自攻型種植體在即刻種植中的生物學性能研究

龔 銘，孫曉琳，杜留熠，呂慧欣，周延民

人工種植牙與傳統固定、可摘義齒修復相比，有著其獨特的優越性:舒適、美觀、耐用，不損傷鄰牙等，更加符合患者的生理及美觀要求，目前，已被廣泛應用于牙列缺損和缺失的修復治療[1]。即刻種植技術是當前口腔種植領域研究的熱點。與延期種植相比，即刻種植具有其無可比擬的優點，它在一定程度上保留了現有的牙槽骨和牙齦結構，維持種植體植入時的骨量，減少不必要的牙槽骨吸收[2-3]，并且可以減少手術創傷次數，縮短治療周期，對種植修復后美學效果也有一定改善。然而，由于即刻拔牙后，不規則的拔牙窩形態或骨缺損的存在，使種植體不易獲得較好的初始穩定性，甚至影響骨結合，因此，即刻種植技術具有一定的挑戰性。

研究表明，種植體的設計方式可以提高即刻種植的初期穩定性，從而獲得良好的骨結合[4]。自攻型種植體是指利用自身的特殊設計螺紋旋轉進入骨內的種植體，使種植體和骨組織實現更緊密的貼合。由于其獨特的設計，除了能夠增加種植體與骨的接觸面積外，還能夠增強對骨組織的擠壓力，形成鎖結作用，從而可以較容易的取得良好的初期穩定性。目前關于自攻型與非自攻型種植體在即刻種植中的對比較少，對于兩者初期穩定性、骨結合以及新骨形成能力的分析有待研究。本文擬在體內實驗中對比行即刻種植術的自攻型與非自攻型種植體生物學性能的差異，并從骨水平和軟組織水平種植體全面分析評價，為自攻型種植體臨床應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

本實驗由吉林大學動物倫理委員會審查批準通過。實驗動物選取全身發育良好的健康雄性成年Beagle犬36只，體質量12～14 kg，年齡為12個月。隨機編號為1—36號。所有實驗動物由吉林大學動物醫學學院提供。所有Beagle犬均在籠中獨立圈養，按時進食，自由飲水。適應性飼養1周后，進行實驗。

1.2 材料與器械

種植體(創英)；iCTmotor種植機(登騰)；高壓蒸汽滅菌消器(SN310C)(Yamato)；Osstell 諧振頻率分析儀(奧齒泰)；μCT50柜式錐形束微型CT(micro-CT)(瑞士SCANCO)；常規外科手術器械：11#手術刀片、手術刀柄、持針器、眼科剪、線剪、組織剪、可吸收縫線等。

1.3 方法

1.3.1 分組及處理 36只比格犬分為3組，分別在術后4、8、12周隨機處死。每只比格犬植入骨水平自攻型種植體(bone level self-tapping implant，BLE)、骨水平非自攻型種植體(bone level implant，BL)、軟組織水平自攻型種植體(soft tissue level self-tapping implant，TLE)、軟組織水平非自攻型種植體(soft tissue level implant，TL)四種種植體各1枚，共計144枚。

1.3.2 拔除下頜第二前磨牙及種植體植入 術前對所有手術器械進行高溫高壓滅菌(121 ℃，15 min，1.05 kg/cm2)。實驗犬用安泰注射液，和生理鹽水以體積比1∶3混合，靜脈注射，1 mL/kg。進行麻醉。麻醉后將犬固定于手術臺，使用安爾碘術區消毒2遍，鋪巾。術中以2%利多卡因/腎上腺素(1∶100 000)浸潤麻醉，拔除犬雙側下頜第二前磨牙(圖1A)，搔刮拔牙窩(圖1B)，逐級預備種植窩，在一側依次植入規格為φ3.3 mm×10 mm的BLE、BL種植體各一枚，在另一側依次植入規格為φ3.3 mm×10 mm的TLE、TL種植體各1枚(圖1C)，旋上封閉螺絲(圖1D)，間斷式縫合。術后連續2 d，每天每只犬給予青霉素(50 u/g)預防感染。

A：拔除下頜第二前磨牙；B：搔刮拔牙窩；C～D：植入種植體

1.3.3 處死動物及標本收集 種植體植入后Beagle犬全部存活。術后4周、8周和12周分別隨機選取12只處死。大體觀察下頜第二前磨牙種植體植入區后，剔除牙齦和黏骨膜瓣，用骨鋸取下包含種植體的下頜骨部分，要求種植體周圍至少保留5 mm骨組織，然后用4%多聚甲醛溶液固定骨塊24 h后，浸泡于70%乙醇溶液中。

1.4 植入扭矩值

記錄種植體植入時，扭矩扳手加力的最后扭矩值。

1.5 種植體穩定系數

將比格犬使用安泰麻醉后，取材前利用共振頻率分析儀分別測量種植體植入和植入后4、8、12周的種植體穩定系數(implant stability quotient)，即ISQ值。

1.6 Micro-CT三維重建

在種植體植入后4、8、12周進行取材掃描。利用Micro-CT進行掃描進行三維重建。通過 Micro-CT的隨機軟件(μCT evaluation program V6.6)，設定一個感興趣區域(Region of Interest，ROI)，測量感興趣區域的骨體積分數(骨體積/總體積，BV/TV，%)、骨小梁數量(Tb.N, 1/mm)、骨小梁間距(Tb.Sp，mm)。

1.7 熒光示蹤

分別在取材前3周對36只比格犬順序性肌注熒光標記物鹽酸四環素，取材后經硬組織切片，在激光共聚焦顯微鏡下觀察新生骨并計算新生骨的面積百分比，比較自攻型種植體與非自攻型種植體新骨形成的速率。

1.8 統計學處理

所有測量數據應用SPSS 19.0軟件包處理。應用配對t檢驗分析BL和BLE、TL和TLE之間初期穩定性和不同愈合時期骨結合能力是否存在差異。P<0.05為具有顯著差異。

2 結 果

2.1 大體觀察

36只比格犬均無死亡，飲食和活動均正常。所有種植體在植入后傷口愈合良好，無種植體周圍感染。

2.2 植入扭矩

對種植體的植入扭矩進行測量，結果表明(表1)，BLE組和TLE組分別與BL組和TL組相比，均能夠獲得良好的初期穩定性。采用SPSS 19.0軟件進行配對樣本t檢驗、單因素方差分析，結果表明BLE組和TLE組顯著優于BL組和TL組，比較差異有統計學意義(P<0.05)(圖2)。

表1 各組植入扭矩值及ISQ值比較

*：P<0.05，表示應用配對樣本t檢驗方法對同一水平種植體自攻型與非自攻型進行比較，結果具有顯著差異

2.3 植入時ISQ值

在本實驗中，每顆植體分別測量種植體的ISQ值，并取其平均值。BLE組ISQ均值大于BL組，TLE組植體各個方向的ISQ均值大于TL組，各組種植體均具有較好初期穩定性(表1)。

2.4 植入后4、8、12周ISQ值

對比4、8、12周各組ISQ值變化(表2)。BL，BLE，TL，TLE組在4、8、12周ISQ值均顯著增加，應用單因素方差分析，在4、8、12周對同一類型種植體ISQ值進行比較，BL、BLE和TLE組結果差異具有統計學意義；而在同一時間點，自攻組(BLE，TLE)均較非自攻型組(BL，TL)具有較好的ISQ值，并且具有統計學意義(圖3)。

表2 植入后4、8、12周ISQ值比較

*：P<0.05，表示應用配對樣本t檢驗方法對同一水平種植體自攻型與非自攻型進行比較，結果具有顯著差異

2.5 Micro-CT

動物手術后各時間點處死比格犬進行Micro-CT檢測，經過機載軟件建立的三維重建圖像(圖4)，兩組的新生骨被標記為藍色，種植體被標記為白色。對骨體積分數，骨小梁數量及骨小梁間距進行計算(表3、4、5)，發現同一時間點BLE組的骨體積分數和骨小梁數量參數都高于BL組；而TLE組上述參數同樣高于TL組。而同一類型種植體在4、8、12周骨體積分數及骨小梁數量呈遞增趨勢。對骨小梁間距進行計算(表5)，同一時間點BLE組的骨小梁間距參數都低于BL組；而TLE組上述參數同樣低于TL組。而同一類型種植體在4周，8周和12周骨小梁間距整體上呈遞減趨勢。

表3 植入后4、8、12周BV/TV(骨體積/總體積)比較

表4 植入后4、8、12周骨小梁數量(Tb.N, 1/mm)比較

表5 植入后4、8、12周骨小梁間距(Tb.Sp, mm)比較

圖4 Micro-CT三維重建圖像

通過以上數據的分析，表明BLE組和TLE組在4、8、12周愈合后，新骨生成的能力分別優于BL組和TL組。

2.6 激光掃描共聚焦熒光顯微鏡下觀察種植體-骨接觸面

鏡下骨小梁顯示綠色熒光，新生骨為高亮熒光。新骨形成始于種植體周圍，8周后種植體周圍出現強熒光團塊(圖5)。新生骨面積百分比結果如與非自攻組比較，自攻組4、8、12周標記新生骨面積百分數均大于非自攻組，骨礦化速率較快，差異有統計學意義。同組不同時間點相比較BL，BLE，TL，TLE四組均在8周末新生骨量最多。在12周時有一定骨吸收并趨于穩定(圖6)。

表6 植入后4、8、12周新生骨面積百分比比較

圖5 種植體植入后8周激光共聚焦顯微鏡下四環素熒光染色( ×100)

*：P<0.05，表示應用配對樣本t檢驗方法對同一水平種植體自攻型與非自攻型進行比較，結果具有顯著差異。

3 討 論

即刻種植技術是指牙齒拔除后，在新鮮的拔牙窩內即刻植入種植體，具有縮短種植周期、有效保留拔牙窩周圍骨組織、最大限度保存牙周組織等優點[3]，已得到廣泛認可。然而，由于即刻種植是在新鮮拔牙窩內植入種植體，存在拔牙窩形態不規則或骨缺損的問題，不易獲得良好的初期穩定性，從而影響種植體骨結合。自攻型種植體在植入初期，螺紋與牙槽骨之間可能產生一定的機械制鎖作用[5]，加上根尖帶有切割刃設計，切割力較強，種植體在植入過程中可以逐步擠壓周圍骨質，能在骨質差的骨結構和即刻種植病例中，在一定程度上提高種植體的初期穩定性[6]。同時有實驗證明，具有較高自攻功能的種植體即使在頰區域存在骨缺損，也可以改善初期穩定性，并擁有較高的骨再生能力[7]。骨結合狀況是預測種植義齒成功與否的先決條件[8-9]。大部分學者都認為種植體植入后的初期穩定性是種植體獲得成功的首要條件，也是必要條件。而初期穩定性的缺乏會導致種植體持續的微動，而微動度超過一定的值，會影響骨結合，最終導致治療失敗[10-11]。目前還沒有方法可直接測量種植體的動度，主要是通過測量種植體初期穩定性的方法[12]，如種植體植入時所需最大植入扭矩值及共振頻率分析儀器測量所得的ISQ 值來評價種植體的初期穩定性[13-14]。當種植體植入扭矩值>35 N·cm時，種植體能獲得良好的初期穩定性[15]。Chávarri等[16]研究提出ISQ>60表示種植體具有較好的穩定性。

本實驗將BL、BLE、TL、TLE 4種種植體植入比格犬的下頜第二前磨牙至第一磨牙區的牙槽骨內，比較其在體內的初期穩定性、骨結合和新骨生成情況。結果發現與非自攻型種植體相比較，自攻型種植體在初期穩定性方面具有較大優勢，并在植入后4、8、12周均表現出更好的穩定性。而在新骨生成能力方面，自攻型種植體也同樣表現出比非自攻型種植體更好的能力。

在本實驗中，通過植入扭矩和植入時的ISQ分析中可以看出，2組自攻型種植體的初期穩定性均優于非自攻組，且自攻組植入扭矩的均值>35 N·cm，ISQ的均值>60，說明自攻型種植體相比非自攻型種植體而言，可以獲得較好的初期穩定性。這與Toyoshima等的研究結論[17]一致，即采用自攻螺紋可以提高初期穩定性。

Micro-CT是一種精確觀察與測量種植體-骨接觸面的方法，將標本放入Micro-CT機倉內進行掃描后，可以獲得標本的三維圖像，從而計算出種植體-骨接觸面的各項數據[18]。對植入后4、8、12周的牙槽骨進行Micro-CT檢測，并對每個種植體骨體積分數、骨小梁數量及骨小梁間距進行分析，發現同一類型種植體骨體積分數及骨小梁數量在4、8、12周呈遞增趨勢，而骨小梁間距呈遞減趨勢。這與Feng等實驗結果[19]相似。而在同一時間點，BLE組和TLE組植體新骨形成的能力分別優于BL組和TL組。

本實驗分別在取材前1周對36只比格犬順序性肌注熒光標記物鹽酸四環素，鹽酸四環素與游離的鈣離子結合[20]，形成復合物沉積，通過熒光顯微鏡觀察顯色[21]。分別在取材前3周對比格犬注射熒光標記物，不同時段的新生骨會顯示出不同的條帶狀標志，單位時間內標記率越高表示新生骨越快。對植入后4、8、12周的下頜骨進行取材后，經硬組織切片，在激光共聚焦顯微鏡下觀察，發現BLE組和TLE均較對照組顯示出更高的標記率，提示自攻型種植體較非自攻型種植體有較好的新生骨形成速率。而對同種種植體不同時間點的骨面積分數進行計算，四種種植體均在種植體植入后8周達到生成速率的峰值，在植入后12周趨于穩定[22]。

綜上，本實驗采用在比格犬下頜植入BL，BLE，TL，TLE方式，對自攻型種植體和非自攻型種植體的初期穩定性、骨結合和新骨形成能力進行比較，發現自攻型種植體的初期穩定性、骨結合和新骨生成能力均優于非自攻型種植體。但本實驗由于條件有限，周期較短，樣本量較少，遠期效果尚未評估，還需要進一步大量的動物實驗以及臨床試驗研究論證，使結果有效應用于臨床。