微种植体支抗研究进展

2016-12-28 10:12  来源:中国实用口腔科杂志
作者:陈圆 王学金 马宗民 阅读量:135

    有效的支抗控制在正畸治疗中起着非常重要的作用。在临床中微种植体支抗因具有植入位置简单、易于取出、成本低、依从性需求小和能提供“绝对支抗”等优点,已成功地被用于关闭拔牙间隙、内收前牙、直立磨牙和关闭开等方面,不断满足正畸治疗的各种需求,因此得到了广大正畸医生的青睐。

    Papadopoulos等通过Meta分析发现,微种植体在临床应用的成功率约为87.7%,与牙种植体95%的成功率比较相对较低,这是由于微种植体临床应用的成功率受很多因素的影响。本文就影响微种植体临床应用成功率的主要因素,包括材料、表面改性方法和形态特征等进行归纳总结。

    1. 微种植体材料选择

    作为正畸微种植体材料应具有以下特点:(1)具有良好的生物相容性并形成一定的骨结合;(2)能够承受正畸矫治力;(3)具有耐腐蚀性能;(4)不释放有毒金属离子。铌、钴铬钼合金、可降解材料等作为微种植体材料以往均被提及过,但应用都并不广泛。现阶段微种植体多由纯钛、钛合金(Ti-6Al-4V)和不锈钢制成。

    1. 1 纯钛及钛合金

    钛(Ti)作为一种生物植入材料,具有理想的机械性能、长期稳定性、安全性和生物相容性等特点,临床应用广泛。但其也存在很多缺点:(1)高度的生物相容性使其与骨组织之间结合紧密,导致治疗后期不易移除;(2)钛表面可形成约4 nm厚的钛氧化膜,但氧化钛薄膜在植入骨组织时局部易被分解、溶解,使其基底金属暴露,表面形成凹坑状腐蚀部位;(3)相对于合金材料来讲,纯钛价格相对较高;(4)强度低,易折断。因此,纯钛被新型材料所取代成了必然趋势。

    钛合金已被证明是一个可以很好替代纯钛的医用材料。钛合金是以钛为基底材料,加入其他材料组成的合金,有较强的机械性能,很好的韧性和耐腐蚀性能,同时弹性模量与骨接近,有利于应力在骨界面的传导,是理想的人体植入材料。钛合金一般分为α钛合金、α+β钛合金和β钛合金。现阶段的钛合金微种植体多由Ti-6Al-4V合金制成。Ti-6Al-4V合金属于α+β钛合金,与纯钛相比,机械强度有所提高,但不可忽视的是Ti-6Al-4V合金在体液中的耐腐蚀性能低,会增加金属离子释放到人体的概率,影响其生物相容性和骨结合。

    Muguruma等[4]将纯钛(α钛)、Ti-4Al-4V(α+β钛合金)和Ti-33Nb-15Ta-6Zr(β钛合金)微种植体进行了比较,发现Ti-4Al-4V和Ti-33Nb-15Ta-6Zr合金微种植体在折断时的平均扭力值明显高于纯钛微种植体;Ti-33Nb-15Ta-6Zr合金微种植体的扭转角明显高于其他两种微种植体,且还具有良好的抗疲劳性能、延伸性和抗扭性能,由此看来,Ti-33Nb-15Ta-6Zr合金更适合作为微种植体材料被应用于口腔正畸领域。最近,纳米钛(nTi)已被研发并开始应用于生物医学领域。纳米钛是纯钛通过塑性变形技术制成的,属于一种生物惰性材料,无潜在毒性,不包含过敏性添加剂,且保留了纯钛的生物相容性和钛合金的机械性能。

    Serra等研究发现,纳米钛微种植体的抗扭强度与钛合金微种植体相近,且高于纯钛微种植体,提示纳米钛可能作为一种新型的正畸微种植体材料被广泛应用于临床。

    1. 2 不锈钢

    不锈钢(stainless steel)因具有独特的机械性能,正畸后期易于取出,价格低,而受到口腔正畸医生的关注。研究显示,不锈钢微种植体和纯钛或钛合金微种植体一样可以达到骨性融合,表面出现新骨形成和新骨矿化,且不锈钢拉伸性能优于钛,可在断裂前承受更大的弯曲变形,因此操作者在植入时可以感觉到微种植体的细微变化,从而大大降低了植入时断裂的风险。

    虽然Brown等认为在正畸矫治过程中,不锈钢微种植体和钛合金微种植体均能够保证足够的机械稳定性且组织反应无差别,但不锈钢微种植体具有耐腐蚀性能低,释放离子易引起微种植体周围炎症等缺点,这些仍然是不可忽视的问题。

    2.微种植体表面改性方法

    以往的实验研究认为,微种植体与骨组织之间仅靠良好的机械结合便可提供矫治过程中所需要的稳定支抗,骨结合并不是正畸微种植体所必需的因素。后续研究显示,微种植体负载力值较大时,微种植体的稳定性会随之下降,使微种植体植入失败率升高,因此在正畸过程中微种植体与周围骨组织形成一定的骨结合是必要的。于是有学者开始尝试对微种植体进行表面改性,以改善微种植体与骨组织之间的骨结合。常用的表面改性方法有等离子喷涂、溶胶-凝胶、化学涂层、喷砂和酸蚀、离子注入和阳极氧化等。

    2. 1 酸蚀和喷砂大颗粒

    喷砂酸蚀(SLA)是一种改变骨内植入物表面形态的方法,可增加植入物表面粗糙度,增大其表面活性区域面积,从而达到更好的生物黏附作用及更大的周围骨覆盖面积。Yadav等的研究结果发现,经SLA处理的微种植体表面粗糙,骨结合率明显高于未处理组,因此更适用于骨条件较差,需进行早期加载或即刻加载的临床病例。Ikeda等也发现,SLA处理后的微种植体植入成功率为100%,而经机械加工表面的微种植体成功率为85.7%。Kim等在大量动物实验的支持下,将SLA处理的微种植体作为正畸支抗应用于临床患者,其在牙齿移动过程中稳定性表现良好。

    将SLA表面改性技术应用于正畸微种植体能使其骨结合、稳定性及移除转矩3个因素之间达到平衡,防止了正畸治疗后期移除过程对微种植体造成的疲劳或破坏。

    2. 2 阳极氧化法

    近年来,提高生物稳定性成为微种植体研究的重点。阳极氧化法和涂层除改变植入物表面粗糙度、表面形态外,还改变其表面物理和化学性质。Choi等比较了阳极氧化处理的微种植体和机械加工微种植体的表面特征和生物力学稳定性发现,前者虽然表面有不同的粗糙结构,但与后者相比,其生物力学稳定性却没有太多的临床优势。不同的是,Oh 等的研究将Ti-6Al-4V合金微种植体表面进行阳极氧化、循环预钙化和热处理(APH)改性,使其得到更大的表面积和较高的表面性能,将这种钛合金微种植体植入鼠胫骨发现,骨形成和骨结合力得到了极大的提高,微种植体表现出良好的生物活性、生物相容性和快速的骨结合。

    2. 3 涂层

    涂层一般是利用具有良好生物活性的材料,提高微种植体骨界面的骨结合,从而提高微种植体的稳定性。丁元圣将含氟羟基磷灰石(FHA)涂层的钛合金微种植体植入兔颌骨发现,其与骨组织相容性较好,对微种植体周围炎的产生起到一定的抑制作用。武秀萍等通过物理吸附法对微种植体表面进行精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)肽涂层,结果显示,RGD肽涂层在加快微种植体周围骨整合速度,提高微种植体周围早期骨整合程度和缩短疗程等方面发挥了积极作用。林奕真通过电化学沉积的方法,得到羟基磷灰石/纳米银(HAp/Nanosilver)涂层和纯羟基磷灰石涂层的微种植体,对其进行溶血实验和抗菌实验研究发现,两种表面涂层的微种植体均无溶血性且血液相容性良好,且HAp/Nanosilver涂层组拥有更好的抗菌效果。

    3. 微种植体形态特征

    微种植体大多由3个部分组成:(1)头部的有孔或槽沟形状,以利于弹力牵引或连接正畸用弓丝;(2)颈部表面光滑,可减少对黏膜组织的刺激,同时也是水平力作用下易弯曲变形的区域;(3)植入骨内部分通常设计为螺纹结构,可增大微种植体与周围骨组织的嵌合作用。由于微种植体应用失败大多发生在植入早期,因此微种植体初期稳定性尤为重要。微种植体自身因素影响其初期稳定性,包括自攻型和助攻型设计、微种植体形状、螺纹结构、直径和长度等。

    3. 1 自攻型和助攻型设计

    自攻型和助攻型微种植体的区别在于植入前是否需要预备程序。助攻型系统需要钻孔,会延长治疗时间,同时钻孔会导致不可避免的一系列并发症,如神经损伤、根损伤、周围骨组织过热坏死等;而自攻型微种植体大大降低了牙根损伤的风险,且其手术操作简单,无骨过热反应,骨与金属接触紧密,初期稳定性更高。虽然自攻型微种植体植入时使用手的压力即可旋入,对冷却步骤要求不高,但其也有一定缺陷,在高密度骨或厚皮质骨,自攻系统植入时增加了扭矩,从而使微种植体断裂的发生率增高。

    Yadav等也认为,在密质骨区自攻技术植入微种植体后会对周围骨组织造成更大的微损伤。因此,在使用自攻型和助攻型微种植体时,要依据不同植入部位做出恰当的选择。

    3. 2 微种植体形状

    常见的微种植体有圆锥形和圆柱形,圆锥形微种植体上部的直径大于下部,对周围骨组织的挤压力大于圆柱形微种植体,且其与周围组织的结合更紧密,具有更高的初期稳定性。Yano等发现,圆锥形微种植体可以承受即刻负载,并获得更高的植入成功率,而圆柱形的微种植体能够被用做矫正支抗的前提是有足够的治疗时间。不过Kim等发现,圆锥形微种植体的成功率和圆柱形微种植体的成功率差异无统计学意义,而且虽然圆锥形微种植体与骨组织之间保持着有效的机械固位,但对颈部骨组织压力更大,这样可能会降低其稳定性。

    3. 3 螺纹结构

    随着微种植体螺纹深度的增加,微种植体的表面积也会相应增加,其与骨组织的机械结合也更加紧密,使初期稳定性更好,但螺纹深度的增加却会降低微种植体的机械强度,从而增加微种植体的折断率。Migliorati等研究了微种植体的几何特征和机械性能之间的关系,结果表明,最大的植入扭矩值和拉拔力值与螺纹的深度和形状相关;但也有不同的观点,Brinley等发现,每单位长度内的螺纹增多对微种植体植入效果的影响很微小,近期的一项研究也发现,螺纹的形态并不影响Von-mises应力的分布和数值。

    3. 4 微种植体直径与长度

    随着微种植体应用率的不断升高,口腔正畸医生也发现了一些与之相伴随而产生的不良反应,如牙根病变、神经卷入、鼻上颌窦穿孔和微种植体折断等。为了避免这些情况的发生,正畸医生开始研究不同长度和直径的微种植体,以满足不同植入位置的需要。目前临床上常用的微种植体长度为5 ~ 14 mm,直径为1.0 ~ 2.3 mm,可以承受2 ~ 3 N的正畸力,且持续时间也能够满足临床正畸的需要。众所周知,减小直径可导致微种植体的机械强度降低,与此同时也降低了产生永久变形和断裂所需的最大力值。此外,尺寸减小会导致微种植体基本稳定性的丧失,特别是在微种植体与可用的骨密度和皮质骨厚度不相容的情况下。

    Duai-bis等对微种植体直径大小和螺纹尺寸2个方面进行了研究,结果表明,影响微种植体稳定性的最关键因素是微种植体的直径及其骨外的头部长度,而微种植体的螺纹形状、螺距和骨内长度并不影响其周围皮质骨内的应力;增加微种植体直径可以减少对皮质骨的压力。因此,临床医生应该选择直径尽可能大和头部尽可能短的微种植体。除此之外,也有学者认为增加微种植体直径可使植入扭力值和折断扭力值显著增大,因此使用更粗的自攻型微种植体可在降低折断风险的同时提高其稳定性。

    微种植体直径的增加可有效加强其初始稳定性,但大直径的微种植体对皮质骨造成的微损伤更大,这又会影响骨重建和微种植体的长期稳定性,不仅如此,粗的微种植体还会增大根损坏和植入失败的危险性。还有研究者认为,微种植体直径的不同对微种植体植入成功率没有影响。Papageorgiou等的Meta分析结果也证明了这一点,其评估了可能影响正畸微种植体支抗成功与否的危险因素后指出,微种植体的螺纹直径和长度与其失败率无关。

    关于微种植体长度的选择,Giuliano 等认为,更长的微种植体其植入成功率更大,当微种植体的直径为1.5 mm,长度为10 mm时,10 ~15 Ncm的扭矩力值植入可提高植入成功率。Pithon等认为,植入扭矩会随着微种植体长度和皮质骨厚度的增加而增加,植入时断裂强度和挠屈强度却不会受到微种植体长度的影响。因此,螺钉长度的增加虽不会增加微种植体的机械强度,却能有效地增加其初期稳定性。然而,太长的微种植体又会使鼻上颌窦穿孔、神经卷入等风险增加。因此,在选择微种植体直径和长度时需要对上述几个因素进行综合分析,最大程度避免并发症的发生,提高其植入成功率。

    4. 结语

    为了更好地满足临床需要,今后尚须开展大量的研究工作,将不同材料的微种植体设计成不同形态、直径、长度和螺纹,进行不同表面改性并运用不同的植入方式,发现更适合临床的微种植体,以提高临床植入成功率。希望随着材料学、生物力学、临床医学等学科的进一步发展,口腔正畸科医生能够研究设计出一种更佳的微种植体,为广大患者带来福音。

编辑: 陆美凤

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