纖維細胞沿著種植體長軸方向生長。Xu等[33]用陽極氧化用于微粗糙的鈦基體,形成直徑70～90 nm、深度200～250 nm的TiO2納米管陣列,再通過電化學沉積將磷酸鈣納米顆粒嵌入納米管中,上皮細胞和成纖維細胞在納米管陣列中表現(xiàn)出更高的黏附和增殖效果,且與細胞附著有關基因的表達更明顯。因此,創(chuàng)建適當?shù)姆N植體表面微/納米形貌可以成為影響細胞行為和增加鈦表面種植體周圍黏膜屏障穩(wěn)定性的有效方法。

3.4.2 增加表面金屬離子成分

Ta5+、Cu2+、Mg2+、Ag+等金屬離子都可以調節(jié)細胞的生物學行為。Cu2+具有抗菌性和生物活性等優(yōu)良性能,成纖維細胞在含有質量分數(shù)0.67% Cu的TiO2涂層上表現(xiàn)出較強的黏附和增殖能力。但金屬離子的濃度范圍仍需要把控,實驗證實,在質量分數(shù)1.93% Cu2+作用下成纖維細胞的增殖大大被抑制[34]。Ta2O5涂層具有較高的親水性,提高成骨效果作用顯著,同時也可以促進成纖維細胞的黏附和增殖[35]。Ag+具有良好的細胞相容性、生物活性和抗菌特性,銀納米顆粒在種植體表面常用作抗菌涂層,可通過局部釋放Ag+或直接接觸來殺死細菌[36],TiO2/Ag-TiO2納米雜化膜還可以促進上皮細胞的黏附。Mg2+摻雜的鈦表面的成纖維細胞有更強的遷移、增殖、黏附能力,更能適用于早期種植的軟組織封閉[37]。

3.4.3 使用生物大分子涂層

納米管、鈣磷涂層、殼聚糖等作為載體,將細胞外基質蛋白、多肽、生長因子、多糖和核苷酸等生物大分子物質固定在種植體表面可以刺激成纖維細胞的代謝活性,相比物理或者化學改性,生物改性有更高的仿生性,可有效改善愈合過程中的炎癥反應。

層黏連蛋白5(laminin5,LN-5)是半橋粒形成的蛋白之一,通過聚消旋乳酸(poly(D,L-lactide),PDLLA)作為LN-5的穩(wěn)定涂層構建的PDLLA-LN5復合涂層作用于鈦片可增強角質形成細胞的增殖、黏附和遷移,促進半橋粒的形成[38]。Zhang等[39]在鈦種植體表面使用層黏連蛋白332基因修飾的涂層可以改善早期角質形成細胞的黏附,促進層黏連蛋白α3在蛋白質和基因水平上的表達。還可以使形成的半橋粒變得明顯,進而改善種植體和牙齦上皮之間的生物密封。Yang等[40]將多巴胺、羥基磷灰石和羧甲基殼聚糖的聚合物對種植體表面堿熱處理后,種植體表面具有優(yōu)良的抗菌活性,能促進牙齦成纖維細胞的黏附、擴散和增殖。血小板衍生生長因子(platelet derived growth factor, PDGF)由富血小板纖維蛋白釋放,是細胞增殖和存活的重要生長因子。Wang等[41]將成纖維細胞接種在轉基因蠶產生的人血小板衍生生長因子功能化的絲膠蛋白水凝膠上,結果顯示PDGF有助于成纖維細胞的黏附和生長,且不具有免疫原性,不會引起顯著的細胞毒性和炎癥反應。

3.4.4 改變種植體材料種類

一些新型種植體材料如氧化鋯、聚醚醚酮等正逐漸被研發(fā)應用。氧化鋯種植體是否能取代鈦植體現(xiàn)階段仍存在較大爭議,尤其是在骨結合方面。實驗表明,雖然在相同種植體周圍健康的條件下,氧化鋯種植體與鈦種植體周圍黏膜表現(xiàn)出相似的形態(tài),但當存在實驗性黏膜炎時,氧化鋯種植體周圍的菌斑指數(shù)和出血指數(shù)均較低,并存在更寬更長的結合上皮[42]。聚醚醚酮(PEEK)是脊椎外科應用的材料,有接近人體牙槽骨的彈性模量,具備優(yōu)良的生物相容性,將各種涂層材料和表面加工技術應用在PEEK上會有比鈦種植體更強的軟組織封閉效果[43]。

4 總結與展望

綜上所述,種植體周圍骨上軟組織的高度和附著影響著種植體周圍軟硬組織的健康。臨床上通過改變種植體植入深度、軟組織移植和平臺轉移連接等方法可以增加軟組織高度,進行種植體表面改性可增強軟組織對種植體的表面附著。不同的種植體材料如氧化鋯種植體、PEEK植入材料等表面的牙齦成纖維細胞比在鈦表面體現(xiàn)出更明顯的黏附、活性和增殖效果。期待未來組織工程的發(fā)展、種植材料的研發(fā)、軟組織處理技術的改進等方法可以增強軟組織附著的穩(wěn)定性,以維持種植體周圍組織健康。