電刺激促進牙槽骨生長的研究進展

1、DOC格式論文，方便您的復制修改刪減電刺激促進牙槽骨生長的研究進展（作者:單位:郵編:【關鍵詞】牙槽骨；電刺激;促進生長牙槽骨是高度的可塑性組織，是人體骨骼中代謝最活躍的部分。牙槽骨的 正常生理代謝依賴于牙齒的功能性刺激，牙齒缺失后牙槽骨由于破骨與成骨間 的動態(tài)平衡被破壞1,剩余牙槽暗發(fā)生持續(xù)地不可逆地骨吸收，這為臨床 的修復工作帶來極大困難，成為我們極待解決 的問題。1812年，Horshorne 首先用電刺激治療骨不連取得成功，隨后關于電刺激成骨的研究越來越多。目 前，微量電刺激已被證實能影響機體骨代謝，并廣泛應用于臨床上多種骨骼相 關疾病的預防和治療，包括骨折延遲愈合或不連、新鮮骨折、骨

2、質疏松等2J ,這為我們解決牙槽骨吸收這一問題提供了一個新的方法。但由于口腔環(huán)境比較復 雜，電刺激成骨尚未應用于口腔領域。近幾年口腔領域關于電刺 激促進牙槽 骨生長的研究越來越多，本文就這一問題的研究進展綜述如下。1電刺激的方法目前電刺激的方法有3種=埋入法、半埋入法和非埋入法。（1）埋入法即完全埋入直流電刺激法，是將純鐵纏繞的陰極放入骨組織,純鉗陽極和電源組植入到遠離骨的軟組織內。這種方法電刺激是連續(xù)的，而 且不需要患病動物的合作3。（2）半埋入法是將不銹鋼陰極棒，經(jīng)皮膚植 入骨組織處，陽極和皮膚接觸，并且可以活動，以適應電流引起的不銹鋼陽極棒振動的需要?？烧{晶體電源組置于體外，不論與電刺激

3、有關的組織的電阻怎樣變化,輸出電流應隨時監(jiān)測，使之維持在恒定水平。（3）非埋入法不用將電極植入組織內，創(chuàng)傷小，方法簡單，因此 更易為患者接受。根據(jù)下頜骨牙槽突的特異性，任戰(zhàn)平等4設計了非埋入 式自凝塑膠牙托電極，采用20卩A脈沖方波直流電對家 兔進行實驗研究，證 實該刺激可促進骨細胞的增殖和分化。2電刺激的形式電刺激的形式主要有恒定直流電、脈沖直流電和脈沖電磁場，其他還有周圍神經(jīng)功能電刺激、旋磁體、駐極體等5。2.1恒定直流電 20世紀50年代初，日本學者Yasuda和Fukada提出骨受力后受壓的凹面出現(xiàn)負電位，產(chǎn)生新骨，張力的凸面呈現(xiàn)正電位，產(chǎn)生骨吸收，并得出結 論：機械應力作用于骨，引起

4、電位變化，繼而新骨形成，即壓電效應（6）,此 后以該結論作為恒定直流電促進骨形成的基礎進行了一系列研究。1971年,Brighton通過該方法促進骨折愈合，并認為電流量的大小與成骨多少有關，電流量小于5卩A或大于20卩A均無新骨形成。Supronoxicz 7將成骨細胞培養(yǎng)于導電聚合材料表面，施加10卩A, 10Hz 6h/d的電流刺激。發(fā)現(xiàn)細胞增殖的數(shù)目增 多，細胞外鈣離 子濃度升高，培養(yǎng)過程中I型膠原mRN受體表達持 續(xù)增高。王前等8取兔骨髓基質干細胞來源的成骨細胞體外培養(yǎng)，給予電 流密度為100卩A/cm2的直流電刺激，結果發(fā)現(xiàn)直流電刺激能 不僅能促進成骨細胞的增殖分化和分泌功能，而且對

5、其排列方向也有一定影響。研究認為直流電刺激可通過引起細胞膜電位改變,鈣離子通透性增加，誘使細胞變形產(chǎn)生運動。2.2脈沖直流電王貴潤等9采用微創(chuàng)小切口組合式外固定器手術后脈沖電流刺激治療此類骨折，術后X線片顯示大部分23個月骨折線模糊，骨痂形成;5 6個月骨折達到骨性愈合，并得出結論：脈沖電流在骨斷端產(chǎn)生的電刺激能 導致細胞再分化，使膠原纖維定向排列，血管增殖，造成酸性環(huán)境，有利于鈣 化，激活骨與軟骨細胞的環(huán)磷酸腺昔，活化細胞內的各種酶，弓I起細胞的特 殊生理反應，刺激骨的愈合。2.3脈沖電磁場 20世紀70年代初矯形外科專家Bassett首先應用脈沖電磁場治 療骨不連取得成功。Li等10利用體

6、外成骨細胞模型研究發(fā)現(xiàn)低頻 脈沖電磁場能刺激成骨細胞生長，促進轉化生長因子B1(TGF-B 1)的釋放，此外，還可增加堿性磷酸酶活性。3電刺激對牙槽骨生長的影響成骨細胞是牙槽骨中最主要的功能細胞，其分化增殖功能是反映牙槽骨修復功能的重要標志。破骨細胞是影響骨吸收的主要功能細胞，其與成骨細胞聯(lián)合共同完成骨的改建。成纖維細胞是牙齦中的主要功能細胞，牙齦組織在牙齒缺失以后覆蓋在牙槽骨表面，因此，本 文將從電刺激對成骨細胞、破骨細胞、成纖維細胞的影響幾個方面來討論電刺 激對牙槽骨的影響。3.1電刺激對成骨細胞的影響 311促進成骨細胞增殖，減少成骨細胞凋亡電刺激可促進成骨系細胞的生長，激發(fā)DNA勺合成

7、，使大量的細 胞從G1 G2期轉入S期，出現(xiàn)有絲分裂和細胞增殖。電學環(huán)境是骨 系細胞生長的 重要微環(huán)境之一,將直流電刺激應用于生物反應器，模擬體內電學環(huán)境是一 種新的嘗試，應該能夠促進細胞的增殖。而電 磁場刺激骨細胞增殖存在 口效應，即只有低能量、低頻率的電磁場才對骨細胞有作用(電場強度一般 在10100mA/m2頻率小于IkHz),而且這種作用并非是一種線性關系，存 在著場強、頻率等的依賴性，這就是“窗口效應。電磁場刺激骨細胞增殖還 具有時間效應，不同種類的細胞刺激其增殖所需的最低暴露時間不同。另 外，DNA 合成的增加量隨著刺激時間的延長而增加。鄒守平11等研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)脈沖 電磁場作用后，

8、成骨細胞DNA合成開始明顯增加，細胞分裂加 速，同時細胞 凋亡比率下降，最后表現(xiàn)出細胞群體的快速增殖。3,1,2誘導其它細胞向成骨細胞分化I型膠原是成骨細胞表型和基質鈣化的基礎，對培養(yǎng)的前成骨細胞施加電刺激可以促進I型膠原的合成，從而介導廣泛細胞外基質的合成,誘導其向成骨細胞分化。實驗表明，低能量、低頻率的電場在促進成骨細胞增殖的同時，成骨標記物堿性磷酸酶(ALP)活性增加,細胞外基質成分合成分泌增加。電刺激還促進了細胞向成骨分化，鈣結節(jié)的形 成和成熟12。間充質干細胞(MSCs)具有多向分化潛能，在 不同條件 下可被誘導為成骨細胞、成軟骨細胞、脂肪細胞、成纖維細 胞及神經(jīng)元樣細胞 等8 03

9、.1.3促進成骨細胞與基質材料的粘附成骨細胞與骨基質材料間的相互作用是骨組織工程研究的主要領域，其中細胞與材料的粘附是基礎，細胞必須與材料發(fā)生適當?shù)恼?附，才能進行遷 移、分化和增殖。在組織工程研究中，人工合成材料與天然材料相比最大的缺細胞粘附和功能表點是缺乏細胞識別信號,達因此受到一定的影響。人工合成材料與細胞粘附主要依靠細胞表面的唾液酸殘基帶的負電荷與材料表面的正電荷的靜電吸引作用。當材料表面富含陰電荷時，細胞的粘附將很困難。實驗證實，適量電流刺 激可以促 進體外培養(yǎng)的成骨細胞的粘附、增殖和分化。3.1.4對成骨細胞形態(tài)學上的影響在電磁場作用下，細胞長度減少，趨向圓形，即細胞在低頻電磁 場

10、作用下形態(tài)學上的適應性變化，該反應很可能依靠感應電場強度，即在1 mV/M以下的電場強度閾值下可以觀察到本現(xiàn)象,Bersani F 等用50 Hz脈沖電磁場刺激瑞士 NIH3T3纖維母細胞，以觀察其對細胞 質膜膜 內蛋白質(IMP)分布的可能影響，發(fā)現(xiàn)在PEMF超過兩小時時IMP分布有明顯的群集傾向。3.1.5對成骨細胞生長因子合成和分泌的影響骨代謝和骨愈合是受多種因素調節(jié)的復雜過程。骨局部因子的調節(jié)作用是內在因素之一。胰島素樣生長因子(IGF)由人類骨細胞合成,進而以自分泌和旁分泌方式作用于成骨細胞和骨基質,它可促進骨細胞的有絲分裂，促進骨細胞的增殖，降低骨基質的降解，促進骨基質中膠原的合成

11、。骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)的主要生物學作用是誘導未分化的間充質細胞分化為軟骨和骨，即誘導成骨作用。BMP乍用無種屬特異性，具有跨種屬誘導成骨能力，新骨形成量一般與BMP直入量呈正相 關。BMP-2有促進成骨細胞分化和誘導體外成骨能力。B轉化生 長因子(TGF-B 1)是一組多功能的多肽，廣泛存在于動物正常組織細 胞及轉化細胞 中，以血小板和骨組織中含量最為豐富。已證明TGF-B 1可刺激骨膜充質細胞增殖、分化，促進成骨和成軟骨細胞增生，誘導I型膠原、骨橋蛋白和骨連 接素的合成。Witkowski等13發(fā)現(xiàn)電磁場可以誘導成骨細胞釋放IGF-II 到培養(yǎng)基，而且可以增加細胞 膜IGF-II受體的數(shù)

12、目，兩者共同促進細胞增 殖。另有研究表明14,適當強度及作用時間的工頻電磁場刺激，能夠明 顯促進體外培養(yǎng)的小 鼠骨髓間充質干細胞BMP-2與TGF-B ImRNA勺表達。3.1.6促進骨成熟電刺激作用于成骨細胞的不同時期可以產(chǎn)生不同的效應，在成骨 細胞的早期能促進骨樣組織的形成15,后期能加速礦化。Wiesmann 16給予成骨細胞電場刺激，第7天開始礦化，第10天有小的、零星的礦化小結形 成，第14天礦化區(qū)域占培養(yǎng)面積的10%- 50%第21天礦化區(qū)域超過50%3,2電刺激對破骨細胞的影響3.2.1對細胞形成和功能的影響17破骨細胞的數(shù)目和活性直接影響骨吸收的狀態(tài)。張小云等在研究恒定磁場對骨

13、組織中細胞的影響中發(fā)現(xiàn)，機械分離法獲得的破 骨細胞在0.38T和0.48T強度的磁場下形態(tài)變化不規(guī)則，細胞脫壁，胞質空泡化，且不能形成典型的皺褶膜，吸收骨片能力顯著減弱，骨吸收陷窩數(shù)和吸收陷窩表面積較對照組都明顯減少。Cha ng K 等18發(fā)現(xiàn)，當電磁場強度為122卩V/cm時破骨細胞的形成增加了 50%而當電磁場為48 AV/cm時破骨細胞的形成抑制了 27% Cha ng等19將破骨細胞暴露于不同強度、不同時間長短的電磁場下，發(fā)現(xiàn)對破骨細胞的抑制程度不 同，這表明，電磁場不僅可影響破骨細胞的形成，而且這種效應與其強度和作 用時間長短有相關性。3.2.2對細胞凋亡的影響細胞凋亡的發(fā)生有賴于

14、特定基因的轉錄與蛋白質合成。Bcl-2 家族是近年來研究較多的凋亡相關基因，主要包括Bax 和 Bck2。Bax與Bcl-2的比值是決定細胞凋亡發(fā)生與否的關鍵：Bax/Bcl-2增高促進細胞凋亡，比值下降則抑制細胞凋亡。Fas是人體多種細胞表面的膜蛋白，是介導細胞凋亡的重要分子之一。有研究表明,Fas對細胞凋亡的介導作用是通過對Bax和Be卜2的調節(jié)來實現(xiàn)。謝肇20等研究發(fā)現(xiàn)PEM可抑制破骨細胞Bcl-2的表達，促進破骨細胞Fas和Bax的表達，同時促進成骨細胞Bck2的表達，抑制成骨細胞Fas和Bax的表達，這可能是PEMF促進破骨細胞凋亡、抑制成骨細胞凋亡的重要機制。3.3電刺激對成纖維細

15、胞的影響一般來說，細胞代謝活動越活躍，所包含的線粒體數(shù)目就越多，確切地說線粒體內膜和111脊的面積就越大,趙桂芝等21在實驗中觀察到磁處理后人牙周膜成纖維細胞中線粒體數(shù)量增多。外室輕度腫脹使線粒體悄呈球狀突向內室，線粒體體積明顯增大，內膜面積也增加，提示成纖 維細胞在脈沖電磁場的刺激下代謝很旺盛，功能增強。以上研究表明電刺激可以促進成骨細胞和成纖維細胞的生長,制破骨細胞的生長，這為我們解決牙槽111脊吸收問題提供了一個新思路，但由于 口腔環(huán)境復雜，電刺激促進成骨尚未直接應用于口腔領域。而且，對于直接對 牙槽骨進行電刺激和通過牙齦組織對牙槽骨進行電刺激引導牙槽骨定向再生有 怎樣的差別等細節(jié)問題仍

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