钛种植体腐蚀与种植体周围炎关系的研究进展

王俊艳 师瑞宁 杨诗卉 张静洁 周 哲 赵静辉

作者单位：130021长春，吉林大学口腔医学院种植中心（赵静辉为通讯作者）

纯钛因具有良好的生物相容性、力学性能及耐腐蚀性，已作为口腔种植体材料广泛应用于临床。然而，钛种植体的耐腐蚀性受环境因素的影响，其在酸、氟化物及微生物等存在的口腔环境中可发生腐蚀，导致钛表面结构的改变，以及钛离子[1]、钛颗粒的产生[2]。

种植体周围炎作为口腔种植修复的常见并发症之一，是造成种植体松动、脱落的主要原因。近年来，学者在因种植体周围炎而松动脱落的钛种植体表面观察到明显的变色、点蚀等腐蚀现象，并在种植体周围炎患者的龈下菌斑及周围组织中检测到较高含量的钛离子、钛颗粒[3，4]。因此，钛种植体腐蚀与种植体周围炎的关系引起学者的广泛关注。本文就钛种植体在口腔环境中的腐蚀及其与种植体周围炎关系的研究进展作一综述。

一、钛种植体的腐蚀

1.腐蚀发生的原因

钛与氧有很强的亲合力，在大气和水溶液中易形成一层致密的氧化膜，从而使其具有良好的耐腐蚀性。氧化膜的主要成分是TiO2，厚度为1.5nm～10nm，在溶液中处于溶解和修复（再钝化）的动态平衡[5]。然而研究表明，唾液中的电化学反应、种植体微动产生的机械作用等均可使氧化膜溶解加速或再钝化受阻，导致其完整性受损[6]。因此，种植体钛基金属暴露于唾液电解质环境中，钛发生腐蚀。

2.腐蚀的影响因素

（1）pH值：口腔是一个复杂的环境，微生物代谢产物、食物及唾液的缓冲作用等均可影响唾液的pH值。酸性pH值可加速钛表面氧化膜的溶解并影响其再钝化，钛因此发生腐蚀，且随着pH值的下降腐蚀速率增加[5]。然而Abey等[7]研究发现，中性pH值的人工唾液同样可引起钛表面的弱腐蚀行为，其具体作用机制有待进一步研究。

（2）氧浓度：介质中的溶解氧可作为氧化剂保持钛表面氧化膜的动态平衡。研究发现，低氧环境影响氧化膜的再钝化，导致钛的耐腐蚀性下降，因此改变pH值、氟化物等诱导钛腐蚀发生的阈值，使钛在较高pH值或低浓度氟离子的环境中即可发生腐蚀[5]。此外，种植体-基台缝隙结构、微生物代谢等因素可造成种植体表面的氧浓度差异，进而形成浓差电池，导致局部电化学腐蚀的发生[1]。

（3）口腔微生物∶微生物诱导的腐蚀是由微生物代谢产物及菌斑生物膜等多因素综合作用的结果。研究发现，早期定植在种植体表面的细菌在糖酵解过程中释放乳酸，生物膜的屏障作用则促进酸性代谢产物的局部积累和生物膜内低氧状态的形成，导致钛局部腐蚀的发生[8]。硫化氢是另一导致钛基金属腐蚀的细菌代谢产物。Harada等[9]研究表明，硫化物在碱性环境中可引起钛腐蚀，且随着浓度的增加钛腐蚀加剧。但该学者近期的研究发现，牙龈卟啉单胞菌代谢产生的硫化物在14天内对钛无明显腐蚀作用，其长期影响有待进一步研究证实[10]。革兰氏阴性细菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）是龈沟液的常见成分。Mathew等[11]认为，LPS可通过加速钛与唾液之间的离子交换，促进钛在口腔环境中的腐蚀。但Yu等[12]研究表明，LPS对钛的腐蚀作用与环境pH值有关，在强酸环境中（pH＝2）LPS显著抑制腐蚀，但在口腔内常见的微酸性和中性环境中（pH=4～7）则会导致腐蚀加速。

（4）种植体周围疾病∶种植体周围疾病是指发生于种植体周围软、硬组织的炎症性疾病，包括种植体周围黏膜炎和种植体周围炎。种植体周围疾病的组织炎症反应可引起或加重钛种植体腐蚀。Messer等[13]研究发现，激活单核细胞产生的炎性应激反应可导致钛的耐腐蚀性下降。Fonseca-Garcia等[14]在体外模拟炎性环境的实验同样表明，炎症反应可诱导钛发生腐蚀。种植体周围组织发生炎症反应时，种植体周围局部pH值和氧分压下降，同时巨噬细胞、中性粒细胞等炎症反应细胞释放活性氧，并通过体内的酶催化形成过氧化氢（H2O2），H2O2与低pH值、低氧分压协同作用导致钛腐蚀。此外，破骨细胞可定植于钛表面，并通过质子泵分泌H+，破坏钛表面氧化膜，从而形成生物腐蚀[15]。

（5）化学试剂∶牙膏、含氟凝胶等用于口腔预防或治疗的化学试剂中F-浓度约为227～22600ppm，高浓度的F-促进H+和F-结合形成氢氟酸，导致钛表面发生点蚀[16]。F-对钛的腐蚀作用与pH值有关，Fukushima等[17]研究发现，F-在酸性环境时可引起钛腐蚀，而中性环境时对钛无明显影响。这一研究表明中性pH值的氟化剂，如中性含氟牙膏、含氟漱口水等仍可用于口腔种植修复患者。除含氟试剂外，临床常用的牙齿漂白剂（过氧化氢、过氧化脲等）也会降低钛的耐腐蚀性能，促进腐蚀的发生[18]。

（6）种植体的表面处理和基台选择∶目前，种植体主要通过表面改性的方法增强其耐腐蚀性能，如涂层沉积、阳极氧化等。然而，不同的表面改性技术可通过影响微生物定植，进而影响钛种植体腐蚀[19]。此外，种植体上部基台的材料、设计与其腐蚀行为密切相关。Alrabeah等[20]研究发现，钛种植体与异种金属基台直接接触可发生电偶腐蚀；平台转移技术（platform switching，PLS）则可减少种植体-基台连接处的摩擦腐蚀，从而减少钛离子、钛颗粒的产生。

二、钛种植体腐蚀与种植体周围炎的关系

1.腐蚀产物促进菌斑生物膜生长和致病菌定植

钛离子、钛颗粒可促进菌斑生物膜生长和致病菌定植，对种植体周围炎的发生、发展起到促进作用。Souza等[21]研究发现，钛颗粒可作为底物参与细菌的粘附和共集聚，显著促进生物膜的生长；钛离子可促进生物膜中橙色复合体的病原菌数量增加，导致菌群失调。Daubert等[22]研究表明，钛离子可引起菌斑微生物多样性减低及厌氧致病菌粘附增加，这种改变与种植体周围炎患者的龈下菌斑微生态情况相似。此外，腐蚀还可改变种植体表面粗糙度、自由能或基底微观结构等特性，并与腐蚀产物共同促进致病菌的定植。研究表明，与未发生腐蚀的钛表面相比，牙龈卟啉单胞菌和细菌脂多糖对腐蚀的钛表面粘附增加[23]。

2.腐蚀产物引起种植体周围组织的炎症反应

钛离子、钛颗粒通过一系列复杂机制干扰细胞功能，促进种植体周围组织中促炎细胞因子释放、炎症反应细胞浸润和破骨细胞分化，进而引发或加重种植体周围组织的炎症反应，促进种植体周围炎的发生发展。研究发现，钛颗粒可诱导组织细胞产生活性氧，导致中性粒细胞异常募集，生成大量蛋白酶和氧化中间产物，从而诱导种植体周围组织损伤[24]。钛离子增加上皮细胞对口腔细菌的敏感性，并与细菌协同促进上皮细胞中趋化因子配体2（chemokine CC motif ligand 2，CCL2）、核因子-κB受体活化因子配体（receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL）和骨保护素（osteoprotegerin，OPG）的mRNA表达，对炎症反应细胞浸润、破骨细胞分化有一定影响[25]。此外，钛离子、钛颗粒还可激活巨噬细胞[26]和淋巴细胞[27]，促进白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、白 细 胞 介 素-6（interleukin-6，IL-6）和肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等炎症细胞因子的表达。这些细胞因子参与宿主炎症反应，并直接或间接刺激破骨细胞的分化，引起骨吸收。

三、小结

综上所述，钛种植体在酸、氟化物、微生物等因素存在时可发生腐蚀，其与种植体周围炎之间存在双向关系：腐蚀产生的钛离子、钛颗粒促进菌斑生物膜生长和致病菌定植，并与这些致病菌联合引起种植体周围组织的炎症级联反应，可促进种植体周围炎的发生发展；反之，种植体周围炎的宿主炎症反应和微生物作为钛腐蚀行为的影响因素，又会引起或加重钛种植体的腐蚀，从而形成一种恶性循环。目前钛种植体腐蚀与种植体周围炎的相互作用机制尚未完全明确，如腐蚀产生钛离子、钛颗粒的浓度和大小在干扰细胞功能、促进炎症反应中的作用仍需进一步研究，这些研究有助于深入阐明种植体周围炎的发病机制，对种植体周围炎的预防和临床治疗具有重要意义。