牵张成骨在口腔种植术中的临床与基础研究进展

王佳帅 姜明敏

口腔种植学是20世纪30年代发展起来的一门独立学科。种植义齿以其美观、舒适、咀嚼功能好、不损伤邻牙等一系列优点逐渐被越来越多的缺牙患者所接受。为保证种植成功率，种植术对骨质和骨量有着极高的要求。临床上由于多种原因造成牙槽骨萎缩甚至缺失，致骨宽度和高度不足，限制了种植术的应用。为此，在骨量不足或拔牙术后即刻种植的情况下需要采取一系列增骨方法以增加骨量，提高种植成功率。传统的植骨方法不可避免地会产生排异反应、植骨区骨吸收以及供骨区功能障碍等一系列并发症。牵张成骨术(distraction osteogenesis，DO)是利用骨的自身愈合来增加新骨的一种方法。该技术通过牵张装置，使骨切开处的骨组织受到缓慢而稳定的牵引和张力，从而达到增长或伸直骨骼的目的。由于其避免了植骨术的缺点，并经过多年临床验证，逐步被应用于口腔种植术中，取得了满意的疗效，本文就牵张成骨在口腔种植术中的临床与基础研究进展综述如下。

1牵张成骨技术的历史起源

早在1905年，意大利学者Codivilla曾成功尝试过肢体长骨（股骨）的牵引延长，20世纪50年代俄罗斯学者Ilizarov通过大量实验和临床研究提出了一系列临床应用的基本原则和技术细节[1]，如张力-拉力法则、牵引速度和频率等。迄今为止这些基本原则仍是指导各国学者临床应用牵张成骨时所遵循的基本准则。将牵张成骨技术应用于颌骨的牵张，最早见于德国口腔颌面外科医师Wassmund在1935年出版的《口腔外科学》一书中引用了Rosenthal在1927年完成的一个用口内弹簧牵引装置矫治的小下颌畸形病例。由于颌骨解剖的复杂性及其对于容貌结构的重要性，被公认的颌骨牵张成骨临床应用则是1992年美国学者Mccanhy[2]首次利用口外牵引装置牵张成骨成功延长了4个儿童半侧颜面矮小畸形患者的下颌骨病例。由于口外牵引过程中产生的颜面部皮肤瘢痕及其可能损伤面神经下颌缘支等并发症，许多学者对这一技术尚存疑虑。1995年，McCarthy和Wangerin[1]先后设计出了口内入路安放的颌骨牵张器，从而开启了内置式颌骨牵张成骨的新阶段。此后的学者在此基础上从手术方法、牵张器、基础研究和多学科综合利用方面不断进行完善和推陈出新，大大加速了牵张成骨在临床应用的步伐。

2牵张成骨技术在口腔种植领域中的研究进展

2.1 分期手术到单次成型：1996年，Block等[3]报道在狗下颌骨颊侧水平植入2个种植体，待其与骨组织整合后连接牵张装置并行水平截骨，利用种植体作为支抗垂直牵引，10周后牙槽嵴高度平均增加（8.85±1.05）mm。同年，Chin等[4]临床应用DO技术增高牙槽嵴获得成功。运用于颅颌面外科的口外式和口内式两种牵张器都给患者带来不便。前者易引起感染、面神经损伤、皮肤瘢痕，后者固位力欠佳，占据固有口腔空间。且传统的手术方法需要行安放种植体-截骨-取出种植体3次手术，会给患者带来痛苦。1999年，Gaggl等[5]报道了一种增高牙槽嵴的新方法—种植体牵张成骨术。其采用自攻型螺纹骨内种植钉作为固定牵张装置，通过逐渐旋转种植钉使牙槽嵴截骨段上升，种植体牵张成骨后可直接进行种植义齿修复，避免了Block、Chin等报道需要3次分期手术才能完成重建修复的缺点。

2.2 由单向牵引到多向、三维牵引：受成骨牵张器所限，早期的牵张成骨术只能在一个方向上牵引颌骨，常常不能满足种植区对骨量的需求。为此，McCarthy和Watzek等[6]分别设计了三维牵张器，可同时增高和增宽牙槽嵴。牛学刚等[7]研制了颧骨内置弧线式骨牵张器，实现了颧骨移动盘的改向、弧线式牵引。应彬彬等[8-9]报道用自制多平面牵张器三焦点牵张成功修复猴颏部骨缺损，固定16周时牵张间隙内新骨生成活跃，新骨组织密度与正常下颌骨无显著性差异。

2.3 牵张器的发展：牵张成骨技术的进步，很大程度上依赖牵张器的发展。临床上根据牵张器的安装部位可将骨牵张器分为外置式和内置式两大类。此外，新型牵张器的研制也取得了丰硕的成果。

2.3.1外置式牵张器：1992年到1995年，欧美学者均采用口外牵张器纠正颌骨畸形。由于老式口外牵张器会形成明显的面部皮肤瘢痕，影响美观，1997年，Polley设计了固定于发际内的颅外固定牵张器解决了上述问题，目前在临床上仍广泛应用。

2.3.2内置式牵张器：内置式牵张器避免了口外牵张器的缺憾，但早期的口内牵张器只能满足单向牵引的需求，对于多向、三维牵引束手无策。在McCarthy和Watzek的努力下，三维牵张器应运而生，可同时增高和增宽牙槽嵴[6]。Holmes[10]曾报道使用内置牵张器对7名颅面综合征患者行Le Fort III 牵引成骨术, 在三个方向上获得不同程度延长。Sawaki等[11-13]报道患者因良、恶性肿瘤切除造成下颌颏部及体部缺损，部分患者已行放疗和／或化疗，后因金属重建板外露感染而改行输送盘牵张，顺利完成绝大部分缺损的重建，剩余小部分缺损辅以植骨或其他手术获得完全修复。术后患者颏部形态及面型改善明显，后期部分患者的新生骨可行骨内牙种植修复，改善了口颌功能。

2.3.3 镍钛记忆合金牵张器：材料学的发展推动了牵张成骨的技术进步。镍钛记忆合金应用于牵张成骨逐渐受到人们的关注。镍钛记忆合金材料具有特别的机械性能、记忆效能和超弹性，通过对温度的控制使材料表现出形状记忆或弹性恢复动作。用直径1mm左右的钛镍记忆合金丝热加工成S形、C形和W形，定型后做记忆处理，复形温度接近人体体温，消毒后置入无菌冰水中消除其刚性以便利用[14]。谢旻等[15]用TiNi合金牵张器增高牙槽嵴高度，取得了良好的治疗效果。周宏志等[16]利用直径1.33mm镍钛丝记忆张力牵引成骨修复下颌骨部分缺损，临床试验获得满意疗效。Liang等[17]用自行研制的镍钛合金牵张器对动物腭裂模型进行治疗，2月后观察结果显示，牵张器不但能关闭裂隙，而且对硬腭后缘有伸长作用。Liu等[18]利用牵张器关闭10例先天性唇腭裂伴发牙槽突裂患者，达到很好疗效。

2.3.4 种植体式牵张器：1999年，奥地利格拉茨大学Gaggl[5]首次报道了种植体式牵张器在修复萎缩牙槽嵴中的应用。该型牵张器的结构特殊，具有骨牵张器与牙种植体双重功能，可避免二次牙种植体植入术。Gaggl为82例患者共植入了151枚种植体，经过9～18个月随访观察，共有9枚种植体因为松动、种植体冠部周围骨吸收而失败[19-20]。国内学者戴杰、何黎升等[21]设计研制了新型种植型弹性牵张器，将镍钛记忆合金弹簧置入纯钛制作的中空两段式种植体中，利用镍钛记忆合金的形状记忆功能产生回复弹力，实现自动连续牵张。实验证明稳定性可靠，达到了预期的牵张效果，是牵张器发展的新趋势。由于种植体牵张成骨增高牙槽嵴仍处于探索阶段，尚有一些问题有待进一步完善，如牵张后升高骨段是否发生吸收；牵张区与周围粘膜、肌肉等软组织以及骨组织之间相互关系；临床适应症选择等。

2.4 新技术的应用：引导骨组织再生术(Guided bone regeneration，GBR)是利用膜材料的物理屏障作用，为新骨的形成创造生长空间，阻止不利于骨生长的细胞进入骨缺损区，使有利于骨生长的细胞在膜下优先生长，从而重建骨组织。用钛网板修复骨缺损可起到缺损区的支架作用，可获得良好的解剖复位和咬合关系，临床应用广泛。而钛金属工艺塑性费用高、周期长，增加术中感染的概率，临床上为便于成形，术中常被迫在钛网板上剪很多缺口，钛金属网架的完整性得不到保证，精确度明显下降。快速成型技术（rapid prototyping technology,RP）可使得上述问题迎刃而解，它涉及计算及辅助设计（computer-aided design，CAD）、计算机辅助制造（computer-aided manufacturing，CAM）及三维CT等技术。RP不仅适用于骨移植，而且可以制作单独的个体化钛支架修复体，辅助牵张成骨用于颌骨缺损的修复，大大缩短了患者的住院时间。Klug等[22]采用了L形截骨术，垂直切口在近中，水平切口向后延至磨牙后区，远端用微型钛板固定作为旋转中心，然后开始牵引，这样近中牙槽嵴就可以获得较高的增高。在牵张成骨过程中，Klug注意到截骨间隙颊侧呈箱内的半月形缺陷，并可观察到截骨间隙内有纤维组织长入，因此他们采用GBR技术用钛网覆盖截骨间隙以防止纤维组织长入，引导骨组织再生，取得了满意的牙槽骨生理外形。随着新技术、新材料、新工艺不断应用于牵张成骨领域，其在种植领域将发挥不可替代的作用。

3牵张成骨的相关基础研究

牵张成骨术作为一种日趋成熟的技术，在临床上得到广泛应用的同时，依然解决不了疗程长、患者较痛苦这一突出缺点。为此，学者们采用物理、化学、生物等一系列方法，希望能加速成骨。

3.1物理方法

3.1.1 激光：王战鑫等[23]将24只健康大耳白兔随机分为两组行双侧下颌骨牵张成骨，在牵张期对实验组进行为期1个月的氦氖(He2Ne)激光及二氧化碳(CO2)激光照射，采用彩色病理图像测量系统对两组定量分析，结果显示实验组骨基质面积明显大于对照组(P＜0.01)，证明弱激光对牵张成骨的新骨形成速度有促进作用。笔者认为，本实验不足以证明激光对促进成骨的直接效应。激光所产生的一些附加效应（如热效应）同样值得关注。

3.1.2 低强度脉冲超声：低强度脉冲超声（Low intensity pulsed ultrasound，LIPUS）是近年来公认的能促进骨折愈合的一种新的物理治疗方法，主要通过软骨介导刺激牵张成骨新骨的形成。Chan等[24]用新西兰母兔施以开放截骨术，LIPUS在第4周固定阶段中作用于牵张部位，结果在作用的第2周，牵张部位的射线通透区间逐渐被钙化组织占据，骨矿物质密度（g/cm2）增加了9.18%，骨矿物质质量分数分别增加了83%、116%和94%，较对照组增加显著。Tsumaki等[25]对21例双侧胫骨高位切开术的患者行牵张成骨，经过4周治疗，LIPUS治疗的愈合组织密度（0.20±0.12）g/cm2较对照组（0.13±0.10）g/cm2有大幅度提高。目前超声对新骨形成作用的研究多限于肢体长骨，对颌骨牵张成骨的作用少有报道。

3.1.3 高压氧：李善昌等[26]对家兔下颌牵张成骨实验组行高压氧治疗，采用彩色病理图像测量系统比较新骨生成情况，结果显示接受高压氧治疗的实验组骨小梁形成明显优于对照组（P＜0.01），以此说明高压氧能加速骨形成，促进牵张成骨。其作用机制有待进一步研究。

3.2 化学药物研究：近几年陆续报道一些药物可以直接促进骨再生，如西药辛伐他汀，中药云南白药、灯盏花等，提示可将其用于牵张成骨的增速。杨建辉等[27]通过研究辛伐他汀(Sim)对人成骨细胞各项功能的影响时发现，Sim能刺激成骨细胞分泌骨钙素，使得有更多的羟基磷灰石晶体与之结合并沉积于骨基质。同时通过增加细胞间质的含钙量，加速骨基质的钙化，从而激活成骨细胞、促进新骨生成。邹敏等[28]研究表明：中药灯盏花具有促进骨组织形成的作用，血管生成、微循环改善是其机理之一；灯盏花可能具有直接的成骨功能；灯盏花促进成骨活动的机制与TGF-β的调节机制有相似之处。杨庆秋等[29]利用兔引导性骨再生模型与口服云南白药复合，从组织学和形态计量学上证实了云南白药不仅对骨折有明显促进愈合作用，也对骨缺损修复有一定的疗效。

3.3 细胞因子对成骨的作用：学者们通过对细胞因子的研究，试图阐明牵张成骨的作用机理。陆续有实验表明，骨形态发生蛋白（BMPs）、转化生长因子（TGF-β1）、血管内皮细胞生长因子（VEGF）、胰岛素样生长因子（IGF-1）、前列腺素E2（PGE2）、生长/分化因子5（GDF-5）、肌动蛋白同分异构体（α-SMA）以及血小板源性生长因子（PDGF）均在牵张区骨痂中有高表达，直接或间接参与新骨的形成[30]。朱永云等[31]通过研究外源性碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）对兔下颌骨牵张成骨的影响得出结论，外源性bFGF早期有促进兔下颌牵张成骨的作用。雷德林等[32]通过研究得出结论，局部注射人NGF-β溶液能促进兔下颌骨牵张成骨中新生骨痂的钙化，为临床上解决固定期过长的问题提供了一种新思路。Robiony等[33]报道了5例严重萎缩的无牙下颌骨行牵引期间，将自体髂骨和富含血小板的血浆植入截骨间隙，结果牙槽嵴平均增高10.3mm，认为该法对重建严重萎缩下牙槽嵴效果佳。然而，王志国等[34-35]通过研究表明，导入外源性转化生长因子(TGF-β)和胰岛素样生长因子（IGF-1）可能没有促进兔下颌牵张成骨的作用；钟凡等[36]通过研究得出，注射VEGF的动物组牵张间隙内新骨形成的数量与对照组无明显差异，提示外源性导入VEGF可能没有促进下颌牵张成骨的作用。因此，细胞因子与成骨作用之间的因果关系及其作用机理还很不明确，尚需深入研究。

3.4牵张成骨的基因治疗：随着基因治疗技术的发展，基因治疗已经不再局限于治疗遗传性基因缺陷性疾病。将外源基因导入目的细胞并有效表达成为基因治疗的新切入点。胡静等[37]通过建立大鼠下颌DO模型，于牵张结束最后1天，实验组大鼠牵张间隙内注射转染重组质粒pEGFP-BMP7的自体骨髓MSCs，对照组大鼠注射转染pEGFP-N1空质粒的MSCs，结果显示实验组牵张间隙内新骨形成和骨痂密度均明显高于对照组（P＜0.01），提示基于MSCs的BMP-7 ex vivo基因治疗可有效促进DO新骨形成，为缩短骨量不足的种植患者牵张成骨固定期提供了一个极具价值的策略。

4问题与展望

虽然牵张成骨技术在口腔种植术中应用较久，较其他增骨方法有很多优势，但有许多问题尚未解决。固定期长便是限制其广泛应用的缺点之一。此外，向军等[38]测量比较了重度下颌骨高度不足垂直牵引成骨种植患者组和正常健康组的咀嚼效率，统计学结果显示重度下颌骨高度不足垂直牵引成骨种植患者组咀嚼效率虽已达到正常健康组的85%以上，但与正常健康组的咀嚼效率有显著性差异（P＜0.05）。有学者[39]对8例半侧颜面发育不全的患者(平均5～6岁，且都大于5岁)进行了下颌骨牵张成骨并进行了平均为5～8年的随访，发现下颌骨的畸形得到部分改善，但后来又复发，他们认为这是受到发育型的影响，也可能是附着其上的骨骼肌发育型间接导致骨发育障碍。牵张成骨的远期效果及其后续种植体的长期稳定性有待观察。其他尚有研究对骨质疏松患者及放疗后患者是否可行牵引成骨术及后续是否可行种植术提出质疑。与牵张成骨有关的一系列基础研究同样需要长期化、全面化及定量化的数据。

牵张成骨与口腔种植学的发展密不可分。牵张成骨的固位向微型化、种植化方向发展，口腔种植术对骨量的要求也有赖于牵张成骨等一系列增骨技术来实现。牵张成骨在口腔种植中的应用很大程度上取决于牵引装置的发展，个体化、三维化的口内型牵引装置已是必然趋势，而新材料、新技术的应用将会为牵张成骨技术在口腔种植术中的应用带来新的突破。与牵张成骨相关的一系列基础研究虽已取得一定进展，但具体作用机制尚未明了，向临床过渡为时尚早。基础研究的不断深入将使得牵张成骨技术在临床应用中扬长避短。对口腔种植高质量、低成本、短疗程、长疗效的追求会推动牵张成骨在口腔种植术中的应用越来越广。

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[收稿日期]2012-02-22 [修回日期]2012-03-26

编辑/李阳利