牙种植体表面释放金属离子和颗粒的研究进展

魏霆

1.浙江大学医学院附属口腔医院，浙江杭州310000；2.浙江省口腔生物医学研究重点实验室，浙江杭州310000；3.浙江大学口腔医学院，浙江杭州310000

当前，在各类相关材料中，最具代表性的是Ti-6Al-4V合金及工业纯钛TA3，针对工业纯钛TA3而言，其有着比较高的强度，但是在抗腐蚀性上，却比较低；而对于Ti-6Al-4V合金来分析，其则与之相反，即抗腐蚀性高，但强度低[1]。尽管钛实为一种较活泼的金属，其表面在空气中暴露，便能形成氧化膜（主要成分为TiO2），保护内部金属，使其免受腐蚀，但在种植体手术中，或者是使用种植体时，种植体都会来自各方且大小不同的外力，并且如果长期处在此种口腔环境中，不仅会加重腐蚀程度，而且还会增加磨损，造成口腔内牙种植体材料出现不同程度的降解[2]。伴随种植技术的持续推新与完善，许多缺牙患者为了获得良好的口腔功能，维持口腔美观，积极寻求种植修复治疗，而在修复后，在机体与组织长时间接触中，种植体的功能得以发挥，而要想持久保持此功能，需采取有效措施，提高种植体的综合性能，比如耐磨性、抗腐蚀性能等[3]。对于骨结合的种植体来分析，伴随时间推移，会有大量的金属颗粒或者离子被释放出来，而且还会在人体的远端大量分布，对生物体具有潜在影响；因此，该文以牙种植体为研究对象，围绕其释放金属离子与颗粒这一情况，总结、分析其既往研究进展，为种植临床操作及相关技术改进提供理论支撑与依据。

1 牙种植体表面释放金属离子与颗粒的分布及对生物体的影响

1.1 牙种植体表面释放金属离子与颗粒的分布

近年，诸多研究证实，在人体中，钛及钛合金种植体会持续性且大量化释放金属颗粒、离子[4-6]。有报道将牙种植体覆盖螺丝旁口腔黏膜患者90例为研究对象，对其实施活检。结果显示，在样本中45%发现存在有吞噬金属颗粒以及金属颗粒的免疫细胞[7]。有学者分别选取没有接受种植治疗人群与下颌植入种植体患者，经对比得知，如果解剖位置相同，那么相比于未种植人群，种植患者骨中的Ti在具体的离子含量要更高[6]。

对于钛及钛合金种植体来考量，由其所释放的金属离子，或者是金属颗粒，大多分布在种植体的周围组织中，但有研究经动物实验发现，其在远端组织器官当中也有分布，此情况受到临床高度关注[7]。而在种植体周围组织中，或者是种植体周围炎的组织中，均检测出Ti颗粒，其直径区间为100 nm~53μm，并且其密度在临近种植体组织中更高。有研究以大鼠为研究对象，对其实施种植手术后，测定各个脏器中的钛含量，结果显示各个器官中钛含量均有显著增高[8]。有学者围绕种植患者，用X射线能量色散荧光分析技术对其实施检测，在其指甲中成功检出钛元素，而从正常人群的指甲当中，并没有测出钛元素[9]。

1.2 对生物体的影响

EAO会议共识（2018年）指出，TiO2颗粒或者Ti离子/颗粒对成骨细胞、巨噬细胞、内皮细胞等会产生一定的负面影响[10]。有报道指出，成骨细胞会内化TiO2颗粒以及Ti离子蛋白质聚合物，诱导其释放细胞因子（如COX-2、IL-6等），降低迁移分化能力以及成骨细胞黏附能力，加速凋亡，且都存在浓度依赖性，Ti离子蛋白质聚合物的生物活性高于TiO2颗粒[11]。另有学者指出，巨噬细胞细胞对TiO2、Ti颗粒有内化作用，而且会造成IL-1β、TNF-α等的大量分泌，加剧局部炎症反应，而且还会较大程度影响Ti颗粒[12]。有研究强调，内皮细胞与Ti-6Al-4V接触后，会形成较强的氧化应激反应，损伤细胞活力[13]。

2 对牙种植体金属颗粒与离子释放造成影响的因素

2.1 对牙种植体耐磨性造成影响的因素

磨损实际是种植体表面以一种物理形式或者机械形式进行降解，在此过程中，会有大量金属颗粒生成。对于牙种植体来分析，在进行植入操作时，受各种因素影响（比如金属氧化膜被破坏、过大扭矩等），会有大量金属颗粒产生，而且还会在周围组织中不断残留。有学者指出，在将种植体植入过程中，易造成表面损伤情况，且已处于脱落状态的金属颗粒，会不断聚集于螺纹顶端[14]。种植义齿在实际使用过程中，基台-种植体界面会出现微动，从而导致种植体磨损，大量金属颗粒被释放出来。有研究以钛合金、氧化锆为研究对象，围绕其上部结构，对其开展全面分析与对比，从中证实，受磨损的持续影响，氧化锆的基台-种植体界面会产生了比钛合金的更多的金属颗粒[15]。究其原因，可能与氧化锆在机械强度上更高相关。此外，有学者经研究发现，如果种植体与基台间有微间隙，那么会加重基台与种植体之间的摩擦强度，受此影响，种植体金属颗粒在具体的释放量上会有大幅增加[16]。

2.2 对牙种植体抗腐蚀性造成影响的因素

腐蚀从根本上来分析，即为种植体表面出现不同程度的电化学式的降解，或者是化学式的降解，在此过程中，会有可溶性金属离子产生。需要指出无论是生物膜菌斑的定植、上部结构的材料，还是种植体表面改性技术、氟化物的使用等，都会直接影响到种植体的总体耐腐蚀性能，此外还会造成金属离子在具体释放量上的大幅增加。但在此过程中，会使种植体在抗腐蚀性能上出现大幅降低；现阶段，已有许多表面改性技术用作强化种植体的骨结合能力，此些方法在强化抗腐蚀性能方面，有着不同的效果与性能。有学者围绕5种种植体表面处理技术（即机械加工、喷砂酸蚀、酸蚀+阳极氧化及2种酸蚀技术），就其对抗腐蚀性能所产生的影响进行对比，最终结果得知，经酸蚀+阳极氧化处理所得到的纯钛种植体，有着最强的抗腐蚀性[17]。有学者经研究发现，基于高血糖条件下，或者是炎症环境中，TiUnite种植体有更强的抗腐蚀性[18]。

3 材料及表面处理技术优化

3.1 新型材料分析

为了能最大程度提升种植体表面的抗腐蚀，并同时提高其耐磨性能，许多研究花费大量的时间与精力，积极研究新型的钛合金材料。有报道指出，相比于纯钛种植体，Ti-5Cu合金（显微结构为α-Ti+Ti2Cu）除了有着更好的抗菌性性、抗腐蚀性能外，还具有良好的延展性、强度[19]。有学者以Ti-12Mo合金（采用金属粉末注射成型技术制成）为研究对象，经研究证实，其能够形成TiO2-MoO3氧化膜，因此，其在具体的抗腐蚀性能方面，较纯钛种植体优[20]。有学者经研究发现，围绕Zr-20Nb-3Ti合金，在对此采用热氧化处理技术处理后，其无论是在抗腐蚀上，还是在耐磨性能上，均比较优异[21]。上述此些合金在耐磨、抗腐蚀性能上均有着良好的表现，现阶段，正对其骨结合能力以及生物相容性进行研究。

3.2 表面处理技术

由于TiO2氧化膜的骨结合性能较好，因而在具体的研究方向上，大多围绕增强或者修饰氧化膜（种植体表面）来开展，借此来合理化提升种植体表面的总体抗腐蚀性。有研究在种植体手术中，采用低压有机化学气相沉积法，在种植体表面形成TiO2膜[22]。有报道经研究指出，将一定比例的Ca/P加入到微弧氧化层当中，能够阻止种植体释放金属颗粒或者金属离子[23]。有学者在Ti种植体表面上，采用磁控溅射法沉积TaN层，借此促进种植体表面耐磨性能、抗腐蚀性的提升[24]。但需要指出的是，采用上述方法进行处理后，在牙种植体植入中，涂层的稳定性仍需深入研究。

4 小结

综上所述，牙种植不管是在植入中，还是长期使用中，受许多内外部因素的影响或感染，都会发生金属颗粒、离子被大量释放的情况；对于此些颗粒与离子来分析，其会影响机体中的一些细胞功能，并且所影响的大小密切相关于颗粒尺寸以及离子的浓度。另外，所释放的颗粒与离子可造成局部组织过敏情况。当前在治疗缺牙患者方面，种植牙已经成为其治疗的常规手段；对于口腔医师而言，需要不断增强自身的临床操作技术，在手术开始前，对患者情况进行详细评估，且规避不利因素，以此促进种植体金属离子与颗粒释放风险的降低。