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胰岛素样生长因子-1对骨质疏松大鼠种植体周围骨组织的影响

2017-02-13唐成芳左艳萍方远鹏

中国老年学杂志 2017年1期
关键词:骨板小梁种植体

朱 勇 唐成芳 王 峰 左艳萍 方远鹏

(西安医学院口腔医学系,陕西 西安 710021)

胰岛素样生长因子-1对骨质疏松大鼠种植体周围骨组织的影响

朱 勇 唐成芳 王 峰 左艳萍 方远鹏

(西安医学院口腔医学系,陕西 西安 710021)

目的 研究胰岛素样生长因子(IGF)-1局部应用对骨质疏松(OP)状态下种植体骨结合效果的影响。方法 采用4个月龄SD雌性大鼠行卵巢摘除术建立OP模型,并以未切除卵巢的大鼠作为对照(假手术组)。建模成功后,切除卵巢的大鼠随机分为IGF-1组,OP组和雌二醇(E2)组,于右侧股骨远心端植入纯钛种植体,IGF-1组种植窝内局部应用含10 μg重组人胰岛素样生长因子(rhIGF)-1的明胶海绵,其余各组种植窝内放入空白明胶海绵。E2组皮下注射给予苯甲酸E2。术后8 w分别处死动物取股骨,制作脱钙切片,形态计量学观察种植体周结合骨板宽度、骨小梁宽度和骨小梁面积百分比。结果 IGF-1组种植体周结合骨板厚度、骨小梁宽度和骨小梁面积百分比显著高于OP组,骨板结合宽度与E2组及假手术组无显著差异,骨小梁宽度和骨小梁面积百分比与E2组无差异但显著低于假手术组。结论 IGF-1局部应用可增加种植体周围骨板厚度,骨板外周骨小梁宽度和骨小梁面积/视野面积百分比,有助于改善OP状态下的骨结合。

胰岛素样生长因子;骨质疏松;种植骨

50岁及以上人群是种植修复的高需求群体,然而该年龄人群也正是原发性骨质疏松(OP)的高发人群。研究表明OP可降低种植体周围骨量及种植体-骨结合率,从而可降低种植体的成功率〔1~3〕,因此增强OP患者种植骨结合是学界关注的焦点之一。胰岛素样生长因子(IGF)-1具有明显的促进体内外成骨作用〔4,5〕,但其对OP状态下,种植体骨结合的影响鲜有报道。本实验拟采用骨形态和计量学观察探讨局部应用IGF-1对实验性OP大鼠种植体周围骨结合的影响。

1 材料与方法

1.1 动物及材料 4月龄未交配同批次SD雌性大鼠(第四军医大学医学动物实验中心提供的国家A级实验动物),体重250~280 g;直径2 mm,长5 mm纯钛柱状种植体(西北有色金属研究院);人重组胰岛素样生长因子(rhIGF,ProSpec-Tany),苯甲酸雌二醇(E2,上海通用药业股份有限公司)

1.2 实验方法 选用SD雌性大鼠20只,随机分为卵巢切除组和假手术组,分别为15只和5只。卵巢切除组如以前手术方法建立OP模型〔6〕,局麻下切除双侧卵巢,假手术组进行假手术切除等大腹腔脂肪组织。建模成功后,卵巢切除组又分为OP组、IGF-1组和E2组等3组,每组5只。常规喂养8 w后,全麻下在各组大鼠右腿股骨远心干骺端植入纯钛柱状种植钉。IGF-1组在植入种植钉的同时在骨创内均匀加入含10 μg rhIGF-1的明胶海绵,其余各组加入等量空白明胶海绵。E2组于术后当日起给予苯甲酸E2皮下注射0.1 ml/kg,1次/3 d,其余各组每次注射等量的生理盐水。8 w后处死各组大鼠。

1.3 取材、处理及形态学观察 截取约1 cm长带种植钉的股骨标本,剔净肌肉、黏骨膜等软组织后,4%多聚甲醛固定3 d,EDTA脱钙3 w,小心去除种植钉,冲洗,脱水,常规石蜡包埋,并沿股骨长轴方向作经种植钉直径方向的切片,常规HE染色。对各组切片种植体周骨组织进行形态学观察。

1.4 骨组织形态计量学的测量 采用图像分析软件进行骨计量学分析,计算种植体周骨板厚度(CBLW)、骨小梁平均宽度(Trabecular Width,Tb.Wi,μm)、骨小梁面积/视野面积百分比(Trabecular Area.Tb.Ar,%)。

1.5 统计学方法 采用SPSS18.0软件进行单因素方差分析。

2 结 果

2.1 形态学观察 各组松质骨区域种植体周围均有骨组织生成并环绕,但各组种植体周骨质厚薄不一。OP组种植体周骨质明显纤细,甚至局部不连续,种植体周骨板外围髓腔增大,骨小梁减少且相对变细。假手术组及E2治疗组种植体周骨板较厚,管壁连续,骨小梁增多,小梁厚度相对较厚,骨髓腔较OP组明显变小。IGF-1组种植体周骨板厚度增加较E2组更显著,骨板连续,但厚度不甚均匀,骨板外周骨小梁数量及宽度较OP组有所增加,程度不及E2及假手术组。见图1。

2.2 形态计量分析 OP组种植体周骨板厚度、种植体周骨壁外骨小梁平均宽度及骨小梁面积/视野面积百分比均显著低于假手术组(P<0.01);E2组和IGF-1组三项指标均无显著差异(P>0.05),但均高于OP组(P<0.05);E2组与假手术组比较三项指标均无显著差异(P>0.05);IGF-1组与假手术组比较,种植体周骨板厚度无差异(P>0.05),但骨小梁平均宽度和骨小梁面积/视野面积百分比相对较低(P<0.05)。见表1。

图1 各组股骨种植钉周围骨组织形态学观察(HE,×40)

组别骨板厚度(μm)骨小梁平均宽度(μm)骨小梁面积/视野面积百分比(%)假手术组76.58±8.181)56.34±3.981)61.62±6.551)OP组35.61±5.9238.63±1.7044.20±4.02E2组71.46±9.711)53.26±5.181)58.66±6.081)IGF-1组79.44±10.111)47.65±3.931)2)53.60±5.541)2)

与OP组比较:1)P<0.05;与假手术组比较:2)P<0.05

3 讨 论

OP是由于破骨和成骨的动态平衡被打破而导致的以骨量减少和骨的微观结构退化为特征的骨代谢病变导致四肢躯干骨和颌骨的骨量减少,被认为是牙科种植修复的重要危险因素〔7〕。 Sakakura等〔1〕证实OP使已经达到骨整合的种植体周围骨密度明显降低,而Cho等〔2,3〕研究表明假手术组松质骨区种植体骨结合率和周围骨量明显降低。因而,作为种植技术全面推广的当今,如何改善OP对骨整合的不利影响对牙科临床具有重要的意义。

IGF-1已被证实具有明显的促进体内外成骨作用,被认为可预防及治疗老年性OP〔4,5〕。本课题组前期实验证实OP颌骨局部的IGF-1表达降低〔6〕,然而局部应用IGF-1对OP状态下种植体周围骨组织愈合是否具有促进作用尚不清楚。本研究表明,IGF-1局部应用促进了种植骨创的愈合,可改善OP状态下的种植体周围骨结合。

雌激素替代治疗是临床上应用最多的绝经后OP治疗方法,对提高OP状态下种植体的骨结合也有良好效果〔8〕。本实验表明IGF-1种植骨创内局部应用在短期内能达到与雌激素相当的促进种植体骨结合的效果,其作用可能与IGF-1促进新骨形成有关。研究发现〔4,9〕,IGF-1可明显促进正常大鼠骨祖细胞的增殖和分化,增强碱性磷酸酶的活性和骨的矿化。Wang等〔10〕研究表明IGF-1局部应用可改善糖尿病大鼠种植体的骨结合效果。然而本实验发现,IGF-1对松质骨区域骨板外周骨小梁宽度和面积视野百分比增强作用弱于未切除卵巢的OVX组。推测可能与IGF-1是局部刺激因子,对于IGF-1直接作用区域的促进成骨作用较强,对用药邻近区域成骨作用相对较弱有关。

本实验结果表明,IGF-1可使OP大鼠种植体周围骨板厚度增加,骨板外周骨小梁宽度和骨小梁面积/视野面积百分比增加,短期内达到与雌激素替代疗法相当的效果,且应用方便,有助于改善OP状态下的骨结合,但其长期效果是否理想以及能否改善用药区域以外OP的状态还不明确。

1 Sakakura CE,Giro G,Gonalves D,etal.Radiographic assessment of bone density around integrated titanium implants after ovariectomy in rats〔J〕.Clin Oral Implants Res,2006;17(2):134-8.

2 Cho P,Schneider GB,KrizanK,etal.Examination of the bone implant interface in experimentally induced osteoporotic bone〔J〕.Implant Dent,2004;13(1):79-87.

3 潘巨利,张福胤,齐东元,等.实验性骨质疏松症对种植体周围骨量及骨结合的影响〔J〕.中华口腔医学杂志,2000;35(5):362-4.

4 Hock JM,Gentrella M,Calais E.IGF-1 has independent effects on bone matrix formation and cell replication〔J〕.Endocrinology,1988;122(1):254-60.

5 张 强,蔡锦方,王 敏,等.绝经后妇女骨折与血清胰岛素样生长因子-I水平的关系〔J〕.中国老年学杂志,2004;24(4):188-9.

6 唐成芳,郭三萍,李晓红,等.生长激素雌激素对去势大鼠剩余牙槽骨内IGF-I表达的影响〔J〕.中国骨质疏松杂志,2007;13(6):393-7.

7 宋应亮.骨质疏松症与种植体骨结合〔J〕.中华口腔医学杂志,2010;45(12):734-7.

8 李亚男,王东胜,王照五,等.17β-雌二醇对骨质疏松状态下牙种植体骨整合的影响〔J〕.中华老年口腔医学杂志,2012;10(3):160-3.

9 Sakata T,Halloran BP,Elalieh HZ,etal.Skeletal unloading induces resistance to insulin like growth factor Ⅰ on bone formation〔J〕.Bone,2003;32(6):669-80.

10 Wang F,Song YL,Li CX,etal.Sustained release of insulin-like growth factor-1 from poly(lactide-co-glycolide)microspheres improves osseointegration of dental implants in type 2 diabetic rats〔J〕.Eur J Pharmacol,2010;640(1-3):226-32.

〔2015-08-29修回〕

(编辑 苑云杰/曹梦园)

陕西省科技厅资助项目(2015SF242);陕西省教育厅科研课题(12JK0757);西安医学院校级课题(2009FZ6)

唐成芳(1977-),女,副教授,博士,主要从事口腔修复学和颌骨骨质疏松研究。

朱 勇(1962-),男,副教授,主要从事口腔颌面及耳鼻咽喉头颈外科研究。

R783.4

A

1005-9202(2017)01-0044-03;

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.01.019

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