阿侖膦酸鈉對骨質疏松種植體骨結合影響的力學研究

李春艷 周延民 王林 李艷秋 付麗 宮琳

（1.吉林大學口腔醫院 種植中心，長春 130021；2.北京航天中心醫院 口腔科,北京 100049）

阿侖膦酸鈉對骨質疏松種植體骨結合影響的力學研究

李春艷1周延民1王林1李艷秋1付麗1宮琳2

（1.吉林大學口腔醫院 種植中心，長春 130021；2.北京航天中心醫院 口腔科,北京 100049）

目的 通過力學評估研究全身應用骨吸收抑制劑阿侖膦酸鈉對骨質疏松模型種植體周圍骨整合的影響。方法 27只5月齡日本大耳白兔隨機分成3組，每組9只：單純卵巢切除組（OVX組），偽手術組（S組），卵巢切除加阿侖膦酸鈉組（ALN組）。卵巢摘除后12周，雙側股骨遠心端、脛骨近心端植入4枚種植釘，ALN組腹腔給予阿侖膦酸鈉，OVX組和S組給予等量的生理鹽水，分別在種植后當日、4、8、12周測量骨密度，4、8、12周分別處死動物，立即旋出種植釘，測定旋出力矩值。結果 種植體植入8周后ALN組的脛骨密度接近S組，并且與OVX組有顯著性差異（P<0.05）；而12周時ALN組的脛骨和股骨密度都接近S組水平，與OVX組相比有顯著性差異（P<0.05）。同時，8周時脛骨的旋出力矩值在ALN組已接近S組，并與OVX組有顯著性差異（P<0.05）；12周時，脛骨和股骨的旋出力矩值在ALN組已接近S組，并與OVX組有顯著性差異（P<0.05）。結論 阿侖膦酸鈉的全身應用對骨質疏松種植體的骨結合具有顯著的加強作用。

骨性結合； 阿侖膦酸鈉； 種植體； 旋出力矩

骨質疏松癥是影響老年人以及絕經后婦女健康和生活質量的主要疾病之一，也是與種植修復關系最為密切的骨代謝性疾病[1]，阿侖膦酸鈉（Alendronate sodium）作為第3代二磷酸鹽的代表被廣泛的應用于治療骨質喪失性疾病，以減少骨吸收、增加骨密度。阿侖膦酸鈉增強全身骨重建的能力能否在種植體的骨結合中發揮作用？本實驗旨在通過實驗種植體旋出力矩測試種植體骨結合強度，研究阿侖膦酸鈉對骨質疏松動物模型種植體骨結合的影響。

1 材料和方法

1.1 實驗動物、試劑及儀器

清潔級5月齡的日本大耳白兔（長春高新醫學動物實驗研究中心提供）27只，雌性，體重1.8～2.2 kg。阿侖膦酸鈉（美國默沙東公司提供），速眠新、陸醒寧（長春軍事科學院軍事獸醫研究所）。螺紋種植釘（純鈦無表面處理，直徑1.2mm，長度6mm），種植器械（北京萊頓公司提供），天平和BMD400E型骨密度儀（長春一汽總醫院），BTG60CN型扭矩測試儀（量程5～60N·cm，Tohnichi公司，日本）。

1.2 實驗分組及模型的建立

實驗動物分籠喂養，自由飲水。室溫控制在25℃左右。隨機分為3組，每組9只，單純卵巢切除組（OVX組），阿侖膦酸鈉組（ALN組）：全麻下切除兔雙側卵巢，絲線結扎血管，拉攏縫合創口撒青霉素，分層關閉創口。偽手術組（S組）：同樣術式只切除卵巢周圍等量脂肪組織,不切除卵巢。術后抗炎治療4 d，常規飲食。

1.3 種植體的植入

卵巢摘除12周后，全麻動物，取仰臥位固定于手術臺上，備皮，強力碘消毒，常規鋪巾。在股骨遠心端，脛骨近心端沿長軸切開皮膚皮下組織，長各約10mm，鈍性分離至骨膜面，切開骨膜，小心剝離。暴露股骨遠心端，脛骨近心端的骨面。備孔，以5 N·cm旋入鎖緊種植鈦釘，術后初期穩定性好，不松動（圖1）。

圖1 種植術后大體觀察Fig 1 General observation after implant installation

2處分層嚴密縫合。術后立即肌注青霉素40萬單位，觀察傷口出血腫脹情況。術后3 d每日肌注青霉素40萬單位，局部碘伏消毒，預防傷口感染，常規護理。ALN組：種植術后用注射器腹腔注射阿侖膦酸鈉0.5mg·kg-1，每3 d 1次，注射劑量嚴格按照當天體重執行。OVX組和S組：注射等量的生理鹽水，直到實驗結束。

1.4 骨密度測試

分別于種植術當日術中、術后第4、8和12周全麻動物取其種植體旁5mm處股骨和脛骨（每次取的位置接近，非同一位置），將所有標本均磨到薄厚一致，游標卡尺測得厚約1.5mm，將其夾持于骨密度儀上，骨密度儀自動分析除去軟組織差異，進行骨密度測試。

1.5 旋出力矩測試

種植釘植入4、8、12周后分別在處死動物之前，全身麻醉，取仰臥位固定動物于手術臺上。于種植釘部位切開皮膚，小心剝離至骨膜，露出種植釘。固定，使之不能移動而影響實驗結果。用扭力測試儀（圖2）讀取脛骨和股骨處的旋出力矩值，力矩的值取種植體旋出克服最大阻力時的峰值，所有操作均采取單盲測試。

圖2 BTG60CN型扭力測試儀Fig 2 Tohnichi BTG60CN torque wrench

1.6 統計學分析

2 結果

2.1 實驗動物大體觀察

所有動物經過2次手術都存活完好。在種植愈合過程中，2只OVX組動物左腿脛骨發生骨折，骨痂愈合，種植體未形成骨結合，其數據未計入。取OVX組動物雙側下頜骨觀察，均未發生頜骨壞死。

2.2 骨密度測試結果

應用阿侖膦酸鈉后股骨的骨密度變化見表1，種植手術當日，術后4、8周時，ALN組和OVX組的股骨骨密度顯著的低于S組（P<0.05），而術后12周時ALN組股骨骨密度與S組未見顯著差異，而OVX組的股骨骨密度顯著的低于ALN組和S組（P<0.05）。

表1 股骨的骨密度值Tab 1 Bone m ineral density of femur n=18，g·cm-2，±s

表1 股骨的骨密度值Tab 1 Bone m ineral density of femur n=18，g·cm-2，±s

注：*與S組相比，P<0.05；#與ALN組相比，P<0.05。

種植術時間 ALN組 OVX組 S組種植術后當日 0.222±0.084* 0.208±0.073* 0.296±0.045 4周 0.220±0.024* 0.201±0.022* 0.309±0.044 8周 0.250±0.018* 0.211±0.033* 0.289±0.057 12周 0.289±0.010 0.214±0.017*# 0.311±0.078

應用阿侖膦酸鈉后脛骨的骨密度變化見表2，種植手術當日，術后4周時，ALN組和OVX組的脛骨骨密度顯著的低于S組（P<0.05），而術后8、12周時OVX組的脛骨骨密度顯著的低于ALN組和S組（P<0.05），而ALN組脛骨骨密度與S組未見顯著差異。

表2 脛骨的骨密度值Tab 2 Bone m ineral density of tibia g·cm-2，±s

表2 脛骨的骨密度值Tab 2 Bone m ineral density of tibia g·cm-2，±s

注：*與S組相比，P<0.05；#與ALN組相比，P<0.05。

種植術時間 ALN組（n=18） OVX組（n=16） S組（n=18）種植術后當日 0.177±0.044* 0.189±0.037* 0.296±0.025 4周 0.169±0.028* 0.188±0.029* 0.209±0.031 8周 0.197±0.019 0.156±0.014*# 0.217±0.037 12周 0.215±0.018 0.135±0.019*# 0.211±0.054

2.3 旋出力矩實驗結果

種植術后4、8、12周測得的股骨種植體旋出力矩見表3，表3顯示術后4周時3組的股骨旋出力矩值無顯著性差異，術后8周時OVX組股骨種植體旋出力矩值顯著的低于ALN組和S組（P<0.05），術后12周時OVX組股骨種植體旋出力矩值顯著的低于ALN組和S組（P<0.05），而ALN組與S組股骨種植體旋出力矩值接近，未見顯著差異。

表3 股骨種植體旋出力矩值Tab 3 Torque-out values of imp lant in femur n=18，g·cm-2，±s

表3 股骨種植體旋出力矩值Tab 3 Torque-out values of imp lant in femur n=18，g·cm-2，±s

注：*與S組相比，P<0.05；#與ALN組相比，P<0.05。

種植術時間/周 ALN組 OVX組 S組4 10.95±4.34 11.63±5.39 9.44±2.69 8 15.33±2.21* 14.67±2.10* 18.27±1.76 12 24.25±1.90 18.50±3.90*# 25.66±4.97

種植術后測得的脛骨種植體旋出力矩值見表4，從表4可見：術后4周時3組的股骨旋出力矩值無顯著性差異，而術后8、12周時OVX組脛骨種植體旋出扭矩值顯著的低于ALN組和S組（P<0.05），ALN組與S組脛骨種植體旋出扭矩值接近，未見顯著差異。

表4 脛骨種植體旋出力矩值Tab 4 Torque-out values of imp lant in tibia g·cm-2，±s

表4 脛骨種植體旋出力矩值Tab 4 Torque-out values of imp lant in tibia g·cm-2，±s

注：*與S組和ALN組相比，P<0.05。

種植術時間/周 ALN組（n=18） OVX組（n=16） S組（n=18）4 4.47±0.49 5.07±0.86 5.12±0.98 8 14.63±3.35 9.63±3.10* 12.36±2.98 12 18.75±2.21 12.25±2.21* 19.07±3.85

3 討論

近年來一些學者在骨質疏松對種植體骨結合的影響方面做了研究[2]。骨質疏松癥的骨代謝異常會導致上頜骨、下頜骨骨質疏松，導致種植體骨結合界面不穩定。骨質疏松癥的骨代謝異常在骨內種植體的骨結合過程中多數表現為骨結合時間變長，但是最終可以達到骨性結合[3]。雌激素仍然是治療骨質疏松的首選藥物，其改善種植體周圍的骨結合作用已有許多文獻報道[4-5]。但是雌激素會增加子宮內膜癌的患病率，不僅增加了患者的疑慮，也給內分泌專科醫生用藥帶來了困難[6]。阿侖膦酸鈉是雌激素良好的替代藥物，療效較其更明顯。研究[7]表明：阿侖膦酸鈉作用于破骨細胞，影響破骨細胞內某些酶或信號傳遞，早期就可以影響骨代謝，增加骨密度，增強健康骨小梁結構特性的作用。阿侖膦酸鈉治療后能增加骨小梁的體積分數，骨小梁厚度顯著增加，但骨小梁間距保持恒定，骨小梁各向異性下降，而骨表面密度增高。同時一些學者認為阿侖膦酸鈉可以在多個方面提高種植體周圍骨的性能，縮短種植體骨結合的時間，有利于種植體骨結合的形成[8]。

本實驗骨質疏松模型的建立所得到的相關數據的變化[9]與以往的研究[10]結果一致，脛骨、股骨骨密度在種植術前ALN組和OVX組就與S組有顯著性差異（P<0.05），表明骨質疏松模型的骨密度顯著的低于S組。在給予阿侖膦酸鈉8周后ALN組的脛骨密度開始與S組無顯著差異，而12周時ALN組的脛骨和股骨密度都與S組無顯著差異。4周時骨結合未形成。所以3組旋出力矩值無顯著差異，8周時脛骨的旋出力矩值在ALN組已接近S組，并和OVX組有顯著性差異（P<0.05），12周時，脛骨和股骨的旋出力矩值在ALN組已接近S組，并和OVX組有顯著差異（P<0.05）。由此可以看出應用阿侖膦酸鈉會在12周內骨質密度得到改善，同時提高種植體的抗扭力，說明阿侖膦酸鈉的應用可以加速骨質疏松狀態下骨結合的形成，旋出力矩值和骨密度都有所變化，但是其相關性有待于進一步的研究。

國外研究從組織學上證實阿侖膦酸鈉對疏松骨質種植體-骨界面的結合率有顯著影響[11]，本實驗通過旋出力矩峰值從另一個方面證實了阿侖膦酸鈉在骨質疏松條件下對種植體骨結合具有增強作用。Chacon等[12]發現對雌性新西蘭大耳白兔用阿侖膦酸鈉灌胃3個月后，旋出力矩峰值與生理鹽水灌胃組無顯著性差異。這更加說明阿侖膦酸鈉對骨質疏松條件下種植體周圍骨的影響，它可以很好地提高種植體初期的骨結合率，它為骨質疏松患者的種植修復治療提供了一個很好的方案，對口腔種植臨床有著非常重要的參考意義。

阿侖膦酸鈉口服吸收極差，生物利用度大約0.7%，且食物和礦物質影響其吸收，降低吸收率。局部給藥雖然減少了副作用，但是由于藥物是經過血液代謝而作用于骨細胞，且局部作用的藥物由于其本身的生物利用率低，加之流入組織間隙，擴散至其他部位，以及運動后的藥物擴散等種種因素，使得局部給藥的生物利用率更加降低。骨質疏松癥對種植體的愈合有影響，骨質疏松是整個骨骼系統的疏松而不是某一個區域骨的疏松，所以采取全身給藥是可行的。研究[13-15]表明：全身給予阿侖膦酸鈉后會出現頜骨的骨壞死。但是這些病例都是用來治療惡性腫瘤相關的疾病且用藥劑量大，而且最近有研究表明在口腔應用二膦酸鹽與下頜骨壞死的發生沒有必然的聯系[16]。本實驗以頜骨為觀察對象，在實驗過程中也未發現頜骨壞死，但是應該嚴格的控制一切易引起頜骨骨壞死的潛在因素。

[1] Martin RB.Consensus development conference：Diagnosis,prophylaxis,and treatment of osteoporosis[J].Am J Med,1993,94（6）：646-650.

[2] Lugero GG,de Falco Caparbo V,Guzzo ML,et al.Histomorphometric evaluation of titanium implants in osteoporotic rabbits[J]. Implant Dent,2000,9（4）：303-309.

[3] Motohashi M,Shirota T,Tokugawa Y,et al.Bone reactions around hydroxyapatite-coated implants in ovariectomized rats[J].Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod,1999,87（2）：145-152.

[4] Nociti FH Jr,Sallum AW,Sallum EA,et al.Effect of estrogen replacement and calcitonin therapies on bone around titanium implants placed in ovariectomized rats：A histometric study[J]. Int J Oral Maxillofac Implants,2002,17（6）：786-792.

[5] 戚孟春,周秀青,杜兆軍,等.雌激素對骨質疏松時種植體骨愈合的影響：Ⅱ骨計量學和電鏡觀察[J].中國口腔種植學雜志,2002, 7（3）：104-117.

QIMeng-chun,ZHOU Xiu-qing,DU Zhao-jun,et al.The effect of estrogen replacement therapy on bone healing around titanium implants in osteoporotic rats：Ⅱ bone histomorphometry and SEM observation[J].Chin J Oral Implant,2002,7（3）：104-117.

[6] 王藝,賈國棟,潘可風,等.阿侖膦酸鈉與雌激素對實驗性骨質疏松大鼠種植體周圍骨結合作用的比較研究[J].現代口腔醫學雜志,2006,20（5）：526-530.

WANG Yi,JIA Guo-dong,PAN Ke-feng,et al.A comparison of the effect of alendronate and estrogen on the osseointegration in ovariectomized rats[J].J Modern Stomatol,2006,20（5）：526-530.

[7] Pols HA,Felsenberg D,Hanley DA,et al.Multinational,placebocontrolled,randomized trial of the effects of alendronate on bone density and fracture risk in postmenopausal women with low bone mass：Results of the FOSIT study.Fosamax International Trial Study Group[J].Osteoporos Int,1999,9（5）：461-468.

[8] Giro G,Gon?alves D,Sakakura CE,et al.Influence of estrogen deficiency and its treatment with alendronate and estrogen on bone density around osseointegrated implants：Radiographic study in female rats[J].Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod,2008,105（2）：162-167.

[9] 宮琳,周延民,李春艷,等.快速建立兔骨質疏松癥動物模型的方法[J].吉林大學學報：醫學版,2008,34（5）：903-906.

GONG Lin,ZHOU Yan-min,LI Chun-yan,et al.Method of fast establishment of rabbit osteoporotic model[J].J Jilin University：Medicine Edition,2008,34（5）：903-906.

[10]Thompson DD,Simmons HA,Pirie CM,et al.FDA Guidelines and animal models for osteoporosis[J].Bone,1995,17（4 Suppl）：125S-133S.

[11]Duarte PM,de Vasconcelos Gurgel BC,Sallum AW,et al.Alendronate therapy may be effective in the prevention of bone loss around titanium implants inserted in estrogen-deficient rats[J].J Periodontol,2005,76（1）：107-114.

[12] Chacon GE,Stine EA,Larsen PE,et al.Effect of alendronate on endosseous implant integration：An in vivo study in rabbits [J].J Oral Maxillofac Surg,2006,64（7）：1005-1009.

[13] Marx RE,Sawatari Y,Fortin M,et al.Bisphosphonate-induced exposed bone（osteonecrosis/osteopetrosis）of the jaws：Risk factors, recognition,prevention,and treatment[J].J Oral Maxillofac Surg, 2005,63（11）：1567-1575.

[14] Farrugia MC,Summerlin DJ,Krowiak E,et al.Osteonecrosis of the mandible or maxilla associated with the use of new generation bisphosphonates[J].Laryngoscope,2006,116（1）：115-120.

[15] Ruggiero SL,Fantasia J,Carlson E.Bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaw：Background and guidelines for diagnosis, staging and management[J].Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod,2006,102（4）：433-441.

[16] Jeffcoat MK.Safety of oral bisphosphonates：Controlled studies on alveolar bone[J].Int JOral Maxillofac Implants,2006,21（3）：349-353.

（本文編輯 湯亞玲）

Effect of Alendronate sodium on torque-out testing on im plant-bone interfaces in estrogen-deficient rabbits with alendronate system ic adm inistration

LI Chun-yan1,ZHOU Yan-min1,WANG Lin1,LI Yan-qiu1,FU Li1,GONG Lin2.（1.Implant Center,Stomatological Hospital of Jilin University,Changchun130021,China;2.Dept.of Stomatology,Central Hospital of China Aerospace Corporation,Beijing100049,China）

ObjectiveTo investigate the influence of systemic application of Alendronate sodium,a bone resorption inhibitor,on the osseointegration of implant-bone interface in estrogen-deficient rabbits through mechanical assessment.Methods27 five-month-old Japanese white female rabbits were randomly divided into three groups（9 rabbits each group）.An ovariectomy group（OVX）,an ovariectomy and Alendronate sodium group（ALN）and a shamed-operated group（S）.12 weeks after operation,implants were installed into bilateral distal femurs and proximal tibias in each group.Alendronate sodium was administrated by intraperitoneal injection in ALN group;meanwhile equivalent of normal saline was administrated by intraperitoneal injection in OVX group and S group.Bone mineral density was measured right after the implant operation and also in 4,8,12 weeks.Torque-out values were measured in 4,8,12 weeks after animal sacrifice.Results Bone mineral density of tibias in ALN group was closed to S group and was significantly different from OVX group（P<0.05）after 8 weeks.While after 12 weeks,the bone mineral density of tibias and femurs in ALN group was both closed to S group and was significantly different from OVX group（P<0.05）. The torque-out values of tibias in ALN group were closed to S group and were significantly different from OVX group（P<0.05）after 8 weeks.After 12 weeks,the torque-out values of tibias and femurs in ALN group were both closed to S group and were significantly different from OVX group（P<0.05）.ConclusionSystemic application of Alendronate sodium in osteoporosis rabbits can improve the bone-implant osseointegration significantly.

osseointegration； Alendronate sodium； implant； torque-out testing

R 62

A

10.3969/j.issn.1000-1182.2011.03.003

1000－1182（2011）03－0233-04

2010-08-09；

2010-12-26

教育部留學歸國人員科研啟動基金資助項目（教外司留2005383號）

李春艷（1976—），女，吉林人，主治醫師，博士

周延民，Tel：0431-88796025