微型支抗種植釘加載時機的動物實驗研究

武紅梅 馮云霞 李罡

1.天津市第五中心醫(yī)院口腔科，天津 300450；2.山西醫(yī)科大學口腔醫(yī)院正畸科，太原 030001；3.長治醫(yī)學院附屬和平醫(yī)院口腔科，長治 046000

近年來，支抗種植釘作為一種新的支抗手段已成功應用于口腔正畸臨床，但穩(wěn)定性不足仍然制約著其發(fā)展。影響支抗種植體穩(wěn)定性的因素主要有種植體、正畸力及宿主因素等，其中，植入后正畸力的加載時機是影響其穩(wěn)定性的重要因素，學者們?yōu)榇诉M行了大量的研究，但最佳加載時機仍然存在爭議。本研究分別于綿羊的上下頜骨植入支抗種植釘，建立動物模型，通過測量種植釘與骨組織結(jié)合的最大剪切力，觀察種植釘與骨界面的組織學結(jié)合狀況，從生物力學和組織學兩方面評價加載時機對支抗種植釘穩(wěn)定性的影響，探討適宜的加載時機。

1 材料和方法

1.1 實驗動物和材料

健康成年雄性綿羊4只，質(zhì)量（20±2）kg，由山西醫(yī)科大學動物中心提供并飼養(yǎng)。MIA型支抗種植釘及配套植入設備（西安中邦鈦生物制品有限公司），種植釘直徑分別為1.2、1.4 mm，全長9.7 mm，螺紋長度7 mm；鎳鈦拉簧（北京有色金屬研究總院）；正畸用測力計（長沙天美醫(yī)療器械公司）。INSTRON 5544型材料性能試驗機（太原理工大學生物力學實驗室提供）。亞甲基藍染色試劑（北京解放軍總醫(yī)院口腔科配制）。YD-12G型全自動生物組織脫水機（浙江金華益地醫(yī)療設備廠）、Leitz 1600型鋸割切片機，均由中國人民解放軍總醫(yī)院口腔科提供。生物顯微鏡BI-2000醫(yī)學圖像分析系統(tǒng)（成都泰盟科技有限公司）由山西醫(yī)科大學生理實驗室提供。麻醉藥品采用靜松靈注射液和苯巴比妥鈉（山西畜牧獸醫(yī)研究所提供）。

1.2 建立動物模型

實驗動物經(jīng)靜松靈（劑量為0.05 mL·kg-1）復合苯巴比妥鈉（0.05 mL·kg-1）肌肉注射麻醉，常規(guī)消毒鋪巾，切開黏骨膜，分別于每只動物的上頜骨磨牙區(qū)牙根之間、下頜骨牙弓中段的無牙區(qū)牙槽骨上垂直于骨面植入種植釘，每個象限各4枚，兩兩間隔10 mm， 共計植入64枚。植入術(shù)前、術(shù)后拍攝X線片確定種植釘?shù)奈恢茫笪从|及鄰近的神經(jīng)和牙根。植入術(shù)后3 d給予青霉素預防感染。所有種植釘隨機分為4組，不加力組為A組，其余3組按照加載前的不同愈合時間分組，即刻加力組為B組，2周加力組為C組，4周加力組為D組，每組16枚。相鄰種植釘之間通過鎳鈦拉簧近遠中向交互牽引以加力，力值1.96 N。各組均觀察4周后處死動物。

1.3 觀察指標

1.3.1 肉眼觀察 通過過量麻醉處死動物，截取帶有種植釘?shù)纳舷骂M骨，觀察種植釘?shù)乃蓜忧闆r。

1.3.2 剪切力檢測 下頜骨塊用生理鹽水紗布包裹，2 h之內(nèi)用INSTRON 5544型材料性能試驗機檢測種植釘與骨組織松脫瞬間剪切力值。檢測時使用夾具夾持骨塊遠中，檢測儀器的力桿對近中第1枚種植釘持續(xù)加載，種植釘?shù)袈渌查g儀器自動記錄下可承受的最大載荷值，即為剪切力。旋出該種植釘，重新調(diào)整壓力桿，同法測量其余種植釘?shù)募羟辛Α?/p>

1.3.3 組織學觀察 取上頜骨骨塊，沿加力方向分切并修整成長方塊，種植釘近遠中兩端保留長0.5 cm的骨量。10%甲醛溶液固定48 h后，YD-12G型全自動生物組織脫水機梯度乙醇脫水，氯仿透明，真空下浸液Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ包埋，根據(jù)X線片應用Leitz 1600型鋸割切片機垂直于種植體長軸做橫斷切片，頸部、中部、根部各切兩張，然后再取其他樣本沿種植體長軸近遠中方向縱向切片，亞甲基藍-堿性品紅（methylene blue-basic fuchsin staining，MB-BF）染色，乙醇脫水，二甲苯透明，樹脂封片，光鏡下觀察種植體與骨界面的結(jié)合情況。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 11.5統(tǒng)計軟件進行分析。剪切力值經(jīng)正態(tài)性及方差齊性檢驗后，多組比較采用單因素方差分析，組間比較采用SNK法；對支抗種植體的加載時機與剪切力之間的關(guān)系作直線相關(guān)分析；檢驗水準為雙側(cè)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 肉眼觀察

B組下頜骨有兩枚相鄰種植釘因感染出現(xiàn)松動，未進行后續(xù)測試；其余各組種植釘均無松動及脫落。各組均有個別種植釘有輕微傾斜但穩(wěn)定性良好。

2.2 剪切力檢測

在剪切力的檢測過程中，隨著載荷的進一步增加，部分種植釘?shù)膬A斜角度持續(xù)增加，但不松動，直至最大載荷；旋出種植釘可見種植釘頸部有不同程度的彎曲。A、B、C、D組種植釘?shù)募羟辛χ捣謩e為（161.48±30.22）、（139.88±10.82）、（189.96±15.53）、（259.99±25.38） N，經(jīng)單因素方差分析，4組的差異有統(tǒng)計學意義（F=39.963，P<0.001），進一步行兩兩比較，A、B組間的差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），而A、B兩組與C、D組間的差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。

加載時間與剪切力之間的散點圖見圖1：隨著加載時間的延長，種植釘與骨組織間的剪切力逐漸增大，二者的變化趨勢同向，說明二者間存在正相關(guān)關(guān)系（r=0.975，P<0.01）。

2.3 組織學觀察

帶種植釘骨縱磨片的MB-BF染色情況見圖2、3，帶種植釘?shù)墓菣M斷磨片見圖4。在圖2、3、4中，種植體（I）呈黑色，其周圍骨組織（O）呈紅色，纖維組織（F）呈藍色。

圖1 加載時間與剪切力之間的散點圖Fig 1 The scatter between loading time and shear strength

圖2 帶種植釘?shù)墓强v磨片 MB-BF × 2 Fig 2 Bone longitudinal grinding with implant MB-BF × 2

由圖2可見，各組種植體與周圍組織結(jié)合緊密，種植體螺紋凸部與突入螺紋凹部的組織突緊密錨合。

圖3 帶種植釘?shù)墓强v磨片局部分解 MB-BF × 4Fig 3 Partial diagram of bone longitudinal grinding with implant MB-BF × 4

圖4 帶種植釘?shù)墓菣M斷磨片 MB-BF × 4Fig 4 Bone transverse grinding with implant MB-BF × 4

分別觀察4組種植釘?shù)念i部、中部和根部的縱磨片（圖3），可見4組種植釘中部和根部的界面結(jié)合方式和骨結(jié)合量兩側(cè)基本相同，頸部兩側(cè)的界面結(jié)合方式基本相同，而骨結(jié)合量有明顯差異。

分別觀察4組種植釘?shù)念i部、中部和根部的橫斷磨片（圖4），可見4組種植釘界面的結(jié)合方式既有骨性結(jié)合，又有纖維性結(jié)合；但頸部、中部、根部界面的結(jié)合方式不盡相同。A組界面約有1/2為骨性結(jié)合，結(jié)合相對緊密；B組界面主要為纖維性結(jié)合，不夠緊密；C組界面結(jié)合較為緊密，主要是纖維性結(jié)合，距種植體稍遠處可見新生的骨組織向種植體方向潛行生長；D組界面結(jié)合較緊密，主要是骨性結(jié)合。

3 討論

3.1 加載時機對支抗種植釘穩(wěn)定性的影響

支抗種植釘是通過種植釘與骨界面的組織學骨整合和機械鎖結(jié)作用完成與骨組織的穩(wěn)定結(jié)合，從而抵抗一定限度的矯治力[1]。機械鎖結(jié)是指種植釘表面與骨的結(jié)合為突入螺紋凹部的骨突與螺紋凸部的錨合關(guān)系，外力如果欲使種植釘與骨松脫，則其力值必須大于使這些骨突折斷的力量之和[2]。組織學骨整合，是指種植釘與具有活性的骨組織產(chǎn)生持久的骨性接觸，界面無纖維介入。加載時機對支抗種植釘穩(wěn)定性的影響，關(guān)鍵在于加載時種植釘界面是否已經(jīng)產(chǎn)生骨性結(jié)合，因為在相同條件下，加載時機不會影響種植釘與骨的機械鎖結(jié)。Park[3]指出，微種植體與周圍骨組織形成骨整合才能使其達到穩(wěn)定，對正畸力的抵抗作用增強。而另有學者[4-5]認為，目前臨床常用的支抗種植釘與以往正畸骨性支抗系統(tǒng)最大的區(qū)別在于，這種種植釘不依賴于骨整合進行固位，種植釘骨內(nèi)部分與周圍骨組織形成良好的機械嵌合是其獲得穩(wěn)定的主要原因，因此傾向于不必等到形成完全的骨整合，可以植入后即刻施加矯治力，而且即刻加力有力于提高種植體的機械穩(wěn)定性，大量骨整合的形成反而使種植體在取出時需要額外的牙槽外科手術(shù)，增加患者負擔。但是，即使主張即刻加載的學者[6]也認為，結(jié)合界面并非不需要骨整合，10%的骨整合即能達到正畸力負載的要求。適量的骨整合對種植支抗的成功有著舉足輕重的作用，種植體穩(wěn)定的組織學基礎在于形成良好的種植體—骨界面[7]。

種植體與骨界面的結(jié)合強度是客觀準確地評估其穩(wěn)固強度的重要指標。本研究選取種植釘—骨界面的剪切力作為評估指標，種植釘脫位力的方向和正畸臨床常規(guī)力的方向一致，接近臨床實際情況，能更客觀地反映種植釘—骨界面的結(jié)合強度。本實驗中，A、B組剪切力的差異無統(tǒng)計學意義，但從數(shù)值上看，A組均值略高于B組，結(jié)合橫斷骨磨片觀察，A組界面形成部分骨結(jié)合，而B組為纖維組織結(jié)合；即刻加載是否會影響骨結(jié)合的形成，導致界面纖維化尚需進一步研究。C組為植入2周后加力，剪切力明顯增加，界面雖然仍為纖維性結(jié)合，但可見種植體稍遠處有纖細的骨小梁向種植體方向生長蔓延，預示骨結(jié)合即將形成。D組為植入4周后加力，其剪切力值最大，界面的骨性結(jié)合最明顯，此階段具備了承受一定范圍的力的組織學基礎，可以承受一定的正畸力，同時，適度的功能負載可以促進骨改建，使種植體更為穩(wěn)固，是加載的較好時機；尤其對某些需長期承載的支抗種植釘（如壓低磨牙及前牙、調(diào)整中線時）更具有臨床意義。綜上所述，愈合期避免加載對于取得良好的骨結(jié)合界面是十分重要的。

3.2 支抗種植釘負載的應力分析

本實驗中，各組均有個別種植釘出現(xiàn)輕微的傾斜但穩(wěn)定性良好，可能是由于結(jié)合界面有纖維組織層存在，種植釘順著受力方向傾斜伸長時，纖維組織受壓，種植釘?shù)穆菁y機械性地嵌合入周圍的骨質(zhì)中[8]。種植釘—骨界面的剪切力反映出種植釘與骨界面的結(jié)合程度，本研究顯示，加載時機與剪切力之間呈高度正相關(guān)，4周加力組的剪切力值最高，但是加載時間的延長不一定是剪切力增加的決定性因素，二者之間并非因果關(guān)系。這一點與吳晶等[9]的研究結(jié)果一致。本實驗中剪切力的最高值遠小于熊國平等[10]的研究結(jié)果，原因可能是實驗動物種類的不同所致。本研究的實驗動物為羊，而熊國平等[10]研究的實驗動物為犬，羊頜骨的無牙區(qū)牙槽骨相對于犬有牙區(qū)的牙槽骨密度低，這恰恰驗證了王航等[11]的觀點，即骨致密度與種植體的穩(wěn)定性存在正相關(guān)關(guān)系。

從生物力學觀點來看，頜骨是一種多相、各相異性、非均質(zhì)性的多孔復合結(jié)構(gòu)，可以承受一定的壓力，但皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨都有一定的抗張力和抗壓力的極限[12]，這可以解釋在剪切力的檢測過程中，隨著壓力桿載荷的增加，部分種植釘?shù)膬A斜角度持續(xù)增加卻不松動直至最大載荷。檢測后旋出的種植釘頸部有不同程度的彎曲，提示種植釘?shù)膽χ饕性陬i部，與常規(guī)種植體的應力分布相似[13]。

3.3 種植支抗與天然牙支抗的區(qū)別

由于天然牙有牙周膜的存在，在正畸力作用下，典型反應是壓力側(cè)牙槽骨吸收而張力側(cè)發(fā)生骨沉積，而種植體作支抗時周圍卻沒有類似的組織變化[12]。本實驗中縱磨片是沿種植釘?shù)拈L軸近遠中向切開，而種植釘?shù)氖芰σ舱墙h中向交互牽引，因此該磨片可以反映種植釘壓力側(cè)和張力側(cè)的對比信息。結(jié)果顯示，比較種植釘結(jié)合界面的張力側(cè)和壓力側(cè)，種植釘中部和根尖部的結(jié)合形式基本相同，頸部的結(jié)合形式基本相同，只是骨結(jié)合量不同，可以認為支抗種植釘?shù)膲毫?cè)和張力側(cè)無明顯區(qū)別。那么頸部骨結(jié)合量的差異是否由于正畸力的因素造成？比較受力的B、C、D組與不受力的A組可以發(fā)現(xiàn)，不管受力與否，磨片上種植釘頸部都有類似的組織學表現(xiàn)，可排除正畸力因素的影響，進而推斷種植釘作支抗時周圍骨組織不會出現(xiàn)壓力側(cè)吸收而張力側(cè)成骨的現(xiàn)象。由于骨磨片相對較厚，不能提供確切的成骨、破骨等細胞學信息，因此還需要通過免疫組織化學等細胞結(jié)構(gòu)學方面的研究來證實。

本研究結(jié)果表明，加載時機對支抗種植釘?shù)姆€(wěn)定性有一定的影響，植入4周后加載，種植釘與骨界面的結(jié)合強度最高，更有利于支抗種植釘?shù)姆€(wěn)定。

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