动物模型在口腔医学实验教学中的研究进展与评价

石易鑫,蔡 和,陈俊宇

健康中国战略下,新医科建设对口腔医学教育提出了新的要求[1]。目前口腔医学生在临床实习中存在操作习惯不良和流程生疏等问题[2],迫切需要提高他们的临床操作水平。口腔实验教学是口腔医学生临床前培训的重要组成部分[3],能有效提升临床操作技能[4],对我国口腔医学教育至关重要。其中,动物模型结合多媒体教学的口腔实验教学效果显著[5]。本文总结了已应用于口腔医学教育实验教学中以及潜在的动物模型(表1),阐述了其优点和挑战,旨在推动口腔教育体系发展,培养卓越口腔医学人才。

表1 口腔各学科用于口腔实验教学的(潜在)动物模型Tab.1 Potentialanimal models for dental laboratory teaching in various dental disciplines

1 口腔各学科用于口腔实验教学的动物模型

1.1 口腔修复学

猪和乳牛下颌骨在排龈操作中模拟牙龈组织的效果良好[4],适用于口腔修复实验的排龈教学[4,6]。最近一项研究让口腔修复医师在这两种动物下颌骨模型上进行排龈,评估动物模型的临床相似性,结果良好[6]。研究者将这两种动物模型的排龈练习融入口腔医学课程,对80名学生随机分组,一组进行理论和实践相结合的动物模型实验教学,另一组采用传统理论和多媒体教学。实习阶段后评估学生的临床排龈效果,结果显示,结合理论和实践的动物模型实验教学能降低学生错误操作风险,提高排龈技术水平[6]。然而,这种模型也存在一些限制,如动物下颌骨缺乏龈沟液、无法模拟口内操作并可能引起教室异味等[6]。

1.2 颌面外科学

四川大学华西口腔医学院采用大白兔下颌骨和猪皮进行本科生口腔颌面外科面部美容缝合教学,加深了学生对颌面部清创缝合术的理解[7]。该教学实践成功建立了大白兔下颌骨颌面部感染伤口缝合模型,这也是首次在颌面外科实验教学中使用病理动物模型,学生反馈积极,教学效果良好[7]。然而,病理模型教学建立成本较高、研究不完善[27]。相比之下,猪皮取材方便、经济实惠,适合大规模颌面外科实验教学。猪皮结构与人体皮肤相似,可以在一定程度上模拟真实的皮肤情况,但离体材料无法模拟止血、结扎等操作练习。

1.3 唇腭裂

唇腭裂实验教学主要应用家兔和猪2种动物模型[8-9]。家兔实验将腹部剪皮,用牙科红蜡片制作“人工鼻支架”,再进行缝合、切口做成“人工鼻”,绘制单侧Ⅱ度唇裂形状,应用于唇裂整复手术教学[8]。此实验培养了学生的手术设计和操作能力,提高了对唇裂修复手术中的美学意识和微创原则的理解。猪头模型应用于腭裂整复手术、单侧唇裂修复术的Tennison下三角瓣法教学[9],有助于学生巩固基础理论知识、锻炼临床操作技巧。猪的颌骨较长,可分离出较长的腭前神经和腭大血管束[8],因此,应用猪头颅腭裂模型进行教学可以帮助学生更深入地了解手术中的解剖结构。

1.4 牙周病学

猪和羊是牙周病学实验教学的主要动物模型[5,10-13],并进行了比较研究[10,13](表2)。猪下颌骨具有人类厚平型龈生物型的特点,附着龈较厚,具有生物组织记忆力和回弹能力;羊下颌骨则具有人类薄扇型龈生物型的特点,附着龈较薄且质地脆弱,翻瓣过程中易撕裂[13]。在牙周手术的本科教学实验中,带教老师对手术切口(50%)、定点(25%)和牙龈外形修整(25%)评分,结果显示猪下颌模型的教学效果优于羊下颌模型[13]。建立猪下颌骨典型牙位劈裂牙模型对牙周专业研究生进行临床前培训,显著提高学生的牙冠延长术操作水平,教学效果佳[11]。但猪下颌模型存在一些问题[10,13]:首先,因宗教信仰的限制,在某些地区猪下颌模型的使用受限;其次,实验中使用的猪一般为5～7月龄,此时牙齿为乳牙,无法模拟人类的牙齿形态。此外,研究发现羊牙周病的免疫学和病理学变化与人类相似,包括血清IgG抗体反应水平的升高、骨质吸收、胶原蛋白分解、毛细血管壁退化、上皮细胞和淋巴细胞浸润等[28-29]。另外,离体模型尚无法真实模拟出牙周膜在口内的液体环境[30]。

2 可应用于口腔实验教学的潜在动物模型

2.1 口腔种植学

比格犬是种植体植入术中的常用动物模型,包括侧壁小开窗上颌窦底提升术同期种植体植入术[14]、自体骨环植骨同期种植体植入术等[15]。拔除下颌前磨牙和第一磨牙后进行种植体植入[16],成功率和成活率高。比格犬具有较大的颅骨和口腔体积,适合进行手术模拟和实践;牙齿形态与人类相似,便于仿真操作;牙齿数量多,可进行多次实践。比格犬咀嚼肌肉的结构比较发达,能较好地模拟人类口腔生理特点,但饲养和管理成本较高。

教学实验研究显示,新西兰兔上颌牙种植体模型安全可靠、重复性和标准化好,对手术技能和基本仪器要求较低,术后发病率低且死亡人数为0[18]。该模型在上颌窦提升同期种植体植入术[19]、即刻种植术[20]中也展现出了较为优异的教学效果。兔颅骨和口腔大小适中,适合种植体植入实验教学;价格经济且易于购买和养殖;生长周期短,投入时间和资金较少。然而,兔颌骨结构与人类差异较大,种植体效果与人类的相似性有限;牙齿数量少,难以进行多组实验。

除了比格犬和新西兰兔,小型猪[21]、SD大鼠[22]、梅花鹿鹿角[23]也可用于种植体植入术的实验教学。小型猪是大型动物,手术操作视野清晰,但饲养复杂、昂贵。SD大鼠易于饲养、价格低廉,适合大规模实验教学。SD大鼠口腔结构相对简单,但可用于口腔种植体初步训练,如在第一磨牙前的上颌骨牙槽嵴间隙进行牙龈切口[22],进行种植体植入术训练。梅花鹿鹿角种植体模型具有无需处死动物、鹿角可再生供循环使用、性格温和易于饲养、暴露在外植入方便、不受肌肉影响等优点,但样本量有限、获取和饲养困难[23]。这些动物模型为口腔实验教学提供了潜在模型和有趣的研究方向。

2.2 牙体牙髓病学

根管治疗是口腔医学生的基础实验操作之一,常用实验动物模型为比格犬和SD大鼠。比格犬常用于评估根管消毒剂和充填材料[31-32],暴露根管4周诱发慢性根尖周炎,而后使用K锉逐步后退技术进行根管预备,进行热牙胶充填[24]。SD大鼠具有生长快速、易培养、适应性强、价格低廉等优点,且其磨牙形态、口腔菌群与人类相似,常用于牙体牙髓病学实验研究[25,33]。但由于大鼠牙髓腔狭窄、根管细小,进行根管治疗较为困难[24]。选择合适的动物模型应综合考虑实验需求,同时应遵守伦理规范,保护动物福利。

2.3 口腔癌

兰州大学的一项临床教学科研项目完成了金黄地鼠口腔颊癌动物模型的快速建立以及稳定应用[26]。采用二甲基苯并蒽注射法,将传统的涂抹法建模时间从14周以上缩短到10周,节约了造模成本[26]。这一病理动物模型有望用于口腔实验教学,包括手术麻醉、肿瘤切除、缝合和复苏等外科肿瘤基本操作的教学。

3 应用动物模型进行口腔实验教学的优越性

3.1 理论与实践结合,提高学生积极性和教学效果

相比传统的理论教学和多媒体教学,动物模型实验教学结合了理论和实践,能够激发学生的积极性并增加对实验内容的兴趣[34]。在动物模型实验课中,教师的角色主要是协调和指导,学生扮演主导角色,这种角色分配可以激发学生的成就感,并改变以往对实验课的轻视态度[7]。动物模型帮助学生熟悉口腔结构和解剖学,并掌握操作技能。积极参与实验教学不仅加深了学生对实验理论和基本操作的理解,还使他们掌握了手术的基本方法,增强了思维和动手能力,培养了严谨的职业态度,为临床实习奠定坚实的基础。此外,动物模型实验教学需要学生相互配合和协作,增强了学生间的团队精神。

3.2 准备工作简便,教学成本低,性价比高

目前口腔实验教学的主要模型包括硬石膏灌注模型[35]、活体动物模型[26]和离体动物模型[4,6]。其中,离体动物模型是性价比最高的选择。与硬石膏模型相比,动物模型具有丰富的来源,并具有一定的仿真性。例如,猪的颌面解剖结构与人类相似[36],羊的牙周病理变化与人类接近[29]。相比活体模型,离体动物样本的准备工作更简便,大多数实验可以使用动物下颌骨进行模拟,可一分为二,成本低、可行性高,具有更好的实践意义。

4 口腔实验教学面临的挑战

口腔医学教育常使用仿真头模进行实验教学[37-38]。仿真头模标准化患者具有可控性和灵活性,无伦理问题,但无法模拟真实口腔结构和临床难点,且与动物模型实训相比,临床前培训效果较差[39]。在口腔医学实验课中,需根据实际情况选择动物模型或仿真头模教学。同时,动物模型教学需要加强伦理研究[40],探索更科学、可行的教学模式。

前文提及的动物模型主要有猪、羊、兔等,但这些模型在模拟具体的实验方面存在仿真度不高的问题。猪下颌骨模型因脂肪组织层较厚、存在多个颏孔而无法实现精细操作[41]。羊模型受前牙牙垫和牙间关系紧密的限制,操作困难[10]。家兔模型颌面部较小、仿真度低,实验效果受限[9]。此外,离体动物下颌骨无法模拟牙龈沟液状态和止血等操作[6],需补充练习。

口腔实验教学动物模型存在体系不完善的问题。研究者应加强对实验动物学的研究[42],协助教师根据解剖特点和教学需求选择恰当的动物模型。口腔医学专业在实验动物学方面尚未有专项科研成果[43],对口腔实验教学动物模型的系统研究还需进一步探索。

5 总 结

动物模型在口腔实验教学中至关重要,是口腔医学教育的基石,也是学生走向临床必不可少的训练。目前动物模型实验教学获得了较好的效果,具有一定的优越性,但也给口腔实验教学工作者提出了一些挑战。优化口腔实验教学动物体系,提升教师对动物解剖、病理和生理知识的了解,将进一步推动口腔实验教学的发展,为培养适应时代和社会需求的口腔医学人才奠定基础。