生物活性种植牙的研究进展

　　中国口腔种植学杂志1999年6月第4卷第2期

　　作者单位：华西医科大学口腔医学院　610041

　　廖湘凌综述　李声伟审校

　　摘要　人工种植牙植入后与周围组织的界面结合直接关系到种植的成败，生物活性材料的出现为解决界面结合开辟了一条新途径，在此基础上国内外学者设计出各种形状和复合材料的种植牙。本文对此作一简要综述。

　　关键词　生物活性材料　种植体　骨整合

　　人工种植牙植入后其稳定性是种植成功的关键，对其与组织界面的形态学观察是判断能否达到种植成功的基本手段和重要指标。

　　branemark于本世纪60年代末提出了骨整合（ osseo＿ integration）的概念：即指种植牙与具有活性的骨组织产生持久性的骨性接触，界面无纤维介入^［1］。钛是最早应用于临床的种植材料之一， young等以钛种植牙植入动物骨内，获得了良好的骨性结合界面，即骨整合^［2］。临床应用研究也证实，钛种植牙和骨能达到较高的骨整合^［3］。

　　近年来，兴起利用种植体表面微结构技术来解决界面的结合问题。该技术的共同点在于让种植体表面形成微孔，待周围组织长入孔隙后，形成组织与种植体相互交织的界面，从而使多孔表面与骨间产生机械锁结力（ mechanical interlock），增加了种植牙的稳定性，张辉秋等人的实验也证实了这一点^［4］。

　　生物活性材料（ bioactive materials）的出现，为解决界面结合开辟了一条新途径。这类材料通过表面可控制的有选择的化学反应，能与组织形成生物化学性结合。骨内种植材料中，普遍认为磷酸钙类和生物玻璃类是生物活性材料，杨小东等（1987）测试了表面光滑的致密型生物活性玻璃陶瓷和锆羟基磷灰石陶瓷与骨界面的剪切强度，其结果比对照的钴铬钼合金要高出7～9倍^［5］，提示有化学性结合形成。 kay（1988）进一步提出了生物结合（ biointegration）的概念，即不需要机械锁结就可提供足够结合强度时才是生物结合^［6］。近20年来，国内外学者综合各种材料的优点，设计出多种形状和复合材料的种植牙，其中生物活性人工种植牙适应口腔种植学发展的方向，具有广阔的应用前景。目前，主要应用于临床及处于研究热点中的生物活性种植牙有：钛芯表面喷涂羟基磷灰石（ hA）种植牙、钛芯生物活性玻璃陶瓷种植牙、钛芯与骨形成蛋白复合种植牙、微孔钛生物活性陶瓷与骨形成蛋白复合种植牙、氮化钛种植牙。本文拟对生物活性种植牙与骨间的界面结合情况及组织学反应作一简要综述。

　　1　钛芯表面喷涂羟基磷灰石（ hA）种植牙

　　羟基磷灰石（ hA）属钙磷陶瓷，植入骨组织后，为种植区的组织修复提供骨性支架（ ostephlic sacffolds）。用此种材料作涂层（ coating）喷涂到底层（ substrate）钛芯上，充分利用了 hA的生物相容性好和钛的机械强度高的优点，是目前临床上广泛应用的较好的种植牙之一。 schreoder的研究表明：以钛为核桩的涂层种植牙植入后2年就达到完全的骨整合并在负荷情况下骨整合结合方式并不改变^［7］。近20年应用显示， hA涂层种植牙既能适应其周围骨的自然改建，维持骨量，又能防止或减少种植体周围上皮向根端迁徙（ epithelial down－ growth）^［6，8］。

　　植入后超微显示，此种植牙在体液作用下缓慢释放出 ca＋＋、 p＋＋等离子刺激和诱导骨质增生，形成骨性结合界面，并称此界面为生物化学结合。另有研究认为此种植牙局部释放 ca＋＋，刺激骨基质形成^［9］。光镜和电镜扫描均显示其骨整合时间明显缩短，成骨显著，骨质致密。扫描电子显微镜（ sEM）下其界面1个月可见骨质形成，4个月可见完整的层板状骨附于其界面。由于良好的骨引导作用，种植牙周围有完全的骨整合环绕，没有纤维界面，同时有物理和化学两种结合，因此使种植牙更加稳固，剪切强度明显增高。显示 hA涂层可以促进骨长入，并且这种特性不易受不同的金属底层材料的影响^［10］。

　　但近年来有 hA涂层种植牙植入后出现涂层吸收、崩解或消失的报道^［11］。对失败种植体的检测发现，崩解的涂层材料颗粒在种植体周围积聚后，可激发各种吞噬细胞反应，而巨噬细胞吞噬颗粒后，可分泌多种与骨吸收有关的细胞因子和炎性介质，刺激破骨细胞进行骨吸收，导致种植体松动，而松动的种植体又将加剧涂层的进一步破坏，形成恶性循环^［12］。但也有学者对 hA涂层的降解持否认态度。 cook将 hA涂层种植体植入犬股骨连续观察32周，未发现涂层降解^［13］； klein等将致密型和多孔型 hA植入动物骨组织中9个月，也未发现 hA的降解吸收^［14］。这些都有待于进一步研究。

　　2　钛芯与骨形成蛋白复合种植牙

　　urist最早提出了骨形成蛋白（ bMP），它具有高度诱导骨生成能力，是一应用广泛的骨生长因子。钛种植牙骨界面成熟需3～6个月，与 bMP复合种植后，扫描电镜和光镜显示，1周时界面有新骨形成，2周后界面处形成骨能力显著增强，4周后出现成熟的骨板，骨性界面完整，8周时界面新骨已完全成熟。未复合组1周时界面未见新骨形成，2周时界面可见少量钙化程度低的新骨形成，12周时界面新骨才基本成熟^［15］。说明 bMP有早期启动诱导界面新骨形成的作用，缩短了种植周期。

　　由于 bMP来源于异种骨基质提取，临床上有人提出关于 bMP的免疫学问题^［16］，但尚不能确切证实。一些学者积极研制基因重组的 bMP，并取得了成功。如何进一步完善其生产工艺将成为今后研究的热点。

　　3　钛芯生物活性玻璃陶瓷种植牙

　　生物活性玻璃陶瓷（ bGC）具有良好的生物相容性，与钛种植牙复合能改善其机械强度，增加韧性并提高骨形成能力。植入后，释放 ca＋＋、 mg＋＋刺激局部骨质增生和诱导成骨作用，而且释放的离子与骨基质构成化学键，形成化学性结合，从而使其和骨组织结合力高，骨整合程度增强。扫描电镜下，骨基质与 bGC植入体紧密相接，并有新生骨细胞附着于植入体表面，致密基质内有纤维成分和钙盐沉积。放射性核素骨显像的动态观察发现， bGC种植体的骨代谢高峰期是植入后1个月左右。酶组织化学考察证实：有滑膜化生现象，界面区有膜内成骨和结缔组织内成骨两种方式，且两种方式所成的新骨发生融合。以上均证明 bGC对骨的生长有诱导作用。

　　4生物陶瓷微孔钛复合 bMP种植牙

　　将钛（ tc4）、羟基磷灰石（ hA）、生物活性玻璃陶瓷颗粒混合烧结形成生物活性微孔复合种植体。实验证明：种植体与骨界面存在三相性（钛氧化膜： tiO， ti2O， ti2O3， hA晶相和 bGC晶相），使钙、磷富集层形成，生物陶瓷降解产物再沉积，蛋白多糖、粘多糖类细胞外基质和天然骨粘合物粘连沉积并引导钙盐沉积在界面上^［17］。光镜下，实验组（复合 bMP）1周界面有大量软骨组织和骨基质，成骨细胞分化明显。4周为基本成熟的板状骨，8周 haversian系统清晰，对照组（未复合 bMP）1周偶见软骨细胞分化，4周成骨细胞活跃，骨基质中有少量钙盐沉积，8周一定量骨基质长入较大孔内。 x线衍射示：实验组第一周即已出现 hA峰，提示界面有成骨形式 hA，即钙盐沉积。而对照组第二周后出现较低的 hA峰，说明由于 bBMP的加入，成骨启动早，活跃，量大。生物力学测试：实验组2周2．262MPa，对照组4周才达2．214MPa。电镜下见种植体表面有轻度降解，加大了粗糙面和孔径，使植入体出现二期孔隙，与骨结合表面积增大，增大了化学结合力和机械嵌合力。而 bMP复合后并未改变种植体的固有成分及其骨性整合方式，只是诱导界面新骨生成提前启动，成骨量大，健康。金岩等人实验也得到相似结果^［18］。

　　5　氮化钛种植牙

　　氮化钛是一种表面改性的种植牙。是将钛作底料，在适当条件下将氮元素注入到钛表面而形成，以建立材料与机体的生物活性界面关系，具有较好的生物相容、早期整合等优点。 sEM示：术后2周种植牙周围形成一层薄的网状胶原纤维，并可见骨细胞、成纤维细胞和淋巴细胞；6周时其周围成骨能力大大加强，并有钙盐沉积和成骨过程；12周时成骨能力进一步加强；32周时界面基本达到骨整合，仅有极小的间隙。 seatomi认为此种植牙骨整合完善，生物相容性好，较对比 hA种植牙界面纤维膜薄^［19］。另有研究证实，该牙种植体植入骨内，无不良反应，也没有抑制机体的免疫力，有良好的抗腐蚀性能，特别是表面粗化后其骨整合的抗剪切强度有所提高，但没有诱导骨生成能力。

　　综上所述，骨整合作为种植成功的关键因素已经得到普遍认同，但尚有一些问题值得进一步探讨：

　　第一，骨整合是否符合生物学原理：理想的种植体是能够在种植体与骨间有一类似牙周膜组织的形成，传递和缓冲咀嚼压力，而骨整合因其缺乏类似天然牙的缓冲，有人认为它不符合生物学原理。

　　第二，种植体外形及表面微结构物对骨整合的影响： brunski（1986）认为螺旋状设计及表面呈粗糙多孔状态为好。螺旋设计提供了大体上与骨锁合的关系，粗糙多孔表面又可产生微锁合作用，比光滑表面能承受更大的剪切强度^{［20，21］}。 deporter等实验支持上述观点^［22］。而 kinin等却认为在骨整合上有孔并不比光滑显示优越^［23］，并且，最适孔径、孔率、涂层材料、涂层方法、技术是否影响种植牙的机械强度，临床及远期效果到底有多大都有待进一步研究。

　　第三，功能负荷状态下骨整合的变化：无负荷状态下几乎所有临床应用的种植牙均可形成完善的骨整合。 mckinney， deporter等发现功能负荷状态下有骨整合改建过程，负荷初的2～4周骨组织为纤维替代，5～6个月再次改建为骨。 deporter进一步研究发现：无功能状态下纤维附着，功能状态下骨附着^［24］。 ichikawa等通过临床观察及对拔除的 hA涂层种植体组织学研究发现，与纯钛种植体相比，虽然涂层种植体周围骨组织形成较快，但其骨组织厚度逐渐降低，提示这种 hA与周围薄层骨组织的刚性生物整合导致过度骨应力，是临床上引起快速骨吸收的原因^［25］。提示负荷状态下涂层种植体并不具有优越性。

　　参考文献略