不同程度的骨挤压对犬松质骨的生物力学影响

傅云婷,汪永跃,左艳萍,周颖

(1深圳市龙岗区耳鼻咽喉医院口腔科,深圳市耳鼻咽喉疾病重点实验室,深圳 518172;2四川大学华西口腔医学院种植科;3西安医学院口腔医学系;4成飞医院口腔科;*通讯作者,E-mail:wangyy516@163.com)

不同程度的骨挤压对犬松质骨的生物力学影响

傅云婷1,汪永跃2*,左艳萍3,周颖4

(1深圳市龙岗区耳鼻咽喉医院口腔科,深圳市耳鼻咽喉疾病重点实验室,深圳 518172;2四川大学华西口腔医学院种植科;3西安医学院口腔医学系;4成飞医院口腔科;*通讯作者,E-mail:wangyy516@163.com)

目的 比较骨挤压技术对种植体-骨界面结合强度的影响。 方法 选取成年杂种犬12只,建立松质骨挤压的动物模型,分别于其股骨髁处的松质骨内用敲击式柱状挤压器按照0,0.6,1.2,2.0 mm的挤压程度逐级挤压、植入48颗柱状种植体,在术后1,2,4,12周时取材,通过种植体推出试验测试种植体-骨界面的结合强度。 结果 松质骨经挤压植入种植体后,在1,2周2.0 mm挤压程度组的松质骨剪切强度明显高于0,0.6,1.2 mm组(P<0.05)。4周和12周各组之间剪切强度的差异没有统计学意义(P>0.05)。 结论 骨挤压技术能够明显改善松质骨的生物力学特性,可能有益于提高种植体的初期稳定性。

骨挤压; 松质骨; 生物力学; 推出实验; 牙种植

种植部位的骨的质地是影响种植体成功率及远期效果的重要因素。随着种植手术广泛开展,临床上发现有40%-80%的患者存在种植区骨量不足[1],上颌骨尤其是上颌后牙区因骨质疏松一直被视为种植的危险区[2]。骨质疏松症因骨量减少,骨内微细结构破坏,从而导致骨脆性增加、骨折风险增高,过去也被认为是牙种植的绝对禁忌证[3]。为了改善上述情况、提高种植成功率,20世纪90年代出现了骨挤压技术[4]。骨挤压技术可以改变种植窝的骨质结构及力学性能,使种植体获得良好的初期稳定性,为种植义齿提前负重甚至即刻负重创造有利条件。国内外一些学者对骨挤压技术进行了关于临床及实验室方面的研究,方法多为影像学与组织学观察。大多数研究证实挤压后骨质是有所改善的[5-8]。但是对于生物力学的研究,尤其是不同挤压程度对于不同时期种植体稳定性的影响方面的研究较少。目前关于骨挤压技术也存在很多争议,例如因被快速压缩并保持该形变量的松质骨随着时间的延续其应力值是否会逐渐减弱,直至消失，这些问题都有待于进一步的研究。本实验选择犬股骨髁处的松质骨作为拟挤压部位,建立动物模型,采用逐级敲击挤压的方式植入种植体,根据观察时间和挤压程度对实验动物进行分组。于特定观察时间处死动物、取材,进行种植体推出试验,计算骨界面的剪切强度,探讨在不同观察时间点下不同程度的骨挤压对种植体-骨界面结合强度的影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料及设备

普通成年杂种犬(四川大学华西校区实验动物供应站提供);敲击式柱状挤压器、柱状纯钛种植体(四川大学生物医学材料研究中心加工处理);骨锯、组织剪、手术刀、镊子等;40%多聚甲醛溶液、蒸馏水等;慢速手机、马达、牙科治疗椅、金刚砂片切针等;AG-10TA电子式万能材料试验机(日本岛津公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 建立动物模型 选取12只普通成年杂种犬,分别于其双侧后肢股骨髁处利用敲击式柱状挤压器(直径分别为3.0,3.6,4.0,4.2 mm)逐级挤压松质骨、并植入与种植窝直径相同的4颗圆柱状纯钛种植体,每侧2颗,挤压程度分别为0,0.6,1.2,2 mm,共计48颗。

1.2.2 获取样本 根据不同的观察时间,分别在种植体植入术后1,2,4,12周时处死实验动物3只,获取股骨髁骨块样本,生理盐水冲洗,置于10%福尔马林溶液中浸泡。用片切针去除骨块表面全部皮质骨,去除种植体底端下方的全部松质骨,使其正好完全暴露出种植体底端,且底端松质骨平面与种植体颈部松质骨平面平行,与种植体长轴垂直。

1.2.3 种植体推出实验 将修整好的含种植体的骨块置于AG-10TA电子式万能材料试验机的支架上,种植体即将被推出的下方为中空结构,骨块两侧被夹持器固定不能移动。用顶冲头垂直对准种植体,顶冲头长轴与种植体长轴在一条直线上,以2 mm/min的加载速度逐渐加压,将种植体推出,记录种植体开始松动时的最大载荷值。并按下列公式计算种植体——骨界面的剪切强度:

SS(MPa)=F(N)/S(m2)

其中,SS为剪切强度;F为种植体-骨界面的剪切力;S为种植与骨的结合面积。

1.3 统计学分析

使用SPSS软件进行统计学处理,分别记录在不同观察时间下不同挤压程度组的种植体-骨界面的剪切强度值,采用Student-Newman-Keuls(SNK)法进行组间两两比较分析,以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

本资料属于随机区组设计,采用Shapiro-Wilk法进行正态性检验,检验统计量为0.945,P<0.05,尚不能认为该样本符合正态分布,因此采用秩变换后的One-Way ANOVA结合SNK法进行组间两两比较的统计学分析。各组剪切强度值及统计学分析结果见表1。

挤压程度(mm)1周 2周 3周 4周 0 0390±01041160±01211496±01781796±0130060456±00811018±00851559±01981685±0102120418±00711058±00671465±04591652±0325200719±0024∗1426±0076∗1614±04011784±0182F4．4839．9250．1490．480P0．0400．0050．9300．712

与0 mm,0.6 mm,1.2 mm组比较,*P<0.05

种植体推出实验与统计学分析结果显示,1周时2.0 mm组的剪切强度显著高于其他三组(F=4.483,P<0.05),而0.6 mm和1.2 mm组与0 mm组之间的差异不明显(P>0.05)。2周时各组的剪切强度均有明显增长,2.0 mm组与其他三组的差异有统计学意义(F=9.925,P<0.05);在4,12周时4个组的剪切强度小幅度增长,数据值变得较为接近,组间比较无统计学差异(P>0.05)。

3 讨论

临床上种植外科通常采用的挤压方式有敲击式挤压和螺旋式挤压两种。螺旋式挤压主要是通过挤压器或种植体体部的螺纹,在种植手术中以一定的扭矩对种植窝骨壁产生挤压所用[9]。敲击式挤压是通过在敲击过程中挤压器的楔入作用对种植窝骨壁产生一定的侧向挤压力,还可用于上颌窦提升术中,使用轻敲的方法在不破坏上颌窦封闭性的前提下提升上颌窦水平高度,增加窦嵴距和骨质密度,改善受植床的植入条件[10,11]。本实验中所用的挤压器和种植体都是自行加工,为便于较精准地控制种植体及骨挤压器的规格尺寸,二者形态均设计为柱状,以减少由于种植体或挤压器尺寸精度不高而产生的实验误差。

口腔种植修复技术利用牙种植体将义齿承受的咬合力传递到牙槽骨,牙种植体起着支撑固位作用。骨结合是实现这一目的的生物学基础,而骨界面的力学性能则是它的功能基础。在种植体与骨组织形成的骨整合界面,种植体承载负荷时,界面上每一单位面积承受的应力有3种形式:压应力、张应力、剪切力。在一定生理范围内,骨组织是能耐受压应力和压应变的,而剪切力则使种植体-骨界面产生破坏的趋势。种植体推出实验研究的正是种植体-骨界面的剪切强度,它反映了二者之间的结合强度、以及种植体在行使功能时所能承受的最大载荷。

种植体-骨界面结合强度的大小主要与种植体本身和种植窝骨质情况相关。本实验中采用相同材料和表面处理方式的种植体,因此种植窝的骨质情况就成了影响结合强度的关键。本实验统计结果显示,松质骨经挤压植入种植体后,早期经2.0 mm的挤压植入种植体的松质骨与未经挤压直接植入种植体以及受到较小程度挤压的松质骨骨质有明显不同(P<0.05),经较大程度挤压的松质骨其种植体-骨界面的剪切强度显著增大。种植体植入后2周,这种差异仍然存在。植入种植体4周后,各组之间的差异消失不见(P>0.05)。种植体推出试验结果与本动物实验组织形态学观察所得出的结论相吻合[12],组织形态学观察发现挤压对于松质骨排列的影响主要表现在愈合时间为第1周和第2周的切片当中,从第4周开始到第12周,松质骨经过重新排列,结构重建,排列趋于稳定、均匀,12周时,挤压组与对照组的骨小梁密度及排列基本无差别。

在种植体植入早期,主要是由种植体和骨之间的机械锁结决定的初期稳定性起作用,将种植体卡抱于种植窝内。随着愈合时间的延长,初期稳定性逐渐消失,种植体与周围骨组织发生骨整合而产生的二期稳定性逐渐形成并占据主要作用的位置。在经骨挤压植入种植体后的第1周和第2周时,种植体周围的松质骨受到挤压的影响,骨密度产生变化。因为骨为黏弹性组织,受到挤压后被快速压缩并保持该形变量,尤其是受到2.0 mm这样较大程度的挤压时,骨密度的变化更加明显,骨的生物力学性能明显改善,将种植体推出种植窝所需要的力也就越大,种植体-骨组织界面的剪切强度即结合强度也就越大。在植入种植体4周之后,受压后的骨小梁的初期愈合和重建已基本完成,骨挤压对于种植体-骨组织界面结合强度的影响已基本消失,初期稳定性的作用减弱,种植体的稳定性基本上是靠与周围骨组织形成的骨结合来维持。

即刻负重技术要求种植体植入后在1周内完成修复过程,它能够极大地缩短疗程,较快地满足患者的美观和功能要求。但是即刻负重对种植区有着严格的要求。初期稳定性是即刻负重的先决条件。虽然种植体植入后其稳定性随愈合时间的延长而提高,但即刻负重种植体的失败主要集中在负重后3-5周[13]。这个时期初期稳定性已经开始减弱,而由骨整合产生的二期稳定性正在开始形成,尚不足以抵消减弱的初期稳定性所带来的失败的风险,二者之和处于整个愈合过程的最低谷。因此临床上常采用级差备洞技术即骨挤压技术植入种植体以获得所需的初期稳定性。骨挤压技术在挤压的同时提高了种植窝周围的骨密度,同时对于骨量不足的患者也最大限度地减少了骨的丧失。

本实验结果表明,松质骨经较大程度的挤压后骨质明显改善,种植体-骨界面的剪切强度增大,界面结合能力增强,可能有益于提高种植体的初期稳定性,满足临床的需求。

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Biomechanical effect of different degree of squeezing on the cancellous bone of dogs

FU Yunting1,WANG Yongyue2*,ZUO Yanping3,ZHOU Ying4

(1DepartmentofStomatology,ShenzhenLonggangE.N.T.Hospital,ShenzhenKeyLaboratoryofE.N.T.,Shenzhen518172,China;2DepartmentofDentalImplants,WestChinaCollegeofStomatology,SichuanUniversity;3DepartmentofStomatology,Xi’anMedicalUniversity;4DepartmentofStomatology,ChengfeiHospital;*Correspondingauthor,E-mail:wangyy516@163.com)

ObjectiveTo explore the effect of the squeezing technique on the bonding strength of the implant-bone interface.MethodsTwelve adult mongrel dogs were chosen randomly to establish an animal model of squeezed cancellous bone. Forty-eight cylindrical implants were installed into the cancellous bone after it was prepared by knocking and squeezing technique according to different squeezing extent(0,0.6,1.2 and 2.0 mm). The samples were taken at 1, 2, 4, 12 weeks after surgery respectively to measure the bongding strength of the implant-bone interface by the push-out test.ResultsAfter the cancellous bone was squeezed and implants were installed, the shear strength in 2.0 mm group was significantly higher than in 0 mm group, 0.6 mm group and 1.2 mm group at week 1 and 2(P<0.05).The shear strength showed no significant difference between groups at week 4, 12(P>0.05).ConclusionThe biomechanical property of cancellous bone can be significantly improved by the squeezing technique,which is probably beneficial to obtain the primary stability of implants.

bone compressing; cancellous bone; biomechanics; push-out test; dental implant

深圳市重点实验室项目(ZDSYS201506050935272)

傅云婷,女,1982-06生,硕士,主治医师,E-mail:forteen82@163.com

2017-03-22

R783

A

1007-6611(2017)07-0691-04

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.07.011