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种植体颈部的优化设计在预防种植体周围炎中的

2018-06-19 06:35 | 来源:未知 | 责任编辑:本站编辑

作者:王雨薇,王了,包崇云,四川大学华西口腔医院口腔颌面外科

 

种植体周围病变是牙种植体周围的炎性病损,根据其发生部位和严重程度分为种植体周围黏膜炎(mucositis)和种植体周围炎(peri-implantitis)。种植体周围黏膜炎是局限于种植体周围黏膜的可逆性炎症;而种植体周围炎是发生在种植体周围软、硬组织的炎症性损害,其特征是支持骨的丧失。它是造成种植体松动、甚至脱落的重要原因。研究表明,种植体周围种植修复6个月后黏膜炎和种植体周围炎的患病率分别为19%~65%、1%~47%。

 

近年来,关于种植体周围病变的发生机制及其预防、治疗的研究越来越深入,其中通过优化种植体颈部设计以预防种植体周围炎受到了广泛的重视。

 

1.种植体周围炎的病因及常规治疗方法

 

1.1种植体周围炎的病因分析

 

目前,菌斑作为种植体周围炎的始动因素得到了广泛的认同。细菌粘附、定植于种植体表面进一步引起周围组织的免疫应答可引起种植体周围病变,进而导致骨吸收甚至种植体脱落。研究表明,种植体-基台微间隙对种植体颈部周围骨的吸收有重要影响,细菌可通过微间隙进入种植体内部定居、繁殖,成为种植体周围炎的感染灶。种植体颈部表面的宏观形状设计影响应力分布,过度的生物力学应力可能会导致骨-种植体界面出现“微裂纹”,从而促进细菌滞留,最终引起种植体周围炎;另外,种植体表面的微观形貌及化学组成可通过影响细菌的粘附、定植参与种植体周围炎的发生及发展。牙周炎是种植体周围炎的重要危险因素,研究表明,牙周病患者更易发生种植体周围炎。从全身看种植体周围炎的危险因素还包括糖尿病、长期糖皮质激素治疗、放疗、化疗等。

 

近年研究还表明,基因多态性可影响个体对种植体周围炎的敏感程度,影响种植体周围炎的发生、发展。

 

1.2种植体周围炎的常规治疗方法

 

与牙周治疗类似,种植体周围炎的常规治疗主要包括菌斑控制、单独使用机械方法(手动/超声洁治、激光等)进行清创或联合应用抗菌剂、抗生素等非手术治疗以及手术治疗。然而,目前各种种植体周围炎的治疗方法均存在局限性,还没有建立统一的“金标准”,因此,通过优化种植体颈部设计从而预防种植周围炎的发生及发展有切实可行的应用前景。

 

2.通过优化种植体颈部设计预防种植体周围炎

 

在种植修复中,“骨结合”是指有生命的骨组织与种植体之间直接的结合,这种结合为种植体上部结构提供支持,发挥固定和支持作用,是种植体发挥功能的基础;而“软组织结合”是指结合上皮和结缔组织在种植体上的附着,作为一种重要的屏障,阻止口腔微生物的粘附、定植,为种植体骨结合提供稳定的环境;良好的骨结合和软组织结合是种植修复成功的重要保证。因此,通过优化种植体颈部设计以获得理想的骨结合和软组织结合并减少细菌的粘附与定植,对于预防种植体周围炎,进而提高种植体的成功率具有重要意义。

 

2.1种植体-基台连接方式设计在预防种植体周围炎中的作用

 

研究表明,由于行使生理功能时的咀嚼负荷、制造的误差及微动,种植体—基台微间隙不可避免[。平台转移是指基台直径小于平台直径,使基台连接位置向种植体平台中心内移。采用平台转移技术,种植体-基台微间隙内移,一方面能够转移应力,避免应力集中于种植体平台的边缘,起到减少骨吸收、保护骨结合的作用;另一方面减小了微间隙暴露于软硬组织中的范围,有利于减少细菌的粘附与定植。

 

研究证实,平台转移技术能够预防并减少种植体颈部的边缘骨吸收。Canullo等进一步研究发现,种植体颈部的边缘骨吸收与平台转移的距离呈显著负相关;同时观察到,当基台底部的直径比种植体平台直径小时,能够形成一个更浅的、更一致的结缔组织袖袋,从而形成更好的软组织封闭。此外,研究表明内连接系统比外连接系统存在更小的微间隙、微渗漏及微动,种植体颈部周围牙槽骨的吸收更少、碟形吸收更窄。

 

2.2种植体颈部表面的宏观形状设计在预防种植体周围炎中的作用

 

种植体在负载时,应力主要集中于种植体颈部与骨皮质接触的区域,因此,种植体的颈部的宏观结构设计对优化种植体应力分布有重要影响。从生物力学角度,种植体颈部的螺纹设计能够提供维持边缘骨水平的机械应力刺激。研究证实,相比光滑的颈部设计,螺纹结构更有利于保存骨水平。从结构上看,每个螺纹单元主要包含三种几何参数:螺纹形态、螺距、螺纹深度。Oswal等运用三维有限元分析评价三种种植体螺纹形态(V形/偏梯形/反偏梯形)的应力分布模式,结果提示不同的螺纹形态对不同类型的骨质作用有差异,其中反偏梯形螺纹更有利于保存骨组织。

 

Kong等认为,从生物力学角度考虑,种植体螺距的最佳选择应大于0.8mm。然而,螺距越小,螺纹数目越多,总表面积越大,更有利于提高初期稳定性。Sun等将具有不同颈部螺纹深度的种植体植入比格犬下颌骨,观察其对种植体周围组织的影响,发现螺纹深度对骨-种植体接触、骨水平及软组织水平的影响没有统计学差异。Kang等发现,较大的颈部螺纹结构(螺距/深度=0.6mm/0.35mm)与较小的颈部螺纹结构(螺距/深度=0.3mm/0.15mm)在功能性负载1年后,平均边缘骨吸收量的差异也没有统计学意义。

 

理想的种植体颈部的螺纹设计能够优化应力分布,有利于保护骨结合,进而降低种植体周围炎发生的风险,然而螺纹的具体几何参数对种植体周围组织的影响尚存在争议。此外,通过改良种植体颈部的宏观结构可能促进种植体周围上皮和结缔组织的附着。Huh等发现,颈部具有凹形颈圈设计的种植体周围的生物学宽度较小。进一步研究发现,凹形颈圈周围结缔组织中的胶原纤维形成宽500μm的“O”形封闭圈,能够加强结缔组织对种植体表面的附着。Lai等发现,穿黏膜颈部具有宽60μm、深5μm或10μm的沟槽设计的种植体能够促进牙龈成纤维细胞纤连蛋白及黏着斑蛋白的表达,从而有利于软组织结合。

 

2.3种植体颈部表面的微观形貌设计在预防种植体周围炎中的作用

 

目前研究表明,种植体表面粗糙度对种植体周围上皮以及纤维结缔组织的附着会产生不同的影响,其中光滑表面更适合上皮细胞粘附,而粗糙表面可促进成纤维细胞的粘附。Baharloo等在6种不同粗糙度的材料上培养上皮细胞,发现较光滑表面(Ra:0.06μm)能促进上皮细胞粘附增殖,并通过对黏着斑蛋白进行免疫荧光染色,发现其黏着斑更多更大,提示上皮细胞在较光滑表面具有更强的粘附力。Wang等发现,在纳米级别粗糙度(Ra:2.75~30.34nm),成纤维细胞的粘附力随粗糙度增大而增加。因此,通过对种植体颈部表面粗糙度的改良有望优化上皮下结缔组织排列方式,进而提高软组织封闭效果,从而降低种植体周围炎发生的风险。

 

然而,一般认为菌斑易于附着在种植体粗糙表面上附着。研究表明,当Ra小于0.2μm时,生物膜的定性及定量检测随粗糙度减小未见明显降低,因此将“阈值Ra”定义为Ra<0.2μm。然而,目前研究尚未明确既能促进种植体软组织封闭又能有效地抑制细菌粘附定植的粗糙度范围。种植体表面自由能对细菌粘附、定植的影响尚存在争议。大多数口腔微生物表面自由能较高,提示疏水表面可能更有利于阻止微生物粘附。然而,Villard等将钛及氧化锆种植体进行表面硅烷化,在表面粗糙度及化学组成相同的条件下,发现钛表面自由能降低而氧化锆表面自由能增高,白色念珠菌菌落形成单位(CFU)都显著减少。

 

研究表明,亲水表面更有利于促进骨结合。Rochford等将聚醚醚酮(PEEK)薄膜进行氧等离子体处理以提高表面自由能,并在其上共培养表皮葡萄球菌及人骨肉瘤细胞(U-2OS),发现U-2OS细胞附着增加,提示氧等离子体处理的PEEK能够促进成骨样细胞的附着而不增加细菌粘附的风险。因此,亲水表面可能更有利于种植体周围炎的预防。

 

2.4种植体表面化学改性在预防种植体周围炎中的作用

 

局部应用抗生素是控制菌斑的有效手段,因此也被用于种植体表面处理。对于抗生素的选择,广谱及良好的耐热性是最重要的要求。庆大霉素是最广泛应用于钛种植体表面涂层中的抗生素之一,其他广谱抗生素如万古霉素等,也被用于种植体表面的抗菌涂层。抗生素结合于涂层的方法及其释放速率会对抗生素的有效性产生影响。具有良好生物相容性和骨传导性的磷酸钙被认为是具有潜在应用价值的生物活性分子载体,然而该体系难以达到缓释的效果;此外,生物降解聚合物和溶胶-凝胶涂层也被用于种植体表面控释抗生素涂层的研究。Lucke等将一种新型的载庆大霉素生物可降解聚乳酸(PDLLA)涂层应用于大鼠模型,发现其能有效预防钛金属植入物相关的骨髓炎,且PDLLA涂层在最初48h内释放80%的抗生素,相比磷酸钙涂层其释药更为缓慢。硅溶胶-凝胶涂层可在2周内实现万古霉素的控制释放。在体外研究中发现,直接将万古霉素共价修饰于种植体表面能够长期维持抗菌活性。

 

然而,种植体植入体内后,其表面很快会形成一层蛋白质层,共价修饰的抗生素能否穿过蛋白质层发挥有效的作用,还有待进一步的研究。考虑到应用抗生素涂层可能出现的细菌耐药问题,各种非抗生素有机/无机抗菌涂层近年来也有研究报道。氯己定是最常用于口腔消毒的药物,体外实验表明,醋酸氯己定涂层(CHA)能减少种植体表面及其周围介质的细菌数,但其使用会影响成纤维细胞的生长。Lee等发现,氯己定对成骨细胞也有细胞毒性,在0.005%浓度下即显著抑制成骨细胞的生长,其抑制作用具有剂量依赖性。因此,虽然氯己定具有显著的抑菌效果,但是由于其对种植体周围细胞具有潜在的影响,可能并不适合涂覆于种植体表面。乳铁蛋白(LF)是一种具有抗菌性的蛋白。Nagano-Takebe等发现,乳铁蛋白吸附于钛表面能够抑制格氏链球菌粘附,提示将乳铁蛋白吸附于种植体穿黏膜颈部表面有利于抑制细菌粘附,进而预防种植体周围炎。银离子通过“僵尸效应”可有效抑制细菌的粘附及增殖。

 

Zhao等发现,载纳米银颗粒的TiO2纳米管(NT-Ag)在实验前4d能杀死细菌悬液中的全部浮游细菌,并能持续作用30d,提示NT-Ag结构能够预防种植术后早、中甚至后期的种植体周围感染。进一步研究表明,在低浓度下银离子能够杀死细菌而对成骨细胞及上皮细胞没有细胞毒性。聚醚醚酮/纳米含氟羟基磷灰石(PEEK/nano-FHA)生物复合材料具有良好生物相容性和抗菌性。Wang等发现,在体外实验中,PEEK/nano-FHA生物复合材料能有效抑制细菌增殖和菌斑形成,在体内实验中能够促进骨结合,有望成为一种新型的牙种植体材料。此外,抗菌肽、氮化物等也被应用于种植体表面抗菌涂层的研究。

 

理想的种植体表面抗菌涂层应具有长期有效抑制细菌的粘附、定植,并且有利于骨结合及软组织结合的作用。目前研究的各类抗菌涂层多数处于体外研究阶段,需要进一步的优化并应用于体内研究中证明有效性。

 

3.小结

 

综上所述,通过优化种植体颈部设计,特别是种植体-基台连接方式、表面宏观形状、微观形貌以及化学组成的改良,有望优化应力分布、促进种植体周围上皮和结缔组织的附着、减少细菌的粘附与定植,进而预防种植体周围炎,提高种植成功率。

 

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