生物学宽度概念在口腔种植中的结构、尺度及功能意义

郑铮 陈文川

口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医院修复1科 成都 610041

1962年，Cohon根据Gargiulo等[1]的研究提出了天然牙中存在生物学宽度，即龈沟底与牙槽嵴顶之间约2 mm的恒定距离，结构上包括结合上皮（宽约0.97 mm）及结合上皮根方和牙槽嵴顶之间的纤维结缔组织（宽约1.07 mm）。在口腔种植的应用中，学者们发现了与天然牙类似的现象，于是在1991年，Berglundh等[2]提出了种植体周围生物学宽度的概念。单从字面意义上理解，种植体生物学宽度是一个几何尺度上的概念，即从种植体周围黏膜顶端到种植体-骨结合开始位点的较为恒定的距离，宽约3～4 mm。但在学术交流中提及这一概念时，学者们常讨论的是种植体周围特定的结构，包括上皮组织层（龈沟上皮和结合上皮）与上皮根方和种植体-骨结合开始位点之间的纤维结缔组织层。字面意义与常用含义的这种差异容易造成该概念在结构与尺度意义上的混淆。此外，种植体生物学宽度概念更重要的意义体现在其功能方面，它既是保护种植体的一道屏障和有利于种植区软硬组织的重建，更是指导种植外科与修复临床工作的重要参考。

下面笔者就口腔种植体周围生物学宽度在结构、尺度及功能三方面的意义进行综述。

1 种植体周围生物学宽度的结构

天然牙的生物学宽度是指龈沟底与牙槽嵴顶之间的恒定距离，在组织学构成上包括结合上皮及其根方和牙槽嵴顶之间的纤维结缔组织。结合上皮由非角化复层鳞状上皮构成，靠基底板和半桥粒与釉质相附着，而结缔组织主要由胶原纤维构成。种植体周围生物学宽度的结构和天然牙具有相似性，是由上皮组织层和其与种植体-骨开始结合位点之间的结缔组织层构成（图1）。种植体生物学宽度的形成是一有序的、有规律的及多种因素参与的过程。种植手术后血管周围有大量中性粒细胞浸润。随后，种植体周围黏膜以富含细胞和血管结构的结缔组织附着在种植体表面，并开始形成上皮屏障。最后，结缔组织形成良好并富含大量的胶原和成纤维细胞[3]。

图 1 种植体周围组织结构示意图Fig 1 Sketch map of peri-implant tissue structure

在结构上，天然牙和种植体周围的生物学宽度的差异主要表现在：与牙槽嵴顶位置关系不同；组织学构成不同，种植体生物学宽度的构成纳入了龈沟上皮；结缔组织中的纤维的构成不同，种植体表面仅有水平和环形纤维（表1）[4]。

表 1 天然牙和种植体周围生物学宽度的区别Tab 1 The differences of biological width between the natural tooth and implant

种植体生物学宽度在超微结构上表现为：上皮组织层是由龈沟上皮和结合上皮构成，结合上皮通过其半桥粒和基底层与种植体发生结合[5-6]。牙龈上皮细胞中的半桥粒是高度特化的整合素介导的上皮附着结构，通过建立连接使细胞牢固地黏附于种植体表面，连接基底膜和胞内角蛋白丝，在分子层面上主要是由整合素α6β4[7]和网蛋白构成[8]。半桥粒主要存在于种植体周围上皮-种植体界面的下部区域[9]。牙龈上皮内的基底膜是在电子显微镜下由密板和透明板构成[9]，主要是由层黏连蛋白-332组成，包含3个二硫键连接的多肽链（α3、β3、γ2），多肽链在内质网上组装成十字形异三聚体[5,10]，其主要通过关键基底层蛋白（层黏连蛋白和巢蛋白-1）吸附于种植体表面[11]。结缔组织层类似于瘢痕组织[12]，在组织学上主要是由胶原纤维和成纤维细胞构成。纤维结缔组织富含大量的胶原纤维，仅形成水平和环形纤维[13]，靠近上皮组织的结缔组织缺乏血管，且伴有少量炎症细胞的浸润[14-15]。有学者[16]认为，种植体周围有50～100 μm厚的无血管结构的结缔组织包绕，以环形胶原纤维为主，其外部为富含血管的结缔组织。结缔组织中的成纤维细胞分布在种植体周围，与种植体长轴平行排列[17]。

2 种植体周围生物学宽度的尺度

Cohon提出，天然牙的生物学宽度的尺度是2.04 mm，包括0.97 mm宽的结合上皮层和1.07 mm的纤维结缔组织层。种植体周围的生物学宽度的尺度在不同的研究当中存在差异，但3～4 mm的生物学宽度[2]是较为一致的（表2）。Negri等[15]将锥形埋置式内连接的种植体植入比格犬模型后发现，种植体生物学宽度为3.07～3.51 mm，其中上皮组织宽1.64～1.93 mm，结缔组织宽1.21～1.32 mm。Hermann等[18]将不同大颗粒喷砂酸蚀表面（sandblasted large grift acid-etched，SLA）处理面积的种植体植入雄性猎狐犬模型后得出，其生物学宽度为2.84～3.80 mm，包括1.33～2.31 mm宽的上皮组织和1.28～1.70 mm宽的结缔组织。有研究[19]表明种植体表面性状与细菌入侵有关，SLA处理面积较小的种植体易受细菌影响，因此SLA处理面积较小的种植体形成的软组织屏障更长，以保证其下方种植体的长期稳定性。

表 2 不同文献中报道的天然牙和种植体周围生物学宽度的尺度Tab 2 Dimension of biological width around the natural tooth and implant

综上所述，种植体周围生物学宽度的尺度在3～4 mm以内，包括2～3 mm的上皮组织和1～2 mm的纤维结缔组织。种植体龈沟底即结合上皮最冠方难以确定，因此种植体周围生物学宽度纳入了龈沟上皮，这可能是种植体生物学宽度在尺度上大于天然牙生物学宽度的原因之一。

天然牙的生物学宽度的尺度不是恒定的2 mm，Vacek等[23]的研究表明有些患者的牙龈乳头能在6～7 mm内稳定存在，可能是由于其天然牙的生物学宽度在3～4 mm所致。类似的，在形成了稳定的长结合上皮结构的情况下，种植体周围生物学宽度可能大于4 mm，说明患者本身存在更大的生物学宽度尺度。而对于纯莫氏锥度连接设计的种植体，如：Bicon®和Ankylos®种植系统，可能天然具有“更大”的生物学宽度，临床上一般建议将其植入牙槽嵴顶下2 mm甚至更深。在这种情况下，骨组织能够在该系统种植体平台上方稳定，并形成一个供基台穿越的通道（图2A）。由于该通道的存在，若按种植体生物学宽度的传统定义（牙龈边缘到种植体-骨结合位点的距离），则纯莫氏锥度连接种植系统的种植体生物学宽度在尺度上可能远远大于4 mm[24-25]。但该类种植体能够形成其他很多系统不能形成的这种稳定的通道，可能的原因主要包括其采用莫氏锥度连接大大减少了种植体-基台连接处的泵效应、种植体微动以及细菌的入侵[26-27]。但应该注意到，若以种植区牙龈边缘到种植区稳定的骨最高点作为生物学宽度，则纯莫氏锥度连接的种植体生物学宽度在尺度上仍可能满足3～4 mm的范围（图2A），这可以理解为生物学宽度在种植体植入后的静态表现。另外，从动态的表现来看，包括笔者在内的许多学者[26,28-29]对临床上植入纯莫氏锥度连接的种植体的患者进行长期随访，1年以后不但发现部分种植区周围牙龈组织未发生明显的退缩，甚至还陆续发现骨组织冠向生长。若按种植体生物学宽度的常规定义，虽然这时骨组织位置变化了，但其生物学宽度在尺度上并未发生变化，因为种植体骨结合位点并未变化。但此时，若以种植区稳定的骨最高点为计算起始点，牙龈边缘到该点的距离在尺度上依旧满足3～4 mm的范围。对纯莫氏锥度连接的种植体生物学宽度进行的这种静态和动态观察，促使研究者重新审视种植体生物学宽度的传统定义。笔者认为可以对其进行一个修正，即种植体生物学宽度应以种植体周围稳定的骨最高点为起点，该点应位于种植体表面或其冠向延伸面上。这种稳定的骨区别于碟形骨吸收时，在水平方向上远离种植体表面及其延伸面的骨最高点（图2B）。修正后的定义可以解释各个种植系统生物学宽度在尺度方面存在的表面上的差异，并且更加有利于理解生物学宽度的功能意义。

图 2 组织结构示意图Fig 2 Organization chart

3 种植体周围生物学宽度的功能意义

3.1 抵挡细菌侵入

天然牙周围生物学宽度存在的最大意义就是抵御外界刺激。而种植体从口腔黏膜中穿出，在口腔内形成了一个相对薄弱的环节[30]，在此基础上，为了保护下方的牙槽骨免受刺激，周围的软组织进行了改建形成了软组织屏障，即在结构、尺度和功能上表现为所谓的种植区的生物学宽度。有研究[4]表明，种植体周围主要存在兼性厌氧链球菌和厌氧杆菌，生物学宽度可以作为生物屏障抵挡细菌的侵入，避免周围软组织炎症的发生。软组织屏障封闭了软硬组织交界处并产生趋化因子和细胞因子等抗菌物质[31]，发挥了物理屏障和生物屏障的作用。除此之外，有研究[32]表明种植体周围存在混合微生物菌群，主要由革兰氏阳性球菌和非运动性杆菌组成，以及少量的革兰氏阴性厌氧菌种，但细菌入侵距离是有限的，有研究[33-34]表明细菌入侵范围随着软组织深度的增加是逐渐减少的，由于软组织屏障的存在，细菌很难在种植体-基台连接处刺激周围组织产生相应的炎症。笔者认为种植区组织学构成组分较为单一且血供较差，因此种植区相对于天然牙更加的薄弱，更容易受到细菌的侵袭。为了有效地抵御外界刺激，加强种植区软组织的屏障作用，种植体周围生物学宽度作为第一道屏障在尺度上明显宽于天然牙以适应其在结构上较天然牙软组织更为薄弱，表现为上皮组织和结缔组织的尺度较长，这可能是种植体生物学宽度在尺度上大于天然牙生物学宽度的原因之一。

3.2 有利于种植区软硬组织的重建

生物学宽度的形成与种植区的软硬组织有着密切的关系[4]。有研究[35]表明为形成生物学宽度需要考虑牙周生物型和剩余的骨量。对不同黏膜厚度的植入情况进行分析，结果表明结合上皮长度相似，而附着的结缔组织长度存在差异。因为要形成生物学宽度，所以于黏膜较薄处植入种植体，此处存在明显的骨组织吸收[36]。Bhat等[37]研究种植体植入后黏膜厚度的变化，结果发现种植体周围黏膜厚度先减少再增加，由于薄龈生物型形成的生物学宽度较为薄弱，厚龈较薄龈生物型增加的黏膜量更多。研究角化黏膜对种植体周围软组织的影响时发现，其有利于生物学宽度的建立，会形成良好的软组织封闭[38-39]。因此，种植区软硬组织均发生了相应的改建以适应种植体周围生物学宽度的形成。

3.3 指导临床种植修复过程

3.3.1 指导种植体植入位点 种植体植入位点主要从唇舌向、冠根向和近远中向3个方向上进行考虑。Spray等[40]研究垂直向的骨吸收和表面骨的宽度的关系时发现，为了形成生物学宽度，当骨的厚度小于1.4 mm，骨吸收更多。他们认为为了避免垂直向的骨吸收，外侧骨密质至少需要1.8 mm厚。植入部位的颊侧骨壁厚度为1 mm不会造成明显的骨吸收和软组织塌陷[14]。有学者[4]发现，种植体周围软组织尺寸至少需要3 mm的厚度来形成生物学宽度。Hermann等[18]发现埋置式连接的种植体植入位点位于牙槽嵴下1 mm上皮屏障功能更好。Negri等[15]得出种植体于牙槽嵴顶下2 mm植入，周围牙槽骨嵴顶和种植体与骨开始结合处距离种植体肩部更远，骨吸收更明显，形成的生物学宽度更靠近根方，不利于美观。在近远中的植入位点上，一些学者[41-42]认为种植体间的最小距离是3 mm，种植体与邻牙之间的最小距离是1.5 mm，这一方面是由于种植体建立的生物学宽度是位于牙槽嵴顶根方的，另一方面是为了抵消生物学宽度在侧方造成的骨吸收。因此，综合考量种植体植入部位为唇舌向：前牙区种植至少保留2 mm唇侧骨壁，而后牙区种植至少保留1 mm颊侧骨壁；冠根向：目标修复体龈缘根方3～4 mm；近远中向：种植体与相邻天然牙间距1.5～2 mm以上，种植体与种植体间的间距为3 mm以上。

3.3.2 指导种植体结构的选择 在种植体-基台连接结构中，提出了平台转移来保存种植体周围的骨量，将种植体-基台连接处转移到种植体内侧，使生物学宽度更靠内侧，减少了垂直方向上的骨吸收。Lazzara等[43]认为，将种植体-基台连接处转移到内侧，一方面暴露更多的种植体平台表面有利于结缔组织胶原纤维的插入以形成生物学宽度，另一方面增加了软组织屏障的尺度使细菌不易侵入，牙槽骨炎症浸润被转移，牙槽骨的暴露区域减少到50%。在种植体颈部结构设计中，有研究[44]表明，粗糙的种植体颈部形成了良好的生物学宽度，从而减少了牙龈边缘的退缩和周围骨吸收。有学者认为，种植体颈部微螺纹结构有利于功能负荷时生物力学的适应，将剪切力转化为压力，能有利于种植体周围生物学宽度的建立，减少其下方骨的吸收。

3.3.3 指导种植体基台材料类型的选择 Abrahamsson等[45]发现，基台表面的粗糙度不会影响种植体软组织的附着，且金基台周围形成的生物学宽度明显短于标准基台[21]。钛和瓷制作的基台可以形成类似的生物学宽度，同Blanco等[46]的研究一致，包括2 mm的上皮和1～1.5 mm的结缔组织。由金或是烤瓷制作的基台，基台水平不会形成良好的软组织附着，并会发生黏膜退缩和骨组织吸收。Welander等[22]发现放置金铂合金基台的种植体，在愈合期间发生屏障上皮和边缘骨向根方移位且含有的胶原和成纤维细胞较少，并且有较大的白细胞分数，研究不建议临床上选用金铂合金基台。因此，临床上因根据情况选择不同材质的基台以达到最佳的软组织封闭。

4 结论

综上所述，笔者主要从种植体周围的生物学宽度的结构、尺度和功能意义3个方面出发进行综述。表面上种植体的生物学宽度看起来是一个数值概念，但这个数值不是绝对的，目前公认宽约3～4 mm。在临床文献交流的过程中，常关注于种植体周围生物学宽度的结构，包括上皮屏障和结缔组织附着，由上皮组织层以及上皮根方和种植体-骨结合位点之间的纤维结缔组织层组成。笔者认为，临床工作者更应该注意生物学宽度的功能意义，种植体周围生物学宽度是种植体建立周围软组织封闭的重要保障，也是种植体建立初期稳定的重要基础。生物学宽度可以抵御外界微生物的刺激、有利于种植区软硬组织的重建和指导口腔种植修复过程。在不同条件下种植体周围生物学宽度建立有所不同，选择恰当的种植体植入合适的部位并进行良好后期维护有利于生物学宽度的建立，可抵御外界刺激，减少软组织的退缩和骨组织的吸收，提高种植成功率。