生物活性種植牙

1、生物活性種植牙    人工種植牙植入后與周圍組織的界面結(jié)合直接關(guān)系到種植的成敗，生物活性材料的出現(xiàn)為解決界面結(jié)合開辟了一條新途徑，在此基礎(chǔ)上國內(nèi)外學(xué)者設(shè)計出各種形狀和復(fù)合材料的種植牙。本文對此作一簡要綜述。人工種植牙植入后其穩(wěn)定性是種植成功的關(guān)鍵，對其與組織界面的形態(tài)學(xué)觀察是判斷能否達到種植成功的基本手段和重要指標(biāo)。Branemark于本世紀(jì)60年代末提出了骨整合（Osseointegration）的概念：即指種植牙與具有活性的骨組織產(chǎn)生持久性的骨性接觸，界面無纖維介入1。鈦是最早應(yīng)用于臨床的種植材料之一，Young等以鈦種植牙植入動物骨內(nèi)，獲得了良好的

2、骨性結(jié)合界面，即骨整合2。臨床應(yīng)用研究也證實，鈦種植牙和骨能達到較高的骨整合3。近年來，興起利用種植體表面微結(jié)構(gòu)技術(shù)來解決界面的結(jié)合問題。該技術(shù)的共同點在于讓種植體表面形成微孔，待周圍組織長入孔隙后，形成組織與種植體相互交織的界面，從而使多孔表面與骨間產(chǎn)生機械鎖結(jié)力（mechanical interlock），增加了種植牙的穩(wěn)定性，張輝秋等人的實驗也證實了這一點4。生物活性材料（bioactive materials）的出現(xiàn)，為解決界面結(jié)合開辟了一條新途徑。這類材料通過表面可控制的有選擇的化學(xué)反應(yīng)，能與組織形成生物化學(xué)性結(jié)合。骨內(nèi)種植材料中，普遍認為磷酸鈣類和生物玻璃類是生物活性材料，楊小東等

3、（1987）測試了表面光滑的致密型生物活性玻璃陶瓷和鋯羥基磷灰石陶瓷與骨界面的剪切強度，其結(jié)果比對照的鈷鉻鉬合金要高出79倍5，提示有化學(xué)性結(jié)合形成。Kay（1988）進一步提出了生物結(jié)合（Biointegration）的概念，即不需要機械鎖結(jié)就可提供足夠結(jié)合強度時才是生物結(jié)合6。近20年來，國內(nèi)外學(xué)者綜合各種材料的優(yōu)點，設(shè)計出多種形狀和復(fù)合材料的種植牙，其中生物活性人工種植牙適應(yīng)口腔種植學(xué)發(fā)展的方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，主要應(yīng)用于臨床及處于研究熱點中的生物活性種植牙有：鈦芯表面噴涂羥基磷灰石（HA）種植牙、鈦芯生物活性玻璃陶瓷種植牙、鈦芯與骨形成蛋白復(fù)合種植牙、微孔鈦生物活性陶瓷與骨形

4、成蛋白復(fù)合種植牙、氮化鈦種植牙。本文擬對生物活性種植牙與骨間的界面結(jié)合情況及組織學(xué)反應(yīng)作一簡要綜述。1鈦芯表面噴涂羥基磷灰石（HA）種植牙羥基磷灰石（HA）屬鈣磷陶瓷，植入骨組織后，為種植區(qū)的組織修復(fù)提供骨性支架（ostephlic sacffolds）。用此種材料作涂層（coating）噴涂到底層（substrate）鈦芯上，充分利用了HA的生物相容性好和鈦的機械強度高的優(yōu)點，是目前臨床上廣泛應(yīng)用的較好的種植牙之一。Schreoder的研究表明：以鈦為核樁的涂層種植牙植入后2年就達到完全的骨整合并在負荷情況下骨整合結(jié)合方式并不改變7。近20年應(yīng)用顯示，HA涂層種植牙既能適應(yīng)其周圍骨的自然改建

5、，維持骨量，又能防止或減少種植體周圍上皮向根端遷徙（epithelial downgrowth）6，8。植入后超微顯示，此種植牙在體液作用下緩慢釋放出Ca、P等離子刺激和誘導(dǎo)骨質(zhì)增生，形成骨性結(jié)合界面，并稱此界面為生物化學(xué)結(jié)合。另有研究認為此種植牙局部釋放Ca，刺激骨基質(zhì)形成9。光鏡和電鏡掃描均顯示其骨整合時間明顯縮短，成骨顯著，骨質(zhì)致密。掃描電子顯微鏡（SEM）下其界面1個月可見骨質(zhì)形成，4個月可見完整的層板狀骨附于其界面。由于良好的骨引導(dǎo)作用，種植牙周圍有完全的骨整合環(huán)繞，沒有纖維界面，同時有物理和化學(xué)兩種結(jié)合，因此使種植牙更加穩(wěn)固，剪切強度明顯增高。顯示HA涂層可以促進骨長入，并且這種特

6、性不易受不同的金屬底層材料的影響10。但近年來有HA涂層種植牙植入后出現(xiàn)涂層吸收、崩解或消失的報道11。對失敗種植體的檢測發(fā)現(xiàn)，崩解的涂層材料顆粒在種植體周圍積聚后，可激發(fā)各種吞噬細胞反應(yīng)，而巨噬細胞吞噬顆粒后，可分泌多種與骨吸收有關(guān)的細胞因子和炎性介質(zhì)，刺激破骨細胞進行骨吸收，導(dǎo)致種植體松動，而松動的種植體又將加劇涂層的進一步破壞，形成惡性循環(huán)12。但也有學(xué)者對HA涂層的降解持否認態(tài)度。Cook將HA涂層種植體植入犬股骨連續(xù)觀察32周，未發(fā)現(xiàn)涂層降解13；Klein等將致密型和多孔型HA植入動物骨組織中9個月，也未發(fā)現(xiàn)HA的降解吸收14。這些都有待于進一步研究。2鈦芯與骨形成蛋白復(fù)合種植牙U

7、rist最早提出了骨形成蛋白（BMP），它具有高度誘導(dǎo)骨生成能力，是一應(yīng)用廣泛的骨生長因子。鈦種植牙骨界面成熟需36個月，與BMP復(fù)合種植后，掃描電鏡和光鏡顯示，1周時界面有新骨形成，2周后界面處形成骨能力顯著增強，4周后出現(xiàn)成熟的骨板，骨性界面完整，8周時界面新骨已完全成熟。未復(fù)合組1周時界面未見新骨形成，2周時界面可見少量鈣化程度低的新骨形成，12周時界面新骨才基本成熟15。說明BMP有早期啟動誘導(dǎo)界面新骨形成的作用，縮短了種植周期。由于BMP來源于異種骨基質(zhì)提取，臨床上有人提出關(guān)于BMP的免疫學(xué)問題16，但尚不能確切證實。一些學(xué)者積極研制基因重組的BMP，并取得了成功。如何進一步完善其生

8、產(chǎn)工藝將成為今后研究的熱點。3鈦芯生物活性玻璃陶瓷種植牙生物活性玻璃陶瓷（BGC）具有良好的生物相容性，與鈦種植牙復(fù)合能改善其機械強度，增加韌性并提高骨形成能力。植入后，釋放Ca、Mg刺激局部骨質(zhì)增生和誘導(dǎo)成骨作用，而且釋放的離子與骨基質(zhì)構(gòu)成化學(xué)鍵，形成化學(xué)性結(jié)合，從而使其和骨組織結(jié)合力高，骨整合程度增強。掃描電鏡下，骨基質(zhì)與BGC植入體緊密相接，并有新生骨細胞附著于植入體表面，致密基質(zhì)內(nèi)有纖維成分和鈣鹽沉積。放射性核素骨顯像的動態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)，BGC種植體的骨代謝高峰期是植入后1個月左右。酶組織化學(xué)考察證實：有滑膜化生現(xiàn)象，界面區(qū)有膜內(nèi)成骨和結(jié)締組織內(nèi)成骨兩種方式，且兩種方式所成的新骨發(fā)生融合。

9、以上均證明BGC對骨的生長有誘導(dǎo)作用。4 生物陶瓷微孔鈦復(fù)合BMP種植牙將鈦（Tc4）、羥基磷灰石（HA）、生物活性玻璃陶瓷顆?；旌蠠Y(jié)形成生物活性微孔復(fù)合種植體。實驗證明：種植體與骨界面存在三相性（鈦氧化膜：TiO，Ti2O，Ti2O3，HA晶相和BGC晶相），使鈣、磷富集層形成，生物陶瓷降解產(chǎn)物再沉積，蛋白多糖、粘多糖類細胞外基質(zhì)和天然骨粘合物粘連沉積并引導(dǎo)鈣鹽沉積在界面上17。光鏡下，實驗組（復(fù)合BMP）1周界面有大量軟骨組織和骨基質(zhì)，成骨細胞分化明顯。4周為基本成熟的板狀骨，8周Haversian系統(tǒng)清晰，對照組（未復(fù)合BMP）1周偶見軟骨細胞分化，4周成骨細胞活躍，骨基質(zhì)中有少量鈣鹽

10、沉積，8周一定量骨基質(zhì)長入較大孔內(nèi)。X線衍射示：實驗組第一周即已出現(xiàn)HA峰，提示界面有成骨形式HA，即鈣鹽沉積。而對照組第二周后出現(xiàn)較低的HA峰，說明由于bBMP的加入，成骨啟動早，活躍，量大。生物力學(xué)測試：實驗組2周2262MPa，對照組4周才達2214MPa。電鏡下見種植體表面有輕度降解，加大了粗糙面和孔徑，使植入體出現(xiàn)二期孔隙，與骨結(jié)合表面積增大，增大了化學(xué)結(jié)合力和機械嵌合力。而BMP復(fù)合后并未改變種植體的固有成分及其骨性整合方式，只是誘導(dǎo)界面新骨生成提前啟動，成骨量大，健康。金巖等人實驗也得到相似結(jié)果18。5氮化鈦種植牙氮化鈦是一種表面改性的種植牙。是將鈦作底料，在適當(dāng)條件下將氮元素注

11、入到鈦表面而形成，以建立材料與機體的生物活性界面關(guān)系，具有較好的生物相容、早期整合等優(yōu)點。SEM示：術(shù)后2周種植牙周圍形成一層薄的網(wǎng)狀膠原纖維，并可見骨細胞、成纖維細胞和淋巴細胞；6周時其周圍成骨能力大大加強，并有鈣鹽沉積和成骨過程；12周時成骨能力進一步加強；32周時界面基本達到骨整合，僅有極小的間隙。Seatomi認為此種植牙骨整合完善，生物相容性好，較對比HA種植牙界面纖維膜薄19。另有研究證實，該牙種植體植入骨內(nèi)，無不良反應(yīng)，也沒有抑制機體的免疫力，有良好的抗腐蝕性能，特別是表面粗化后其骨整合的抗剪切強度有所提高，但沒有誘導(dǎo)骨生成能力。綜上所述，骨整合作為種植成功的關(guān)鍵因素已經(jīng)得到普遍

12、認同，但尚有一些問題值得進一步探討：第一，骨整合是否符合生物學(xué)原理：理想的種植體是能夠在種植體與骨間有一類似牙周膜組織的形成，傳遞和緩沖咀嚼壓力，而骨整合因其缺乏類似天然牙的緩沖，有人認為它不符合生物學(xué)原理。第二，種植體外形及表面微結(jié)構(gòu)物對骨整合的影響：Brunski（1986）認為螺旋狀設(shè)計及表面呈粗糙多孔狀態(tài)為好。螺旋設(shè)計提供了大體上與骨鎖合的關(guān)系，粗糙多孔表面又可產(chǎn)生微鎖合作用，比光滑表面能承受更大的剪切強度20，21。Deporter等實驗支持上述觀點22。而Kinin等卻認為在骨整合上有孔并不比光滑顯示優(yōu)越23，并且，最適孔徑、孔率、涂層材料、涂層方法、技術(shù)是否影響種植牙的機械強度，臨床及遠期效果到底有多大都有待進一步研究。第三，功能負荷狀態(tài)下骨整合的變化：無負荷狀態(tài)下幾乎所有臨床應(yīng)用的種植牙均可形成完善的骨整合。Mckinney，Deporter等發(fā)現(xiàn)功能負荷狀態(tài)下有骨整合改建過程，負荷初的24周骨組