自攻型种植体在即刻种植中的生物学性能研究

龚 铭，孙晓琳，杜留熠，吕慧欣，周延民

人工种植牙与传统固定、可摘义齿修复相比，有着其独特的优越性:舒适、美观、耐用，不损伤邻牙等，更加符合患者的生理及美观要求，目前，已被广泛应用于牙列缺损和缺失的修复治疗[1]。即刻种植技术是当前口腔种植领域研究的热点。与延期种植相比，即刻种植具有其无可比拟的优点，它在一定程度上保留了现有的牙槽骨和牙龈结构，维持种植体植入时的骨量，减少不必要的牙槽骨吸收[2-3]，并且可以减少手术创伤次数，缩短治疗周期，对种植修复后美学效果也有一定改善。然而，由于即刻拔牙后，不规则的拔牙窝形态或骨缺损的存在，使种植体不易获得较好的初始稳定性，甚至影响骨结合，因此，即刻种植技术具有一定的挑战性。

研究表明，种植体的设计方式可以提高即刻种植的初期稳定性，从而获得良好的骨结合[4]。自攻型种植体是指利用自身的特殊设计螺纹旋转进入骨内的种植体，使种植体和骨组织实现更紧密的贴合。由于其独特的设计，除了能够增加种植体与骨的接触面积外，还能够增强对骨组织的挤压力，形成锁结作用，从而可以较容易的取得良好的初期稳定性。目前关于自攻型与非自攻型种植体在即刻种植中的对比较少，对于两者初期稳定性、骨结合以及新骨形成能力的分析有待研究。本文拟在体内实验中对比行即刻种植术的自攻型与非自攻型种植体生物学性能的差异，并从骨水平和软组织水平种植体全面分析评价，为自攻型种植体临床应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物

本实验由吉林大学动物伦理委员会审查批准通过。实验动物选取全身发育良好的健康雄性成年Beagle犬36只，体质量12～14 kg，年龄为12个月。随机编号为1—36号。所有实验动物由吉林大学动物医学学院提供。所有Beagle犬均在笼中独立圈养，按时进食，自由饮水。适应性饲养1周后，进行实验。

1.2 材料与器械

种植体(创英)；iCTmotor种植机(登腾)；高压蒸汽灭菌消器(SN310C)(Yamato)；Osstell 谐振频率分析仪(奥齿泰)；μCT50柜式锥形束微型CT(micro-CT)(瑞士SCANCO)；常规外科手术器械：11#手术刀片、手术刀柄、持针器、眼科剪、线剪、组织剪、可吸收缝线等。

1.3 方法

1.3.1 分组及处理 36只比格犬分为3组，分别在术后4、8、12周随机处死。每只比格犬植入骨水平自攻型种植体(bone level self-tapping implant，BLE)、骨水平非自攻型种植体(bone level implant，BL)、软组织水平自攻型种植体(soft tissue level self-tapping implant，TLE)、软组织水平非自攻型种植体(soft tissue level implant，TL)四种种植体各1枚，共计144枚。

1.3.2 拔除下颌第二前磨牙及种植体植入 术前对所有手术器械进行高温高压灭菌(121 ℃，15 min，1.05 kg/cm2)。实验犬用安泰注射液，和生理盐水以体积比1∶3混合，静脉注射，1 mL/kg。进行麻醉。麻醉后将犬固定于手术台，使用安尔碘术区消毒2遍，铺巾。术中以2%利多卡因/肾上腺素(1∶100 000)浸润麻醉，拔除犬双侧下颌第二前磨牙(图1A)，搔刮拔牙窝(图1B)，逐级预备种植窝，在一侧依次植入规格为φ3.3 mm×10 mm的BLE、BL种植体各一枚，在另一侧依次植入规格为φ3.3 mm×10 mm的TLE、TL种植体各1枚(图1C)，旋上封闭螺丝(图1D)，间断式缝合。术后连续2 d，每天每只犬给予青霉素(50 u/g)预防感染。

A：拔除下颌第二前磨牙；B：搔刮拔牙窝；C～D：植入种植体

1.3.3 处死动物及标本收集 种植体植入后Beagle犬全部存活。术后4周、8周和12周分别随机选取12只处死。大体观察下颌第二前磨牙种植体植入区后，剔除牙龈和黏骨膜瓣，用骨锯取下包含种植体的下颌骨部分，要求种植体周围至少保留5 mm骨组织，然后用4%多聚甲醛溶液固定骨块24 h后，浸泡于70%乙醇溶液中。

1.4 植入扭矩值

记录种植体植入时，扭矩扳手加力的最后扭矩值。

1.5 种植体稳定系数

将比格犬使用安泰麻醉后，取材前利用共振频率分析仪分别测量种植体植入和植入后4、8、12周的种植体稳定系数(implant stability quotient)，即ISQ值。

1.6 Micro-CT三维重建

在种植体植入后4、8、12周进行取材扫描。利用Micro-CT进行扫描进行三维重建。通过 Micro-CT的随机软件(μCT evaluation program V6.6)，设定一个感兴趣区域(Region of Interest，ROI)，测量感兴趣区域的骨体积分数(骨体积/总体积，BV/TV，%)、骨小梁数量(Tb.N, 1/mm)、骨小梁间距(Tb.Sp，mm)。

1.7 荧光示踪

分别在取材前3周对36只比格犬顺序性肌注荧光标记物盐酸四环素，取材后经硬组织切片，在激光共聚焦显微镜下观察新生骨并计算新生骨的面积百分比，比较自攻型种植体与非自攻型种植体新骨形成的速率。

1.8 统计学处理

所有测量数据应用SPSS 19.0软件包处理。应用配对t检验分析BL和BLE、TL和TLE之间初期稳定性和不同愈合时期骨结合能力是否存在差异。P<0.05为具有显著差异。

2 结 果

2.1 大体观察

36只比格犬均无死亡，饮食和活动均正常。所有种植体在植入后伤口愈合良好，无种植体周围感染。

2.2 植入扭矩

对种植体的植入扭矩进行测量，结果表明(表1)，BLE组和TLE组分别与BL组和TL组相比，均能够获得良好的初期稳定性。采用SPSS 19.0软件进行配对样本t检验、单因素方差分析，结果表明BLE组和TLE组显著优于BL组和TL组，比较差异有统计学意义(P<0.05)(图2)。

表1 各组植入扭矩值及ISQ值比较

*：P<0.05，表示应用配对样本t检验方法对同一水平种植体自攻型与非自攻型进行比较，结果具有显著差异

2.3 植入时ISQ值

在本实验中，每颗植体分别测量种植体的ISQ值，并取其平均值。BLE组ISQ均值大于BL组，TLE组植体各个方向的ISQ均值大于TL组，各组种植体均具有较好初期稳定性(表1)。

2.4 植入后4、8、12周ISQ值

对比4、8、12周各组ISQ值变化(表2)。BL，BLE，TL，TLE组在4、8、12周ISQ值均显著增加，应用单因素方差分析，在4、8、12周对同一类型种植体ISQ值进行比较，BL、BLE和TLE组结果差异具有统计学意义；而在同一时间点，自攻组(BLE，TLE)均较非自攻型组(BL，TL)具有较好的ISQ值，并且具有统计学意义(图3)。

表2 植入后4、8、12周ISQ值比较

*：P<0.05，表示应用配对样本t检验方法对同一水平种植体自攻型与非自攻型进行比较，结果具有显著差异

2.5 Micro-CT

动物手术后各时间点处死比格犬进行Micro-CT检测，经过机载软件建立的三维重建图像(图4)，两组的新生骨被标记为蓝色，种植体被标记为白色。对骨体积分数，骨小梁数量及骨小梁间距进行计算(表3、4、5)，发现同一时间点BLE组的骨体积分数和骨小梁数量参数都高于BL组；而TLE组上述参数同样高于TL组。而同一类型种植体在4、8、12周骨体积分数及骨小梁数量呈递增趋势。对骨小梁间距进行计算(表5)，同一时间点BLE组的骨小梁间距参数都低于BL组；而TLE组上述参数同样低于TL组。而同一类型种植体在4周，8周和12周骨小梁间距整体上呈递减趋势。

表3 植入后4、8、12周BV/TV(骨体积/总体积)比较

表4 植入后4、8、12周骨小梁数量(Tb.N, 1/mm)比较

表5 植入后4、8、12周骨小梁间距(Tb.Sp, mm)比较

图4 Micro-CT三维重建图像

通过以上数据的分析，表明BLE组和TLE组在4、8、12周愈合后，新骨生成的能力分别优于BL组和TL组。

2.6 激光扫描共聚焦荧光显微镜下观察种植体-骨接触面

镜下骨小梁显示绿色荧光，新生骨为高亮荧光。新骨形成始于种植体周围，8周后种植体周围出现强荧光团块(图5)。新生骨面积百分比结果如与非自攻组比较，自攻组4、8、12周标记新生骨面积百分数均大于非自攻组，骨矿化速率较快，差异有统计学意义。同组不同时间点相比较BL，BLE，TL，TLE四组均在8周末新生骨量最多。在12周时有一定骨吸收并趋于稳定(图6)。

表6 植入后4、8、12周新生骨面积百分比比较

图5 种植体植入后8周激光共聚焦显微镜下四环素荧光染色( ×100)

*：P<0.05，表示应用配对样本t检验方法对同一水平种植体自攻型与非自攻型进行比较，结果具有显著差异。

3 讨 论

即刻种植技术是指牙齿拔除后，在新鲜的拔牙窝内即刻植入种植体，具有缩短种植周期、有效保留拔牙窝周围骨组织、最大限度保存牙周组织等优点[3]，已得到广泛认可。然而，由于即刻种植是在新鲜拔牙窝内植入种植体，存在拔牙窝形态不规则或骨缺损的问题，不易获得良好的初期稳定性，从而影响种植体骨结合。自攻型种植体在植入初期，螺纹与牙槽骨之间可能产生一定的机械制锁作用[5]，加上根尖带有切割刃设计，切割力较强，种植体在植入过程中可以逐步挤压周围骨质，能在骨质差的骨结构和即刻种植病例中，在一定程度上提高种植体的初期稳定性[6]。同时有实验证明，具有较高自攻功能的种植体即使在颊区域存在骨缺损，也可以改善初期稳定性，并拥有较高的骨再生能力[7]。骨结合状况是预测种植义齿成功与否的先决条件[8-9]。大部分学者都认为种植体植入后的初期稳定性是种植体获得成功的首要条件，也是必要条件。而初期稳定性的缺乏会导致种植体持续的微动，而微动度超过一定的值，会影响骨结合，最终导致治疗失败[10-11]。目前还没有方法可直接测量种植体的动度，主要是通过测量种植体初期稳定性的方法[12]，如种植体植入时所需最大植入扭矩值及共振频率分析仪器测量所得的ISQ 值来评价种植体的初期稳定性[13-14]。当种植体植入扭矩值>35 N·cm时，种植体能获得良好的初期稳定性[15]。Chávarri等[16]研究提出ISQ>60表示种植体具有较好的稳定性。

本实验将BL、BLE、TL、TLE 4种种植体植入比格犬的下颌第二前磨牙至第一磨牙区的牙槽骨内，比较其在体内的初期稳定性、骨结合和新骨生成情况。结果发现与非自攻型种植体相比较，自攻型种植体在初期稳定性方面具有较大优势，并在植入后4、8、12周均表现出更好的稳定性。而在新骨生成能力方面，自攻型种植体也同样表现出比非自攻型种植体更好的能力。

在本实验中，通过植入扭矩和植入时的ISQ分析中可以看出，2组自攻型种植体的初期稳定性均优于非自攻组，且自攻组植入扭矩的均值>35 N·cm，ISQ的均值>60，说明自攻型种植体相比非自攻型种植体而言，可以获得较好的初期稳定性。这与Toyoshima等的研究结论[17]一致，即采用自攻螺纹可以提高初期稳定性。

Micro-CT是一种精确观察与测量种植体-骨接触面的方法，将标本放入Micro-CT机仓内进行扫描后，可以获得标本的三维图像，从而计算出种植体-骨接触面的各项数据[18]。对植入后4、8、12周的牙槽骨进行Micro-CT检测，并对每个种植体骨体积分数、骨小梁数量及骨小梁间距进行分析，发现同一类型种植体骨体积分数及骨小梁数量在4、8、12周呈递增趋势，而骨小梁间距呈递减趋势。这与Feng等实验结果[19]相似。而在同一时间点，BLE组和TLE组植体新骨形成的能力分别优于BL组和TL组。

本实验分别在取材前1周对36只比格犬顺序性肌注荧光标记物盐酸四环素，盐酸四环素与游离的钙离子结合[20]，形成复合物沉积，通过荧光显微镜观察显色[21]。分别在取材前3周对比格犬注射荧光标记物，不同时段的新生骨会显示出不同的条带状标志，单位时间内标记率越高表示新生骨越快。对植入后4、8、12周的下颌骨进行取材后，经硬组织切片，在激光共聚焦显微镜下观察，发现BLE组和TLE均较对照组显示出更高的标记率，提示自攻型种植体较非自攻型种植体有较好的新生骨形成速率。而对同种种植体不同时间点的骨面积分数进行计算，四种种植体均在种植体植入后8周达到生成速率的峰值，在植入后12周趋于稳定[22]。

综上，本实验采用在比格犬下颌植入BL，BLE，TL，TLE方式，对自攻型种植体和非自攻型种植体的初期稳定性、骨结合和新骨形成能力进行比较，发现自攻型种植体的初期稳定性、骨结合和新骨生成能力均优于非自攻型种植体。但本实验由于条件有限，周期较短，样本量较少，远期效果尚未评估，还需要进一步大量的动物实验以及临床试验研究论证，使结果有效应用于临床。