正畸用微种植体加载时机的组织学研究现状及进展
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【摘要】 近年来，微螺钉支抗成为正畸医师研究的热点，其稳定、有效、不依赖患者配合的优点克服了传统支抗的不足。微螺钉种植体的组织学研究较少，其最佳加载时机仍存在争议。本文就微螺钉种植体加载时机的组织学研究进展做一综述。
【关键词】 微种植体； 加载； 组织学； 骨结合
正畸治疗中，正畸力的实现必然产生一个大小相等、方向相反的作用力，控制这种不希望产生的力的装置称为“支抗”。支抗的控制是正畸治疗的挑战和难点。传统的加强支抗的方法有nance弓、横腭杆、口外弓、增加支抗牙数目等，但这些传统支抗均存在稳定性、舒适性、患者的配合性等问题，并且不可避免地会出现不同程度的支抗丢失。近年来，一种口内稳定、有效、不依赖患者合作的新型支抗，即微种植体支抗得到了飞速发展。其中微螺钉支抗克服了常规牙种植体支抗的局限性，成为近年来研究的热点，微螺钉种植体的研究方法有很多，如微ct研究，使用micro-ct技术能得到16个常用的骨参数，满足了微种植体研究的组织计量学要求[1]。生物力学研究，是通过测量植入转矩，去除转矩及拉出实验等得到有关种植体稳定性的计量资料，是较为客观的研究方法[2]。三维有限元研究，借助电子计算机将实体研究对象离散成有限单元并逐个研究计算单元的内力和应力，在微种植体周围骨组织的应力情况研究中得到了广泛应用[3]。组织形态学研究，通过制作带有种植体的骨组织磨片，能直观且定量地研究微种植体与骨组织的结合程度，是近年来最常用的微种植体研究方法。对于微螺钉种植体加载时机及其骨结合界面的形式，各学者说法不一，本文对微螺钉种植体的加载时机的组织学研究做一综述。
1 微种植体-骨界面
1977年，Branemark等[4]正式提出骨结合理论，为牙种植体的发展和临床应用提供了可靠依据，骨结合是微种植体成功的标志，也是微种植体承载各种正畸力的基础。种植体植入后，骨-种植体界面存在有两种基本固定形式：纤维骨性固位和骨结合
1.1 纤维骨性固位 纤维骨性固位，即种植体与周围组织的纤维性结合，纤维骨性固位的定义是：在种植体和骨组织间存在致密的胶原纤维组织。曾经有人认为这种纤维组织包裹种植体表面的组织能够起到一定的牙周膜的作用，并将其称之为“拟牙周膜”。有学者认为郑重纤维组织能够稳定种植体，缓冲种植体所受到的力，并起到与牙周膜相似的生理刺激作用。但是病理学研究分析得出，这种种植体周围的纤维组织只是一种异物反应，在种植体负力的情况下，纤维组织界面会产生一定动度，挤压局部组织，造成种植体周围组织的创伤性坏死，感染等，最终种植体无法负力而松动脱落[5]。产生这种结果的原因是由于包裹种植体的纤维组织无法与牙周膜纤维一样形成严密的悬吊结构，不能传导和缓冲受到的各个方向的力。而且，这种纤维组织附着强度远低于牙周膜纤维，受到很小的力就会剥脱，因此种植体只是存留于组织中而不能抵抗正畸力、咀嚼力或剪切力。因此纤维骨性固位被描述为骨结合失败所形成的骨-种植体界面[6]。
1.2 骨结合 种植体-骨界面的正常愈合即骨结合。所谓骨结合是指在光学显微镜下埋植在活骨的种植体与骨组织直接接触，其间不存在骨以外的如结缔组织等组织。骨结合的概念中并不包括骨组织与种植体结合的范围，但在功能上要求能够满足负载力的需要而不影响周围组织的健康。种植体骨结合形成的影响因素主要有种植体自身的性质，如种植体的材料、形态、表面污染；可用骨量和骨质；植入的位置，植入手术手法，术中产热；患者的全身状况；种植体与种植窝密合程度，种植体负重时机，种植体的初始稳定性，早期非功能状态下的愈合等[7]。
2 组织学研究方法
种植体界面的组织学分析方法主要有：硬组织切片法、偏振光法、荧光标记法、放射自显影法、组织化学和免疫组织化学方法、细胞动力学、形态计量等。以下介绍微种植体的组织学研究中最常用的硬组织磨片法.
2.1 硬组织磨片制作 取带有种植体的骨组织之前，应拍摄X线片，以确定种植体与骨的垂直关系，以避免因方向不明而造成种植体损坏。分切前使用血管灌注固定或用10%甲醛浸泡48 h固定。根据X线片所示种植体长轴方向，切取带种植体的骨块，继续于福尔马林固定液中固定48 h。24 h流水冲洗已固定好的骨组织，以去除多余的甲醛溶液。经70%～100%梯度酒精充分脱水，氯仿透明，浸润液Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ于4 ℃冰箱内浸润，32～50 ℃二步包埋法包埋[7]。休整包埋后的组织块，使用磨片机磨制50～100 μm左右厚的切片，或先用锯割切片机切成200～300 μm的切片，然后再利用砂纸手工制作10～50 μm厚的磨片。
2.2 染色 常用的种植体骨磨片染色方法有Goldner's三色法、甲苯胺蓝和亚甲基蓝-碱性品红3种。（1）亚甲基蓝-酸性品红染色法成骨细胞核染成深蓝色，细胞基质染成淡蓝色，类骨质为紫灰色。新骨组织为深红色。（2）Goldner’s三色法新生骨为深绿色，原矿化骨为绿色，二者界限清楚，成骨细胞为橘黄色，着色浅，不能分辨细胞核及其基质，类骨质染成橘红色。（3）甲苯胺蓝染色法新生骨为深蓝色，原矿化骨为淡紫色，二者界限清楚；类骨质为浅蓝色，钙化前缘为绛紫色颗粒，成骨细胞呈深蓝色。朱震坤等[8]采用甲苯胺蓝染色法研究种植体骨结合界面新生骨与矿化骨取得较好效果。范芹等[9]研究发现种植体骨磨片的细胞学方面研究染色宜采用亚甲基蓝-酸性品红染色法而Goldner’s三色法及甲苯胺蓝染色法利于观察新矿化骨与原板层骨，利于骨形态计量学的测量。
2.3 骨磨片的观察 普通光学显微镜和荧光光学显微镜是种植体骨界面的组织学研究中最常用的两种观察方法，前者组织切片封片后可永久保存用于观察研究，后者需要术后注射四环素、二甲酚橙、茜素红、钙黄绿素等荧光显色剂标记新骨形成。若要对界面进行更深入的研究，还应与扫描电镜，酶组织化学和放射性核素观测等方法结合起来进行考察。
3 实验动物
微种植体组织学研究中，一般选择一般选择犬、小型猪、猕猴的颌骨，或大鼠、兔的胫骨为实验对象，制作动物模型。
3.1 犬 成年犬的牙槽骨较宽，骨质致密，与人的牙槽骨较为接近。犬类多用于种植支抗的牙移动实验及牙移动后微循环变化的观察，且常以磨牙为观察对象。犬类中比格犬具有年龄肯定、体质量均匀、驯养容易等特点，因此为使用种植体组织学研究中常用的实验动物[10]。Chen等[11-13]在比格犬的颌骨中进行了一系列微种植体植入方法，加载时机等方面的组织学研究，证明了微种植体的即刻负载是可行的，且认为即刻负载可能加快骨结合的形成。
3.2 兔和大鼠 兔和大鼠的胫骨能较好的模拟颌骨的骨质情况，使操作、指标观察采集简便易行。李冠娥等[14]使用大鼠建立甲减动物模型研究低骨代谢对微种植体即刻负载稳定性的影响得出低骨代谢情况下植入直径1.6 mm，1.2 mm微种植体并即刻加载是可行的。Lee等[15]将种植钉植入兔的胫骨，研究种植体直径与骨皮质微坏死的关系得出了种植体直径可能影响稳定性的结论，Mo等[16]同样使用兔胫骨研究即刻加载的微种植体，研究发现即刻加载到愈合10周后加载，种植体的成功率相同。
3.3 小型猪 从20世纪70年代开始，许多发达国家已将小型猪列为重要的实验动物。小型猪的解剖、组织生理和代谢等方面均与人类极为相似，小型猪齿式为3143/3143=44，牙的解剖结构与人类相似，小型猪颌面部肌的形态、起止点、肌力方向，第三前磨牙与第一磨牙长轴的近中倾斜等均与人类的近似，因而可作为与牙、颌骨和肌肉有关的研究的实验模型。Oltramari-Navarro等[17]通过在小型猪的颌骨植入种植钉并即刻、两周、四周加载正畸力，发现即刻负载或早期加载正畸力时组织学观察均有部分骨结合形成，即刻或早期加载不影响种植体的稳定性。
3.4 猕猴 猕猴属灵长类，是人类的近属动物。猕猴的齿式为2123/2123=32。它们在组织结构、生理和代谢机能等方面与人类相似，是一种极为珍贵的实验动物，其牙齿在大体结构、显微解剖、发育次序和数目方面与人类有很大的共同之处，因而较适合于口腔颌骨实验，缺点是猕猴价格昂贵，因此使用猕猴为实验动物的研究目前仍很少见。
4 加载时机对骨结合的影响
4.1 延期加载 传统的种植理论认为需要3～6个月的无负载骨愈合期以达到骨结合。上颌骨组织多为松质骨，一般需要6个月；下颌骨组织较为致密，一般为3个月。经过无负载愈合后，种植体方可负载。很多研究支持这一观点，Deguchi等[18]用直径1.5 mm的钛钉种植于犬颌骨，发现经16周的愈合期，200 g力加载8周，形成骨-种植体结合率为47.5%～60.0%。朱良燕等[19]的研究发现，将直径1.5 mm，长9 mm的为火丁种植体值与犬的颌骨中，在愈合六周时加力200 g骨结合率为61.23%。Ohmae等[20]将直径1 mm、长度4 mm的螺钉种植于犬下颌，实验中发现愈合6周、加力（1.5 N）12～18周，骨-种植体接触率为25%。由此可见，微螺钉种植体在一定的愈合期内能达到骨结合，但愈合时间不同，骨结合率也有所不同。需要说明的是，作为正畸支抗使用的微螺钉种植体不同于修复用种植体，使用时间多位数个月，所承载的正畸力方向较为单一，停止使用后需将微种植体取出，对骨结合率的要求相对较低。从临床正畸需要角度来看，骨结合率达到10%即可负载200 g左右的正畸力，因此临床中无负载与延期负载的成功率没有明显差异[14，21]。
4.2 即刻加载 另一相反观点则主张即刻加载，这一观点的基础是Brunski[22]早期提出的“微动度”理论。该理论认为种植体的初期稳定性主要取决于种植体与骨组织的机械锁合，种植体相对于骨的微小动度在100 μm以内时，种植体仍然能够与骨组织发生结合；而当微动度大于100 μm时，充当骨生长框架的结缔组织网络会受到破坏，骨组织的长入受阻，而导致发生纤维骨性愈合。根据微动度理论，具有良好初始稳定性的种植体可以即刻负载，并且在即刻负载的情况下能够形成良好的骨结合。
有研究表明即刻加载不影响微螺旋种植体周围的骨愈合，并能激活生理性骨适应，刺激周围骨组织再生[23]。马俊青等[24]进行的微小种植体即刻加载的界面研究认为，即刻加载并没有阻滞界面的钙化过程，微小种植体周围骨组织改建过程基本正常，可形成良好的骨性愈合界面。吴丽萍等[25]研究发现，扫描电镜观察即刻加载与不加载组对比，种植体一骨结合界面在形态学上均无显著性差异，均表现为种植体与周围骨质结合良好，表面有大量骨质覆盖。种植体与其周围骨质间存在微小间隙，间隙均小于0.85 mm。研究证明低强度（200 g）的即刻加载不影响微种植体的稳定性[25-27]。Chen等[13]发现即刻加载的微种植体相比未加载组有更大的骨结合率，因此认为即刻加载可能促使骨的早期愈合。一些作者报道种植体的压力测与张力侧骨生长未见不同[26]。但Crismani等[27]认为受压侧的骨沉积可以被不同大小的力影响。对于上下颌骨的区别，Wehrbein等[28]认为下颌骨具有更高的初始稳定性，但上颌骨比起下颌骨有更好的长期稳定性。
因此可以认为，在有良好初始稳定性的前提下，即刻加载在正畸为螺旋种植体的应用中是可行的，在种植体植入过程中应注意植入区骨质骨量，种植体的直径，植入角度和深度等方面，提高初始稳定性。另外，动物实验模型与人体骨组织存在一定差异，需要更多临床研究证实即刻加载的临床可行性。
4.3 早期加载 还有一种较为折中的观点认为，仅需要2～4周的愈合时间，就能达到可以承受200 g左右正畸力所需要的骨结合率，Deguchi等[18]发现种植体仅需5%的骨结合即可支持1.96～2.94 N的正畸力，而在此之前只需3周即达愈合期。有学者分别研究了不同加载时间骨界面组织学的变化发现1周时，受力侧纤维组织排列不规则，其间存在许多不完整骨块，反应层与旧骨界限不清晰，交界处可见破骨细胞；非受力侧可见大量血管，有成骨细胞出现。2周时受力侧出现骨质吸收破坏，骨小梁断裂；可见破骨细胞，非受力侧可见新旧骨界限明显，其交界处有成骨细胞形成。4周时，受力侧呈现骨质破坏状，骨质密度较旧骨低，非受力侧一定量的纤维组织排列成围绕种植体方向的束状，并出现类骨质反应；新旧骨边界清晰且边缘处有成骨细胞排列[29-30]。学者们认为：种植体周围骨组织所受到的牵张力可使组织周围形成一种局部环境，增加了新骨的形成，促进骨整合，有利于种植体的机械稳定性[31]。Oltramari-Navarro等[17]实验中，种植体植入2 周后已有纤细的骨小粱形成，4周后基本形成粗壮的复合骨，已具备了承受一定范围内正畸力的组织学基础。Zhang等[32]将微螺钉种植体植入后，观察愈合时间分别为0 d，2周，4周，骨结合率不同。最终研究发现，4周组的骨结合率（74.28%）高于其他两组，与其他两组比较差异无统计学意义。
早期加载作为延期加载与即刻加载的折中选择，目前国内外存在很多不同观点，推荐的加载时间为2～4周，这时种植体已形成一定程度的骨结合，加载正畸力不影响稳定性，且可以避免即刻加载时由于初始机械嵌合不佳导致的种植体移位。因此，判断何时开始加载的前提是对种植体一骨界面骨结合状态的组织学特点的了解，种植体初始稳定性的判断，界面的骨结合状态及所需加载力值的大小。
5 结语
微螺钉种植体可作为稳定的骨性正畸支抗，代替口外力的使用，加强支抗的效能已得到普遍认可，其加载时机目前仍有一定争议，因此最佳加载时机有待基础和临床的进一步研究，加载时机与骨结合及初始稳定性的定量关系也有待进一步研究。另外，目前不同大小正畸力与加载时机相结合的组织学研究较少，为了微种植体能更好的应用与临床，并缩短治疗时间，微螺钉种植体最佳加载时的机研究还需继续进行。
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（收稿日期：2013-10-16） （本文编辑：欧丽）