正畸骨皮质切开术加速牙移动机制的研究进展

许丽琦，张晨星，林 军

如何安全有效地缩短正畸疗程，尽早实现良好且稳定的治疗效果，一直是正畸医生追求的目标。骨皮质切开术作为一项文献中报道的、唯一能有效安全加速牙齿移动的外科手段，自提出以来受到了越来越多的关注和研究[1]。正畸骨皮质切开术将常规正畸力与牙槽骨选择性手术相结合，通过去除局部骨皮质支抗，使周围牙周组织产生局部加速，从而达到加快牙齿移动的效果。临床研究表明，各类型的正畸骨皮质切开术均能显著缩短治疗时间及降低牙根吸收的风险[2]。本文对与正畸骨皮质切开加速牙移动的相关机制进展作一综述。

1 正畸骨皮质切开术概述

1.1 正畸骨皮质切开术的发展

正畸治疗一般需要2～3年，如果是较严重的错牙合畸形，则治疗周期可能更长。较长的正畸疗程易引起患牙龋坏、牙龈退缩、牙根吸收等症状，有效加速牙移动、减少治疗时间可降低该类疾病风险。早在1890年，正畸医生就对加速牙移动的外科手段展开探索[3]，并用于临床实践[4]。骨皮质切开术(corticotomy)最初以外科手术方法被引进，通过截骨术或结合颊舌侧骨皮质切开术形成游离的骨块加速牙齿移动，但创伤极大[5]。21世纪初，Wilcko团队引入了Frost的“区域加速现象(regional acceleratory phenomenon，RAP)”概念，提出骨皮质切开术加速牙移动效应主要由术区牙槽骨脱矿—再矿化过程引起，而非骨块运动，并将骨皮质切开术与骨移植相结合，创建了Wilckodontics，并在后期发展为牙周加速成骨(periodontally accelerated osteogenic orthodontics，PAOO)技术[6-7]。近年来，随着微种植支抗的兴起及微创理念的推广，正畸治疗中的骨皮质切开术得到不断地改进和完善，在有效加速牙移动的前提下极大地减小了手术创伤，扩大了应用范围[8-9]。

1.2 常规及改良骨皮质切开术

常规的正畸骨皮质切开术包含选择性骨皮质切开、骨移植及正畸力的施加等操作。手术过程包括术区局部牙龈翻瓣，使用手术设备选择性地去除在需要移动牙齿附近的骨皮质，并用大量生理盐水冲洗以减少软组织损伤及骨坏死[10]，随后放置骨移植材料，重新缝合龈瓣。该术式不仅加速了正畸牙移动，还增加了移动牙周围的骨量，扩大了正畸牙移动范围，最大程度减少了正畸治疗中骨开窗、骨开裂及牙龈退缩风险，有利于正畸效果的长期维持[11]。

随着微创技术的发展，无需翻瓣的改良型骨皮质切开术可较大程度地减轻患者的不适，极大地降低了操作难度。最新技术包括：①Piezocision术，通过使用超声骨刀减少软组织损伤[12]；②Discision术，仅使用牙科手机和圆盘锯等简化设备降低手术门槛[13-14]；③结合3D导板微创手术，可提高精确度，同时减少出血量、改善能见度[15]；④骨微穿孔技术(micro-osteoperforations，MOPs)，可将手术创伤降至最低[16]；⑤采用微电流或激光辅助，可减轻术后反应等[17-18]。多数动物实验及临床研究表明，相比于传统正畸治疗，采用不同术式骨皮质切开术的正畸治疗均能显著加快牙齿移动，缩短治疗时间[8,19-22]。

1.3 正畸骨皮质切开术的临床应用

正畸骨皮质切开术多应用于希望明显缩短正畸治疗时间且经济条件允许的成年患者。此外，也适用于中重度牙列拥挤的安氏Ⅰ类错牙合畸形、需要扩弓的安氏Ⅱ类错牙合畸形及轻度的安氏Ⅲ类错牙合畸形[23]。如术中能选择性结合骨移植，则可大大提高治疗结果的可预测性[19]。正畸骨皮质切开术的适应证主要包括错牙合拥挤的解除、拔牙后尖牙的内收、直立或压低磨牙、上颌骨扩弓及支抗控制等[19,24]。对严重的上颌骨性前突、露龈笑、开牙合、偏牙合及因气道狭窄导致的睡眠呼吸暂停综合征的患者，正畸治疗过程中应用骨皮质切开术也能取得良好的效果。随着隐形矫治技术的发展，联合微创骨皮质切开术使透明矫治器治疗困难病例成为可能[25]。对于处于活动性牙周炎、代谢性骨病且长期服用双膦酸盐类或皮质类固醇激素、服用非甾体类抗炎药或接受放射性治疗的患者无法行骨皮质切开术[26]。多数研究认为，骨皮质切开术能明显缩短正畸治疗时间，扩大传统正畸界限，且无重大并发症的产生[2,11,21,26-27]。

然而针对正畸骨皮质切开术的并发症，由于目前相关研究存在缺乏长期随访及样本量较小等局限，使得偏倚风险较高，缺乏强有力的证据[17,28]。在动物实验中，Kurohama等[29]认为较大范围的正畸骨皮质切开可能加速牙槽骨的丧失；Pedraza等[30]研究表明微创骨皮质切开术无法显著改变正畸牙移动量。这些与临床现象相悖的动物实验结果表明，要实现健康且有效地加速牙移动效果，就必须了解正畸牙移动及正畸骨皮质切开术的生物学变化。研究骨皮质切开术加速牙移动的机制对正畸治疗具有深远的临床意义。

2 正畸牙移动的生物学基础

2.1 正畸力作用下的生物学变化

传统正畸牙齿移动是通过对牙齿施加机械力，引起牙周膜和牙槽骨发生必要的变化，“压力-张力”理论认为，在正畸力作用下，牙周膜局部血流量及电化学环境发生了变化[31]，主要包括了细胞的形变，细胞外基质、血管的变化，炎症因子及活性生物因子的释放等，从而引起了复杂的生物学级联反应，导致骨吸收及骨重塑，最终实现正畸牙齿移动[32-33]。正畸牙齿移动主要包括三个阶段：初始阶段即加力初，牙齿在牙周膜间隙快速移位；在长期或较大正畸力施加下，牙齿基本停止移动，此时为滞缓阶段，表现为压力侧牙周组织的玻璃样变，邻近组织的部分坏死；滞缓后阶段牙齿移动速度突然加快，骨骼重塑[23]。健康且有效的牙齿移动要实现初始阶段到后滞阶段的平稳过渡，必须有协调的骨骼吸收及重塑过程，一旦失衡则有可能导致正畸引起的牙根吸收和牙周疾病[34]。过大的正畸力可能导致组织缺血、细胞死亡、牙周组织玻璃样变、牙槽骨坏死以及牙根吸收[35]。

2.2 炎症免疫反应在正畸牙移动中的作用

正畸牙移动涉及多种免疫相关途径，例如白细胞外渗信号传导、细胞骨架信号传导、组织降解、巨噬细胞的吞噬作用和血管形成等[31]。正畸牙移动的早期涉及牙周膜介导的无菌性急性炎症反应[36]。施加正畸力后，牙周膜神经纤维释放如P物质和降钙素基因相关肽(calcitonin gene related peptide，CGRP)等神经递质。P物质能活化血管内皮细胞，引起血管扩张，刺激血浆外渗，促进白细胞的迁移和募集，从而引发无菌性急性炎症，破坏并分解组织[37]。CGPR通过刺激成骨细胞增殖分化、抑制破骨细胞活性诱导骨骼形成。在白细胞和牙周膜细胞共同作用下，营造了包括白细胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、IL-10、一氧化氮(nitric oxide，NO)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)、巨噬细胞集落刺激因子(macrophage colony stimulating factor，M-CSF)，前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)，骨保护素(osteoprotegerin，OPG)和核因子κB配体(receptor activator of NF-κB ligand，RANKL)等物质在内的的局部微环境，以自分泌或旁分泌的方式活化靶细胞，启动骨骼和牙周组织改建[36,38]。

压力侧细胞发生机械形变，环氧化酶-2表达增加，催化花生四烯酸分泌PGE2，激活腺苷酸环化酶，活化破骨细胞。成骨细胞产生的CC趋化因子配体及其受体在破骨细胞前体中表达增加，促进骨吸收[33, 39-40]，同时IL-1β和TNF-α加重炎症，提高基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)的水平，降解有机基质[35]。此外，诱导型一氧化氮合酶产生NO，调节炎症诱导的骨吸收[41]。随后，缺氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)上调血管内皮生长因子，新血管生成[40]，骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)和成骨转录因子表达增强，诱导成骨细胞分化和骨矿化，以及新的牙周纤维嵌入牙槽骨壁和牙骨质中。

张力侧牙周膜血管局部微环境改变，触发了花生四烯酸、神经肽、细胞因子和生长因子等物质释放的相关信号通路，激活成骨基因的表达。碱性磷酸酶、骨唾液蛋白(bone sialoprotein，BSP)、骨钙素和Ⅰ型胶原蛋白表达显著增加[33]，激活内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)产生NO，介导张力侧的骨形成[33,42]。金属蛋白酶组织抑制剂水平升高促进有机基质的沉积，破骨细胞分化负调节细胞因子IL-10及OPG作用下，RANKL/OPG下降，抑制破骨过程，最终促进成骨及牙周膜纤维的重建。

3 骨皮质切开术加速牙移动机制探讨

3.1 RAP

目前多数研究认为，正畸骨皮质加速牙移动基础为由Frost提出的RAP[43]。RAP反映了组织对伤害性刺激的表现，其特征为细胞单元活动的加速，广泛存在于软硬组织当中，其愈合速度比正常的生理愈合快2～10倍[22]。在正畸过程中，局部骨皮质切开引起了该区域炎症因子和趋化因子的释放，引发急性炎症期；破骨细胞活化，出现暂时性的局部骨质减少，随后成骨细胞激活并增殖分化，形成类骨质[6,44]。这一系列生物级联反应诱导增加了骨代谢，出现暂时性骨密度降低。

在正畸骨皮质切开术中，RAP反映了牙周介导的牙移动加速，其机制主要为募集大量巨噬细胞，尽早消除牙周组织玻璃样变，“绕过”滞后阶段。RAP表现为平稳而连续的运动，使正畸力作用下的牙周组织玻璃样变程度最小化，有利于加速牙移动[38]，并使骨组织脱矿—再矿化过程得以进一步增强。由于机体存在生物饱和点[45]，在受到正畸力和骨皮质切开术引发的炎症效应双重作用下，牙移动速度能增加2～3倍。RAP通常1～2个月达到高峰，一般在人体可持续4～6个月，该期间需要每2周(固定矫治)或每4d(透明矫治器矫治)进行一次正畸加力，以延缓该区域骨质的再矿化，延长区域加速时间[25,44]。

3.2 骨皮质切开术的局部生物学效应

选择性骨皮质切开术后早期活动主要表现为急性炎症期引发的牙槽骨局部愈合应答反应[16]。作为高度血管化组织，受损后的牙槽骨早期发生凝血反应，炎症因子显著增加；免疫细胞、祖细胞迁移增殖形成血肿，产生并释放生长因子和细胞因子，如血小板衍生生长因子、成纤维细胞生长因子、胰岛素样生长因子、血管内皮生长因子、BMP、IL-1β和TNF-α等，募集并刺激破骨细胞、成骨细胞和内皮祖细胞的分化，随后进行骨重塑和血管生成[23,46]。此外，由于损伤部位血流发生变化，氧气水平较低，生长因子和其他生物活性因子(如NO、HIF-1α、PGE2和TGF-β)从受损部位及邻近血管、脱矿骨基质中释放，加速了破骨细胞和成骨细胞的募集、分化和骨转化过程，导致局部骨密度降低[47]。动物实验表明，骨皮质切开术后早期，破骨细胞调节剂(如M-CSF、RANKL、OPG、降钙素受体、抗酒石酸酸性磷酸酶、组织蛋白酶K等)高表达，成骨细胞相关因子(如骨桥蛋白、骨钙蛋白等)合成代谢活性增强，也证明了骨皮质切开术加速牙移动早期的牙槽骨改建是由破骨-成骨相互耦合引起的[48-49]。Chen等[50]通过对兔子进行随机对照实验发现，与传统正畸骨改建相比，正畸骨皮质切开术后早期，机体维持了更高的破骨细胞水平，且细胞量分别因破骨细胞前体分化及外周血单核细胞分化出现两个峰值。虽然骨皮质切开术后局部诱导了大量炎症介质释放，但不会引起牙根吸收或牙齿运动的明显增加[29]。

牙周膜(periodontal ligament，PDL)的生物学反应是牙齿移动的基础，骨皮质切开术后，牙周膜局部充血水肿，被急性炎症细胞浸润，牙周膜厚度相对增宽。Sebaoun等[51]建立大鼠手术模型实验发现，骨皮质切开术引起牙周膜活动增强，局部松质骨改建活跃并伴有破骨细胞的增多。此外，MMP和其他分解代谢剂的释放，破坏了细胞外基质的完整性并增加了骨的弹性，从而有利于牙齿正畸运动[23]。Baloul等[49]的实验结果也表明，骨皮质切开术的生物学机制是正畸牙早期移动加速的基础。

3.3 骨皮质切开术加速牙移动的影响因素研究

目前正畸学界中尚未出台全面的正畸骨皮质切开术临床标准指南。近年来，针对骨皮质切开术加速牙移动影响因素的研究，临床及动物实验结果也不全一致。骨皮质切开术施加部位、选用方式、去骨量、正畸加力大小及加力频率等均可加速牙移动。其中，关于去骨量的影响研究结果不尽相同。部分学者认为骨皮质切开术中是否翻瓣[52-53]及去骨量多少不会影响牙齿的运动及牙根的吸收[29, 54]；Dutra等[55]实验表明，微创的骨皮质切开术能使牙齿运动周围骨改建并加速牙齿移动。手术创伤的大小也会影响牙齿加速效果[30]，McBride等[56]通过猎狐犬实验发现，增加骨皮质切开术中的去骨量在短期能产生更多低密度骨，但在术后9周对骨量无明显影响。Liu等[57]通过对前牙内收的正畸行三维有限元分析发现，骨皮质切开术切口宽度的增宽有助于加强正畸骨皮质切开加速牙移动的生物力学作用。Zuppardo等[58]近期通过大鼠实验发现，在骨皮质切开术基础上增加去骨皮质术并不能显著提高牙齿移动速率，因而提倡在临床中使用超声骨刀的微创骨皮质切开术式以提高正畸治疗效率。Samruajbenjakun等[59]认为骨皮质切开术造成的局部加速效应，与拔牙后引起的暂时骨密度降低加速牙移动效应叠加对牙齿移动速率无明显影响，正畸过程中骨皮质切开及拔牙顺序的选择主要取决于治疗设计。在正畸骨皮质切开加速牙移动期间，行二次骨皮质切开术有助于保持加速状态，能显著增加牙齿移动量[60]。此外，对于创伤极小的MOPs，影响其加速正畸牙移动速度的因素有穿孔位置[61-62]、穿孔数量[52]、手术频率[63]等。在常规正畸治疗过程中，轻力的施加能减少受压区PDL的血流量，从而诱导骨改建，使牙齿得以连续运动；中等力的施加会使PDL过度受压而引起组织局部缺血，骨吸收延迟；重力的施加则会引起受压区PDL的血管闭锁，导致牙周组织玻璃样变，牙齿运动停滞。相关研究表明，骨皮质切开术后的正畸治疗，施加轻力有助于压力侧骨密度显著降低[64]，施加重力有助于目标牙移动加速，且未观察到明显牙根吸收及牙槽骨丧失[65]。

4 总结及展望

正畸骨皮质切开术加速牙移动是基于牙周膜反应和局部骨改建加速活动。随着临床理念和技术的发展，微创、有效且可重复的正畸骨皮质切开术越来越受正畸医生的青睐。口腔多学科联合治疗理念逐步普及，PAOO应用也日益广泛。现如今正畸骨皮质切开术的实施不单纯为了加速牙移动，更多的临床应用是行牙周表型的矫正、骨增量及软组织增量，解决正畸牙移动中的“界限”难题，以达到更高效、安全且稳定的治疗结果。

了解正畸骨皮质切开术加速牙移动的生物学机制有助于正畸医生改进临床操作及方案设计。尽管大量研究结果表明正畸骨皮质切开术能够显著加速牙齿移动，但就是否存在并发症仍缺乏长期随访及大样本研究，现有研究偏倚较高，可靠性较低。因此是否在正畸治疗中辅助以骨皮质切开术，选择何种骨皮质切开术，如何结合牙周手术提高治疗可预期性仍需谨慎。对于正畸骨皮质切开术的适用范围及术后稳定性还需要高质量的随机对照试验支持。